面向大海有深槽，背靠陆地有浅滩，渤海明珠黄金地，天然良港曹妃甸。2009年6月，华电煤业集团有限公司和唐山曹妃甸港口有限公司共同出资组建河北华电曹妃甸储运有限公司，负责唐山港曹妃甸港区煤码头三期工程项目的前期、建设和运营，2012年4月获国家发改委核准。项目拟建设2个10万吨级泊位、2个7万吨级泊位及1个5万吨级煤炭专用泊位，码头岸线长度1470米，煤炭堆场69.3万平方米，设计通过能力5000万吨/吨，总投资约52.66亿元。曹妃甸煤码头三期工程的建设，对改善我国煤炭运输系统布局、缓解北煤南调和西煤东运压力、实现集团公司“电为主体、煤为基础、路港配套、产业集群”的发展格局具有重大意义。

2019年，国家九部门《关于建设世界一流港口的指导意见》发布，《意见》指出，2025年，世界一流港口建设取得重要进展；2035年，全国港口发展水平整体跃升；2050年，全面建成世界一流港口。《意见》中明确提出加快智慧港口建设，这为智慧港口建设明确了建设目标和努力方向。

从国家规划到企业战略，使华电曹妃甸码头智能化建设迎来了发展的机遇期。

智能化码头建设目标

华电煤业在建设曹妃甸码头之初，就把“国内先进、国际一流、安全经济、智能绿色”作为建设目标，把码头定位为“大型煤炭专业智能化装卸码头”。“大型”是指达到5000万吨装船量规模；“煤炭”是指其散货码头类型；“专业”是指其具有唯一属性；“智能化”是指其具备特点；“装卸”是指其所具有功能。

（1）总体描述

针对集装箱、散货、滚装等装卸码头，采用智能装卸设备、在线检测和定位系统、物料存取的自动控制、信息管理系统等，实现物料从卸车、堆取和装船过程的智能化全自动作业，达到高效可靠、节能环保、安全运行的目的。

（2）智能化码头技术参数

智能化码头要达到的标准和参数为：集装箱70万标准箱/年、散货2000万吨/年、滚装30万辆/年以上；自动化导引小车（AGV)额定载荷大于60吨；精准扫描定位（TPS)成功率>98%；路径计算准确率>98%；生产效率提高30%以上；人员减少40%以上。

（3）智能功能和关键智能部件

智能功能：船舶配载自动识别、物料分布轮廓和位置检测、装卸船路径优化、堆场自动分配、多机调度、自动引导抓取升降放料、设备远程在线监控、信息化管控、安全监控等。

关键智能测控部件：自动导引小车（AGV），变频伺服机构，运动控制器，高稳定性重载安全继电器，设备姿态控制用重量和位置变送器，目标定位（TPS）装置，靠泊用激光对准系统。

智能化码头建设理论

目前，国内港口企业都是基于管控一体化为前提和基础，开展建设智能化码头。

（1）管控一体化认识与发展

目前，较具有影响力的集成体系结构有PERA（普渡企业参考体系结构）、CIMOSA（开放系统体系结构）、GERAM（通用企业参考体系结构和方法论）以及SLA（阶梯型体系结构）等。管控一体化概念由美国普渡大学PERA源起，该结构由过程控制层、过程监控层、生产调度层、企业管理层、经营决策层五层构成，如图1。

图1 管控一体化五层结构

威廉姆斯教授提出的PERA自1992年发布以来，作为实施流程企业计算机集成制造系统的体系结构。 在管控一体化技术不断发展过程中，已由PERA的五层结构过渡为过程控制、制造执行、经营计划（企业资源）三层结构，如图2。

图2 管控一体化三层结构

在《CIM规划和实施的技术指南：Purdue企业参考体系结构》一文中，完整的论述了整个CIM系统生命周期各阶段的功能、任务和设计分析方法。我们能够看到在功能划分上三层结构是有重叠的，但其侧重点各不相同。以调度管理为例，PCS层侧重设备自动化监控，MES层侧重调度计划执行管理，ERP层侧重资源调度、计划排产管理等。在现代工业环境中，技术变革突飞猛进，管控一体化的应用行业领域不断拓宽，为了解决不同企业管理和生产中一些共性的问题，为管理和控制链接中各企业的个性问题提供更好的解决方法，进一步将三层结构简化为控制层、执行层、计划层（管理层），如图3。

（2）两化融合促发展

党的十七大鲜明地提出：“发展现代产业体系，要大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强”的崭新命题，以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路，是时代发展的必然要求。党的十八大报告中提出：“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路，推动信息化和工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调，促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”的“新四化”。两化融合的内涵不仅在于利用信息技术在技术、产品、业务、产业四个方面进行工业化和信息化融合，而且也是我国建设制造强国和网络强国的结合点。提出采用两化融合管理体系的方法指导企业快速有效在其发展战略框架下实现两化融合的闭环控制和良性循环，全面提升企业的两化融合水平。

自动化技术与信息技术相结合，特别是将互联网作为当前信息化发展的核心特征提取出来，在工业、商业、金融业等被全面融合应用，对保障安全，提质增效，提升企业生产经营管理水平有明显作用。从“两化融合”内涵与实践目的来看与管控一体化存在共性，已成为企业转型升级的重要方式之一。

