自动化码头配套服务的模糊物元评价法建构与应用

梅 叶

(青岛港湾职业技术学院, 山东 青岛 266404)

自动化码头旨在提升集装箱物流效率，推动管理创新和技术创新，是一种全新的生产组织和运营方式，是向智慧港口物流发展的重要阶段。[1]该类型码头集中体现数字技术、云计算和物联网技术等新成果，是创新应用的重要阵地，代表着港口发展的方向和趋势,近年来迅速崛起。[2]目前,我国自贸港和智能航运发展迅速,已批复建设18个国家级自贸区。联合国贸发会在《2019年世界最佳连接港口排名》中指出了加强港口互联互通的7项关键措施，明确了现代港口在世界经济中的重要作用。[3]

本文主要研究如何推进新技术和管理创新在激发并释放自动化码头积极因素中的作用，提升运营效率，满足多方用户的诉求，带动港口产业向纵深方向发展。罗勋杰[4]提出采用遗传法优化闸口通过能力和系统设置自动化码头全新流程的观点;孟威等[5]和陈继红等[6]基于港口综合物流服务水平评价，运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)评价港口物流竞争力;孙涛涛等[7]提出集装箱港口联通性指数评价港口，确立“互联互通”在港口评价中的核心基础地位。这些研究在自动化码头技术创新应用和构建模型评价港口物流水平方面有重要作用,但由于受自动化码头发展阶段制约，研究未提升到自动化码头策动港口物流供应链新业态的高度，也未提出更精准的要素体系;同时,定性与定量数据获取面较狭窄，评价结果的导向性不强。

本文基于实证论证自动化码头全新配套服务构成要素体系，确立刚性约束与柔性诉求相融合的6个维度24项指标的自动化码头配套服务要素；该配套服务要素的逻辑构成适合模糊物元法算法要求，能有效解决指标数值量化统一问题,便于科学计算并获得客观运算结果，形成导向性特征显著的科学论证。本文提出自动化码头配套服务理念和逻辑竞合，构建自动化码头配套服务水平综合评价指标体系，并选取新加坡港、荷兰鹿特丹港、德国汉堡港、美国长滩港、厦门港、青岛港和上海港自动化码头作为样本，用模糊物元评价模型对样本进行评价解析。

1 自动化码头配套服务体系关键因素

以装卸效率为优势的自动化码头，采用人工智能技术减少人工干预。世界范围内的自动化码头历经4个阶段。

1) 初期:小范围单线无人装卸船舶作业。

2) 发展期:集装箱人车分离远程操作。

3) 中期:远程船舶装卸和水平运输自动化物流阶段。

4) 近年来:全自动化集装箱码头绿色、环保和全程物流链智慧作业。

青岛港全自动化码头于2017年5月11投入使用。2018月4月21日该码头在“中远希腊”班轮装卸作业中创造42.93自然箱/h单机世界纪录，单船时效为218.10自然箱/h，打破之前39.60自然箱/h的单机世界纪录[8],远超传统码头装卸效率，节约劳动力约37.24%。智能集疏运平台、统一受理平台、无人闸口、智能理货、智能堆场、智能配载和5G技术等竞合发力，助推港口自动化运营水平提升。

自动化码头是智慧港口的前提和重要组成部分。[9]依靠对自动码头的设备调度优化可提升作业效率，但不能作为评价自动化码头综合服务水平的唯一指标。[10-11]依据自动化码头综合服务内涵，探析制约自动化码头综合能力提升的因素，得出其配套服务措施和评价指标，体现技术性、创新性、科学性、安全性、经济性和可持续性。自动化码头配套服务评价体系由“2类6个维度24项指标”构成,见图1。图1中:数据处理、作业配套和资源制约构成刚性约束;政策制约、地缘限制和人文情怀构成柔性诉求,突出综合共享理念。[12-14]据此,本文将厘清自动化码头配套服务功能和评价纬度并确立评价标准，设置和选用相应指标进行对比分析，通过评价与实证过程实现样本港口优劣等级遴选，形成相应排名。

