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巧妙运用智能技术,助力港口数字化建设

日期:2018-12-06 来源:北京大学在职研修网 阅读:64

  数字化智能港口技术有助于提升港口运营能力,无需进行重大基础设施升级,就能把港口及其合作伙伴的产能、效率、用户便利性和竞争力推上新台阶。

  近半个世纪以来,航运业不断推陈出新,引入了集装箱化、大型船舶和电子数据交换等新理念、新模式。尽管如此,港口运营依然保持着传统的做法,依赖于人工操作和纸质文件体系。

  但全球贸易格局并非一成不变。日益增大的船舶尺寸和货运量对港口和码头造成的压力日益增大,它们必须不断创新才能跟上发展的步伐。港口运营商想要保持竞争优势,就必须培养数字化思维,运用智能港口技术来实现理想的产能、效率、用户便利性和竞争力。领先港口已着手采用在其它行业中掀起巨浪的一系列突破性数字化技术,如互联平台、云服务、移动设备及app、传感器及其它物联网技术、增强现实(AR)技术、自动运输系统,以及区块链技术和大数据等。

  与此同时,港口环境也已发生改变,成为由管理机构、码头、航运公司、货车运输和物流公司,以及码头外仓储服务商组成的一系列错综复杂的合作伙伴网络。为了保证技术有效落地,各个合作伙伴不应止步于单纯地采用这些技术,而应积极构建和启用有助于促进各方合作的平台与服务,从而提升整个生态系统的综合效率(参阅图1)。这些统一的平台和服务,能帮助生态系统内的各方轻松拓展现有业务,无需再为大规模增加基础设施或设备而操心。有时候,这些多方平台还可用于开设全新的数字化服务,为港口创造新的收入来源。

  智能技术能为港口带来显著收益。例如,德国汉堡港计划于2025年年底前,在现有空间内实现运能翻倍,同时降低港口运营商的运营成本以及货主的物流成本。全面推行网联港口升级举措,是此项计划的关键组成部分。

    怎样利用数字化技术助推港口和码头转型

  智能港口技术是基于数字化的多方系统。港口的各个合作伙伴可以利用这些技术优化现有的骨干职能,同时改善运营;无需花费大量的人力、物力和财力来增加全新的基础设施与设备,只要重新设计现有的工作方式与流程即可。因此,我们在对智能港口技术进行评估和探讨时,并没有包含传统的IT服务,如数据标准化和系统集成,或码头自动化系统等仅供单方使用的系统。

  智能港口技术是基于数字化的多方系统。港口的各个合作伙伴可以利用这些技术优化现有的骨干职能,同时改善运营;无需花费大量的人力、物力和财力来增加全新的基础设施与设备,只要重新设计现有的工作方式与流程即可。因此,我们在对智能港口技术进行评估和探讨时,并没有包含传统的IT服务,如数据标准化和系统集成,或码头自动化系统等仅供单方使用的系统。

  智能港口技术不仅包含基础设施支持系统,同时还囊括了货物搬运、流量管理、海关事物、安全保障和能源监控等智能工具。部分技术能为港口合作伙伴带来显著收效,另一些则有助于促进不同的合作伙伴,如港口当局和码头运营商之间的相互合作。

  基础设施

  智能传感器能帮助港口当局和码头运营商追踪、操作和维护其管理的物理基础设施与设备。植入码头岸壁、道路、铁路和桥梁的传感器,用于传输有关泊位和其它基础设施运行状况的实时数据。此类传感器不仅能减少设施的年检需求,还能为拥有者提供数据,帮助他们制定更精确的预防性维护时间表。许多基于传感器的结构健康监控系统的价格,仅为设施本身的一小部分,在劳动力成本偏高的国家和地区,此类系统的投资回报(ROI)也相对较快。

  货物搬运

  可靠的监控系统不仅能实现吊车及其它货物搬运设备的高效运转,还能确保设备得到妥善的维护,帮助码头运营商提高吞吐量和生产力。网联货物搬运设备可以实时完成这项工作。西班牙瓦伦西亚港的一个集装箱码头正在测试这种网络,他们在200辆吊车、卡车和叉车上安装了“黑匣子”,用于采集位置、运行状态和能耗等信息。系统实时分析并与码头员工共享这些信息,帮助他们找到运营瓶颈和采用适当的应对举措。开发商估计,该系统不仅能减少设备的闲置时间,还能将能耗降至最低,节省多达10%的运营成本。

