集装箱码头的发展：从集装箱堆场到全自动垂直集装箱高架仓库 - 图片来源：Xpert.Digital
空间作为策略：重新发明全球容器物流
物流的花边奇迹：智能存储系统改变世界贸易
从集装箱码（容器停车位）进一步开发容器码头，以实现空间优化，完全自动化和AI支持的垂直容器高光束轴承（来自街道，铁路和海上航海的联合交通）全球货运运输。
全球物流的转折点——当空间成为战略资源
全球物流网络是现代世界贸易的支柱，如今正不堪重负，不堪重负。贸易量的持续增长，加上船舶尺寸的急剧增加——尤其是可运载高达24,000标准箱（20英尺标准箱）的超大型集装箱船（ULCS），已将传统集装箱码头模式推向了其物理和运营极限。在全球商品流动的交汇处——港口，一场危机正在显现，并有可能使整个供应链陷入瘫痪。
这一发展揭示了现代港口物流目标的核心冲突：在紧密，昂贵的地区的储存密度与造成的灾难性损失的运营效率损失之间的不可溶性悖论之间。容器终端曾经是一个纯净的过境点，已成为关键的瓶颈，这决定了整个全球供应链的速度。因此，朝着空间优化，完全自动化和AI支持的垂直容器高光束轴承的所谓集装箱码进一步开发了所谓的集装箱码，因此不仅仅是技术升级。相反，这是对系统性危机的必要，范式改变的反应，该危机迫使从街道，铁路和海上航行的联合交通（KV）中基本重新定义转运码头的功能。
适合：
边界时代——传统集装箱码头正处于十字路口
常规容器终端的解剖结构：压力下的生态系统
为了了解即将到来的革命的范围，查看传统容器终端的解剖结构和功能至关重要。这样的终端是一个复杂的生态系统，由几个明确定义的物理组件和操作区域组成。在最前沿的是带有泊位（泊位）的Kaianlage，巨大的集装箱船占据了。在这里，强大的船上（STS）起重机，其解释器延伸到船只的整个宽度上，以装载和熄灭容器。但是，终端的心脏是广泛的集装箱院子（CY），这是一个巨大的强化区域，可作为临时缓冲营地，可容纳数千个完整和空容器。专门的处理和运输设备的机队在这个院子内运行。其中包括橡胶行驶门口起重机（橡胶型龙门起重机，RTGS），轨道结合的门户吊车（铁路安装的龙门式起重机，RMGS），门户凸耳（Straddle Carrier）（Straddle Carrier）和Gripping Stacker（接触式堆栈），负责堆叠和运输堆叠式和运输堆积者。第三个基本要素是门综合体，该国交通的针管，处理卡车的处理，进行了容器，并进行了安全控制。这通常由铁路系统补充，以进一步运输到腹地。院子操作包括容器的存储，组织和提供。门和铁轨操作确保无缝连接到着陆模式。从理论上讲，这是一个流动的过程。但是，实际上，由单个溃疡删除的大量容器使该系统陷入了崩溃的边缘。
效率低下的恶性循环：块堆积的范式
每个传统容器终端的跟腱脚跟在于其基本设计理念：块的堆叠。不管终端是使用线性还是块布局，该原理都是基于直接在彼此顶部的堆叠容器以利用有限区域的基础。乍看之下似乎是合乎逻辑的是，实际上是深刻和系统性效率低下的来源。核心问题是所谓的“非生产性周围过程”，也称为“改组”或“洗牌动作”。为了访问位于堆栈底部的容器，上面的所有容器都必须首先抬高并存储在其他地方。只有这样，才能卸下目标容器，然后通常必须再次移动中间容器。分析表明，这些不产生时间或价值的非生产性运动占常规院子中所有起重机运动的30％至60％。在最坏的情况下，这意味着纯废物的整个起重机活动中有一半以上是服务的。这个事实创造了一个恶性循环：为了增加有限空间的容量，终端操作员被迫将容器堆叠得更高。但是，随着每一个额外的层次，周围过程的可能性和复杂性呈指数增长。从填充率为70-80％，病房块的性能急剧下降。结果是无法预测的终止时间，终端内的大量交通拥堵以及无法再计划的操作绩效。海上大型巨人的大小优势被土地上的巨大效率低下所破坏。
