工業(yè)4.0與智慧港口建設

1、工業(yè)4.0與智慧港口建設宓為建 上海海事大學上海海事大學SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY工業(yè)4.0發(fā)展背景德國工業(yè)為什么一枝獨秀德國工業(yè)為什么一枝獨秀關鍵需求領域：關鍵需求領域：高科技戰(zhàn)略高科技戰(zhàn)略2020（1）氣候）氣候/能源能源（2）保健）保健/營養(yǎng)營養(yǎng)（3）交通）交通（4）安全）安全（5）通信）通信？時間時間復復雜雜程程度度工業(yè)革命工業(yè)革命1.018世紀末1784工業(yè)革命工業(yè)革命2.020世紀初電力廣泛應用蒸汽機工業(yè)革命工業(yè)革命3.0電子、IT、工業(yè)機器人工業(yè)革命工業(yè)革命4.0信息物理系統(tǒng)n高新技術發(fā)展的必然高新技術發(fā)展的必然 工業(yè)工業(yè)4.0 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

2、 新硬件時代新硬件時代智能化環(huán)境智能化環(huán)境嵌入式計算機嵌入式計算機智能工廠智能工廠智能手機智能手機智能卡智能卡90%的計算機的計算機都是嵌入式都是嵌入式多個計算機：多個計算機：1個用戶個用戶1個計算機：個計算機：1個用戶個用戶PC中央計算機中央計算機1個計算機：個計算機：多個用戶多個用戶基于物聯(lián)網(wǎng)與服務的基于物聯(lián)網(wǎng)與服務的智能環(huán)境發(fā)展過程智能環(huán)境發(fā)展過程工業(yè)4.0從智慧工廠到智慧港口nIndustry 4.0德國高科技戰(zhàn)略計劃德國高科技戰(zhàn)略計劃n兩大主題：兩大主題：智慧工廠、智能生產(chǎn)智慧工廠、智能生產(chǎn)n智慧工廠智慧工廠p重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)（智慧港口）智

3、慧港口）n智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)p主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動、3D打印以及增材制造等技術在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用等（自主裝卸、智能服務）自主裝卸、智能服務）智慧港口的增值功能智慧港口的增值功能 面向供應鏈的服務面向供應鏈的服務服務庫硬件無關硬件無關抽象服務抽象服務硬件相關硬件相關設備控制設備控制現(xiàn)場層創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享-理念理念創(chuàng)新驅動下的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新驅動下的可持續(xù)發(fā)展-模式模式更安全、更舒適、更環(huán)保、更高效更安全、更舒適、更環(huán)保、更高效-目標目標n新業(yè)態(tài)轉型發(fā)展的要求新業(yè)態(tài)轉型發(fā)展的要求中國制造中國制造2025推進推進“互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通、

4、促進智能交通發(fā)展便捷交通、促進智能交通發(fā)展推進推進“互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見行動的指導意見n政治經(jīng)濟的政策驅動政治經(jīng)濟的政策驅動公路水路交通運輸主要技術政策公路水路交通運輸主要技術政策 國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢新加坡新加坡3D港口港口多層碼頭布局多層碼頭布局綜合物流綜合物流園區(qū)園區(qū)上下暢通物流上下暢通物流保稅貿(mào)易服務保稅貿(mào)易服務國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢1智慧港口帶動未來貿(mào)易智慧港口帶動未來貿(mào)易2016 我們必須意識到，港口企業(yè)已很難單純依我們必須意識到，港口企業(yè)已很難單純依靠碼頭裝卸服務謀求利潤增長。靠碼頭裝卸服務謀求利潤增長。 “智慧港口

5、智慧港口”是集互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和碼頭自是集互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和碼頭自動化技術為一體的，多邊界屬性的，一個系統(tǒng)動化技術為一體的，多邊界屬性的，一個系統(tǒng)化大港口生態(tài)圈。它代表著未來港口的發(fā)展方化大港口生態(tài)圈。它代表著未來港口的發(fā)展方向，孕育著新的機會和可能性。向，孕育著新的機會和可能性。貿(mào)易便利化！貿(mào)易便利化！國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢2、智慧、智慧港口物流平臺港口物流平臺 通過智慧港口平臺建設，將碼頭生產(chǎn)作業(yè)與對外通過智慧港口平臺建設，將碼頭生產(chǎn)作業(yè)與對外物流服務無縫對接，將海運集裝箱業(yè)務各個環(huán)節(jié)的信物流服務無縫對接，將海運集裝箱業(yè)務各個環(huán)節(jié)的信息資源實現(xiàn)充分匯聚和及時共享，使各

