铁路物流基地智能化运营管理体系设计

唐 浩

（中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081)

随着我国产业结构调整、居民消费水平升级、人口老龄化日益加剧、用工成本逐年递增等发展态势日益明显，对作为基础服务产业的物流业提出了更高的要求，要求其加快转变传统以人工作业为主的物流运作模式。《新一代人工智能发展规划》(国发[2017] 35 号)中明确提出发展智能交通与智能物流[1]；《交通强国建设纲要》要求推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合[2]。发展“互联网+”高效物流，创新智慧物流营运模式，为智能物流发展指明了方向。以京东物流集团(以下简称“京东物流”)、传化物流集团有限公司(以下简称“传化物流”)等为代表的社会物流企业立足业务发展存在的突出问题，加快开展智能技术商业化应用，围绕平台建设、系统开发、装备创新等方面加快开展物流节点智能化建设，有力支撑业务拓展、安全防护、市场经营和物流服务等方面高效运作。铁路近年来加快货运信息化建设步伐，实施货运票据电子化，打通了多业务管理信息系统间的信息交互通道，但信息采集仍以人眼现场盯控、人工手动录入、经验决策为主，作业效率、服务能力等难以满足铁路货运持续增量需求。因此，借鉴社会物流节点以业务创新为导向的智能化建设经验，结合铁路货运场站运营管理现状，设计铁路物流基地智能化运营管理体系架构，为提升铁路货运场站运营管理水平提供参考[3]。

1 社会物流节点智能化发展分析

近年来，我国社会物流总额持续平稳增长，随着业务规模持续拓展与市场份额不断扩大，导致运营管理难度大幅增加、数据规模及复杂度指数级上升，传统信息化建设已无法满足需求快速响应、物流质量提升与决策全局最优的要求，因此大中型物流企业纷纷开展智能化建设及应用。综合考虑业务类型、经营模式、智能化方式等因素，既有开展物流智能化建设及应用的企业可以划分为转运节点型、网络货运型、仓配一体型、第四方物流(4PL)联盟型4 种类型。其中，转运节点型企业是以集疏运业务为核心的多式联运企业，如上海洋山深水港四期集装箱码头(以下简称“洋山港自动化码头”)、青岛前湾集装箱码头(以下简称“青岛港”)；网络货运型企业是指以车货匹配业务为核心的第三方承运企业，如传化物流；仓配一体型企业是指以物流一体化业务为核心的第三方物流企业，如京东物流；4PL 联盟型企业是指以信息平台建设为核心的物流科技企业，如菜鸟网络科技公司。考虑铁路物流以运输、仓储为核心的业务特征，重点分析转运节点型、仓配一体型企业物流节点智能化发展情况。

1.1 转运节点型企业物流节点

传统集装箱码头的生产组织难以满足海铁、江海等快速集疏联运需求的持续激增，以人工作业为主造成作业效率低、生产成本高等问题。洋山港与青岛港通过码头现场无人化作业、港口业务一站式处理、智能设备一体化运作等措施，推动场站智能化升级。洋山港自动化码头智能化建设的核心是智能生产管理控制系统(TOS)和智能设备管控系统(ECS)，分别承担智能调度决策和自动生产组织功能，结合智能岸桥、智能轨道式龙门吊及自动导引小车实现码头运作、智能理货、闸口控制、网络数据标准化交互等多种业务功能，形成了洋山港自动化码头智能化运营管理体系[4]。通过智能化升级，洋山港自动化码头综合生产效率比人工作业提高30%，设计效率可达每小时40 TEU。洋山港自动化码头智能化体系架构如图1 所示。

图1 洋山港自动化码头智能化体系架构Fig.1 Intelligent architecture of automatic terminal at Yangshan Port

