自動化碼頭配套服務的模糊物元評價法建構與應用

梅 葉

(青島港灣職業技術學院, 山東 青島 266404)

自動化碼頭旨在提升集裝箱物流效率，推動管理創新和技術創新，是一種全新的生產組織和運營方式，是向智慧港口物流發展的重要階段。[1]該類型碼頭集中體現數字技術、云計算和物聯網技術等新成果，是創新應用的重要陣地，代表著港口發展的方向和趨勢,近年來迅速崛起。[2]目前,我國自貿港和智能航運發展迅速,已批復建設18個國家級自貿區。聯合國貿發會在《2019年世界最佳連接港口排名》中指出了加強港口互聯互通的7項關鍵措施，明確了現代港口在世界經濟中的重要作用。[3]

本文主要研究如何推進新技術和管理創新在激發并釋放自動化碼頭積極因素中的作用，提升運營效率，滿足多方用戶的訴求，帶動港口產業向縱深方向發展。羅勛杰[4]提出采用遺傳法優化閘口通過能力和系統設置自動化碼頭全新流程的觀點;孟威等[5]和陳繼紅等[6]基于港口綜合物流服務水平評價，運用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)評價港口物流競爭力;孫濤濤等[7]提出集裝箱港口聯通性指數評價港口，確立“互聯互通”在港口評價中的核心基礎地位。這些研究在自動化碼頭技術創新應用和構建模型評價港口物流水平方面有重要作用,但由于受自動化碼頭發展階段制約，研究未提升到自動化碼頭策動港口物流供應鏈新業態的高度，也未提出更精準的要素體系;同時,定性與定量數據獲取面較狹窄，評價結果的導向性不強。

本文基于實證論證自動化碼頭全新配套服務構成要素體系，確立剛性約束與柔性訴求相融合的6個維度24項指標的自動化碼頭配套服務要素；該配套服務要素的邏輯構成適合模糊物元法算法要求，能有效解決指標數值量化統一問題,便于科學計算并獲得客觀運算結果，形成導向性特征顯著的科學論證。本文提出自動化碼頭配套服務理念和邏輯競合，構建自動化碼頭配套服務水平綜合評價指標體系，并選取新加坡港、荷蘭鹿特丹港、德國漢堡港、美國長灘港、廈門港、青島港和上海港自動化碼頭作為樣本，用模糊物元評價模型對樣本進行評價解析。

1 自動化碼頭配套服務體系關鍵因素

以裝卸效率為優勢的自動化碼頭，采用人工智能技術減少人工干預。世界范圍內的自動化碼頭歷經4個階段。

1) 初期:小范圍單線無人裝卸船舶作業。

2) 發展期:集裝箱人車分離遠程操作。

3) 中期:遠程船舶裝卸和水平運輸自動化物流階段。

4) 近年來:全自動化集裝箱碼頭綠色、環保和全程物流鏈智慧作業。

青島港全自動化碼頭于2017年5月11投入使用。2018月4月21日該碼頭在“中遠希臘”班輪裝卸作業中創造42.93自然箱/h單機世界紀錄，單船時效為218.10自然箱/h，打破之前39.60自然箱/h的單機世界紀錄[8],遠超傳統碼頭裝卸效率，節約勞動力約37.24%。智能集疏運平臺、統一受理平臺、無人閘口、智能理貨、智能堆場、智能配載和5G技術等競合發力，助推港口自動化運營水平提升。

自動化碼頭是智慧港口的前提和重要組成部分。[9]依靠對自動碼頭的設備調度優化可提升作業效率，但不能作為評價自動化碼頭綜合服務水平的唯一指標。[10-11]依據自動化碼頭綜合服務內涵，探析制約自動化碼頭綜合能力提升的因素，得出其配套服務措施和評價指標，體現技術性、創新性、科學性、安全性、經濟性和可持續性。自動化碼頭配套服務評價體系由“2類6個維度24項指標”構成,見圖1。圖1中:數據處理、作業配套和資源制約構成剛性約束;政策制約、地緣限制和人文情懷構成柔性訴求,突出綜合共享理念。[12-14]據此,本文將厘清自動化碼頭配套服務功能和評價緯度并確立評價標準，設置和選用相應指標進行對比分析，通過評價與實證過程實現樣本港口優劣等級遴選，形成相應排名。

