智慧港口智能干散货码头研究与实践

1、智能干散货码头研究与实践中交水运规划设计院有限企业 张伟红.07.18第1页CONTENTS123现实状况、挑战与机遇PDI智能港口建设实践目录智能港口体系架构第2页政策条件供给侧改革市场环境“数字中国”战略港口吞吐量增速已经连续两年放缓，由过去两位数增加步入个位数增加新常态。我国局部区域散货、油品等货种码头已出现不一样程度低水平重复建设、同质化竞争等问题，产能过剩趋势显著。现实状况、挑战与机遇 港口发展要紧紧围绕“创新、协调、绿色、开放、共享”五大理念，深刻认识我国经济新常态、供给侧改革、“一带一路”等国家战略机遇，站位全局推进港口转型升级。伴随“数字中国”上升为国家战略，信息化建设进入高速

2、期，港口经过打造智慧港口促进服务模式从链条式变为平台式，实现包含港口、物流节点、资源与服务提供商以及客户等全程供给链信息整合与贯通，助力港口转型升级。智能港口不是简单新技术应用，而是共享经济与港口供给链协作结合，要求多渠道、多维度互联互通。在此基础上，经过对海量客户信息进行自动挖掘分析，深挖重点客户个性化服务需求，不停推出针对不一样类型企业、不一样区域个性化、精细化服务，提升上下游客户黏合度。第3页业务需求服务能级提升的需求港口客户对物流服务能力需求的不断提升船舶大型化、船公司联盟化等对港口议价能力造成的冲击港航及物流相关产业面临持续的创新压力枢纽港集疏运效能提升的需求 江海联运方面，海铁联运

3、，集改散等多式联运， 减少联运转运、装卸等待时间，提升水运效能 陆路集疏港方面，需有序管理卡车进港，提高作业效率，降低排放，提升业务协同水平港口资源利用效率和可持续发展能力提升的需求船舶大型化，需港口实现相匹配的装卸效率，减少船舶在港时间港口作业高峰期和低谷期的作业不均衡性，需科学编排生产计划，提升资源利用率安全、绿色诉求，对货物、设备、人员、物流状态紧密跟踪，维护港口可靠运营现实状况、挑战与机遇 第4页新理念新模式新格局新动能新标准开放共享港口生态圈发展基于港口网络供给链高效协作港口企业合作发展港口智能化运行港航信息资源互联互通加大港口信息资源开放力度立足港口物流链整体优化打造物流信息网络建

4、立海铁联运、港城联动供给链协作新模式发挥港口网络效应促进供给链上下游港口企业转型升级推进形成区域一体化、跨区域联盟化港口发展模式改变港机装备人工模式提升港口生产调度效率智能洞察潜在风险建立信息共享机制；统一数据交换标准；向行业和国际推广主要基础智能港口建设愿景现实状况、挑战与机遇 第5页供给链管理港产城一体化联动港口供给链亲密合作安全与环境保护国家HSE管控力度日趋严格绿色低碳要求对人员安全重视程度不停提升应急指挥需求资产管理资产复杂性日益增加，维修费用在港口现金操作成本中占比较大资产可用性、安全性影响生产高效、安全能源管理能花费用比例较大国家对节能减排监管日益加强面临挑战生产管控市场多变，生

5、产需要灵活高效原货种质量不一，对加工混配工艺提出更高要求人员成本压力增大，利润薄，经营压力增大港口企业生产面临挑战现实状况、挑战与机遇 第6页中央控制室带式输送机装、卸船机堆、取料机翻车机、装车楼ERP、MES国内干散货码头智能化系统建设现实状况现实状况、挑战与机遇 第7页CPS架构趋于成熟电商物流系统全自动化与无人化智能工厂全自动化物流配送系统，全自动化智能港口国内外对标APS智能排产系统无人化堆场无人化装卸船机、装车楼及直接配送现实状况、挑战与机遇 第8页干散货码头智能化系统存在问题现实状况、挑战与机遇 第9页CONTENTS123现实状况、挑战与机遇PDI智能港口建设实践目录智能港口体系