  多式联运

  提高货物搬运效率并非唯一的目标,码头还需要寻找更好的方法,引导货运卡车与火车尽快通过最容易拥堵的区域。码头预约系统就是一个不错的解决方案:货运公司提前登录这一系统进行预约,并按预约时间来码头卸货或提货。预约系统有助于加快卡车周转,不仅缩短了卡车司机在港口干道上的拥堵时间,还能减少司机在码头闲置等待让空气质量变差的问题。新加坡港正在测试一款基于GPS的交通监控系统;该系统能实时追踪卡车动态,在车辆靠近关键设施时通知港口,并指导其如何继续前进。汉堡港则在港口主路上沿途安装了嵌入式交通监控传感器,并对之展开应用测试。

  清关提货

  除了更有效地搬运货物外,港口还需在货物信息处理和收付款方面有所改进,包括贸易许可证、进出口许可证和清关等事宜。欧洲领先港口正在尝试用区块链技术来降低与纸质货运文件和海关费用缴纳相关的运营成本。区块链可以将数据分布存储在多个位置,既能加快信息处理,又能降低数据篡改的风险。区块链可用于创建防篡改托管记录,并用它来取代传统的纸质提货单;此举能为托运人、航运公司、港口、码头和海关当局省下每集装箱数百美元的人力与操作成本。比利时安特卫普港与荷兰鹿特丹港已着手尝试用区块链技术来保障集装箱安全和跟踪货物状态。

  安全保障

  港口必须确保其管理的设施与资产满足最基本的安全等级要求。他们必须对实体基础设施进行有效监控,确保只有获得适当授权和许可的人员才能进入限制区域。港口可以使用多种智能技术来提高安全性;采用高级视频分析技术,通过动作与模式识别来检测入侵,并向安保人员发出潜在威胁警报的监控系统就是其中之一。许多港口已对传统门禁安全系统进行了升级,要求员工、卡车司机和访客使用联网的生物识别扫描仪登录系统,以此来提升安全级别。为扫除工作人员安全隐患,港口可以使用传感器系统来执行安全工作程序。例如,部分港口使用传感器网络来提醒场内的卡车司机遵守车道规范。此类网络亦适用于港口的集装箱吊车,确保在装货和卸货时保持适当的位置区隔。

  节能环保

  网联技术还能帮助港口减少能耗与浪费。选择之一就是动态跟踪港口照明系统,仅在车辆靠近时提供照明。瓦伦西亚港码头采用的动态敏感照明系统,带来了近80%的节能成效,安装成本在短短两年内就已完全抵消。为了尽可能减少能源消耗,汉堡港也在港口道路上部署了类似的智能照明系统。还有些港口使用无人机来检查设备,监测水面溢油,以及监督清理工作,有效降低了运营成本。

  许多港口都已采用了一些智能港口技术,但领先的港口,譬如汉堡港,并未就此止步。汉堡港将多个独立系统整合到一起,组成一个全港通用的互联平台。平台将来自传感器、移动设备,以及各合作伙伴的数据库等不同来源的数据集于一身。此类平台不仅能帮助港口当局及其合作伙伴改善内部运营,还能实时收集港口内部的交通信息,尽可能减少堆场与码头闸口的交通瓶颈。若平台具有地理定位功能,还可以对即将抵达港口的卡车进行准确定位,帮助港口更好地规划集装箱卡车的交通流量。

  此外,全港互联平台还可以带来宝贵的数据,港口可将其作为新服务出售给客户。港口若能获取有关腹地卡车动态、装船以及堆场运营的实时数据,还可以提供额外的“晚集港”服务,即在港口运营允许的范围内,接受货车运输公司在正常集港时间结束后送达的集装箱。拥有实时交通信息的港口可以将数据出售给货车运输和物流公司,帮助他们进一步改善行程规划。全港平台还能支持港口组建在线交易市场,方便企业买卖和共享相关设备。