圖1 自動化碼頭配套服務評價體系

2 自動化碼頭配套服務評價體系

2.1 評價體系的基本特征

針對自動化碼頭配套服務水平特點[15]，設置 “剛性約束”與“柔性訴求”相統一的6個維度24項指標體系,其特征為

1) 指標設置:明了、簡潔、準確、全面、系統地反映評價對象的基本內涵和邏輯關系。

2) 數據特征:數據來源包含統計采集和專家打分(對于不易量化的指標,采用行業專家研判打分的方法)，便于機器計算和處理。

3) 指標特征:評價指標遵循通用性和可比性，便于貫通和實際操作。

4) 評價結果導向性:與傳統名次定位法比較，自動化碼頭配套服務評價側重于分析結果，引導港口在智慧港口物流發展水平中確定合適的目標，推動定向發展。因此，評價形成結果具有正確的導向性。

2.2 自動化碼頭配套服務評價指標

自動化碼頭綜合服務水平競爭能力由其配套服務指標構成，可多維度反映核心主題，遵循該評價原則和基本精神，確立評價指標(見表1)。該評價體系由3部分組成,其中:第1層為目標層,自動化碼頭配套服務水平(A)；第2層為準則層，反映自動化碼頭配套服務水平6個基本層面(B)；第3層為指標層，對準則層進行細分的24項明細指標(C)。

表1 自動化碼頭配套服務評價指標體系

該評價模型分析方法提供一種模糊元評價決策法。[5]自動化碼頭的發展與人工智能等科技直接相關，受多種因素的制約，其配套服務與認知水平等息息相關。該評價既有量化指標數據論證，又在柔性訴求中包含專家調研和考察評價。依靠數學建模計算判斷和多目標交叉決策，可有效降低主觀判斷形成的誤差。隨著技術和認知水平的提升，某些評價指標可進一步明晰量化。

3 自動化碼頭配套服務評價模糊物元方法

模糊物元法的核心是以“事物、特征、模糊量值”為基本單元，對事物特征和指標進行定性分析和定量計算，從而完成評價。自動化碼頭樣本評價指標數據庫見表2。[15]對自動化碼頭配套服務水平相關方進行抽象、提煉、概括、簡化并構建模型，將特定指標量化數值轉歸到相應的“6個維度”進行描述。定性指標評價標準界定見表3。[5]

3.1 基本過程與流程設計

設置自動化碼頭配套服務評價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復合物元的構造

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)

單獨系統涉及數個事物和指標，構建m個事物n維復合物元為

(3)

同理構造m個事物n維模糊復合物元：

表2 自動化碼頭樣本評價指標數據庫

表3 定性指標評價標準界定

圖2 自動化碼頭配套服務評價的模糊物元方法步驟

(4)

3.2.2從優隸屬度計算

對計算系統單向特征相應的模糊量值進行從優隸屬度計算。具體原理和過程為

(5)

根據隸屬度計算結果得到式(4)中n維隸屬度模糊復合物元。

3.2.3確定特征指標權重

科學確定各指標在評價模型中的權重。按照專家調研法和AHP賦值結合確定指標權重。

W={wi>0,i=1,2,…,n}

(6)

式(6)中:∑wi=1,wi為復合物元第i個特征指標權重。據此可確定構建事物特征指標權重的復合物元RW為

(7)

3.2.4形成模糊物元評價結果

(8)

由式(8)計算數值結果得出方案評價結果。

4 自動化碼頭配套服務水平評價實證分析

本文基于模糊物元的評價模型和基本原理，選取在世界范圍內34個自動化碼頭中的7個作為樣本，完成實證分析評價研究。

4.1 構建樣本復合模糊物元

針對表2中7個樣本自動化碼頭的24項評價指標，對應確定7個樣本24個維度復合物元,可表示為R7,24,以Pj(j=1,2,…,7)表示第j個自動化港口的樣本。7個樣本自動化港口的24項指標的復合物元表示為