图1 自动化码头配套服务评价体系

2 自动化码头配套服务评价体系

2.1 评价体系的基本特征

针对自动化码头配套服务水平特点[15]，设置 “刚性约束”与“柔性诉求”相统一的6个维度24项指标体系,其特征为

1) 指标设置:明了、简洁、准确、全面、系统地反映评价对象的基本内涵和逻辑关系。

2) 数据特征:数据来源包含统计采集和专家打分(对于不易量化的指标,采用行业专家研判打分的方法)，便于机器计算和处理。

3) 指标特征:评价指标遵循通用性和可比性，便于贯通和实际操作。

4) 评价结果导向性:与传统名次定位法比较，自动化码头配套服务评价侧重于分析结果，引导港口在智慧港口物流发展水平中确定合适的目标，推动定向发展。因此，评价形成结果具有正确的导向性。

2.2 自动化码头配套服务评价指标

自动化码头综合服务水平竞争能力由其配套服务指标构成，可多维度反映核心主题，遵循该评价原则和基本精神，确立评价指标(见表1)。该评价体系由3部分组成,其中:第1层为目标层,自动化码头配套服务水平(A)；第2层为准则层，反映自动化码头配套服务水平6个基本层面(B)；第3层为指标层，对准则层进行细分的24项明细指标(C)。

表1 自动化码头配套服务评价指标体系

该评价模型分析方法提供一种模糊元评价决策法。[5]自动化码头的发展与人工智能等科技直接相关，受多种因素的制约，其配套服务与认知水平等息息相关。该评价既有量化指标数据论证，又在柔性诉求中包含专家调研和考察评价。依靠数学建模计算判断和多目标交叉决策，可有效降低主观判断形成的误差。随着技术和认知水平的提升，某些评价指标可进一步明晰量化。

3 自动化码头配套服务评价模糊物元方法

模糊物元法的核心是以“事物、特征、模糊量值”为基本单元，对事物特征和指标进行定性分析和定量计算，从而完成评价。自动化码头样本评价指标数据库见表2。[15]对自动化码头配套服务水平相关方进行抽象、提炼、概括、简化并构建模型，将特定指标量化数值转归到相应的“6个维度”进行描述。定性指标评价标准界定见表3。[5]

3.1 基本过程与流程设计

设置自动化码头配套服务评价的模糊物元法步骤流程模型,见图2。

3.2 模糊物元的论证方法

3.2.1复合物元的构造

M为事物，C为事物具有的特征，x为特征量值，物元R为

(1)

(2)

单独系统涉及数个事物和指标，构建m个事物n维复合物元为

(3)

同理构造m个事物n维模糊复合物元：

表2 自动化码头样本评价指标数据库

表3 定性指标评价标准界定

图2 自动化码头配套服务评价的模糊物元方法步骤

(4)

3.2.2从优隶属度计算

对计算系统单向特征相应的模糊量值进行从优隶属度计算。具体原理和过程为

(5)

根据隶属度计算结果得到式(4)中n维隶属度模糊复合物元。

3.2.3确定特征指标权重

科学确定各指标在评价模型中的权重。按照专家调研法和AHP赋值结合确定指标权重。

W={wi>0,i=1,2,…,n}

(6)

式(6)中:∑wi=1,wi为复合物元第i个特征指标权重。据此可确定构建事物特征指标权重的复合物元RW为

(7)

3.2.4形成模糊物元评价结果

(8)

由式(8)计算数值结果得出方案评价结果。

4 自动化码头配套服务水平评价实证分析

本文基于模糊物元的评价模型和基本原理，选取在世界范围内34个自动化码头中的7个作为样本，完成实证分析评价研究。

4.1 构建样本复合模糊物元

针对表2中7个样本自动化码头的24项评价指标，对应确定7个样本24个维度复合物元,可表示为R7,24,以Pj(j=1,2,…,7)表示第j个自动化港口的样本。7个样本自动化港口的24项指标的复合物元表示为