6、個節(jié)點的業(yè)務息資源實現(xiàn)充分匯聚和及時共享，使各個節(jié)點的業(yè)務協(xié)同運作成為可能，同時也滿足用戶對于信息完整、協(xié)同運作成為可能，同時也滿足用戶對于信息完整、準確、及時和便捷地獲取需求準確、及時和便捷地獲取需求（單一窗口）（單一窗口）。一一站站式式服服務務集裝箱智慧物流平臺功能框架業(yè)務辦理電子閘口數(shù)據(jù)交互信息查詢國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢3、中遠海運港口的新布局、中遠海運港口的新布局超過超過8500萬載重噸萬載重噸/114艘，排名世界第一；艘，排名世界第一；集裝箱船隊排名世界第四；集裝箱船隊排名世界第四；全球集裝箱碼頭超過全球集裝箱碼頭超過46個；個；泊位數(shù)超過泊位數(shù)超過190個

7、；個；集裝箱吞吐量集裝箱吞吐量9000萬萬TEU，排名世界第二，排名世界第二 全球化時代的全球化時代的船、港、貨船、港、貨：船舶是載體，港：船舶是載體，港口是航運的中轉樞紐，貨物轉移的時空需求，是全口是航運的中轉樞紐，貨物轉移的時空需求，是全球貿(mào)易賴以存在的根本。球貿(mào)易賴以存在的根本。國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢國內(nèi)外智慧港口的發(fā)展趨勢4、港口運營的新愿景、港口運營的新愿景單機設備智能化單機設備智能化裝卸作業(yè)高效化裝卸作業(yè)高效化資源利用最佳化資源利用最佳化信息應用整體化信息應用整體化工業(yè)4.0從智慧港口到智能裝卸示例：示例：云云平臺架構下危險貨物平臺架構下危險貨物集裝箱安全集裝箱安全監(jiān)管協(xié)同服務監(jiān)

8、管協(xié)同服務平臺平臺分類管理、全程跟蹤、實時監(jiān)控、信息共享分類管理、全程跟蹤、實時監(jiān)控、信息共享云平臺架構下基于知識的協(xié)同服務基于物聯(lián)網(wǎng)的可視化實時監(jiān)控集裝箱供應鏈安全監(jiān)管技術與系統(tǒng)傳統(tǒng)港口傳統(tǒng)港口向智慧型港口的轉型向智慧型港口的轉型應用和發(fā)展港口裝卸專業(yè)化、智能化技術：應用和發(fā)展港口裝卸專業(yè)化、智能化技術： 1、支持集裝箱碼頭向智能化方向發(fā)展，推廣應用碼頭生產(chǎn)組織營運仿真與預演技術，推廣以智能計劃與調(diào)度為核心的流程重組，推廣應用集裝箱碼頭自動化裝卸技術、集裝箱物流全程實時在線監(jiān)控技術。 2、鼓勵大宗干散貨碼頭裝卸作業(yè)推廣應用智能化控制技術。鼓勵液體散貨碼頭推廣應用自動化裝卸技術。推廣應用港口裝

9、卸輸送設備變頻驅動技術。 3、鼓勵應用單機設備安全保護和運行狀態(tài)智能監(jiān)測技術、基于自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的港口機械在線健康監(jiān)測技術。應用和發(fā)展港口作業(yè)管控一體化技術、港口柔性工藝技術。支持發(fā)展港口機械輕量化設計技術、控制能耗與排放設計技術、低耗料低污染低排放制造技術?，F(xiàn)代港口的發(fā)展方向是：現(xiàn)代港口的發(fā)展方向是：1）建設智慧型港口系統(tǒng)）建設智慧型港口系統(tǒng) 2）傳統(tǒng)港口智能化改造）傳統(tǒng)港口智能化改造現(xiàn)代港口定義現(xiàn)代港口定義現(xiàn)代港口現(xiàn)代港口: : 是是具有水陸聯(lián)運設備和條件，供船舶安全進出和停泊的具有水陸聯(lián)運設備和條件，供船舶安全進出和停泊的運運輸樞紐輸樞紐, ,是是水陸交通的集結點，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進出