6、架构第10页以智能企业“实时、融合、开放、自主、普遍、智能”六大特征作为设计标准，将经过由大数据分析和物联网等新技术支持制订业务战略和运行模式，推进干散货码头业务转型，优化效率，强化客户为中心，促进经济增加，提升资产生产率。智能港口特征智能港口内涵：以供给链管理为根本，以生产管理为关键，综合应用当代传感技术、网络技术、虚拟化技术、大数据技术等先进信息化技术，与现有生产工艺、设备运行、安全环境保护、管理理念等高度集成，实现物流、资金流、信息流和业务流四流集成新型港口，从而到达本质安全、生产高效、节能环境保护、管理卓越和可连续发展目标。智能港口内涵与特征智能港口体系架构 第11页智能港口提升生产效

7、率Productivity全程可追溯Traceability自动实时监控Visibility安全稳定生产Reliability转产工时30%非生产工时30%装卸不良80%流程切换与混配转产时间 降低30%。消除等候、设备无序维修时间， 将非生产工时（NPL) 降低30%。不良不是在结船及流程起动后检出， 而应该在产生源头消 除它，环境保护不可控装卸下降80%。故障停机30%质量偏离20%生产灾害90%消除机械设备故障停 机，实现故障率降低 30%。经过全方面质量管理体系，监控混配参数改变趋势，保持工艺稳定，差偏离值降低20%。人、港口、物料全方面安全 预防检验，实现灾害降低 90%。查询效率资

8、料准确率服务水准根据货种信息、生产 信息、货主信息、进出库信息等，实现正反向追溯，查询效率提升85%。依据货种信息、生产 信息、货主信息、进出库信息等，实现正反向追溯，查询效率提升85%。资料准确率到达100%。依据详细物流信息流资 料，压缩客诉问题分析 和处理时间，提升客户对 产品质量信任度，综合服务水准提升69%。85%100%69%锚地待时20%船舶在港停时30%报表时间90%实时监控生产进度，合 理安排正常排班和异常 插单任务，调整产能缩 短交期，实现交期时间缩短20%优化进出库场及堆存策略，提升泊位利用率，船舶在港停时下降30%经过自动化资料采集和系 统强大逻辑运算，降低 数据作业输

9、入时间，和统 计各类报表时间。智能港口客户价值-PRTV智能港口体系架构 第12页智能港口总体架构智能港口体系架构 第13页1智能化港口体系与标准建设ZN01：智能港口顶层设计ZN02：数据标准框架建设ZN03：智能港口数字化运维体系建设2智能化港口绿色基础保障设施提升建设ZN04：网络规划与物联网设计ZN05：基于GIS综合管网信息管理系统ZN06：控制网络架构升级ZN07：数据中心与机房建设3智能化装备与设施ZN08：堆场无人化系统ZN09：装卸船机无人化系统ZN10：建设模块化皮带机控制单元与电子巡检系统4智能化生产系统建设ZN11：先进控制与优化系统ZN12：MES实时生产系统ZN13

10、：行动APP系统ZN14：APS高级智能排产系统ZN15：客户服务平台ZN16：数据工程、大数据和BI应用整合5生产中心建设ZN17：智能化港口生产集中监控中心建设ZN18：可视化生产指挥中心与客户服务中心建设6资产管理ZN19：设备预防性维修策略建立ZN20：设备停机分析系统ZN21：设备监控中心ZN22：能源监控中心7环境与安全管理ZN23：安健环监控中心ZN24：煤炭湿度控制系统智能港口总体建设内容智能港口体系架构 第14页ZN01：智能港口顶层设计ZN02：数据标准框架建设 ZN03： 智能港口数字化运维体系建设智能港口体系与标准建设智能港口体系架构 PDI智能港口能力成熟度模型与评价

