自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)的模糊物元評(píng)價(jià)法建構(gòu)與應(yīng)用

梅 葉

(青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 山東 青島 266404)

自動(dòng)化碼頭旨在提升集裝箱物流效率，推動(dòng)管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，是一種全新的生產(chǎn)組織和運(yùn)營(yíng)方式，是向智慧港口物流發(fā)展的重要階段。[1]該類型碼頭集中體現(xiàn)數(shù)字技術(shù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新成果，是創(chuàng)新應(yīng)用的重要陣地，代表著港口發(fā)展的方向和趨勢(shì),近年來迅速崛起。[2]目前,我國(guó)自貿(mào)港和智能航運(yùn)發(fā)展迅速,已批復(fù)建設(shè)18個(gè)國(guó)家級(jí)自貿(mào)區(qū)。聯(lián)合國(guó)貿(mào)發(fā)會(huì)在《2019年世界最佳連接港口排名》中指出了加強(qiáng)港口互聯(lián)互通的7項(xiàng)關(guān)鍵措施，明確了現(xiàn)代港口在世界經(jīng)濟(jì)中的重要作用。[3]

本文主要研究如何推進(jìn)新技術(shù)和管理創(chuàng)新在激發(fā)并釋放自動(dòng)化碼頭積極因素中的作用，提升運(yùn)營(yíng)效率，滿足多方用戶的訴求，帶動(dòng)港口產(chǎn)業(yè)向縱深方向發(fā)展。羅勛杰[4]提出采用遺傳法優(yōu)化閘口通過能力和系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)化碼頭全新流程的觀點(diǎn);孟威等[5]和陳繼紅等[6]基于港口綜合物流服務(wù)水平評(píng)價(jià)，運(yùn)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)評(píng)價(jià)港口物流競(jìng)爭(zhēng)力;孫濤濤等[7]提出集裝箱港口聯(lián)通性指數(shù)評(píng)價(jià)港口，確立“互聯(lián)互通”在港口評(píng)價(jià)中的核心基礎(chǔ)地位。這些研究在自動(dòng)化碼頭技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用和構(gòu)建模型評(píng)價(jià)港口物流水平方面有重要作用,但由于受自動(dòng)化碼頭發(fā)展階段制約，研究未提升到自動(dòng)化碼頭策動(dòng)港口物流供應(yīng)鏈新業(yè)態(tài)的高度，也未提出更精準(zhǔn)的要素體系;同時(shí),定性與定量數(shù)據(jù)獲取面較狹窄，評(píng)價(jià)結(jié)果的導(dǎo)向性不強(qiáng)。

本文基于實(shí)證論證自動(dòng)化碼頭全新配套服務(wù)構(gòu)成要素體系，確立剛性約束與柔性訴求相融合的6個(gè)維度24項(xiàng)指標(biāo)的自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)要素；該配套服務(wù)要素的邏輯構(gòu)成適合模糊物元法算法要求，能有效解決指標(biāo)數(shù)值量化統(tǒng)一問題,便于科學(xué)計(jì)算并獲得客觀運(yùn)算結(jié)果，形成導(dǎo)向性特征顯著的科學(xué)論證。本文提出自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)理念和邏輯競(jìng)合，構(gòu)建自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并選取新加坡港、荷蘭鹿特丹港、德國(guó)漢堡港、美國(guó)長(zhǎng)灘港、廈門港、青島港和上海港自動(dòng)化碼頭作為樣本，用模糊物元評(píng)價(jià)模型對(duì)樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)解析。

1 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)體系關(guān)鍵因素

以裝卸效率為優(yōu)勢(shì)的自動(dòng)化碼頭，采用人工智能技術(shù)減少人工干預(yù)。世界范圍內(nèi)的自動(dòng)化碼頭歷經(jīng)4個(gè)階段。

1) 初期:小范圍單線無人裝卸船舶作業(yè)。

2) 發(fā)展期:集裝箱人車分離遠(yuǎn)程操作。

3) 中期:遠(yuǎn)程船舶裝卸和水平運(yùn)輸自動(dòng)化物流階段。

4) 近年來:全自動(dòng)化集裝箱碼頭綠色、環(huán)保和全程物流鏈智慧作業(yè)。

青島港全自動(dòng)化碼頭于2017年5月11投入使用。2018月4月21日該碼頭在“中遠(yuǎn)希臘”班輪裝卸作業(yè)中創(chuàng)造42.93自然箱/h單機(jī)世界紀(jì)錄，單船時(shí)效為218.10自然箱/h，打破之前39.60自然箱/h的單機(jī)世界紀(jì)錄[8],遠(yuǎn)超傳統(tǒng)碼頭裝卸效率，節(jié)約勞動(dòng)力約37.24%。智能集疏運(yùn)平臺(tái)、統(tǒng)一受理平臺(tái)、無人閘口、智能理貨、智能堆場(chǎng)、智能配載和5G技術(shù)等競(jìng)合發(fā)力，助推港口自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)水平提升。