转运节点型企业物流节点主要特征如下。

（1）以码头门吊岸桥远控改造助力降本增效。针对传统港机装卸由司机现场手动操作，存在效率低、强度大且环境差的问题，洋山港配置了智能岸桥、智能轨道式门吊、自动导引车等智能装备，推动作业机械化向自动化转型升级。通过集成运用图像识别及环境感知、数据高速传输、操作台远程操作、基于可编程逻辑控制器(PLC)的设备自动控制等技术实现后方中央控制室对现场设备的远程控制，实现码头现场无人化作业。“一对多”的人机配置模式减少约85%的操作人员。

（2）以生产控制平台建设实现港口运营一体化。针对港口内系统数据交互不畅导致缺乏一体化管理的问题，洋山港以“TOS+ECS”为核心自主构建港口一体化运营平台，为客户提供进站预约、站内引导等服务，为作业人员提供船舶配载、设备调度、智能理货、行为监控等功能，实现港口生产组织、客户服务、安全防护的一体化运营管理。

（3）以技术设备集成运用创新能耗管理模式。洋山港配置的无人搬运车(AGV)创新运用锂电池技术，较同类设备轻10 t，有效降低设备能耗。针对传统AGV 换电站更换电池方式存在运营管理难度问题，青岛港在海侧交互区的集装箱支架布置充电桩，AGV 可以在装卸空闲时间补充电能，基本实现巡航里程无限制与全天候运行不间断。

1.2 仓配一体型企业物流节点

立足居民消费升级下时效体验要求不断提升的需求，以京东物流为代表的社会物流企业在自建仓配网络的基础上，以物流智能大脑为核心，根据业务场景研发仓储、车队与配送等系统，集成运用天狼、地狼、机械臂与机器人等智能技术装备，实现作业高效衔接、软硬件高度协同与仓运配一体化业务运作。京东物流构建的智能化体系主要包括智能化装备、智能管理系统和智能物流平台3 个方面。在智能装备方面，建立了自动化立体仓库，配置了立体货架、阁楼货架等仓储设备，拣货机器人、智能拣选机、自动引导车等装卸搬运装备，以及智能仓库巡检机器人、巡检无人机等安防设备。在智能管理系统方面，京东物流自主研发了玄武仓储管理系统、智能拣选系统、智能配送青龙系统等智能作业系统，极大地提升了物流效率，降低了人工及耗材成本。在智能物流平台方面，京东物流建立了“京东智能物流平台”，提供物流大数据、智能门店、智能生产、智能网络、智能园区、智能供应链等产品与服务。京东物流智能化体系架构如图2 所示。

仓配一体型企业物流节点主要特征如下。

（1）以物流智能大脑AI 算法优化供应链网络。围绕供应链的网络规划及执行优化的需求，京东物流研发以AI 智能大脑为核心的智能物流平台，基于物联网的业务生产系统及数据资产管理形成的数据底座，以数据中台和算法中台为核心，支撑全链路供应链中央指挥台的预测、规划、计划、执行与反馈。其中算法中台根据多场景业务约束及目标，运用高精度物流地图与高性能启发式算法，实现城市配送场景每单里程降低10%。

图2 京东物流智能化体系架构Fig.2 Intelligent architecture of JD Logistics

（2）以仓储配送智能系统驱动全流程智能升级。为实现客户需求的快速响应、作业环节高效顺畅，京东开发了无人仓、数字车队管理等系统。其中，无人仓系统由仓库控制系统(WCS)和仓库管理系统(WMS)组成。WCS 创新路径规划算法，能够在0.2 s 内实现300 多个机器人运行的680 亿条可行路径计算，并做出最佳选择，结合设备控制功能实现多设备协同调度问题，实现信息精准识别、数据自动采集、调度全局最优与流程全链监控。

（3）以智能技术装备集成大幅提高作业效率。针对既有仓储自动化设备作业衔接不畅的问题，京东“亚洲一号”无人仓实现密集存储、货到人拣选、机械臂拣选与仓内机器人智能安防巡检等智能技术装备集成创新，实现日处理订单超20 万单，较传统人工高出5 ～ 6 倍[5]。

