【正文】 具有法定格式，遵循一定行業(yè)標準和業(yè)務流程的電子文件傳輸。其報文包括出入閘報文、裝卸船報文、船圖報文、海關進出口放行信息報文、海關查驗報文、裝箱單報文等數(shù)十種，每種文件的格式都不相同，代表的意義也不一樣。這些報文由業(yè)務員在固定時間點擊程序生成并發(fā)送給客戶。但是，隨著集裝箱業(yè)務量加大，人工處理報文費時費力，客戶要求實現(xiàn)定時發(fā)送 EDI 報文。所以，碼頭需要一套 EDI 報文自動生成發(fā)送系統(tǒng)來自動處理某些報文。當然，也要求自動接收一些實時性較強的報文，如：海關進出口放行信息、海關查驗信息、電子裝箱單等。設置報文自動機制單證管理員配置收發(fā)頻率包含配置收發(fā)方式包含調(diào)用不同的程序使用設置報文結(jié)構包含使用使用日志檢查員監(jiān)控自動執(zhí)行情況定點自動執(zhí)行擴展程序運行日志使用圖 EDI 自動發(fā)送接收系統(tǒng)的用例圖3．2 可行性研究通過理論與實踐相結(jié)合的方法，對企業(yè)提出的涉及生產(chǎn)作業(yè)流程中某些環(huán)節(jié)減少人為操作、實現(xiàn)計算機控制的智能化想法，做出全面的可行性分析論證。在經(jīng)濟方面考慮是否值得這樣做，技術上是否真的具有能力完成。3．2．1 經(jīng)濟可行性分析集裝箱碼頭作業(yè)環(huán)節(jié)中的智能化改進和建設基本上需要人員和設備兩方面第 3 章 系統(tǒng)需求分析17投入。碼頭人才濟濟，新一代業(yè)務骨干大都是大學畢業(yè)，在各工作崗位發(fā)揮出大學生的能力和才華。老一代碼頭專家有的走上了領導崗位，有的在一線基層繼續(xù)著帶頭模范作用，將多年積累的實踐經(jīng)驗無償傳授給年輕人。有了年輕人的理論和科技知識，加上多年積累的工作經(jīng)驗，可以實現(xiàn)對作業(yè)流程的改進和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的完善。碼頭的人才資源相當豐富，除業(yè)務精英之外，每家單位都擁有自己的計算機部，專門開發(fā)適合生產(chǎn)作業(yè)流程的軟件程序，各部分的程序代碼編寫測試成功后，組織在一起就構成了碼頭系統(tǒng)的智能化生產(chǎn)模塊。硬件設備方面需要一定的資金投入，這里的硬件設備平均最少也能使用 5 年時間，一次性的投入換取多年的使用，成本相對而言不高。舉例：以天津港的自動化無人閘口為例說明智能化改造所需要投入的硬件成本。 （注：成本是大概數(shù)據(jù)）圖 自動化閘口的設備運行圖表 自動化閘口的硬件設備表硬件名稱 投入成本單價（萬元）*臺數(shù)總計（萬元） 預計使用年限（年）前端地感應器及擋桿 *4 2 5 年后端地感應器及擋桿 *4 2 5 年紅外對射器 *8 2 年條碼掃描器 *4 3 年觸屏工控機 2*4 8 10 年對講器 *8 5 年第 3 章 系統(tǒng)需求分析18RFID 射頻讀取器 *4 10 年箱號自動識別 20*4 80 5 年工控機 *4 6 10 年硬件總成本 約為 自動化閘口的硬件成本大約可以控制在 100 萬元左右，如果按照平均使用壽命 8 年計算，每年需要負擔的成本約為十幾萬元，也就相當于幾個普通員工的年薪。雖然，這只是一個比較簡單的計算方法，沒有核算折舊成本、維護費用、保養(yǎng)費用、施工費用等等，但是也能反映出碼頭的智能化升級舉措是可行的，不論是近期效益還是遠期收益都是不錯的。3．2．2 技術可行性分析正如經(jīng)濟可行性分析中提到的碼頭人才充足，碼頭各企業(yè)的專業(yè)技術人員的確具有一定的技術基礎和開發(fā)實力。但由于身處的企業(yè)畢竟屬于交通運輸服務性行業(yè)，缺乏較好的研究環(huán)境和較高的開發(fā)水平，只能開發(fā)一些功能適中的應用系統(tǒng)，但可以完成詳細的流程改進方案、用戶需求分析，在實際工作方面提供最全面的資料和檔案。雖然關鍵核心的技術不是自己研發(fā)的，但也可以參與專業(yè)的研發(fā)團隊，逐漸熟悉和掌握技術的核心。