联合交通的必要性（KV）：当瓶颈瘫痪时
这些低效率对于多式联运（CT）码头来说是致命的，因为CT码头是船舶、铁路和卡车运输方式之间的关键接口。整个多式联运网络的性能取决于这些转运点的效率和可靠性。传统的码头饱受计划外的换装作业和内部拥堵的困扰，会阻碍整个物流链的正常运转。卡车在闸口等待的时间过长且不可预测，货运列车在铁路码头等待的时间过长且不可预测，是直接后果。一个集装箱的延误会导致整列货运列车的出发延误，进而扰乱整个铁路网络的时刻表，并危及接驳服务。多式联运的经济和生态优势——运输方式的捆绑和从公路到铁路的转变——因港口的瓶颈而受到削弱。码头的不可预测性会波及整个供应链，使得可靠的准时制物流几乎不可能实现。显然，传统码头的低效率并非管理问题，而是根植于其物理架构的系统性缺陷。这种曾经适用的模式已经被现代全球贸易的规模和速度所淘汰，使得码头成为供应链中摩擦和不可预测性的主要来源。
垂直革命——高架仓库作为新范式
从水平膨胀到垂直密度：HRL概念
为了应对常规终端的系统性危机，创建了一种根本的新方法：全自动集装箱高层仓库（HRL），国际上称为高湾存储（HBS）。 HRL概念并没有进一步扩展水平，在大多数港口城市中，这在地理上是不可能的，在生态上是值得怀疑的，而是将存储转移到垂直方向上。这是一种从根本上改变土地使用方程的策略。这个概念不是一个纯粹的小说，而是基于来自意外部门的经过验证和强大的技术：重工业。德意志短信集团（Deutsche SMS Group）等领先的提供商具有数十年的全自动高湾轴承的经验，这些轴承是极重的负载，例如50吨钢管，在24/7操作中在粗糙的工业条件下可靠地处理。对该容器物流的尝试和测试技术的改编大大降低了港口运营商的感知风险，并使创新的飞跃成为稳固的工业基础。
适合：
技术的解构：直接访问的原则
高架仓库 (HBW) 远不止是一个高架货架。它是一个高度复杂、全自动的系统，其精妙之处在于一个原则：直接、独立地访问每个集装箱。这一原则由两个核心组件实现。首先，钢制货架结构：一个巨大的钢结构，最高可容纳 11 个集装箱，构成了仓库的骨架。每个集装箱都放置在其独立可寻址的货架隔间中。一个关键细节是，这些货架不需要连续的地板。标准化的 ISO 集装箱是自支撑的，仅通过四个角件（扭锁）固定。这显著降低了材料使用量、总重量和建造成本，同时又不影响结构完整性。其次，自动存取机 (SRM)，也称为堆垛机：这些轨道引导的高速起重机在货架排之间的过道中自主移动。它们配备了可调节的夹臂（吊具），可以精确地锁定在集装箱上。在中央控制系统的引导下，AS/RS 系统可以直接访问仓库中的任何集装箱，并进行取回或存储，而无需移动任何集装箱。这正是该技术的革命性核心。直接、独立的存取彻底消除了低效的重新堆垛操作。起重机的每一次移动都是一种高效的移动。传统终端难以应对的存储密度与存取效率之间的根本性矛盾得到了解决。因此，高架仓库的真正革命并非垂直度本身，而是从以存储为中心（堆垛）向以存取为中心（货架）理念的转变。仓库将从僵硬的仓库转变为高度动态的分拣和缓存中心。
案例研究：BoxBay系统作为“可行性证明”