1.3 社会物流节点智能化发展分析

从社会物流节点智能化发展现状来看，社会物流企业均结合自身业务发展需要，从平台建设、系统开发、装备升级等方面开展智能化建设，在优化物流服务、作业效率、经营效益、安全水平等方面取得了良好的应用成效。

（1）以智能化平台为载体推动物流服务升级。除转运节点型企业以外，其他类型物流企业分别围绕物流交易、运输协同、仓储管理与物流金融等多元化业务需求研发相应的管理系统。构建的系统平台兼容零售、担保交易、合同物流及仓配一体等多种业务模式，提供整车、零担、直送多种模式下集、分、运、配服务解决方案，满足多行业客户的多仓联动管理需求。

（2）以智能化装备为依托提升物流运作效率。围绕物流仓储拣选、搬运装卸与分拣配送等场景智能化需求，转运节点型、仓配一体型等物流企业研发定制化的智能生产作业装备，提升物流全环节作业能力。转运节点型物流企业以门吊远控、智能AGV 等为重点，以装卸自动化推动无人场站建设。仓配一体型企业研发的基于AGV 的货架到人拣选系统满足食品饮料、日化鞋服等小件货物中低吞吐量作业需求，研发的基于高层立体货架的全自动化货到人系统满足高吞吐量的作业需求。

（3）以智能化管理系统为核心提高园区经营效益。仓储作为物流业务的“蓄水池”，是物流企业智能化建设的基础和关键。除4PL 联盟型企业外，其他类型物流企业均打造了作业无纸化、货物无等待、响应无延时的智能仓储系统。系统主要具备货物入库管理、出库管理、在库管理等功能，创新构建复杂多智能体任务分配和路径规划算法，以传送带和机器手臂等作业设备和无线射频识别(RFID)、重量传感器等感知设备为载体，实现仓库生产组织无人化，极大提升入库、上架、出库等作业效率，降低场站作业成本。

（4）以智能化安防为手段打造现代化安全管理闭环。社会物流企业加快推进多功能智能设备研发，以人、车、物等全物流要素的全过程实时状态监控告警为核心，运用多技术集成强化多源信息采集能力，打造了采集—识别—决策—处理—反馈的现代化安全管理闭环，构建立体化安全防护能力。例如，仓配一体型企业研发的仓储智能巡检机器人具备图像识别、温湿度感知、精准定位等功能，可以对指定区域进行全方位、立体化的监视，实时采集热成像、烟感光照与高质量音视频，智能判断火情、盗窃等安全隐患与自身故障，并及时进行声光与远程报警，准确锁定关键防控区域。

2 铁路物流基地智能化运营管理体系设计

在社会物流企业加快智能技术装备的商业化应用环境下，以中鼎物流园、义乌西物流基地为代表的铁路物流基地积极探索开展智能化建设，通过搭建园区管理平台、推动门吊远程控制等措施，取得了一定成效。但是，铁路物流基地的智能化建设与铁路货运高质量发展要求还存在差距，因此立足铁路物流基地智能化发展现状，借鉴社会物流企业物流节点智能化发展经验，从平台建设、系统开发、交互接口、终端感知与设备创新等方面设计智能化运营管理体系架构。铁路物流基地智能化运营管理体系以提升铁路物流基地效率、效益、服务、安全水平为目标，以“信息自主感知、生产自动组织、管理智能决策”为主线，以平台建设、信息融合、装备创新、系统研发、自主采集为重点，结合5G、区块链、人工智能、大数据等技术，实现生产管理数字化、经营管理智能化、园区管理可视化、信息交互集成化，打造安全便捷、智慧绿色、经济高效的智能货运场站。