碼頭最龐大的 CTIOS 系統(tǒng)也是由多個程序模塊、無數(shù)個程序功能代碼組成的。CTIOS 雖然規(guī)模宏大，但也是由最基本的數(shù)據(jù)維護、信息操作構成的，由成千上萬個功能不同的程序代碼模塊組成。碼頭技術人員完全有能力進行核心系統(tǒng)周邊功能的完善和開發(fā)。當今的計算機科技水平空前發(fā)達，無論是在硬件速度和穩(wěn)定性上，還是在軟件開發(fā)模式方面，都有了革命性的進步。諸如：DGPS 差分衛(wèi)星定位技術、計算機視覺技術、計算機圖形圖像學、RFID 無線射頻、雙箱稱重技術、構件化的軟件開發(fā)平臺等，無一不是科技發(fā)展的產(chǎn)物。技術人員利用計算機新技術滿足生產(chǎn)工作中的科技創(chuàng)新。正如下圖的軟件開發(fā)模式，現(xiàn)在的軟件開發(fā)可以面向?qū)ο蟆⒎帜K進行構件化的工作。構件是系統(tǒng)中有價值、獨立存在并可替換的一個部分，在定義好的體系結(jié)構語境內(nèi)可以滿足一定的功能。構件是軟件系統(tǒng)中具有相對獨立功能、可以明確標識、接口由規(guī)約指定、與語境有明顯依賴關系、可獨立部署、且多由第三方提供的可組裝軟件實體；軟件構件須承載有用的功能，并遵循某種構件模型；可復用構件是指具有可復用價值的構件 [11]。第 3 章 系統(tǒng)需求分析19圖 軟件開發(fā)的構件模式建造構件的目的是為了以后復用構件，建造構件時必須遵循抽象、逐步求精、信息隱蔽、功能獨立、結(jié)構化程序設計的思想和原則，而且構件應該比較通用和靈活可變。面向?qū)ο蟮哪K化方法具有封閉性和繼承性等優(yōu)點，所以可以很好的進行構件復用。繼承就是指在變化點上創(chuàng)建指定抽象類型或抽象類的子類型或子類?？梢栽趯ο髽嫾^程中的變化點或擴展點上附加變化或擴展，用于模板、框架和宏的類型和類。根據(jù)應用系統(tǒng)的實際需要可以進行構件特化，對其的變化點設置特殊的變體，這種變體可以自行開發(fā)。如果構件不能滿足應用系統(tǒng)的功能需求，可以修改調(diào)整構件的內(nèi)容。如果構件沒有按照標準化開發(fā)，也可以按照通用標準將它包裝起來。特化并且鑒定合格的構件就能組成應用系統(tǒng)。使用構件進行軟件開發(fā)可以提高開發(fā)速度和質(zhì)量，降低開發(fā)和維護成本。下圖描述了軟件開發(fā)過程中的構件化實施方法。圖 構件化的軟件開發(fā)過程第 3 章 系統(tǒng)需求分析203．3 需求分析需求分析應該是軟件研發(fā)初始階段的最后一步，處于軟件定義的末尾。它必須搞清楚系統(tǒng)到底完成什么任務。上述 的可行性研究已經(jīng)大致掌握了用戶的要求，并提出了相應的可行性方案。但還是沒有準確細致的解答很多細節(jié)性問題。需求分析正是確定系統(tǒng)的具體工作內(nèi)容，對目標系統(tǒng)提出全面、清晰、準確、具體的要求。應該確定對系統(tǒng)的各種要求，包括：系統(tǒng)的功能、性能、運行和擴展要求等。系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)很大程度上決定了系統(tǒng)的成敗，對軟件設計有很大影響，一般建立概念模型來分析系統(tǒng)數(shù)據(jù) [12]。圖 裝卸集裝箱的實體關系圖3．3．1 碼頭可視化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的需求分析可視化管理并不是簡單的顯示一下全場的集裝箱和機械狀態(tài)，而是真正的實現(xiàn)對機械的操作控制。既要通過計算機遠程控制橋吊裝卸集裝箱時的開閉鎖，又能對全場的機械進行工作調(diào)度和位置調(diào)配。實現(xiàn)對碼頭內(nèi)（除橋吊外）主要作業(yè)機械的精確定位、動態(tài)跟蹤、過程控制、數(shù)據(jù)采集以及可視化管理；集卡安裝 GPS / GPRS 車載終端，通過數(shù)字報文和語音通訊，實現(xiàn)對集裝箱運輸卡車的實時位置監(jiān)控、狀態(tài)跟蹤和作業(yè)智能化管理，以達到提高集卡運輸效率、降低集卡空載率、節(jié)約運營成本、提升管理水平的目的。