11、体系生产维度：表达了面向生产全生命周期或全过程智能化提升，智能港口生产全生命周期包含了港口设计、码头生产、集疏运、市场营销和对外服务5类，其中码头生产包含采购、计划和调度、生产管理、库场与配送、质量控制、安全与环境保护； 涵盖了从接收客户需求到提供物流与增值服务整个过程。与传统生产管理过程相比，智能生产过程愈加侧重于各业务步骤智能化应用和智能水平提升。智能维度：智能技术、智能化基础建设、智能化结果综合表达，是对信息物理融合诠释，完成了感知、通信、执行、决议全过程，包含了资源要素、互联互通、系统集成、信息融合和新兴业态5大类，资源要素包含战略、员工、设备、能源。引导港口利用数字化、网络化、智能化

12、技术向模式创新发展。CPS智能工厂技术标准白皮书智能制造能力成熟度模型白皮书（1.0）第15页ZN01：智能港口顶层设计ZN02：数据标准框架建设 ZN03： 智能港口数字化运维体系建设智能港口体系与标准建设智能港口体系架构 PDI智能港口能力成熟度模型与评价体系级别划分主要水平引领级（5）实现了预测、预警、自适应，经过与产业链上下游横向集成，带动产业模式创新优化级（4）能够对数据进行挖掘，实现对知识、模型等应用，并能反馈优化关键业务流程，表示了人工智能集成级（3）关键业务间实现了集成，数据在全港范围内可共享规范级（2）关键业务主要步骤实现标准化和数字化，单一业务内部开始实现数据共享已规划级（

13、1）开始对智能生产进行规划，部分关键业务有信息化基础维类域已规划级规范级集成级优化级引领级 生产维 设计 部分关键业务有信息化基础标准化和数字化，单一业务内部开始实现数据共享数据全港范围内可共享对数据进行挖掘，实现对知识、模型等应用，实现了预测、预警、自适应，产业模式创新工程设计基于设计经验开展计算机辅助二维设计，并编制设备技术规格书；实现计算机辅助三维设计并实现专业内部协同；（BIM）构建集成设施设计信息三维模型，进行关键步骤设计仿真优化，实现工程设计与工艺设计并行协同；基于知识库来实现设计工艺全维度仿真与优化，并实现基于模型设计、检测与运维等业务协同；实现基于大数据、知识库工程设计云服务，

14、实现工程个性化设计、协同化设计。工艺系统设计（流程）具备符合国家/行业/企业标准工艺流程模型及参数；工艺模型应用于现场，能够满足场地、安全、环境、质量要求；能够利用离线优化平台，建立单元级工艺优化模型；基于工艺优化模型与知识库实现全流程工艺优化；建立完整工艺三维数字化仿真模型，完成生产全过程数字化模拟，能够基于知识库实现工艺实时在线优化。工艺系统设计（离散）实现计算机辅助工艺规划和工艺设计；实现工艺设计关键步骤仿真以及工艺设计内部协同；实现计算机辅助三维工艺设计及仿真优化，实现工艺设计与设备设计间信息交互、并行协同；实现基于工艺知识库工艺设计与仿真，并实现工艺设计与设备厂商间协同；基于知识库辅

15、助工艺创新推理及在线自主优化，实现多领域、多区域、跨平台全方面协同，提供即时工艺设计服务。智能港口能力成熟度模型指标体系定义表第16页经过搭建数据框架能够有效以数据、信息视角展现港口业务全景，定义22类主题域和高阶实体指导指标设计经过评定数据高阶实体在系统覆盖，作为后续数据源寻源工作输入和指导经过搭建数据标准规范框架，规范项目标数据应用、编码体系及平台建设规范。ZN01：智能港口顶层设计ZN02：数据标准框架建设 ZN03：智能港口数字化运维体系建设智能港口体系与标准建设智能港口体系架构 第17页ZN01：智能港口顶层设计ZN02：数据标准框架建设 ZN03：智能港口数字化运维体系建设智能港口