2.1 架构设计

铁路物流基地智能化运营管理体系架构主要由智能物流云平台、智能作业系统、智能数据采集源点、智慧技术装备和数据交互系统接口等部分组成。智能物流云平台是铁路物流基地智能化运营管理的控制中枢，汇聚内外部基础数据，控制智能生产组织和安全防护设备，以安全、效率、效益、服务等智能决策引擎为核心，全面支撑各业务系统的高效运转和协调互控，从而满足铁路物流基地各项物流业务的高效运转和顺畅衔接。智能作业系统包括集装箱及整车、社会物流区等智能作业系统，是直接面向铁路物流基地内装卸搬运、仓储暂存、承运受理等作业需求的业务系统。智能数据采集源点通过定位装置，以及物联网、视频监控等设备，获取人员、货物、装备等物流要素实时状态信息。智慧技术装备体系包括智能物流装备、智能安防装备、高速通信装备等技术装备，实现铁路物流作业从机械化向自动化转型升级。铁路物流基地智能化运营管理体系架构如图3 所示。

图3 铁路物流基地智能化运营管理体系架构Fig.3 Intelligent operation management system architecture of railway logistic center

2.2 措施建议

（1）构建驱动业务高质高效运转的智能大脑。以全面提升物流基地安全、效率、效益、服务为目标，以智能引擎为核心、智能技术为手段、数据处理中心为底座，构建智能大脑支撑各项业务高质高效运转。集成运用机器视觉、时空定位与状态检测等技术，以立体化采集识别、可视化闭环控制为核心，为全方位安全防护提供决策支持；集成运用能耗监控、交易撮合等技术，以全方位节支降耗、精准供需匹配为核心，为综合经营开发提供决策支持；集成运用计划自动编制、资源优化管理、车辆路径优化等技术，以无纸化生产运作、集群化调度指挥为核心，为作业质量提升提供决策支持；集成运用班列/物流方案设计与客户画像等技术，以总包服务供给、定制方案设计为核心，为优化服务供给能力提供决策支持[6]。

（2）研发集装箱及整车智能作业系统。针对铁路集装箱及整车装卸安全防护智能化技术手段不足的问题，以实现装卸设备智能监控、超偏载智能检测、防吊起、智能作业计划编制及派班、安全防护预警告警等智能化生产管理功能为核心，研发铁路集装箱及整车功能区智能作业系统，提升货运作业安全防护水平，减轻作业及管理人员劳动强度，提高作业效率及服务质量。最终形成可同时服务于铁路集装箱功能区、长大笨重功能区、包装成件功能区和板材化肥功能区的货运场站一体化智能作业系统[7]。

（3）畅通铁路客户企业信息交互接口。针对货主企业物流需求及服务反馈不能及时交互的问题，打通与客户企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)等系统间数据交互通道，以物流总包方式获取企业物流需求、下单支付等信息。针对车主企业服务供给不能及时掌握的问题，打通与车队管理信息系统间数据交互通道，获取车辆司机信息、车辆实时位置等车源信息，实现货源、车源信息的实时交互[8]。

（4）打造高效协同的智能生产技术装备。针对装备智能技术集成运用不足的问题，以业务运作需求为导向，推动智能技术集成创新。装卸搬运设备方面，针对门吊装卸作业人员多、环境差的问题，研发集装箱门吊智能远控装备，降低作业强度。仓储设施设备方面，建设智能化仓库及其配套作业设备，布设温度、湿度、位置等传感设备，实现货物在库及状态信息的实时掌控。

3 结束语

铁路物流基地作为铁路拓展白货物流的主要场所，对推动铁路多式联运、提升白货市场份额、延伸物流服务链具有重要意义。与社会物流企业相比，铁路物流基地仍处于信息化建设阶段，业务场景存在较大差异，难以成套使用社会物流企业智能化建设成果。因此，应面向铁路物流场景个性化需求，加强社会成熟智能技术在铁路物流场景下的本地化应用，为提升铁路物流生产组织效率、深化货运劳动组织改革、助力铁路高质量发展提供可靠技术支撑。