10、口物資的水陸交通的集結點，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進出口物資的集散地集散地, ,也也是是國際物國際物流全程流全程運輸與國際貿(mào)易的服務中心和服務運輸與國際貿(mào)易的服務中心和服務基地?；?。智慧智慧港口定義港口定義以信息物理系統(tǒng)（以信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems）為結構框架，通過）為結構框架，通過高新技術高新技術的的創(chuàng)新應用，使物流供給方和需求方共同融入創(chuàng)新應用，使物流供給方和需求方共同融入集疏運一體化集疏運一體化系統(tǒng)；極大提升港口及其系統(tǒng)；極大提升港口及其相關物流園區(qū)對信息的綜合處理能力和對相關資源的優(yōu)化配置能力；智能監(jiān)管、智相關物流園區(qū)對信息的綜合處理能力和對相關資源的優(yōu)化配

11、置能力；智能監(jiān)管、智能服務、自動裝卸成為其主要呈現(xiàn)形式，并能為現(xiàn)代物流業(yè)提供能服務、自動裝卸成為其主要呈現(xiàn)形式，并能為現(xiàn)代物流業(yè)提供高安全高安全、高效率高效率和和高品質(zhì)服務的一類新型港口高品質(zhì)服務的一類新型港口。智慧港口（智慧港口（smart port）：）：智能商務智能商務物流園區(qū)物流園區(qū)代理代理鐵路鐵路海關海關稅收稅收其他部門其他部門檢驗檢疫檢驗檢疫貨主貨主公路公路金融保險機構金融保險機構船公司船公司智能政務智能政務自主裝卸自主裝卸智能管理智能管理智慧港口功能構成智慧港口功能構成智能泊位調(diào)度智能堆場管理智能閘口自主裝船作業(yè)自主取料作業(yè)堆料智能作業(yè)設備智能監(jiān)管區(qū)域智能監(jiān)管電子商務平臺（合約）

12、智能船舶管理海水霧化抑塵智能商務智能商務智能閘口智能閘口智能堆場智能堆場智能泊位控制智能泊位控制自主裝卸自主裝卸智能安全管理智能安全管理綠色環(huán)保綠色環(huán)保貨物智能監(jiān)管生態(tài)抑塵智慧型干散貨智慧型干散貨碼頭示例：碼頭示例：火車運輸汽車運輸船只靠泊船只離港l以干散貨出口為例以干散貨出口為例船舶運輸進閘口堆料作業(yè)面簽合同入庫船舶手續(xù)申報裝船作業(yè)取料作業(yè)人工泊位調(diào)度人工設備維護人工安全巡視人工貨物監(jiān)管智慧智慧港口主要形態(tài)特征港口主要形態(tài)特征全面全面感知是所有深層次智能化應用的基礎，智能監(jiān)測的結果是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的全面感知是所有深層次智能化應用的基礎，智能監(jiān)測的結果是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化。包括現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)、遠程傳輸

13、網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)集成管理（篩選、質(zhì)量控制、標數(shù)字化。包括現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)、遠程傳輸網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)集成管理（篩選、質(zhì)量控制、標準化和數(shù)據(jù)整合）。準化和數(shù)據(jù)整合）。一，全面感知一，全面感知智慧智慧港口主要形態(tài)特征港口主要形態(tài)特征 智能智能決策是在基礎決策信息感知收集的基礎上，明確決策目標及約束條件，對決策是在基礎決策信息感知收集的基礎上，明確決策目標及約束條件，對復雜計劃、調(diào)度復雜計劃、調(diào)度等問題等問題快速快速做出有效做出有效決策。決策。二，智能決策二，智能決策智慧智慧港口主要形態(tài)特征港口主要形態(tài)特征自主裝卸是自主裝卸是在智能決策基礎上在智能決策基礎上，設備，設備自主識別自主識別確定裝卸對象確定裝卸對象、作業(yè)