技術難點在于如何應用計算機視覺技術將整個堆場的情況，無論是運動機械還是堆放的集裝箱以平面或立體方式縮小顯示在屏幕。并且，可以通過無線控制信號對機械的裝卸動作進行鎖控，防止誤操作。第 3 章 系統(tǒng)需求分析21圖 可視化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的業(yè)務流程圖3．3．2 碼頭閘口自動化系統(tǒng)的需求分析實現(xiàn)集裝箱碼頭閘口的全自動通車放行和數(shù)據(jù)采集并非易事，不僅硬件設備要升級、收提箱流程也要改進，而且整個港口的進出口物流環(huán)節(jié)需要配合完善。集裝箱的自動出閘較為容易，難點在于如何保證出口集裝箱順利的自動通過閘口。技術難題的攻關包含自動讀取箱號、箱型尺寸，識別殘損，自動稱重，自動生成場位，提箱自動選箱等。集裝箱卡車重載到達閘口時，傳統(tǒng)的紙面裝箱單、設備交接單因為無人接收錄入而無法繼續(xù)核對的功能，只能依靠系統(tǒng)程序校驗。那么，必須改造傳統(tǒng)的出口集裝箱作業(yè)流程才能保證自動化收箱的順利實施。a) 出口收箱的流程改造集港收箱前，由天津海關監(jiān)管的裝箱堆場或稱錄入點將紙面《裝箱單》數(shù)據(jù)錄入計算機，寫入集卡車輛的 RFID 射頻卡，并將電子裝箱單報文傳送到碼頭。碼頭根據(jù)電子裝箱單信息進行場地策劃，預先安排箱位，可以有效減少集裝箱的翻倒。集裝箱入閘時，閘口通過射頻卡進行信息采集，與已經(jīng)接收的電子裝箱單信息進行核對，并由計算機提供場位后放行，加快集車通過速度。技術關鍵是利用 RFID 技術的工作原理。RFID 是英文 Radio Frequency Identification 的縮寫。即：無線射頻識別。它由電子標簽和閱讀器兩部分組成。閱讀器將低頻的加密數(shù)據(jù)載波信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送；射頻卡進入低頻的發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活，同時將載有目標識別碼的信號發(fā)射出去；接收天線第 3 章 系統(tǒng)需求分析22接收到射頻卡發(fā)來的載波信號，經(jīng)閱讀器接收處理后，提取目標識別碼送至計算機，完成預設的系統(tǒng)功能和自動識別，實現(xiàn)目標的自動化管理 [13]。表 射頻卡存儲的信息結(jié)構射頻卡寫入信息標準——2022 年新版試行序號 字段名 長度 代碼 注釋1 車隊名稱 8 Y2 集卡車牌照號 73 集卡車自重 4 單位：噸4 船名1 12 Y 代碼5 航次1 66 集裝箱箱號1 127 箱重1 4 單位：噸8 卸貨港1 5 Y9 IMDG 號1 4 危險品分類等級,國際標準10 冷箱信息1 1 0 非冷箱、1 冷箱11 船名2 12 Y 代碼12 航次2 613 集裝箱箱號2 1214 箱重2 4 單位：噸15 卸貨港2 5 Y16 IMDG 號1 4 危險品分類等級,國際標準17 冷箱信息1 1 0 非冷箱 、1 冷箱天津港貫徹執(zhí)行海關“運抵后報關”的政策，外貿(mào)出口集裝箱必須先運送到天津港內(nèi)部的海關監(jiān)管堆場，相當于入港就布控。等到外貿(mào)船舶的集港時間，由天津港內(nèi)部或者協(xié)議車隊到監(jiān)管堆場裝集裝箱去碼頭裝船。此時車輛必須攜帶 RFID 卡，一車一卡。集卡出堆場時，堆場將集裝箱數(shù)據(jù)寫入 RFID 卡；抵達碼頭閘口后，可直接讀取 RFID 內(nèi)的數(shù)據(jù)，減免錄入工作。第 3 章 系統(tǒng)需求分析23圖 基于 RFID 陸運作業(yè)的業(yè)務流程圖b) 閘口的升級改造包括前端數(shù)據(jù)采集、集中控制中心、統(tǒng)一業(yè)務處理、緩沖區(qū)管理和驗殘。