16、体系与标准建设智能港口体系架构 财务管理服务组合管理需求管理服务策略服务设计服务运行服务转换连续服务改进服务目录管理服务水平管理能力管理可行性管理IT服务连续性管理信息安全管理供给商管理需求工程数据和信息管理事件管理事故管理请求完成问题管理访问权限管理其它生命周期中生产活动服务台技术管理IT运行管理（控制和设施）应用管理转换计划与支持改变管理服务资产和组态管理发行与布署管理服务验证与测试评定知识管理7步改进流程服务汇报服务测量CSI投资回报CSI业务问题第18页ZN04：网络规划与物联网设计ZN05：基于GIS综合管网信息管理系统ZN06：控制网络架构升级ZN07：数据中心与机房建设 *港区级

17、控制级模块控制设备 自动化过程 自动化现场级硬实时高可靠总线通信跨总线数据交换异构通信跨域大量节点下可靠传输异构网络集成（1）控制系统网络（2）园区无线网络（3) 港区信息网络（4）港区移动网络（5）港区通信网络（6）智能港区物联网系统智能港口绿色基础保障设施提升建设智能港口体系架构 第19页ZN08：堆场无人化系统（翻车机、堆取料机、装车楼） 采取基于主动3D扫描仪和RTK-GPS定位系统堆取料机无人化系统，结合先进机载扫描数据在线处理软件及智能控制软件，实现各类复杂工况下全自动堆取作业。同时在中控室实现全料场堆形和设备位姿2.5D及3D准实时可视化监控。ZN10：建设模块化皮带机控制单元

18、与无人巡检系统 系统各单元尽可能采取标准化、模块化设计形式，有效降低建设和维护成本及难度；每台皮带机系统、每一个转运站均配置一套独立设备PLC，“设备PLC”接入EtherNet网络，由中控主PLC协调控制。ZN09：装、卸船机无人化系统改造 经过基于3D激光扫描和RTK-GPS定位系统装船机无人化系统，结合先进机载扫描数据在线处理软件及智能控制软件，实现各类复杂工况下全自动装船作业。同时在中控室实现船形、舱内物料分布和设备相对船体位姿进行及3D可视化监控。智能化装备与设施智能港口体系架构 第20页ZN11：MES实时生产系统ZN12：先进控制与优化系统 ZN13：行动APP系统 ZN14：A

19、PS高级智能排产系统ZN15：客户服务平台升级ZN16：数据工程、大数据与BI应用 智能化生产系统建设智能港口体系架构 智慧人力管理字、语音帮助)智慧物流智慧生产排程智慧环境安控控制无人化港区巡查智慧节能管理控制用水量分析与控港口生产执行系统(MES制)智慧设备管理智能质量管理人员作 业信息商检 信息环境感 测信息设备信 息实时生 产信息协议信息物流信 息人员生产力分析车船预报物料需求管理环境数据搜集与电量资料分析自动参数设置质量原因大数据人力平衡调配船舶定位控制主动式用电设备预测式保养维护分析最正确工时管理火车跟踪先进计划排程门禁安控一卡通节能控制设备效率管理质量预测模型eSOP (图片、文

20、智慧调度物流(APS)监视影像判别与发电与储电设备设备资产管理作业指令数据采集智能虚拟港区基于BI信息整合主控中心行动管理APP自动控制系统第21页ZN11：MES实时生产系统ZN12：先进控制与优化系统 ZN13：行动APP系统 ZN14：APS高级智能排产系统ZN15：客户服务平台升级ZN16：数据工程、大数据与BI应用 流程控制和排序系统，可协调和控制输送流程中设备，确定总体流程怎样控制，向控制设备机载设备控制器发送指令。HMI集成人机界面，提供整个港口全部流程和设备综合视图。任务排产和管理系统，能够综合考虑生产和维修进度，并依据潜在设备冲突、效率和电力，向全部设备提供确定最正确流程工作

21、排序工具。设备控制，采取单元化、模块化系统结构。设备（如卸船机、装船机、装车楼、堆取料机等）专用控制包，用于优化设备自动化无人操作。辅助生产如粉尘控制、噪声监控、水处理等专用控制系统，用于港口清洁生产。健壮安全基础网络架构.设计理念控制系统设计关键要素自动化技术不但仅针对其中一个步骤，当全部自动化运转系统有效运作，营运成本将会降低设备与软件无缝集成是实现自动化技术支撑，高自动化设备只需经过监控人员实时信息调整与确认即可保持生产运行顺畅，从而防止人为原因造成效率下降智能化生产系统建设智能港口体系架构 第22页ZN11：先进控制与优化系统 ZN12：MES实时生产系统ZN13：行动APP系统 ZN