14、、作業(yè)目標，并目標，并安安全、全、高效、自動高效、自動完成作業(yè)任務。完成作業(yè)任務。三，自主裝卸搬運三，自主裝卸搬運智慧智慧港口主要形態(tài)特征港口主要形態(tài)特征 全程參與，即全程參與，即是通過云是通過云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)技術計算、移動互聯(lián)網(wǎng)技術的應用，使港口相關方可以隨時的應用，使港口相關方可以隨時隨地利用多種終端設備，全面融入統(tǒng)一云平臺。通過廣泛聯(lián)系，深入交互，使港口隨地利用多種終端設備，全面融入統(tǒng)一云平臺。通過廣泛聯(lián)系，深入交互，使港口綜合信息平臺能最大限度優(yōu)化整合多方需求與供給，使各方需求得到即時響應。綜合信息平臺能最大限度優(yōu)化整合多方需求與供給，使各方需求得到即時響應。四，全程參與四，全程參與

15、智慧智慧港口主要形態(tài)特征港口主要形態(tài)特征港口港口可持續(xù)創(chuàng)新是可持續(xù)創(chuàng)新是通過港口相關通過港口相關方的廣泛參與和深入交互，方的廣泛參與和深入交互，通過港口管理通過港口管理者者與與智能信息系統(tǒng)智能信息系統(tǒng)的人機交互的人機交互，智能信息系統(tǒng)，智能信息系統(tǒng)的自主學習，的自主學習，使得港口具備使得港口具備持續(xù)創(chuàng)新和自持續(xù)創(chuàng)新和自我完善的功能我完善的功能，是，是智慧智慧港口最主要特征之一港口最主要特征之一。大眾創(chuàng)新大眾創(chuàng)新系統(tǒng)創(chuàng)新系統(tǒng)創(chuàng)新 用戶創(chuàng)新用戶創(chuàng)新 開放創(chuàng)新 協(xié)同創(chuàng)新 自學習 自組織 人機交互五，持續(xù)創(chuàng)新五，持續(xù)創(chuàng)新智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐一、物一、物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術技術物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)(

16、Internet of Things)，指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡而形成的一個巨大網(wǎng)絡。港口應用：貨物電子標簽港口應用：貨物電子標簽智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐二、移動二、移動互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)技術技術移動互聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)(Mobile Internet, 簡稱簡稱MI)是一種通過智能移動終端，采用移動是一種通過智能移動終端，采用移動無線通信方式獲取業(yè)務和服務的新興業(yè)態(tài)，包含終端、軟件

17、和應用三個層面無線通信方式獲取業(yè)務和服務的新興業(yè)態(tài)，包含終端、軟件和應用三個層面。從信息從信息獲取獲取到基于信息的到基于信息的服務服務鏈接鏈接互動互動共享共享微信訂艙微信訂艙手機支付手機支付實時監(jiān)控實時監(jiān)控港口應用：移動智能終端應用港口應用：移動智能終端應用智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐三、云計算技術三、云計算技術云計算（云計算（Cloud Computing），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的應用與服務方式，通過這），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的應用與服務方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。港口云港口云

18、計算中計算中心心政府監(jiān)政府監(jiān)管系統(tǒng)管系統(tǒng)船貨代船貨代系統(tǒng)系統(tǒng)集疏運集疏運一體化一體化系統(tǒng)系統(tǒng)碼頭業(yè)碼頭業(yè)務系統(tǒng)務系統(tǒng)物流倉物流倉儲系統(tǒng)儲系統(tǒng)港口應用：港口應用：港口云計算中心港口云計算中心智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐四、大四、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)技術技術大大數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（Big data），或稱巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)、大資料，指的是所涉及的數(shù)），或稱巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)、大資料，指的是所涉及的數(shù)據(jù)量規(guī)模巨大到無法通過人工，在合理時間據(jù)量規(guī)模巨大到無法通過人工，在合理時間內(nèi)整理內(nèi)整理成為人類所能解讀的成為人類所能解讀的信息。必須信息。必須借由計算機對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、比對、解析方能得出客觀結果借由計算機對