  港口当局虽不再参与日常的运营工作,但他们仍需负责港口的战略发展。他们是协调港口的合作伙伴,以及鼓励各方携手推进创新的核心部门。建设智能港口平台对港口未来的长期成功,及其在市场竞争中脱颖而出的能力有着至关重要的影响。

  智能港口解决方案不能“一刀切”

  港口可以在多种不同的智能港口技术中进行选择,但他们应根据自身所面临的关键战略问题来挑选最适宜的智能技术。例如,港口所处的地理位置、在贸易中所扮演的角色或其竞争力,都会对需求产生影响。仅为周边腹地提供贸易支持的本地门户港口的需求,自然不同于那些通过铁路或驳船为遥远地区提供货运支持的多式联运门户港口。这两种港口的需求,又不同于那些需要将大多数货物存于港内的转运枢纽。影响港口需求的其它因素包括:港口规模、成熟度,以及周边港口所带来的竞争压力(参阅图3)。

  港口可以在多种不同的智能港口技术中进行选择,但他们应根据自身所面临的关键战略问题来挑选最适宜的智能技术。例如,港口所处的地理位置、在贸易中所扮演的角色或其竞争力,都会对需求产生影响。仅为周边腹地提供贸易支持的本地门户港口的需求,自然不同于那些通过铁路或驳船为遥远地区提供货运支持的多式联运门户港口。这两种港口的需求,又不同于那些需要将大多数货物存于港内的转运枢纽。影响港口需求的其它因素包括:港口规模、成熟度,以及周边港口所带来的竞争压力(参阅图3)。

  巧用智能技术助力港口数字化建设

  新兴港口应采用智能技术来简化业务流程。新兴经济体正在不断建设新港口,以满足强劲的贸易增长所带来的需求。许多新港口会与传统港口展开竞争,或致力于打破传统港口所面临的局限;现代化基础设施不仅能帮助港口扩容,还能在设施建设的同时嵌入智能技术。对这些港口而言,吸引更多的货运订单是最重要的任务之一,用智能港口技术来打造更便捷的业务流程,将会使其受益匪浅。此类技术包括港口通讯系统和单一窗口海关系统等,旨在简化不同合作伙伴之间的信息交流。其它有助于促进业务合作的智能系统包括生物识别门禁系统,以及能加快和简化海关处理的货物扫描工具等。

  智能技术能帮助新兴经济体的本地贸易枢纽港口提高产能。在撒哈拉以南非洲、亚洲和南美洲的许多地区,老牌港口已成为本地货物往来区域或全国市场的主导门户。因此,这些港口必须尽可能提高运营效率,旨在降低成本和保持本地的出口竞争力。港口码头面临着日益增长的货物吞吐量和船舶尺寸所带来的挑战;为了跟上需求的步伐,它们应采用智能技术来提高货物吞吐量与生产力,为港口运营创造收益。此类技术包括设备跟踪和管控系统,如瓦伦西亚港开发的智能、节能与自适应管理系统(SEAMS)和黑匣子解决方案,帮助港口实时识别和管理运营瓶颈。对这些港口而言,顺畅高效的腹地连接是降低贸易成本的关键。许多港口都通过公路运输货物,它们可以利用闸门自动化和卡车预约系统来加快进出港的车流量。

  大型多式联运门户港口需对不同的交通运输模式进行全面优化。中国、北欧和北美发达市场的多式联运门户港口需要收发大量往返遥远腹地的货物。这些港口大多位于高流量贸易要道上,进出港口的超大型船舶及其运载的大批量货物很容易造成堆场与多式联运通道拥堵。这些港口可以使用智能技术来提高多式联运管理效率,控制物流及相关成本,进而为自己赢得显著的差异化优势。越来越多的港口开始使用货运卡车预约系统,以此来优化港口交通。部分港口已建立并启用了单一码头预约系统;新加坡和澳大利亚的港口则更进一步,建立了全港通用的综合系统,进一步提升了管理效率。同样,包含铁路和驳船连接的一体化多式联运系统,亦可为港口带来显著的成本效益。汉堡港正在打造全新的铁路物流平台,通过嵌入式传感器来监测铁路基础设施的状况。