22、14：APS高级智能排产系统ZN15：客户服务平台升级ZN16：数据工程、大数据与BI整合应用 MES提供追溯监控、质量管理、设备工程、综合生产、物流管理、计划协同六大关键功效，实现 港口精细化管控和高质量、高效率生产操作运行模式。各级管理与操作人员可使用移动终端实时访问企业网络 上MES生产步骤相关信息智能化生产系统建设智能港口体系架构 第23页ZN11：先进控制与优化系统 ZN12：MES实时生产系统ZN13：行动APP系统 ZN14：APS高级智能排产系统ZN15：客户服务平台升级ZN16：数据工程、大数据与BI整合应用 自动编制生产计划自动平衡设备负载模拟中长久生产执行任务自动分配到设

23、备物料、工具生产准备人员自动排班和负载平衡船舶队列货物单号取料机任务队列装舱计划泊位排程堆场排程KPI监测智能港口体系架构 智能化生产系统建设第24页按照生产调度及管理人员实际业务需要，以图形化方式直观展现港口企业生产调度业务数据，多角度 综合展示码头船舶进出港、装卸作业、堆场库存、集疏运、能源消耗、质量监测、安全环境保护、关键 绩效指标等信息。智能港口体系架构 智能化生产系统建设ZN11：先进控制与优化系统 ZN12：MES实时生产系统ZN13：行动APP系统 ZN14：APS高级智能排产系统ZN15：客户服务平台升级ZN16：数据工程、大数据与BI整合应用 设备运行流程监控港口业务分析模型

24、第25页ZN17：智能港口生产集控中心建设集控中心PCC设置于港口智慧园区集控中心楼内，设置翻堆控制区（翻车机远程控制台、堆料机全自动化控制台、翻堆流程控制台等）、取装控制区（取料机全自动化控制台、取装流程控制台、预留装船机远程控制台等）、值班长协调指挥台。3D可视化调度信息综合展示及线上调度会协商系统港口智慧园区建设采取智慧园区建设标准进行港区生产及辅建区建设。ZN18：客户中心建设客户看板：客户订单生产在线图形化监控：订单协议商务跟踪（协议、计费凭证、环境保护税分担）、订单生产运行监控、订单质量跟踪（商检、湿度、温度、自燃预警、环境保护洒水）、订单库存跟踪（单堆单垛历史堆存再现）等。智能港

25、口体系架构 集约化智能生产中心建设第26页ZN19：预防性设备维修策略 ZN20：设备停机分析系统 ZN21：设备监控中心 ZN22：智慧能源 确保预防性维修计划落实制订长久、短期维修计划每七天回顾故障维修频率与严重程度，制订改进方案频率和严重性前10位故障维修，每个月向总经理汇报未能及时处理故障维修需分析成因与改进方向依据故障维修调查结果，连续优化预防性维修系统预防性维修管理实现对散货码头配置各种机电设备运行情况在线采集、集中管理，并实现全部设备预控管理、运行状态实时监测与远程维护。采取网络化远程在线设备管理技术能够优化设备性能，实时监测到设备性能并能确保正确维修。实现对关键路径和部件定时检

26、测，可节约大笔维护费用，识别出并及时更换部件，防止它们带来停工，并大大提升设备运行时间。 智能港口体系架构 资产管理第27页先进绿色港口能源体系智能港口体系架构 绿色智慧能源管理第28页智能港口体系架构 绿色智慧能源管理第29页ZN23： 港口智慧安全与环境管理体系经过“分析污染场景、制订治理办法、执行污染治理、监控和检测”4大步骤建立精细化管理机制；建立一把手负责扁平化组织确保清洁生产力度； 引入全自动智能洒水系统实现前瞻性预防性管理；各种环境监测站组成完善监控系统。智能港口体系架构 环境与安全管理ZN24：煤炭湿度监测与控制管理系统煤湿度监测与控制系统以掌控“消除粉尘煤炭湿度水平”为目标，

