工业40与智慧港口建设培训课件

工业4.0与智慧港口建设宓为建 上海海事大学上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY工业4.0发展背景德国工业为什么一枝独秀德国工业为什么一枝独秀关键需求领域：关键需求领域：高科技战略高科技战略2020（1）气候）气候/能源能源（2）保健）保健/营养营养（3）交通）交通（4）安全）安全（5）通信）通信？时间时间复复杂杂程程度度工业革命工业革命1.018世纪末1784工业革命工业革命2.020世纪初电力广泛应用蒸汽机工业革命工业革命3.0电子、IT、工业机器人工业革命工业革命4.0信息物理系统n高新技术发展的必然高新技术发展的必然 工业工业4.0 工业互联网工业互联网 新硬件时代新硬件时代智能化环境智能化环境嵌入式计算机嵌入式计算机智能工厂智能工厂智能手机智能手机智能卡智能卡90%的计算机的计算机都是嵌入式都是嵌入式多个计算机：多个计算机：1个用户个用户1个计算机：个计算机：1个用户个用户PC中央计算机中央计算机1个计算机：个计算机：多个用户多个用户基于物联网与服务的基于物联网与服务的智能环境发展过程智能环境发展过程工业4.0从智慧工厂到智慧港口nIndustry 4.0德国高科技战略计划德国高科技战略计划n两大主题：两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂、智能生产n智慧工厂智慧工厂p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）智慧港口）n智能生产智能生产p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）自主装卸、智能服务）智慧港口的增值功能智慧港口的增值功能 面向供应链的服务面向供应链的服务服务库硬件无关硬件无关抽象服务抽象服务硬件相关硬件相关设备控制设备控制现场层创新、协调、绿色、开放、共享创新、协调、绿色、开放、共享-理念理念创新驱动下的可持续发展创新驱动下的可持续发展-模式模式更安全、更舒适、更环保、更高效更安全、更舒适、更环保、更高效-目标目标n新业态转型发展的要求新业态转型发展的要求中国制造中国制造2025推进推进“互联网互联网+”便捷交通、促进智能交通发展便捷交通、促进智能交通发展推进推进“互联网互联网+”行动的指导意见行动的指导意见n政治经济的政策驱动政治经济的政策驱动公路水路交通运输主要技术政策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国内外智慧港口的发展趋势新加坡新加坡3D港口港口多层码头布局多层码头布局综合物流综合物流园区园区上下畅通物流上下畅通物流保税贸易服务保税贸易服务国内外智慧港口的发展趋势国内外智慧港口的发展趋势1智慧港口带动未来贸易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。靠码头装卸服务谋求利润增长。“智慧港口智慧港口”是集互联网、物联网和码头自是集互联网、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。向，孕育着新的机会和可能性。贸易便利化！贸易便利化！国内外智慧港口的发展趋势国内外智慧港口的发展趋势2、智慧港口物流平台、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、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准确、及时和便捷地获取需求（单一窗口）（单一窗口）。一一站站式式服服务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国内外智慧港口的发展趋势国内外智慧港口的发展趋势3、中远海运港口的新布局、中远海运港口的新布局超过超过8500万载重吨万载重吨/114艘，排名世界第一；艘，排名世界第一；集装箱船队排名世界第四；集装箱船队排名世界第四；全球集装箱码头超过全球集装箱码头超过46个；个；泊位数超过泊位数超过190个；个；集装箱吞吐量集装箱吞吐量9000万万TEU，排名世界第二，排名世界第二 全球化时代的全球化时代的船、港、货船、港、货：船舶是载体，港：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。球贸易赖以存在的根本。国内外智慧港口的发展趋势国内外智慧港口的发展趋势4、港口运营的新愿景、港口运营的新愿景单机设备智能化单机设备智能化装卸作业高效化装卸作业高效化资源利用最佳化资源利用最佳化信息应用整体化信息应用整体化工业4.0从智慧港口到智能装卸示例：云示例：云平台架构下危险货物平台架构下危险货物集装箱安全集装箱安全监管协同服务监管协同服务平台平台分类管理、全程跟踪、实时监控、信息共享分类管理、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：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：现代港口的发展方向是：1）建设智慧型港口系统）建设智慧型港口系统 2）传统港口智能化改造）传统港口智能化改造现代港口定义现代港口定义现代港口现代港口:是是具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进出和停泊的具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进出和停泊的运运输枢纽输枢纽,是是水陆交通的集结点，工农业产品和外贸进出口物资的水陆交通的集结点，工农业产品和外贸进出口物资的集散地集散地,也也是是国际物国际物流全程流全程运输与国际贸易的服务中心和服务运输与国际贸易的服务中心和服务基地。基地。智慧智慧港口定义港口定义以信息物理系统（以信息物理系统（Cyber-Physical Systems）为结构框架，通过）为结构框架，通过高新技术高新技术的的创新应用，使物流供给方和需求方共同融入创新应用，使物流供给方和需求方共同融入集疏运一体化集疏运一体化系统；极大提升港口及其系统；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安全、高效率高效率和和高品质服务的一类新型港口高品质服务的一类新型港口。智慧港口（智慧港口（smart port）：）：智能商务智能商务物流园区物流园区代理代理铁路铁路海关海关税收税收其他部门其他部门检验检疫检验检疫货主货主公路公路金融保险机构金融保险机构船公司船公司智能政务智能政务自主装卸自主装卸智能管理智能管理智慧港口功能构成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商务智能闸口智能闸口智能堆场智能堆场智能泊位控制智能泊位控制自主装卸自主装卸智能安全管理智能安全管理绿色环保绿色环保货物智能监管生态抑尘智慧型干散货智慧型干散货码头示例：码头示例：火车运输汽车运输船只靠泊船只离港l以干散货出口为例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智慧港口主要形态特征港口主要形态特征全面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）。准化和数据整合）。一，全面感知一，全面感知智慧智慧港口主要形态特征港口主要形态特征 智能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、调度复杂计划、调度等问题等问题快速快速做出有效做出有效决策。决策。二，智能决策二，智能决策智慧智慧港口主要形态特征港口主要形态特征自主装卸是自主装卸是在智能决策基础上在智能决策基础上，设备，设备自主识别自主识别确定装卸对象确定装卸对象、作业、作业目标，并目标，并安安全、全、高效、自动高效、自动完成作业任务。完成作业任务。三，自主装卸搬运三，自主装卸搬运智慧智慧港口主要形态特征港口主要形态特征 全程参与，即全程参与，即是通过云是通过云计算、移动互联网技术计算、移动互联网技术的应用，使港口相关方可以随时的应用，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。