该概念的技术可行性和表现不再是一种理论。合资企业BoxBay是全球终端运营商DP世界与德国工厂制造商SMS集团之间的合作，其试点项目在迪拜的Jebel Ali港提供了令人印象深刻的“可行性检测”。到2024年底，成功进行了330,000多个集装箱运动。结果超出了预期：盖上的性能在码头上的界面每小时达到19.3个运动，在陆地卡车起重机上，码头的界面和令人印象深刻的31.8个动作。这些数字表明，该系统不仅有效，还可以实现无与伦比的性能和可预测性。下一个关键步骤已经采取：2023年3月，签署了在韩国普桑港“改造”实施的第一个商业订单。那里的BoxBay系统是在现有的最先进的终端中改装的。目标是：每年消除350,000个非生产性的周围过程，并减少了卡车处理时间的20％。该项目的成功将是对技术现代化世界港口基础设施现代化的能力的试金测试，其次是整个行业，并受到最大的关注。
您的内部专家
数字神经系统：高科技和效率之间未来的容器终端
变革的驱动力——自动化、机器人和数字化
自动终端：从部分到完全自动化
容器端子中的自动化不是二进制条件，而是具有不同成熟度的频谱。今天被称为“自动化”的大多数终端属于部分自动化类别。在这里，通常使用自动堆叠起重机（自动堆叠起重机，ASCS）自动化院子中的存储过程，而KAI和仓库块之间的水平运输则继续进行手动配置。无人驾驶运输系统（自动导向车辆，AGV）或自动起重车辆（自动起重车辆，ALVS）无需卡车司机，而不是卡车驾驶员。尽管对这些技术引起了极大的兴趣，但全球所有容器终端中只有约3-4％是部分或完全自动化的。这阐明了引言的障碍很高。当存储和处理合并到一个封闭的机器人系统中时，高积轴承的概念代表了最高和最深的自动化水平。
适合：
数字神经系统：物联网和“智能港”
数字神经系统要求高度自动化的系统可以作为HRL作为一个连贯的整体，即数字神经系统。物联网的物联网扮演这个角色。在起重机，车辆，基础设施甚至容器本身上的密集的传感器网络都经过数字映射。首先，实时透明度：操作员每秒都知道每个容器和每个设备所在的位置以及在什么条件下。其次，条件监测和预测性维护（条件监测和预测性主体）：关键组件上的传感器（例如发动机或存储）连续测量振动，温度和压力等数据。算法分析这些数据流，并可以在进入之前预测潜在的故障。这使从昂贵的，反应性的维修文化更改为主动计划的维护，从而大大降低了停机时间，并可以将维护成本降低多达50-75％。第三，可以从IoT数据创建数字双胞胎的创建：虚拟1：1物理港的图像。在这些模拟中，可以在现实世界中实施新的过程，无风险和优化的新过程，布局或紧急情况。
智能核心：基于AI的优化和控制
如果说物联网是神经系统，那么人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 就是现代码头的大脑。物联网传感器产生的海量数据和高速数据已无法再由人工调度员有效处理。这正是人工智能系统应运而生的地方，它被集成到中央码头操作系统 (TOS)——控制所有流程的软件平台中。
优化的决策：AI算法在几秒钟内做出复杂的决策。您可以根据体重，目的地和收集时间等因素确定每个进入容器的最佳存储空间。他们计划起重机的最有效运动序列，并计算AGV的理想路线，以避免交通拥堵并最大程度地减少空空。
预见分析（预测分析）：通过分析历史和当前数据，AI可以更精确地预测船舶的到来时间，预测院子里即将来临的瓶颈，并预测未来对人员和设备的需求。这可以主动而不是反应性资源计划。
资源管理：AI优化了泊位，起重机和车辆的分配，以最大程度地提高整体吞吐量并最大程度地减少船只和卡车的等待时间。物流中AI的早期用户报告了巨大的成功，例如将物流成本降低15％，服务效率提高了65％。