27、对煤炭运输与装卸过程粉尘控制作为装卸质量管理一个主要组成，是一个基于煤炭抑尘湿度经验数据库，由现场湿度、粉尘浓度、天气情况、测风等感知采集系统、按需实时调整生产各步骤喷雾、喷水系统，并对用水量进行计量、粉尘控制效果进行测定。翻车机至堆料机取料机至船舶第30页电视监控有毒有害气体检测仪实时数据库在线监测预警工控网安全泛太感知网络先进自动化控制系统操作员智能巡检人员定位管控车辆驾驶定位管理大机组及关键设备监测安健环全业务管理关键装置要害部位监控重大危险源监控六要素气象站激光气体检测仪便携式自动气体监测仪地理信息系统统一报警管理应急管理与指挥三维应急演练与培训移动终端应用危化品管理环境保护在线监测本

28、质安全、本质环境保护、生产高效、管理卓越和可连续发展环境管理人物智能港口体系架构 环境与安全管理第31页气PM2.5PM10TSPO3SO2CONO2总体架构智能环境保护系统技术路线气PM2.5PM10TSPO3SO2CONO2油水中油土温度含水量盐分酸碱度水势热通量环境保护数据库控制数据库历史数据库控制数据库历史数据库智能感知层Perception layer网络传输层Transport layer数据建模层Modeling layer智慧应用层Application layer感传知用水pH温度COD氨氮溶解氧浊度水pH温度COD氨氮溶解氧浊度网络传输无线传输（WIFI）有线传输（现场总线

29、）移动网络（2G/3G）GPS网络传输无线传输（WIFI）有线传输（现场总线）移动网络（2G/3G）GPS生产管控系统气象系统财务管控平台手工统计数据生产管控系统气象系统财务管控平台手工统计数据智能运作体系智能洒水控制智能水调度智能运作体系智能洒水控制智能溢油应急智能水调度智能绿化浇灌环境监管体系环境实时监测环境保护考评评价环境保护信息公布业务协同管理环境监管体系环境实时监测环境保护考评评价环境保护信息公布业务协同管理智慧分析体系环境质量预测环境应急指挥污染超标预警环境安全评定智慧分析体系环境质量预测环境应急指挥污染超标预警环境安全评定数据建模水调度模型堆场洒水模型数据建模绿化浇灌模型溢油应急

30、模型水调度模型堆场洒水模型智能港口体系架构 环境与安全管理第32页CONTENTS123现实状况、挑战与机遇PDI智能港口建设实践目录智能港口体系架构第33页中交水运规划设计院有限企业PDI 中交水运规划设计院有限企业，成立于1951年，是新中国第一家水运勘察、规划与设计机构，为国有全资企业，隶属中国交通建设股份有限企业，社会品牌统称“水规院”。 水规院已形成了规划咨询、水运设计、信息技术、工程总承包及管理、建筑工程、工程监理、岩土工程、市政景观、环境保护生态、海外业务、投融资11大业务板块，业务遍布祖国三江两河和一万八千公里海岸线以及亚洲、非洲、美洲及欧洲等60多个国家与地域，为客户提供大土木、大交通、一体化处理方案与服务。第34页智慧海事智慧港口智慧水务智慧内河自动化装备公路机电港口机电科技创新智能化业务8PDI智能化业务第35页参考“中国制造2025”相关“智能工厂”标准与智能建筑设计标准（DB/T50314-），开展智能干散货码头总体框架研究（以下简称研究），以规范智能干散货码头总体框架设计范围、内容与深度，以客户需求为关键，从战略，设计、建设，运行，维护等多维角度进行规划设计，释放出港口智能化之后所真正具备价值与潜力，全方面提升智能干散货码头设计标准与质量，让港口企业在建设、改造干散货码