  大型城市港口需全力推进可持续运营,尽可能降低环境影响。除了应对中大型港口所面临的挑战外,位于上海、汉堡、新加坡、纽约和洛杉矶等全球各大主要城市的领先港口还须加强环保管理,尽可能减少污染和噪音,以及对周边地区形成的交通压力。为确保大型港口与城市的可持续共存,港口必须严格监控并致力于减少大量货物进出所造成的环境影响。智能港口技术能帮助缓解货运相关的城市交通压力与道路和基础设施磨损,以及其它环境影响,确保港口满足日益严格的安全保障规定和要求;例如新加坡和汉堡港采用的港口通路交通监控,鹿特丹港采用的基于传感器网络的空气和水污染监控系统,以及另一些港口采用的无人机技术等。这些系统生成的数据可以反馈至全港平台,用于汇总并与港口合作伙伴分享相关信息。汉堡港和安特卫普港就通过此类数据平台,有效提升了整个港口生态系统的运营效率。港口还能利用这些资源,为用户提供基于数据的港口服务,创造全新的收入来源。

  把新技术转化为新服务,进一步推动港口创收

  大多数智能港口技术的主要收益,是帮助港口当局及其合作伙伴节约成本并提高运营效率,但除此之外,这些系统还可以为港口带来基于数据的新服务和全新的收入来源。港口及其合作伙伴可以将此类服务出售给不同的潜在客户,如货车运输公司、码头运营商、物流园区、集装箱货场和大宗商品贸易商等。

  大多数智能港口技术的主要收益,是帮助港口当局及其合作伙伴节约成本并提高运营效率,但除此之外,这些系统还可以为港口带来基于数据的新服务和全新的收入来源。港口及其合作伙伴可以将此类服务出售给不同的潜在客户,如货车运输公司、码头运营商、物流园区、集装箱货场和大宗商品贸易商等。

  澳大利亚的码头运营商和集装箱货场率先通过此类服务创造了全新的收入来源;他们为货车运输公司等非常规客户提供了相关的数字化服务。澳大利亚的集装箱码头和货场建立并启用了货运卡车预约系统,有效缓解了卡车拥堵的问题,把卡车周转时间从过去的几小时缩短到了几分钟。系统上线后,码头产能显著提升,货车运输公司都愿意为此支付合理的预约费。在新加坡,卡车司机通过车载智能手机系统与码头和集装箱货场交换信息,进而提高了工作效率。此类系统还能为货主提供全港实时集装箱跟踪服务,让他们在整个区域内的任何角落轻松监控集装箱位置。

  智能港口数据是另一个潜在的收入来源。汉堡港正在建设一个名为SmartPORT的社区平台,建成后即可利用传感器网络来追踪港口的基础设施、交通,以及船只和货物移动数据,并且可以把这些数据出售给有需要的第三方。安特卫普港与一家商业合作伙伴携手创建了一个数据交换平台,用于汇总和分析来自航运和货运公司、仓库、报关公司及其他港口机构的数据。合作伙伴计划利用船舶到达时间、集装箱重量、收货时间和运输指示等数据来创造收入。这些信息能帮助用户制定更好的运输规划,进而降低了运营成本。除了创造额外收入以外,此项服务还能帮助欧洲最繁忙的港口之一改善物流并减少卡车尾气排放;码头可以把空箱及时送到急需集装箱来装载货物的客户手中,进而减少了货场内滞留的集装箱数量。

  如何实施智能港口解决方案

  目前市场上智能港口技术层出不穷。许多技术看似具有普适性,但使用这些技术的港口却各有各的特点和需求。港口选择智能技术时,必须确保其为之投入的财力物力能够创造出最大的价值。为了获得最大的回报,投资方应把目光锁定在有限的范围之内。我们建议通过下列步骤来选择智能港口技术,并将新技术的实施风险降至最低。

  目前市场上智能港口技术层出不穷。许多技术看似具有普适性,但使用这些技术的港口却各有各的特点和需求。港口选择智能技术时,必须确保其为之投入的财力物力能够创造出最大的价值。为了获得最大的回报,投资方应把目光锁定在有限的范围之内。我们建议通过下列步骤来选择智能港口技术,并将新技术的实施风险降至最低。