19、數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、比對、解析方能得出客觀結果大數(shù)據(jù)推動全球物流業(yè)進入新紀元大數(shù)據(jù)推動全球物流業(yè)進入新紀元分析預測分析預測知識知識發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)智能智能商務商務 利用大數(shù)據(jù)，實時計算全球利用大數(shù)據(jù)，實時計算全球船舶、港口、貨物船舶、港口、貨物之間的時空關之間的時空關系，從而推算出船舶活動情況、系，從而推算出船舶活動情況、貨物流動情況以及港口作業(yè)情況，貨物流動情況以及港口作業(yè)情況，以數(shù)據(jù)為中心，以全球化的國際以數(shù)據(jù)為中心，以全球化的國際貿(mào)易運輸為研究對象，提供面向貿(mào)易運輸為研究對象，提供面向金融期貨、宏觀經(jīng)濟、商品貿(mào)易金融期貨、宏觀經(jīng)濟、商品貿(mào)易以及航運咨詢領域的決策情報。以及航運咨詢領域的決策情報。港口應

20、用：智能監(jiān)管、智能商務、智能服務港口應用：智能監(jiān)管、智能商務、智能服務智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐五、人工智能技術五、人工智能技術人工智能（人工智能（Artificial Intelligence, AI）也稱為機器智能，是計算機科學的一）也稱為機器智能，是計算機科學的一個分支，主要研究應用人工方法和技術，模仿、延伸和擴展人的智能，實現(xiàn)機器智個分支，主要研究應用人工方法和技術，模仿、延伸和擴展人的智能，實現(xiàn)機器智能。人工智能應用領域廣泛，涉及問題求解、能。人工智能應用領域廣泛，涉及問題求解、深度學習深度學習、專家系統(tǒng)、模式識別、機、專家系統(tǒng)、模式識別、機器人學等領域。器人學等領域。

21、智能泊位計智能泊位計劃劃智能場智能場地計劃地計劃智能設智能設備調(diào)度備調(diào)度最合理的船舶在港時最合理的船舶在港時間間最恰當?shù)膱鰞?nèi)翻箱最恰當?shù)膱鰞?nèi)翻箱最小化的運輸成本最小化的運輸成本港口應用：智能計劃與調(diào)度港口應用：智能計劃與調(diào)度智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐六、系統(tǒng)仿真與預演技術六、系統(tǒng)仿真與預演技術 系統(tǒng)仿真是一門研究系統(tǒng)建模與仿真理論、方法、技術及應用的綜合性科學技系統(tǒng)仿真是一門研究系統(tǒng)建模與仿真理論、方法、技術及應用的綜合性科學技術。預演技術是對具體生產(chǎn)作業(yè)過程的整體性動態(tài)描述。術。預演技術是對具體生產(chǎn)作業(yè)過程的整體性動態(tài)描述。港口應用：碼頭生產(chǎn)預演港口應用：碼頭生產(chǎn)預演智慧港口主

22、要技術支撐智慧港口主要技術支撐七、虛擬現(xiàn)實（七、虛擬現(xiàn)實（VR）與增強現(xiàn)實）與增強現(xiàn)實(AR) 虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（VR）是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設備，）是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等接口設備，生成可交互的三維環(huán)境，并能提供沉浸感覺的技術。增強現(xiàn)實（生成可交互的三維環(huán)境，并能提供沉浸感覺的技術。增強現(xiàn)實（AR）是通過設備）是通過設備識別判斷將虛擬信息疊加在以識別物為基準的某個位置，并顯示在設備屏幕上，可識別判斷將虛擬信息疊加在以識別物為基準的某個位置，并顯示在設備屏幕上，可實時交互虛擬信息，實現(xiàn)虛實結合、實時交互。實時交互虛擬信息，實現(xiàn)虛實結合、實時交互。危貨堆場監(jiān)控及應急處置危貨堆場監(jiān)控及應急處置智慧港口主要技術支撐智慧港口主要技術支撐八、設備智能診斷與評估（八、設備智能診斷與評估（智能運維智能運維） 設備智能診斷與評估就是通過網(wǎng)絡與專家知識對人與設備的狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷設備智能診斷與評估就是通過網(wǎng)絡與專家知識對人與設備的狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷其是否正常，當出現(xiàn)異常時分析其產(chǎn)生的原因、部位和嚴重程度，并預報其發(fā)展趨勢。其是否正常，當出現(xiàn)異常時分析其產(chǎn)生的原因