未来港口之数字化蝶变：基于虚拟孪生打造

对于港口和海运业来说，实现可持续发展需要使用智能解决方案，这些解决方案能够提高管理终端的可见性和敏捷性，有效利用基础设施，降低承运商成本，并控制运营的复杂性。除了这些关键能力以外，港口企业还必须探索可借鉴的其他行业创新，以加速自身转型。

在《升华洞察》之前刊载的文章《基于模型打造港口的虚拟孪生》中，分享了达索系统与Oxand合作，打造法国勒阿弗尔港（Port of Le Havre）虚拟孪生的故事。

本文作为港口系列的第2篇，将分享达索系统的港口虚拟孪生体验解决方案以及DELMIA港口规划和优化解决方案如何提供必要的功能，使得港口和海运业公司能够在这一竞争领域中占据领先地位。本文内容取材于《达索系统DELMIA运营系列讲座：未来港口》。

DELMIA是达索系统旗下针对智能制造和智能建造的品牌，全称为“Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application（数字化企业精益制造交互式应用）” 的字母缩写。DELMIA品牌的使命是帮助开发创新技术，将虚拟和现实世界带入无缝体验。DELMIA的智能解决方案套件使各行业能够开发其运营模型，这些模型不仅仅是数字渲染，而是基于数学和物理定律，映射真实的虚拟世界。

DELMIA 使客户能够在虚拟环境中定义、规划、模拟和执行其全球生产流程，帮助他们重新构想其运营和供应链流程。

首先，前所未有的大变局导致港口行业主要发展趋势。分析师们正在谈论五种趋势，包括：1）更加关注提高生产力的空间战略；2）提高运营灵活性的智能技术，引入安全性和重新调整员工规模；3）用于协作的互联生态系统，将集装箱供应商、码头运营商、港口公司、物流公司连接起来，作为一个同步的生态系统运行。

4）可持续发展举措正在真正成形并获得动力。这对港口运营的清洁和可再生能源、收集环境数据和分析的传感器网络等项目非常重要，能够帮助了解港口对环境的影响以及这些可持续发展项目的功效。

5）转向包括云在内的数字基础设施，将其作为改善、提高和推动运营效率和成本节约的手段。这些是全球新冠疫情之后我们看到的趋势。

引领新常态。疫情之后的世界，并没有立即恢复到疫情之前。对于港口来说，反而增加了对敏捷的需要。这不仅是转型，而是加速的转型，港口如何为未来的颠覆做好准备，在保证合规的前提下，带来运营的灵活性和敏捷性。

连接技术正在帮助港口实现自动化和搭建物联网，业界已经开始意识到智能港口或未来港口的价值，物联网和自动化正试图为港口引入工业 4.0的最佳实践。有些人将其定义为港口 4.0，因为它完全由自动化和智能的动态计划驱动。

哪些是港口面临的核心挑战？上图中显示的这些都是挑战，而且显然这些挑战早已存在。疫情、军事冲突、贸易冲突和封锁禁运所带来的各种挑战使运营复杂性增加、收入减少、成本压力增加。这里并没有强调安全、健康等方面，尽管这些因素对世界贸易也具有重要意义。

港口并不总是能够达到部署最新技术的期望。它们采用自动化的速度比仓库甚至矿业公司等同类行业还要慢。现在这种情况肯定正在改变。我们已经看到，为了应对其中的一些挑战，一些港口开始向自动化和数字基础设施过渡。

港口对一个国家和地区的经济来讲，绝对是无可争议的重要。它们是每年价值数万亿美元商业游戏的关键参与者。但我们也能看到，就未来港口本身的技术支持而言，与同类行业相比，它们在采用智能技术方面略显落后。我们也看到一个趋势就是：现在它们的转变速度比以往任何时候都快。

未来的港口即使不是完全自动化，也几乎完全自动化。这个转型的旅程是由虚拟孪生、仿真模型、机器人和Cobots（协作机器人）支持的。协同基础设施、动态调度、人工智能、高级分析和预测性维护，甚至包括 AGV 自动车辆，都将成为推动这一变革的关键技术。而这一变革最终将遍及整个港口生态系统，而不仅仅是港口本身。这些是未来港口的使能技术。接下来让我们一一来看数字技术如何真正帮助港口企业迈向未来。

基于模型的港口

在达索系统的3DExperience 平台上，港口企业利用基于模型的企业来启用未来港口。通过虚拟孪生体验，将虚拟世界和现实世界的力量结合起来，其中人员、流程、资产甚至设备都可以在虚拟世界中聚集在一起。更进一步，企业可以使用这些虚拟技术来控制现实中的运营。

通常来说，大多数港口当局的工作内容不是创建新的绿色港口或新港口，他们必须在规划基础设施方面与现有港口共存。

在3DEXPERIENCE 平台上，港口可以通过现有 2D 绘图或使用具备激光扫描能力的达索系统第三方合作伙伴来扫描港口现有基础设施，以创建现有港口的3D 虚拟孪生。点云或信息点对于 3DEXPERIENCE 平台非常重要，用于在港口虚拟孪生中实现数字资产表达。

空间与资源优化仿真

图中展示的是虚拟资产，一旦港口有了这种虚拟孪生体验，包括多种资源优化的模拟、陆侧运输的有效管理，可以为港口运营商和码头运营商改善服务，有效利用城市港口的有限空间提供巨大的价值。