自動(dòng)化碼頭是智慧港口的前提和重要組成部分。[9]依靠對(duì)自動(dòng)碼頭的設(shè)備調(diào)度優(yōu)化可提升作業(yè)效率，但不能作為評(píng)價(jià)自動(dòng)化碼頭綜合服務(wù)水平的唯一指標(biāo)。[10-11]依據(jù)自動(dòng)化碼頭綜合服務(wù)內(nèi)涵，探析制約自動(dòng)化碼頭綜合能力提升的因素，得出其配套服務(wù)措施和評(píng)價(jià)指標(biāo)，體現(xiàn)技術(shù)性、創(chuàng)新性、科學(xué)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)體系由“2類6個(gè)維度24項(xiàng)指標(biāo)”構(gòu)成,見圖1。圖1中:數(shù)據(jù)處理、作業(yè)配套和資源制約構(gòu)成剛性約束;政策制約、地緣限制和人文情懷構(gòu)成柔性訴求,突出綜合共享理念。[12-14]據(jù)此,本文將厘清自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)功能和評(píng)價(jià)緯度并確立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置和選用相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，通過評(píng)價(jià)與實(shí)證過程實(shí)現(xiàn)樣本港口優(yōu)劣等級(jí)遴選，形成相應(yīng)排名。

圖1 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)體系

2 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)體系

2.1 評(píng)價(jià)體系的基本特征

針對(duì)自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平特點(diǎn)[15]，設(shè)置 “剛性約束”與“柔性訴求”相統(tǒng)一的6個(gè)維度24項(xiàng)指標(biāo)體系,其特征為

1) 指標(biāo)設(shè)置:明了、簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確、全面、系統(tǒng)地反映評(píng)價(jià)對(duì)象的基本內(nèi)涵和邏輯關(guān)系。

2) 數(shù)據(jù)特征:數(shù)據(jù)來源包含統(tǒng)計(jì)采集和專家打分(對(duì)于不易量化的指標(biāo),采用行業(yè)專家研判打分的方法)，便于機(jī)器計(jì)算和處理。

3) 指標(biāo)特征:評(píng)價(jià)指標(biāo)遵循通用性和可比性，便于貫通和實(shí)際操作。

4) 評(píng)價(jià)結(jié)果導(dǎo)向性:與傳統(tǒng)名次定位法比較，自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)側(cè)重于分析結(jié)果，引導(dǎo)港口在智慧港口物流發(fā)展水平中確定合適的目標(biāo)，推動(dòng)定向發(fā)展。因此，評(píng)價(jià)形成結(jié)果具有正確的導(dǎo)向性。

2.2 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

自動(dòng)化碼頭綜合服務(wù)水平競(jìng)爭(zhēng)能力由其配套服務(wù)指標(biāo)構(gòu)成，可多維度反映核心主題，遵循該評(píng)價(jià)原則和基本精神，確立評(píng)價(jià)指標(biāo)(見表1)。該評(píng)價(jià)體系由3部分組成,其中:第1層為目標(biāo)層,自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平(A)；第2層為準(zhǔn)則層，反映自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平6個(gè)基本層面(B)；第3層為指標(biāo)層，對(duì)準(zhǔn)則層進(jìn)行細(xì)分的24項(xiàng)明細(xì)指標(biāo)(C)。

表1 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

該評(píng)價(jià)模型分析方法提供一種模糊元評(píng)價(jià)決策法。[5]自動(dòng)化碼頭的發(fā)展與人工智能等科技直接相關(guān)，受多種因素的制約，其配套服務(wù)與認(rèn)知水平等息息相關(guān)。該評(píng)價(jià)既有量化指標(biāo)數(shù)據(jù)論證，又在柔性訴求中包含專家調(diào)研和考察評(píng)價(jià)。依靠數(shù)學(xué)建模計(jì)算判斷和多目標(biāo)交叉決策，可有效降低主觀判斷形成的誤差。隨著技術(shù)和認(rèn)知水平的提升，某些評(píng)價(jià)指標(biāo)可進(jìn)一步明晰量化。