(9)

4.2 样本指标从优隶属度的形成

根据评价指标体系中24条细则(均为下行评价指标)的基本性质，按式(5)计算样本指标自动化码头的指标从优隶属度,从而形成各自动化港口隶属度模糊复合物元为

(10)

4.3 确定评价指标权重构成

根据专家调研和研判，运用AHP赋权方法，确定指标C(C1-C24)在目标层A中的指标权重RW为

(11)

4.4 计算方案关联度形成评价结果

(12)

计算得出所选7个样本自动化码头配套综合服务水平排名,由高到低依次为：新加坡港、汉堡港、青岛港、鹿特丹港、长滩港、上海港、厦门港。

按照不同研究样本指标关联度进行B1、B2、B3、B4、B5和B6等模块水平能力竞优排序，得出自动化码头配套服务能力评价排名表,见图3。

图3 样本港口自动化码头配套服务水平评价结果

形成以下评价结果：

1) 新加坡港和汉堡港自动化配套服务水平最高，稳居第1和第2。这2个港口获得较强系统治理能力,满足用户多元诉求、领航自动化码头综合运营方向。

2) 青岛港全自动化综合配套服务名列第3。该港依托青岛前湾保税港区区港联动优势和前湾3期与4期集装箱码头规模、技术效应和管理创新效应，高起点开发建设，是亚洲真正意义上的全自动化码头，已取得多项技术专利[16]，在较短的时间内创造了较高的综合效益，其未来发展空间较大。另外，《中国—上海合作组织地方经贸合作示范区建设总体方案》和《中国—山东自贸区青岛片区》等多项政策叠加释放能量。鹿特丹和长滩港自动化综合配套服务分别名列第4和第5位；上海港洋山自动化码头配套服务名列第6位。上海港尽管是世界第一大港,规划建设成为世界上规模最大的自动化码头，起点高、技术新，但因该自动化码头在2017年12月10日投产,前期建成的部分泊位远离上海主港区和物流园区，其配套服务能力尚未全部建构，未来会快速跟进并达到较高水平。第3名至第6名配套水平相差不大。随着配套服务逐步完善，规模效应将很快凸显，未来潜力巨大。

3) 厦门港自动化码头最弱，是在对传统码头进行改造的基础上形成的，配套技术和服务能力较低，后续可借鉴青岛港、上海港自动化码头加速升级，突出设备作业系统路径的智能选择，推进绿色环保生态治理，提升综合运营能力。[17-18]

5 结束语

智能航运已成为一种新趋势。[19]以港口为中心的自贸区建设正在快速推进。人工智能下的自动化码头建设将在实践探索中不断发展，突破其配套服务的因素制约[20]，交互形成全新的自动化码头核心能力。

AHP竞合形成模糊物元评价自动化码头配套服务是多维度，多目标交互作用的过程。本文选用7大自动化码头统计数据，结合专家调研研判，运用赋权法则确定目标权重，将定性分析与定量计算相融合得到科学的评价结果。结果表明：运用模糊物元的基本理论研判自动化码头配套服务水平评价是科学有效的方法。

该方案评价模式可提升码头的综合服务水平和治理能力。同时,考虑按对资源要求进行最优化配置选择，实施先进的生产工艺、稀释和缩小成本投入，使综合成效和企业价值最优化。

“一带一路”战略构建人类命运共同体，“一省一港”区域港口推进,港口承担策动世界经济贸易和物资融通的使命更加突出,其功能和运营方式将被不断赋予新的内涵。自动化码头承担“缩小世界”和“缩短时空”的功能举足轻重，其配套服务的内涵和外延将进一步延展。本文论述的模糊物元评价自动化码头配套服务方法对于《智能航运发展指导意见》落地生根、建设智能港口、进行技术创新和服务创新等具有重要的参考价值和现实意义。[21]