下面的视频中展示的是混合模拟，结合了交通物流建模和离散事件模拟，用于陆侧港口规划和交通条件的演变，并引入了许多港口场景。

港口闭环内部车辆以及进入港口的外部车辆都很复杂，并且没有明确定义的交通法规。模拟结果显示，在DELMIA提供的决策支持系统中，港口运营商实际可以评估多个港口场景以实现卓越港口运营。并总结出管理港口流量的监管政策，这是通过在虚拟孪生上使用严谨的模拟模型来定义未来的港口物流场景。

精益协同管理

精益协同对于提高运营绩效非常重要，这是港口治理的一个关键要素，也是港口生态系统中必须连接每个参与者的地方。船舶、集装箱、隧道港口运营商、跟踪公司、物流公司都将使用港口大屏中简单易用的3D 体验进行连接，并作为一个同步生态系统运行。3DEXPERIENCE平台提供了交互式环境，模拟企业的自然会议，复制白板笔和便签这种交互手段，允许任何人通过消除孤岛来提高生产力。

从下面的视频中可以看到，访问远端内容是非常容易的事情。包括将手动加权引入数字平台也是对数字技术的最佳利用。在3DEXPERIENCE平台上，港口经理、主管和操作员都可以使用这种精益原则来无缝协作，利用这些原则可以互动、集思广益、头脑风暴，讨论可能出现的问题，缩小潜在更因分析的范围，从而无缝跳转到我们之前看到的3D 内容。

类似的3D 模型在这里用于假设分析，港口企业可以使用此3D 内容来使港口工人的健康状况、安全组织以及起重机维护等情况可视化，并采用更安全的措施。这展示出协同基础设施可以如何帮助港口公司提高运营效率。

港口码头优化

就整个港口和港口码头的优化而言，完整的规划和优化通常包括根据船舶的可用性来确定、规划特定船舶、起重机、AGV的码头顺序。达索系统DELMIA QUINTIQ就包含了这样的算法驱动解决方案，可用于评估计划选项并实时确定变更对 KPI 的影响， AGV 和起重机等资源的可见性，以及规划和优化利用率的能力，这些要素都是提升港口运营绩效的关键。

在DELMIA QUINTIQ中通过工具栏处理请求，由中央控制和指挥中心通过自动化界面进行处理。然后，规划人员运行一个自动规划系统，其中 80% 的规划是通过 QUINTIQ 算法自动完成的，这极大地减少了创建计划所需的时间，同时提高了结果的质量和图形表示效果。

港口优化的大屏上显示的KPI包括：运输时间表、运输信息或运输系统的处理周期，甚至是起重机、AGV、劳动力等资源的优化，它们将被作为此集成规划和优化工具的一部分。

工业互联网与执行监控

港口运营正在朝着自动化、工业物联网和执行监控的方面迈进。利用虚拟孪生体验，利用工业互联网基础设施，港口运营商可以监控、分析 AGV 和起重机等资产性能，甚至碳排放输出，作为港口可持续发展主题的一部分。

工业互联网可用于监控设备的状态和状况，在工作的同时检测潜在的故障，这就是我们在上面看到的控制塔应用程序，港口运营商可以在虚拟的3D世界中有效监控港口运营的性能，整体设备的效率，甚至能源消耗。

上面的视频中显示了监控整个航运供应链的人员、流程和资产的最佳方式。实时收集、分析数据的好处包括提升客户体验、保障劳动力需求、保障港口运营的安全性、提升生产力、降低成本。同时使用人工智能和机器学习算法，也作为虚拟孪生体验的一部分。具有虚拟孪生体验的未来港口可以在 3D 情境、信息技术和运营技术（即 IT 和 OT）中进行虚拟验证。这里的情境化发生在虚拟孪生体验上，它由系统建模、模拟分析、数据完整性支持，其中导入管理器可以为企业带来实时体验，帮助定义未来港口的虚拟体验。

上图是一个具体的智能创新的例子，这也是未来港口的一部分。NextLogic使用了DELMIA QUINTIQ优化解决方案，为鹿特丹港内的所有集装箱驳船运输提供优化服务。在业务价值方面，NextLogic使鹿特丹港能够利用等待时间来增加吞吐量，提高容量利用率、准时性。

在价值方面，上图显示了从整体技术解决方案循环回到 3DEXPERIENCE平台最初的、改变游戏规则的功能，以及它们如何为无缝治理做出贡献。这些都是3DEXPERIENCE平台的关键价值。

3DEXPERIENCE平台的开放性，对数据交换标准的支持，是标准稳定性的关键，也是港口运营稳定的关键。这可以通过 3DEXPERIENCE 平台、透明度和可见性来实现，这些已经成为整个港口治理的重要组成部分。

3DEXPERIENCE平台带来的高效港口运营，其标志是提供可见性和透明度并利用决策支持自动化。场景模拟以及预测分析帮助港口运营商实现了灵活性、高效率和盈利增长。

未来港口是一个旅程，虚拟孪生可以完成的事情很多。哪些先做？哪些后做？很多港口客户会对数字加速未来港口旅程的排序提出诸如此类的问题。根据达索系统与多个行业和多个垂直领域合作的经验，没有硬性规定一定要按哪个特定的顺序开始才好。最好的决定是通过既定的咨询方法来抉择。正如本文所展现的，通过价值咨询方法，我们能够得到对港口现状更深入的了解，更好地定义利用虚拟孪生体验引入未来港口的旅程。