3 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)模糊物元方法

模糊物元法的核心是以“事物、特征、模糊量值”為基本單元，對(duì)事物特征和指標(biāo)進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算，從而完成評(píng)價(jià)。自動(dòng)化碼頭樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫見表2。[15]對(duì)自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平相關(guān)方進(jìn)行抽象、提煉、概括、簡(jiǎn)化并構(gòu)建模型，將特定指標(biāo)量化數(shù)值轉(zhuǎn)歸到相應(yīng)的“6個(gè)維度”進(jìn)行描述。定性指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)界定見表3。[5]

3.1 基本過程與流程設(shè)計(jì)

設(shè)置自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)的模糊物元法步驟流程模型,見圖2。

3.2 模糊物元的論證方法

3.2.1復(fù)合物元的構(gòu)造

M為事物，C為事物具有的特征，x為特征量值，物元R為

(1)

(2)

單獨(dú)系統(tǒng)涉及數(shù)個(gè)事物和指標(biāo)，構(gòu)建m個(gè)事物n維復(fù)合物元為

(3)

同理構(gòu)造m個(gè)事物n維模糊復(fù)合物元：

表2 自動(dòng)化碼頭樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫

表3 定性指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)界定

圖2 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)評(píng)價(jià)的模糊物元方法步驟

(4)

3.2.2從優(yōu)隸屬度計(jì)算

對(duì)計(jì)算系統(tǒng)單向特征相應(yīng)的模糊量值進(jìn)行從優(yōu)隸屬度計(jì)算。具體原理和過程為

(5)

根據(jù)隸屬度計(jì)算結(jié)果得到式(4)中n維隸屬度模糊復(fù)合物元。

3.2.3確定特征指標(biāo)權(quán)重

科學(xué)確定各指標(biāo)在評(píng)價(jià)模型中的權(quán)重。按照專家調(diào)研法和AHP賦值結(jié)合確定指標(biāo)權(quán)重。

W={wi>0,i=1,2,…,n}

(6)

式(6)中:∑wi=1,wi為復(fù)合物元第i個(gè)特征指標(biāo)權(quán)重。據(jù)此可確定構(gòu)建事物特征指標(biāo)權(quán)重的復(fù)合物元RW為

(7)

3.2.4形成模糊物元評(píng)價(jià)結(jié)果

(8)

由式(8)計(jì)算數(shù)值結(jié)果得出方案評(píng)價(jià)結(jié)果。

4 自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平評(píng)價(jià)實(shí)證分析

本文基于模糊物元的評(píng)價(jià)模型和基本原理，選取在世界范圍內(nèi)34個(gè)自動(dòng)化碼頭中的7個(gè)作為樣本，完成實(shí)證分析評(píng)價(jià)研究。

4.1 構(gòu)建樣本復(fù)合模糊物元

針對(duì)表2中7個(gè)樣本自動(dòng)化碼頭的24項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)確定7個(gè)樣本24個(gè)維度復(fù)合物元,可表示為R7,24,以Pj(j=1,2,…,7)表示第j個(gè)自動(dòng)化港口的樣本。7個(gè)樣本自動(dòng)化港口的24項(xiàng)指標(biāo)的復(fù)合物元表示為

(9)

4.2 樣本指標(biāo)從優(yōu)隸屬度的形成

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中24條細(xì)則(均為下行評(píng)價(jià)指標(biāo))的基本性質(zhì)，按式(5)計(jì)算樣本指標(biāo)自動(dòng)化碼頭的指標(biāo)從優(yōu)隸屬度,從而形成各自動(dòng)化港口隸屬度模糊復(fù)合物元為

(10)

4.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重構(gòu)成

根據(jù)專家調(diào)研和研判，運(yùn)用AHP賦權(quán)方法，確定指標(biāo)C(C1-C24)在目標(biāo)層A中的指標(biāo)權(quán)重RW為

(11)

4.4 計(jì)算方案關(guān)聯(lián)度形成評(píng)價(jià)結(jié)果

(12)

計(jì)算得出所選7個(gè)樣本自動(dòng)化碼頭配套綜合服務(wù)水平排名,由高到低依次為：新加坡港、漢堡港、青島港、鹿特丹港、長(zhǎng)灘港、上海港、廈門港。

按照不同研究樣本指標(biāo)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行B1、B2、B3、B4、B5和B6等模塊水平能力競(jìng)優(yōu)排序，得出自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)能力評(píng)價(jià)排名表,見圖3。

圖3 樣本港口自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平評(píng)價(jià)結(jié)果

