工业40与智慧港口建设培训课件

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工业4.0与智慧港口建设
宓为建
上海海事大学
SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY
工业4.0发展背景
? 德国工业为什么一枝独秀
《高科技战略2020》
关键需求领域:
(1)气候/能源 (2)保健/营养 (3)交通 (4)安全 (5)通信
高新技术发展的必然
工业4.0 工业互联网 新硬件时代
智慧港口主要技术支撑
三、云计算技术
云计算(Cloud Computing),是一种基于互联网的应用与服务方式,通过 这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。
港口应用: 港口云计算中心
物流仓 储系统
政府监 管系统
港口云 计算中

船货代 系统
码头业 务系统
集疏运 一体化 系统
大众创新 系统创新
• 用户创新 • 开放创新 • 协同创新
• 自学习 • 自组织 • 人机交互
智慧港口主要技术支撑
一、物联网技术
物联网(Internet of Things),指的是将各种信息传感设备,如射频识别 (RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网结合起来 而形成的一个巨大网络。
港口应用:货物电子标签
智慧港口主要技术支撑
二、移动互联网技术
移动互联网(Mobile Internet, 简称MI)是一种通过智能移动终端,采用移动 无线通信方式获取业务和服务的新兴业态,包含终端、软件和应用三个层面。
从信息获取到基于信息的服务
港口应用:移动智能终端应用
共享
微信订舱
互动
链接
手机支付 实时监控
现代港口定义
现代港口: 是具有水陆联运设备和条件,供船舶安全进出和停泊的运
输枢纽,是水陆交通的集结点,工农业产品和外贸进出口物资的集散地,也 是国际物流全程运输与国际贸易的服务中心和服务基地。
智慧港口定义
智慧港口(smart port):
以信息物理系统(Cyber-Physical Systems)为结构框架,通过高新技术的 创新应用,使物流供给方和需求方共同融入集疏运一体化系统;极大提升港口及其 相关物流园区对信息的综合处理能力和对相关资源的优化配置能力;智能监管、智 能服务、自动装卸成为其主要呈现形式,并能为现代物流业提供高安全、高效率和 高品质服务的一类新型港口。
四,全程参与
全程参与,即是通过云计算、移动互联网技术的应用,使港口相关方可以随时 随地利用多种终端设备,全面融入统一云平台。通过广泛联系,深入交互,使港口 综合信息平台能最大限度优化整合多方需求与供给,使各方需求得到即时响应。
智慧港口主要形态特征
五,持续创新
港口可持续创新是通过港口相关方的广泛参与和深入交互,通过港口管理者与 智能信息系统的人机交互,智能信息系统的自主学习,使得港口具备持续创新和自 我完善的功能,是智慧港口最主要特征之一。
全球化时代的船、港、货:船舶是载体,港 口是航运的中转枢纽,货物转移的时空需求,是全 球贸易赖以存在的根本。
国内外智慧港口的发展趋势
4、港口运营的新愿景
单机设备智能化 装卸作业高效化 资源利用最佳化 信息应用整体化
工业4.0——从智慧港口到智能装卸
示例:云平台架构下危险货物集装箱安全监管协同服务平台
智慧港口主要形态特征
二,智能决策
智能决策是在基础决策信息感知收集的基础上,明确决策目标及约束条件,对 复杂计划、调度等问题快速做出有效决策。
智慧港口主要形态特征
三,自主装卸搬运
自主装卸是在智能决策基础上,设备自主识别确定装卸对象、作业目标,并安 全、高效、自动完成作业任务。
智慧港口主要形态特征
分类管理、全程跟踪、实时监控、信息共享
船代 货代
港口 码头
堆场
政府 部门
第三 方物 流
货主/ 用户
金融 企业
物流、商流
信息流
云平台架构下基于 知识的协同服务
协同 服务
危险货 物集装 箱申报
监管
港口危险货物集装箱供应链安全监管中心
危险货物集 装箱状态实
时监控
危险货物集装 箱运输过程监
控与预警
危险货 物作业 过程监
智慧港口的增值功能
——面向供应链的服务
服务库
现场层
硬件无关 抽象服务
硬件相关 设备控制
新业态转型发展的要求
创新、协调、绿色、开放、共享-理念 更安全、更舒适、更环保、更高效-目标 创新驱动下的可持续发展-模式
政治经济的政策驱动
中国制造2025 推进“互联网+”行动的指导意见 推进“互联网+”便捷交通、促进智能交通发展 公路水路交通运输主要技术政策
3、鼓励应用单机设备安全保护和运行状态智能监测技术、基于自 动控制系统数据的港口机械在线健康监测技术。应用和发展港口作业管 控一体化技术、港口柔性工艺技术。支持发展港口机械轻量化设计技术、 控制能耗与排放设计技术、低耗料低污染低排放制造技术。
现代港口的发展方向是:1)建设智慧型港口系统
2)传统港口智能化改造
多个计算机:1个用户
工业4.0——从智慧工厂到智慧港口
Industry 4.0——德国高科技战略计划 两大主题:智慧工厂、智能生产
智慧工厂
重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布 式生产设施的实现(→智慧港口)
智能生产
主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D 打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用 等(→自主装卸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ智能服务)
七、虚拟现实(VR)与增强现实(AR)
虚拟现实(VR)是综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备,
生成可交互的三维环境,并能提供沉浸感觉的技术。增强现实(AR)是通过设备
识别判断将虚拟信息叠加在以识别物为基准的某个位置,并显示在设备屏幕上,可
实时交互虚拟信息,实现虚实结合、实时交互。
危 货 堆 场 监 控 及 应 急 处 置
设备交接单信息查询 码头箱状态查 询 码头危品箱查 询
集卡派单信息查询
司机备案查询
集卡备案查询
国内外智慧港口的发展趋势
3、中远海运港口的新布局
超过8500万载重吨/114艘,排名世界第一; 集装箱船队排名世界第四;
全球集装箱码头超过46个; 泊位数超过190个; 集装箱吞吐量9000万TEU,排名世界第二
智能 商务
知识 发现
分析预测
利用大数据,实时计算全 球船舶、港口、货物之间的时 空关系,从而推算出船舶活动 情况、货物流动情况以及港口 作业情况,以数据为中心,以 全球化的国际贸易运输为研究 对象,提供面向金融期货、宏 观经济、商品贸易以及航运咨 询领域的决策情报。
智慧港口主要技术支撑
五、人工智能技术
人工智能(Artificial Intelligence, AI)也称为机器智能,是计算机科学的一 个分支,主要研究应用人工方法和技术,模仿、延伸和扩展人的智能,实现机器智 能。人工智能应用领域广泛,涉及问题求解、深度学习、专家系统、模式识别、机 器人学等领域。
港口应用:智能计划与调度
智能设 备调度