(9)

4.2 樣本指標從優隸屬度的形成

根據評價指標體系中24條細則(均為下行評價指標)的基本性質，按式(5)計算樣本指標自動化碼頭的指標從優隸屬度,從而形成各自動化港口隸屬度模糊復合物元為

(10)

4.3 確定評價指標權重構成

根據專家調研和研判，運用AHP賦權方法，確定指標C(C1-C24)在目標層A中的指標權重RW為

(11)

4.4 計算方案關聯度形成評價結果

(12)

計算得出所選7個樣本自動化碼頭配套綜合服務水平排名,由高到低依次為：新加坡港、漢堡港、青島港、鹿特丹港、長灘港、上海港、廈門港。

按照不同研究樣本指標關聯度進行B1、B2、B3、B4、B5和B6等模塊水平能力競優排序，得出自動化碼頭配套服務能力評價排名表,見圖3。

圖3 樣本港口自動化碼頭配套服務水平評價結果

形成以下評價結果：

1) 新加坡港和漢堡港自動化配套服務水平最高，穩居第1和第2。這2個港口獲得較強系統治理能力,滿足用戶多元訴求、領航自動化碼頭綜合運營方向。

2) 青島港全自動化綜合配套服務名列第3。該港依托青島前灣保稅港區區港聯動優勢和前灣3期與4期集裝箱碼頭規模、技術效應和管理創新效應，高起點開發建設，是亞洲真正意義上的全自動化碼頭，已取得多項技術專利[16]，在較短的時間內創造了較高的綜合效益，其未來發展空間較大。另外，《中國—上海合作組織地方經貿合作示范區建設總體方案》和《中國—山東自貿區青島片區》等多項政策疊加釋放能量。鹿特丹和長灘港自動化綜合配套服務分別名列第4和第5位；上海港洋山自動化碼頭配套服務名列第6位。上海港盡管是世界第一大港,規劃建設成為世界上規模最大的自動化碼頭，起點高、技術新，但因該自動化碼頭在2017年12月10日投產,前期建成的部分泊位遠離上海主港區和物流園區，其配套服務能力尚未全部建構，未來會快速跟進并達到較高水平。第3名至第6名配套水平相差不大。隨著配套服務逐步完善，規模效應將很快凸顯，未來潛力巨大。

3) 廈門港自動化碼頭最弱，是在對傳統碼頭進行改造的基礎上形成的，配套技術和服務能力較低，后續可借鑒青島港、上海港自動化碼頭加速升級，突出設備作業系統路徑的智能選擇，推進綠色環保生態治理，提升綜合運營能力。[17-18]

5 結束語

智能航運已成為一種新趨勢。[19]以港口為中心的自貿區建設正在快速推進。人工智能下的自動化碼頭建設將在實踐探索中不斷發展，突破其配套服務的因素制約[20]，交互形成全新的自動化碼頭核心能力。

AHP競合形成模糊物元評價自動化碼頭配套服務是多維度，多目標交互作用的過程。本文選用7大自動化碼頭統計數據，結合專家調研研判，運用賦權法則確定目標權重，將定性分析與定量計算相融合得到科學的評價結果。結果表明：運用模糊物元的基本理論研判自動化碼頭配套服務水平評價是科學有效的方法。

該方案評價模式可提升碼頭的綜合服務水平和治理能力。同時,考慮按對資源要求進行最優化配置選擇，實施先進的生產工藝、稀釋和縮小成本投入，使綜合成效和企業價值最優化。

“一帶一路”戰略構建人類命運共同體，“一省一港”區域港口推進,港口承擔策動世界經濟貿易和物資融通的使命更加突出,其功能和運營方式將被不斷賦予新的內涵。自動化碼頭承擔“縮小世界”和“縮短時空”的功能舉足輕重，其配套服務的內涵和外延將進一步延展。本文論述的模糊物元評價自動化碼頭配套服務方法對于《智能航運發展指導意見》落地生根、建設智能港口、進行技術創新和服務創新等具有重要的參考價值和現實意義。[21]