前端數(shù)據(jù)采集負責閘口的視頻設備控制和信息數(shù)據(jù)收集。每個自動收箱的道口都獨立擁有工控機系統(tǒng)，保證輸入輸出設備完成基本信息的采集和傳輸，并把結(jié)果輸出打印。專門配有對講機，如果出現(xiàn)異常錯誤，可以和集控中心通話聯(lián)系。集控中心有業(yè)務人員集中監(jiān)控各道口的生產(chǎn)情況，如果有異常情況，可以人工干預補錄和修改數(shù)據(jù)。也可以發(fā)出初始化指令，使前端采集系統(tǒng)進行軟復位。統(tǒng)一業(yè)務處理接收每個自動道口傳送的數(shù)據(jù)包，采用 FIFO 機制排隊處理業(yè)務請求，并將處理結(jié)果返回給相應道口。如果不符合入場作業(yè)條件，系統(tǒng)將會產(chǎn)生一條緩沖區(qū)任務，由緩沖區(qū)管理系統(tǒng)處理。緩沖區(qū)管理集成人工閘口收提箱功能，結(jié)合智能閘口前端系統(tǒng)采集的信息，配備人員處理錯誤，保證正常的收提箱工作，以及智能閘口無法處理的其他特殊業(yè)務流程。圖 閘口自動化系統(tǒng)的業(yè)務流程圖3．3．3 出口集裝箱自動配載系統(tǒng)的需求分析做到系統(tǒng)自動編排集裝箱的裝載貝位計劃是所有碼頭想要達到的宏大目標。在所有的智能化研發(fā)項目里，出口自動配載是最具挑戰(zhàn)性。系統(tǒng)可以按照集裝箱的各種屬性，如：卸貨港、重量、箱型尺寸、是否特種箱等，以及它們的堆場實際位置，編排計劃出符合船的整體穩(wěn)性的出口船圖。系統(tǒng)必須遵循自上而第 3 章 系統(tǒng)需求分析24下、由外到里、先重后輕的取箱順序，生成由底到頂、從船舷內(nèi)側(cè)到海側(cè)一層一層平鋪放到預留艙位的裝船作業(yè)順序。集裝箱班輪的每一艘次裝載都有不同要求，系統(tǒng)根據(jù)實際收箱情況和放行狀態(tài)，將集裝箱即將要裝到的船舶貝位提前計算和編排出來。出口配載的質(zhì)量高低直接影響碼頭的實際裝船效率。不同的計劃員因為自身技術能力、工作責任心、業(yè)務素養(yǎng)等方面參差不齊，面對相同的集裝箱船舶結(jié)構、場地堆存情況大致相似時，工作效果也不盡相同，甚至大相徑庭，嚴重時會影響船舶準時離港。所以，要充分發(fā)揮計算機的運算能力，融入大量工作經(jīng)驗、船舶配載歷史數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)學會思考，成為集裝箱配載專家。工作經(jīng)驗包含了集裝箱航運領域的專業(yè)知識和計劃配載專家的寶貴經(jīng)驗，學會人的邏輯思考能力?？梢酝ㄟ^船公司集裝箱船舶的配載數(shù)據(jù)、規(guī)范限制條件等，根據(jù)船型結(jié)構貝位圖和堆場的集裝箱分布結(jié)合當前班次積載計劃和預配要求，分港口自動完成符合船舶穩(wěn)性和負載強度的出口船圖，同時也要降低堆場的倒箱率。單船計劃員核對在場集裝箱海關放行 ？Y接收預配船圖三單核對表和可配載清單三單驗證放行模塊分配岸橋手工設定作業(yè)線自動配載初始化設定自動配載參數(shù)船舶穩(wěn)性 、 計劃檢查數(shù)據(jù) 、作業(yè)方式 、 重量檢查 、 優(yōu)先級 、 效率等實際箱量與計劃箱量相同 ？根據(jù)箱屬性和配載規(guī)則自動分配船舶貝位YN報錯并提示修改配載參數(shù)N圖 自動化配載系統(tǒng)的業(yè)務流程圖3．3．4 EDI 自動發(fā)送接收系統(tǒng)的需求分析對于客戶要求的實現(xiàn)報文定時自動發(fā)送，至少應該具備三個基本功能。首第 3 章 系統(tǒng)需求分析25先是電子報文的格式設置；其次是電子報文自動收發(fā)機制；最后是收發(fā)報文的日志檢查。雖然界面較為普通，復雜度也一般，但真正實現(xiàn)實時處理報文，分鈔不差和一字不丟的連續(xù)性發(fā)送接收，也要解決幾個難點。怎么針對不同的船