设备节能模块

能量回馈
能量储能

技术
技术
港口设备配置 子系统
港口物流规划 子系统
港口智能调度 子系统
港口智能计划 子系统
飞轮储能 技术
超级电容 技术
贸易便利化!
国内外智慧港口的发展趋势
2、智慧港口物流平台
通过智慧港口平台建设,将码头生产作业与对外 物流服务无缝对接,将海运集装箱业务各个环节的信 息资源实现充分汇聚和及时共享,使各个节点的业务 协同运作成为可能,同时也满足用户对于信息完整、 准确、及时和便捷地获取需求(单一窗口)。
一 站 式 服 务
蒸汽机
信息物理系统
工业革命4.0
电子、IT、工 业机器人
复 杂
工业革命3.0 程

电力广泛应用
工业革命2.0
1784 18世纪末
20世纪初
工业革命1.0
时间
基于物联网与服务的 智能环境发展过程
智能化环境
嵌入式计算机
智能工厂
中央计算机
PC
智能手机 智能卡
90%的计算机 都是嵌入式
1个计算机: 多个用户 1个计算机: 1个用户
系统
网络 系统
安全 系统
通信 系统
备用 系统
...
集装箱供应链安全 监管技术与系统
基础 技术
信息采集技术 包括温度、压力、振 动、湿度、烟雾、倾 角、速度、放射性等
的传感感知
射频识别 技术
RFID
空间信息 技术
GIS GPS/北斗
信息交换传输 技术
Internet/WiFi 3G GSM
信息识别技术
自主装卸
船只靠泊
自主装装船船作作业业
自主取取料料作作业业
船只离港
智能安全管理
设人备工智设能备监维管护 区人域工智安能全监巡管视 货人物工智货能物监监管管
绿色环保
海水雾化抑尘 生态抑尘 …
智慧港口主要形态特征
一,全面感知
全面感知是所有深层次智能化应用的基础,智能监测的结果是现场数据的全面 数字化。包括现场物联网、远程传输网络以及数据集成管理(筛选、质量控制、标 准化和数据整合)。
智能场 地计划
智能泊位计 划
最合理的船舶在港时间 最恰当的场内翻箱 最小化的运输成本
智慧港口主要技术支撑
六、系统仿真与预演技术
系统仿真是一门研究系统建模与仿真理论、方法、技术及应用的综合性科学技 术。预演技术是对具体生产作业过程的整体性动态描述。
港 口 应 用 : 码 头 生 产 预 演
智慧港口主要技术支撑
智慧港口功能构成
货主
代理 公路
智能政务 检验检疫 税收
海关
其他部门
智能管理
船公司
铁路 物流园区
自主装卸
智能商务
金融保险机构
智慧型干散货码头示例:
智能商务
电子商面务签平合台同(合约)
火车运输
船舶运输
汽车运输
智能闸口
以 干