图3 管控一体化简化结构

（3）智能化及其具备能力

智能化是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。具有拟人智能的特性与功能，例如，自感知能力、自学习能力、自诊断能力、自适应能力和综合。

智能化的产品或系统要具备四种基本能力，如图4：

·感知能力：将设备和基础设施装备各种传感器件以及面向感知的物联技术，例如：传感器、RFID、芯片等，通过网络将感知信息传递至控制/数据中心，使原本单一的个体设备变成具有感知能力的物联群体。

·预测能力：根据生产目标与自我感知数据通过物联网的数据采集以及大数据处理来实现当前状态的分析和诊断自动生成多套有针对性的作业方案，并预测各个方案的实施结果，推断未来发展趋势。例如，数字孪生技术。

·决策能力：根据对未来趋势预测出的各种作业方案，为管理决策提供全面、精准的决策依据，对方案做出最优或最适合的选择，并进行进一步优化和改进，是智能化在经验和知识方面的综合体现。

·执行能力：依据优化决策的最终方案，将方案指令通过网络传递给控制器，控制动力执行机构对各设备进行操作，并能将设备生产实际情况反馈到控制中心实现自我调节与感知。

四种能力按照感知→预测→决策→执行顺序不断往复循环，实现智能化的目标任务。

图4 智能化基本能力

智能化码头建设措施

专业化煤炭散货码头具有货主多、种类杂、变化快的生产特点，建设高度整合的“大物流”煤炭智能化码头必然要依托高效协同的生产环境。管控一体化系统涵盖了底层的工业自动化控制，中间层的生产协同执行，上层的计划调度。通过这种自下而上、自上而下指令循环，使整个流程状态变化得到迅速响应，数据得以精准推送，有效减少流程冲突及作业等待时间，统筹计划排产要素，通过算法模型指导生产作业全过程，从而实现优化产能，提高装卸作业效率，改善库场周转率，达到降本增效的目的。

码头智能化不仅有全自动化的单机生产装备，还需要各装备的作业协同化，利用工业互联网思维，贯彻管控一体化思路，使生产层与管理层信息实时互通、生产资源和信息资源实时互动、港口运营与环境保护相协调，从而实现整个码头的透明生产。同时，利用大数据信息共享和数据挖掘分析能力，为管理层提供准确有效的决策数据，打造上下游一体化的智能港口，从而实现煤炭码头的高效、安全和绿色运行。

（1）大型单机装备全自动化

码头装备类型虽不繁杂，但其自身往往都较庞大与复杂，完成翻车、堆料、取料及装（卸）船功能需要通过完成一系列的协调动作才能实现。通过自动化作业替代传统手动作业模式，降低人工操作失误风险，大幅提升单机作业效率，提高装卸作业质量。码头装备本身由多组大型机构及电控制系统组成，装备全自动化技术重点是解决装备实时定位与姿态识别。单机装备全自动化的实现，为生产作业模式由机上操作转向集控作业，生产人员结构优化提供了条件。

（2）装备作业流程协同化

码头单机装备全自动化为流程作业的标准化提供了条件。码头主要工艺决定了作业流程全自动运行时，要求流程中的节点设备具有根据流程标准要求选择运行方式的能力。高效节能的生产运行必然要求其系统具强大的逻辑判断和自动协调控制能力。流程协同化要点是将流程任务分解，通过广泛互联对设备调度动态联锁实现全流程自动协同作业。

（3）生产运营决策智能化

在生产过程自动化及管理流程协同化实现时，决策智能化将成为企业数字化转型的关键。通过构建大数据分析能力，使“数据”转化为“决策”，再由决策产生行动。从技术和管理上提升决策分析能力，真正实现“感知→预测→决策→执行”闭环运作与循环提升。决策智能化难点是将复杂的生产条件抽象为算法模型，对生产精准仿真，结合高效化和最优化的方向目标对作业（管理）流程做出智能化决策，实现决策和控制集成优化，最终使企业生产结构、效率发生根本性的改变。

按照企业发展目标，结合公司工程建设实际，提出华电曹妃甸智能化码头建设“三步走”战略：

第一步是依托智能化码头建设，做好公司信息化规划。在项目交工验收前，全面实现远程全自动堆料、取料装卸作业，持续推进管控一体化；

第二步是依据规划进一步推动智能化码头建设。在项目达产前，实现翻堆作业集中管控、管控一体化全面应用；

第三步是在项目达产后的三年内，使远程全自动装船作业、智能排产(APS)等先进技术得以实施，全面实现智能化码头建设目标。

华电集团积极响应国家发展数字经济、建设“数字中国”和用数字化推动“能源革命”的号召，已正式发布《数字华电规划（2018版信息化规划）》，规划运用先进数字化信息技术对传统能源产业进行改造升级，加快集团公司战略转型，实现创新发展、高质量发展和安全发展提供了核心支撑。华电煤业以规划为基础，通过数字化、智能化、智慧化技术路线的应用，进一步将智能化码头“三步走”战略落实到实际工作之中，细化工作目标和计划，确保按时间完成，不久的将来万吨巨轮从这里驶航，智能高效、绿色环保码头的壮阔画卷必将跃然于世。