  把智能港口策略与港口的整体战略联系到一起

  技术策略不能凭空而立。对港口进行技术升级时,必须把目光放得更高更远,确保升级项目与更大范围的港口战略和目标相匹配,这些战略目标包括:在现有设施的基础上实现更大的吞吐量;降低运营成本,改善港口盈利;比相邻港口更便捷,以此来提升市场份额;或用基于数据的服务创造额外收入。智能港口技术规划必须和港口的整体战略紧密挂钩,因此最高管理层必须发挥积极的带头作用,而不是把升级项目直接委托给港口技术部门或IT部门的负责人。

  若港口尚未制定整体战略规划,可以从竞争对手业绩对标和运营及市场份额分析入手,勾勒出大致的战略蓝图。期间,港口应对贸易总到岸成本、航运公司港口停靠总成本、关税、船舶产能,以及运营成本和陆域成本等关键参数进行评估。港口可以对包含船舶停靠、货物搬运、仓储,以及陆域运输成本在内的集装箱运输总成本展开对标;如果对标结果显示货物搬运成本是拔高集装箱运输总成本的“症结”所在,港口就可以采用相关技术来提高货物的搬运效率。如果发现差别主要在于仓储或陆域运输成本偏高,则应采用有助于缓解堆场拥堵或卡车等待与周转时间的技术,以实现最理想的投资回报。

  除了收集数据和分析经济驱动因素外,港口还可以让合作伙伴描述他们认为需要解决的问题。收集定量和定性数据是一项非常耗时的工作,但最终将为港口指明方向,帮助它们制定高效的整体战略和采取适当智能港口升级举措。

  找到能用智能港口技术解决的“痛点”

  确定需要改进的领域后,再找到问题和差距的来源。大多数问题都是结构性问题,即与某些实际操作有关;或是行为问题,因港口用户偏爱某种特定的操作方式所致。

  结构性问题大多与货物搬运效率低下有关。想要找出结构性问题,就必须弄清现有流程是怎样设立起来的。港口可以使用时间/动作分析、瓶颈分析以及过程缺陷分析等诊断工具来寻找效率低下的问题,并设法通过智能港口技术优化。

  行为问题则更难解决,因为症结与人们的行为息息相关。例如,港口外的交通拥堵可能是由于货车到达集装箱装卸点的时间和路线不协调,以及卡车计划装卸的货物未准备就绪所致。港口可以指导或激励用户采用不同操作方式,以此来克服行为问题。在港口这样的多用户环境中,用户行为与港口目标的协调一致,将会有效提升港口的运营效率。

  采用人类学研究法,用不同用户的眼光来审视港口的业务运营是寻找行为问题的方法之一。研究过程中需要与航运公司、货主,以及物流公司和卡车运输公司等传统的港口客户进行沟通。规划人员可以通过访谈、调查和实地观察来了解用户眼中的“痛点”及其所采取的各种行动。

  找到问题后,港口应先划分问题的优先顺序,再确定哪些问题可以通过智能港口技术来解决。在决定首先解决哪个问题时,港口应先确认这个问题是否存在现实的解决方案,并确定问题解决后所能创造的价值,然后对解决方案是否符合港口的智能技术发展愿景和战略目标展开评估。

  创建适用的解决方案组合

  找到潜在的结构和行为问题后,港口应对现有的、可以解决这些问题的智能港口技术展开研究。市场选择非常丰富,这意味着每种问题都可能会有多种解决方案。为缓解卡车拥堵,港口可以安装固定道路传感器,收集和分享实时交通流量信息,并可用于优化算法。或者,港口也可以采用GPS定位系统,从卡车司机的移动设备上获取GPS信号并将数据馈送给算法,实时确定卡车的位置和行踪。这两种方法都有弊有利,港口应结合自身的实际情况展开评估与测试,找到最适宜有效的解决方案。

  另一个案例,就是市面上现成的车牌识别技术,当卡车穿过港口或码头的闸门时,系统会根据车号自动识别车辆。这种技术在欧美得到了广泛的应用,但到了其它地方就算不上是最理想的解决方案,譬如印度。因为印度各邦的车牌类型各不相同,在不同港口之间运输货物的卡车也经常需要跨越邦界。在这种情况下,RFID标签往往更加好用。

