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工业4.0与智慧港口建设宓为建上海海事大学SHANGHAIMARITIMEUNIVERSITY工业4.0发展背景德国工业为什么一枝独秀关键需求领域：《高科技战略2020》（1）气候/能源（2）保健/营养（3）交通（4）安全（5）通信？时间复杂程度工业革命1.018世纪末1784工业革命2.020世纪初电力广泛应用蒸汽机工业革命3.0电子、IT、工业机器人工业革命4.0信息物理系统高新技术发展的必然工业4.0工业互联网新硬件时代智能化环境嵌入式计算机智能工厂智能手机智能卡90%的计算机都是嵌入式多个计算机：1个用户1个计算机：1个用户PC中央计算机1个计算机：多个用户基于物联网与服务的智能环境发展过程工业4.0——从智慧工厂到智慧港口Industry4.0——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、智能服务）智慧港口的增值功能——面向供应链的服务服务库硬件无关抽象服务硬件相关设备控制现场层创新、协调、绿色、开放、共享-理念创新驱动下的可持续发展-模式更安全、更舒适、更环保、更高效-目标新业态转型发展的要求中国制造2025推进“互联网+”便捷交通、促进智能交通发展推进“互联网+”行动的指导意见政治经济的政策驱动公路水路交通运输主要技术政策……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上下畅通物流保税贸易服务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。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）。一站式服务集装箱智慧物流平台功能框架业务办理电子闸口信息更新信息验证APP移动端接口交互信息储存数据交互Web网页端订舱数据获取集卡调度派单堆场扫码提箱集装箱数据采集电子进闸场位动态采集集装箱箱号识别集装箱验残视频监控/对讲智能派位自动车牌识别自动抬杆司机接单小票打印信息查询码头危品箱查询码头箱状态查询司机备案查询集卡备案查询集卡派单信息查询设备交接单信息查询集装箱物流动态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信息流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GISGPS/北斗信息交换传输技术Internet/WiFi3GGSM信息识别技术图像分析与处理、知识发现与理解支撑平台服务器系统存储系统网络系统安全系统通信系统备用系统...知识库危险货物包括品名、类别、属性等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、案例库等协同服务港口危险货物集装箱供应链安全监管中心...跨区域监控危险货物集装箱状态实时监控危险货物集装箱申报监管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控应急处理物流、商流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分类管理、全程跟踪、实时监控、信息共享云平台架构下基于知识的协同服务基于物联网的可视化实时监控集装箱供应链安全监管技术与系统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。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。智慧港口定义以信息物理系统（Cyber-PhysicalSystems）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。智慧港口（smartport）：智能商务物流园区代理铁路海关税收其他部门检验检疫货主公路金融保险机构船公司智能政务自主装卸智能管理智慧港口功能构成智能泊位调度智能堆场管理智能闸口自主装船作业自主取料作业堆料智能作业设备智能监管区域智能监管电子商务平台（合约）智能船舶管理海水雾化抑尘智能商务智能闸口智能堆场智能泊位控制自主装卸智能安全管理绿色环保货物智能监管生态抑尘…智慧型干散货码头示例：火车运输汽车运输船只靠泊船只离港以干散货出口为例船舶运输进闸口堆料作业面签合同入库船舶手续申报装船作业取料作业人工泊位调度人工设备维护人工安全巡视人工货物监管智慧港口主要形态特征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）。一，全面感知智慧港口主要形态特征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。二，智能决策智慧港口主要形态特征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。三，自主装卸搬运智慧港口主要形态特征全程参与，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。四，全程参与智慧港口主要形态特征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。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•人机交互五，持续创新智慧港口主要技术支撑一、物联网技术物联网(InternetofThings)，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(MobileInternet,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链接互动共享微信订舱手机支付实时监控港口应用：移动智能终端应用智慧港口主要技术支撑三、云计算技术云计算（CloudComputing），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。港口云计算中心政府监管系统船货代系统集疏运一体化系统码头业务系统物流仓储系统港口应用：港口云计算中心智慧港口主要技术支撑四、大数据技术大数据（Bigdata），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分析预测知识发现智能商务利用大数据，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。港口应用：智能监管、智能商务、智能服务智慧港口主要技术支撑五、人工智能技术人工智能（ArtificialIntelligence,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。智能泊位计划智能场地计划智能设备调度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港口应用：智能计划与调度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。港口绿色能源与高效利用规划节能模型港口设备配置子系统港口物流规划子系统港口节能规划方案概念开发理论（CDT）规划节能模块港口节能营运系统港口智能调度子系统港口智能计划子系统软硬件系统协同节能全能体技术（HOLON）营运节能模块能量储能技术飞轮储能技术超级电容技术其它节能新技术能量回馈技术设备节能模块智慧港口发展展望智慧港口是物联网、移动互联网、云计算、人工智能等高新技术与港口功能的完美融合。在新一轮信息技术变革的背景下，智慧港口引领着世界港口新的发展方向。上海海事大学SHANGHAIMARITIMEUNIVERSITY谢谢大家!