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，全程参与四，全程参与智慧智慧港口主要形态特征港口主要形态特征港口港口可持续创新是可持续创新是通过港口相关通过港口相关方的广泛参与和深入交互，方的广泛参与和深入交互，通过港口管理通过港口管理者者与与智能信息系统智能信息系统的人机交互的人机交互，智能信息系统，智能信息系统的自主学习，的自主学习，使得港口具备使得港口具备持续创新和自持续创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。大众创新大众创新系统创新系统创新 用户创新用户创新 开放创新 协同创新 自学习 自组织 人机交互五，持续创新五，持续创新智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑一、物一、物联网联网技术技术物联网物联网(Internet of Things)，指的是将各种信息传感设备，如射频识别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、激光扫描器装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置等装置与互联网结合起来与互联网结合起来而形成的一个巨大网络而形成的一个巨大网络。港口应用：货物电子标签港口应用：货物电子标签智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑二、移动二、移动互联网互联网技术技术移动互联网移动互联网(Mobile Internet,简称简称MI)是一种通过智能移动终端，采用移动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。从信息从信息获取获取到基于信息的到基于信息的服务服务链接链接互动互动共享共享微信订舱微信订舱手机支付手机支付实时监控实时监控港口应用：移动智能终端应用港口应用：移动智能终端应用智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑三、云计算技术三、云计算技术云计算（云计算（Cloud Computing），是一种基于互联网的应用与服务方式，通过这），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。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。港口云港口云计算中计算中心心政府监政府监管系统管系统船货代船货代系统系统集疏运集疏运一体化一体化系统系统码头业码头业务系统务系统物流仓物流仓储系统储系统港口应用：港口应用：港口云计算中心港口云计算中心智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑四、大四、大数据数据技术技术大大数据（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），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，在合理时间据量规模巨大到无法通过人工，在合理时间内整理内整理成为人类所能解读的成为人类所能解读的信息。必须信息。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大数据推动全球物流业进入新纪元分析预测分析预测知识知识发现发现智能智能商务商务 利用大数据，实时计算全球利用大数据，实时计算全球船舶、港口、货物船舶、港口、货物之间的时空关之间的时空关系，从而推算出船舶活动情况、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，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。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智慧港口主要技术支撑五、人工智能技术五、人工智能技术人工智能（人工智能（Artificial Intelligence,AI）也称为机器智能，是计算机科学的一）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、能。人工智能应用领域广泛，涉及问题求解、深度学习深度学习、专家系统、模式识别、机、专家系统、模式识别、机器人学等领域。器人学等领域。智能泊位计智能泊位计划划智能场智能场地计划地计划智能设智能设备调度备调度最合理的船舶在港时最合理的船舶在港时间间最恰当的场内翻箱最恰当的场内翻箱最小化的运输成本最小化的运输成本港口应用：智能计划与调度港口应用：智能计划与调度智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑六、系统仿真与预演技术六、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。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：码头生产预演港口应用：码头生产预演智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑七、虚拟现实（七、虚拟现实（VR）与增强现实）与增强现实(AR)虚拟现实（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，）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（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）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。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危货堆场监控及应急处置智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑八、设备智能诊断与评估（八、设备智能诊断与评估（智能运维智能运维）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。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：设备远程监控港口应用：设备远程监控智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑九、装卸机器视觉与自主控制九、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，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。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装卸过程智能识别与自主控制智慧港口主要技术支撑智慧港口主要技术支撑十、港口绿色能源系统十、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。的高效、综合利用。港口绿色能源与高效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发展展望 智慧港口是物联网、移动互联网、云计算、人工智慧港口是物联网、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。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。着世界港口新的发展方向。上海海事大学上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY 谢 谢 大 家!演讲完毕，谢谢观看！