形成以下評(píng)價(jià)結(jié)果：

1) 新加坡港和漢堡港自動(dòng)化配套服務(wù)水平最高，穩(wěn)居第1和第2。這2個(gè)港口獲得較強(qiáng)系統(tǒng)治理能力,滿足用戶多元訴求、領(lǐng)航自動(dòng)化碼頭綜合運(yùn)營(yíng)方向。

2) 青島港全自動(dòng)化綜合配套服務(wù)名列第3。該港依托青島前灣保稅港區(qū)區(qū)港聯(lián)動(dòng)優(yōu)勢(shì)和前灣3期與4期集裝箱碼頭規(guī)模、技術(shù)效應(yīng)和管理創(chuàng)新效應(yīng)，高起點(diǎn)開發(fā)建設(shè)，是亞洲真正意義上的全自動(dòng)化碼頭，已取得多項(xiàng)技術(shù)專利[16]，在較短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造了較高的綜合效益，其未來發(fā)展空間較大。另外，《中國(guó)—上海合作組織地方經(jīng)貿(mào)合作示范區(qū)建設(shè)總體方案》和《中國(guó)—山東自貿(mào)區(qū)青島片區(qū)》等多項(xiàng)政策疊加釋放能量。鹿特丹和長(zhǎng)灘港自動(dòng)化綜合配套服務(wù)分別名列第4和第5位；上海港洋山自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)名列第6位。上海港盡管是世界第一大港,規(guī)劃建設(shè)成為世界上規(guī)模最大的自動(dòng)化碼頭，起點(diǎn)高、技術(shù)新，但因該自動(dòng)化碼頭在2017年12月10日投產(chǎn),前期建成的部分泊位遠(yuǎn)離上海主港區(qū)和物流園區(qū)，其配套服務(wù)能力尚未全部建構(gòu)，未來會(huì)快速跟進(jìn)并達(dá)到較高水平。第3名至第6名配套水平相差不大。隨著配套服務(wù)逐步完善，規(guī)模效應(yīng)將很快凸顯，未來潛力巨大。

3) 廈門港自動(dòng)化碼頭最弱，是在對(duì)傳統(tǒng)碼頭進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上形成的，配套技術(shù)和服務(wù)能力較低，后續(xù)可借鑒青島港、上海港自動(dòng)化碼頭加速升級(jí)，突出設(shè)備作業(yè)系統(tǒng)路徑的智能選擇，推進(jìn)綠色環(huán)保生態(tài)治理，提升綜合運(yùn)營(yíng)能力。[17-18]

5 結(jié)束語

智能航運(yùn)已成為一種新趨勢(shì)。[19]以港口為中心的自貿(mào)區(qū)建設(shè)正在快速推進(jìn)。人工智能下的自動(dòng)化碼頭建設(shè)將在實(shí)踐探索中不斷發(fā)展，突破其配套服務(wù)的因素制約[20]，交互形成全新的自動(dòng)化碼頭核心能力。

AHP競(jìng)合形成模糊物元評(píng)價(jià)自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)是多維度，多目標(biāo)交互作用的過程。本文選用7大自動(dòng)化碼頭統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合專家調(diào)研研判，運(yùn)用賦權(quán)法則確定目標(biāo)權(quán)重，將定性分析與定量計(jì)算相融合得到科學(xué)的評(píng)價(jià)結(jié)果。結(jié)果表明：運(yùn)用模糊物元的基本理論研判自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)水平評(píng)價(jià)是科學(xué)有效的方法。

該方案評(píng)價(jià)模式可提升碼頭的綜合服務(wù)水平和治理能力。同時(shí),考慮按對(duì)資源要求進(jìn)行最優(yōu)化配置選擇，實(shí)施先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、稀釋和縮小成本投入，使綜合成效和企業(yè)價(jià)值最優(yōu)化。

“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)建人類命運(yùn)共同體，“一省一港”區(qū)域港口推進(jìn),港口承擔(dān)策動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和物資融通的使命更加突出,其功能和運(yùn)營(yíng)方式將被不斷賦予新的內(nèi)涵。自動(dòng)化碼頭承擔(dān)“縮小世界”和“縮短時(shí)空”的功能舉足輕重，其配套服務(wù)的內(nèi)涵和外延將進(jìn)一步延展。本文論述的模糊物元評(píng)價(jià)自動(dòng)化碼頭配套服務(wù)方法對(duì)于《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》落地生根、建設(shè)智能港口、進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新等具有重要的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。[21]