  港口在评估现有的智能技术解决方案时,应先参考一下其它港口在解决类似问题时所采用的方案。但它们同时需要注意,每个港口都有其独特的经营模式与挑战,其它港口的解决方案,在自己身上不一定适用。

  为了确保获得预期结果,港口应针对其面临的各种问题,创建一个适用的解决方案组合。正如我们先前所提到的那样,汉堡港准备用多种不同的解决方案来缓解道路拥堵问题,例如通过虚拟堆场项目来减少卡车的空集装箱搬运次数,以及用传感器来测量实时交通流量及路况等。

  决定购买现成技术还是打造定制解决方案

  在决定了需要解决哪些问题,如何应对这些问题,以及可以通过哪些技术来实现优化后,港口还需确认它们能否通过市面上现成的解决方案来达成目标,还是需要自行开发或与外部合作伙伴携手开发专有系统;究竟哪一种才是最好的选择。在许多情况下,购买现成技术往往是最迅速的方案,特别是对技术水平较低的港口而言。但这种选择也存在一定的弊端,如现成系统的功能局限,及其能否与港口现有的技术设施相兼容等。此外,现成解决方案在市面上十分普及,竞争对手也有可能会购买和采用相同的系统。

  港口若想在市场竞争中脱颖而出,亦可选择与技术供应商或顾问携手开发专有技术。打造定制解决方案,并不一定意味着从头开始编写代码。港口可以在现有技术的基础上,根据自身的独特需求进行定制,让竞争对手难以效仿。在决定哪些智能港口技术须要构建而非购买时,港口应与竞争对手展开比较,找到并优先考虑那些能为其带来差异化优势的系统;其它不太关键的解决方案,则可以采用现成系统,向市场平均水平看齐。收购或与小型数字创业公司合作,也是一种不错的选择。在全球领先的港口中,鹿特丹港和新加坡港已率先采用了这种方法。

  运用敏捷设计方法来管理风险

  无论采用哪种类型的智能港口技术,都会产生一定的风险。可能是软件存在漏洞,安装完成后无法正常运行,或用户拒绝切换至新系统等等。新系统安装成本可能会比预期更高,也可能无法在短时间内实现预期的投资回报率。传感器网络、自动化码头和预约系统等智能港口技术在实施过程中,可能会带来昂贵的成本,并具有一定的复杂性甚至破坏性——许多港口都曾经有过这样的经验,技术升级后,它们的新系统并没能立即达到原有系统的产能水平。为了把风险降至最低,港口应分阶段部署和启用新系统,并每走一步,就进行一次回顾与评估,然后再决定是继续还是放弃。测试解决方案时,最好先从风险最大的部分入手。如果方案仍然可行,就意味着其它风险也都能够迎刃而解,项目可以安全地进入下一阶段。

  降低风险的另一种办法,就是采用“最小可行性产品”理念,打造一款尽可能简化的解决方案并立即对之展开测试;确认可行后,再添加更多的功能或用户。港口还可以通过一次小规模的试点来测试潜在用户对新解决方案的接受程度,并尝试不同的用户激励措施,找到效果最好的方案。小规模的试点项目可以在短时间内迅速测试解决方案,确保系统或服务正常运行的各项要素均已到位。

  正如巴拿马运河在二十世纪初掀起了一场浩瀚的全球贸易革命,用钢铁集装箱来运送货物叩启了现代航运时代的大门那样,网联智能港口技术将推动全球航运业走向全新的数字时代。从新兴经济体的小港口到世界最大的贸易中心,全球各地的港口都必须用智能技术来武装自己,致力于提高生产力和效率,为客户提供更优质的服务,以及创造新的收入来源。踌躇不前会让港口面临风险——它们可能会被充分利用智能港口技术的竞争对手所取代。可供选择的方案过多,让人觉得无处下手,也是港口所面临的挑战之一。为了更好地解决这一问题,港口应与同行展开对标,找到差距来源和有待解决的“症结”所在。

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