智能堆场



为 例
智能泊位控制
智进能闸闸口口 智能入堆库场管理 堆料堆智料能作作业业 船智舶能手船续舶申管报理 人智工能泊位调度
智慧港口主要技术支撑
八、设备智能诊断与评估(智能运维)
设备智能诊断与评估就是通过网络与专家知识对人与设备的状态进行监测,判断 其是否正常,当出现异常时分析其产生的原因、部位和严重程度,并预报其发展趋势。
港 口 应 用 : 设 备 远 程 监 控
智慧港口主要技术支撑
九、装卸机器视觉与自主控制
装卸机器视觉是通过非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像, 获得装卸所需信息;自主控制则实现在此基础上的信息处理、决策和自动装卸控制。
装 卸 过 程 智 能 识 别 与 自 主 控 制
智慧港口主要技术支撑
十、港口绿色能源系统
港口绿色能源系统主要是引导港口运营的各个环节实现零排放、零污染和能源 的高效、综合利用。
规划节能模块

概念开发理论(CDT)
规划节能

模型
绿

营运节能模块

源 与
全能体技术 (HOLON)
港口节能营运 系统

图像分析与处 理、知识发现
与理解
传统港口向智慧型港口的转型
应用和发展港口装卸专业化、智能化技术:
1、支持集装箱码头向智能化方向发展,推广应用码头生产组织营 运仿真与预演技术,推广以智能计划与调度为核心的流程重组,推广应 用集装箱码头自动化装卸技术、集装箱物流全程实时在线监控技术。
2、鼓励大宗干散货码头装卸作业推广应用智能化控制技术。鼓励 液体散货码头推广应用自动化装卸技术。推广应用港口装卸输送设备变 频驱动技术。
……
国内外智慧港口的发展趋势—新加坡3D港口
多层码头布局
综合物流园区
保税贸易服务
上下畅通物流
国内外智慧港口的发展趋势
1《智慧港口带动未来贸易》2016
我们必须意识到,港口企业已很难单纯依 靠码头装卸服务谋求利润增长。
“智慧港口”是集互联网、物联网和码头自 动化技术为一体的,多边界属性的,一个系统 化大港口生态圈。它代表着未来港口的发展方 向,孕育着新的机会和可能性。
智慧港口主要技术支撑
四、大数据技术
大数据(Big data),或称巨量数据、海量数据、大资料,指的是所涉及的数 据量规模巨大到无法通过人工,在合理时间内整理成为人类所能解读的信息。必须 借由计算机对数据进行统计、比对、解析方能得出客观结果
大数据推动全球物流业进入新纪元
港口应用:智能监管、智能商务、智能服务
集装箱智慧物流平台功能框架
业务办理
电子闸口
数据交互
信息查询
订舱数据获取
集卡调度派单
司机接单
堆场扫码提箱 集装箱数据采
集 电子进闸
场位动态采集
自动车牌识别 集装箱箱号识
别 集装箱验残
自动抬杆
视频监控/对讲
智能派位
小票打印
Web网页端 APP移动端 接口交互 信息更新 信息验证 信息储存
集装箱物流动态查询

应 急 处 理
跨区
域监 ...

基于物联网的可视 化实时监控
知识 库
危险货物
包括品名、 类别、属性

设施设备
供应链全过 程物流与作 业设施设备
标准规范
法令法规、 管理办法、 技术标准等
安全作业
供应链全过 程安全作业 规程、要求
应急预案
应急预警、响 应、处理程序、 方法、案例库等
支撑
服务器
存储
平台
系统
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