很明显，物理机器人技术和数字智能是密不可分的。 HRL的刚性，高度复杂的结构只能由高度发达的AI管理。相反，只有在完全自动化的数据 - 富含数据的环境中才能充分利用AI的优化潜力。这会产生一个积极的反馈循环：更好的数据启用了更智能的AI，从而控制了更有效的物理过程。经常被引用的观察结果，即自动端口有时比手动发现的效率更低：没有智能的大脑（AI），自动化的身体只是刚性机器的集合。自动化的成功取决于控制系统的智能。
量子飞跃——新一代终端的多方面优势
效率重新加入：吞吐量和速度的量子飞跃
新系统的性能数据重新定义了效率标准。首先是空间效率：在相同占地面积下，高架仓库的存储容量可达传统轮胎式龙门吊 (RTG) 堆场的三倍。在某些配置下，这意味着所需空间可减少高达 90%。对于地处人口稠密城区的港口而言，这是一个无价的优势。同时，装卸速度也显著提升。通过消除非生产性移动并提供对每个集装箱的直接访问，码头的装卸效率可提高高达 20%。这缩短了船舶在港口的停留时间——对于航运公司来说是一笔巨大的经济收益，因为在港口停留的每一天成本都很高。在岸上，卡车的装卸时间也可减少 20%，从而减少闸口拥堵，提高运输能力的利用率。
下表比较了各种技术的性能指标，并说明了量子飞跃，即高湾仓库。
比较不同的容器终端
不同集装箱码头存储方案的比较——图片来源：Xpert.Digital
在物流和港口基础架构中，集装箱终端文件在效率和可持续性中起着至关重要的作用。对不同存储系统的详细比较显示了显着差异：常规的RTG码代表传统的存储方法，其存储密度为每公顷700-1,000 TEU，周围的过程在30-60％之间。相比之下，自动化的ASC院子的存储密度约为2,000 TEU和中等的运营成本。高式仓库（HBS）代表了最先进的解决方案，令人印象深刻的存储密度超过3,000 TEU，完全消除了周围环境和最小的环境污染。
该系统的生产率，成本和环境影响很大。尽管常规系统会引起较高的本地排放和噪声污染，但自动化和高湾仓库可通过电气驱动和降低运营成本提供更高效且对环境友好的替代方案。投资成本与技术复杂性成比例地增加了，因此高湾仓库的初始投资最高，但运营成本也最低。
经济方程：重新评估成本和资本回报率
高度自动化系统的引入将导致成本结构发生根本性转变。传统的模式——空间和简单设备的资本支出 (CAPEX) 较低，但人员和柴油的持续运营成本 (OPEX) 却很高——被彻底颠覆了。高架码头采用的是资本支出密集型、运营成本低的模式。高昂的资本支出是最大的障碍。项目成本可能从几亿美元到十多亿美元不等。这些金额对于许多企业，尤其是小型码头运营商来说，是难以承受的。然而，从长远来看，经济效益将通过大幅降低运营成本显现出来。人工码头最大的支出——人员成本，最高可降低 70%。全电动运行和能量回收（再生）显著降低了能源成本；BOXBAY 试点项目表明，能源成本比预期低了 29%。此外，通过预测性维护和更强大的自动化流程，维护成本也显著降低。投资回报率 (ROI) 很复杂，且与地点相关。然而，当运营成本的节省与节省或释放的空间的巨大价值相结合时，就会出现一个令人信服的商业案例。考虑到每平方米2000至3000欧元的土地价格，仅节省三公顷土地就能带来6000万至9000万欧元的价值，这极大地弥补了高昂的初始投资。
绿色码头：可持续性的新标准
新一代码头也树立了新的生态标准，并将成为可持续港口管理的核心基石。电气化是其主要驱动力：高架仓库系统及其配套的无人驾驶运输车辆均已实现全电动化，从而消除了柴油发动机产生的二氧化碳、氮氧化物 (NOx) 和颗粒物的局部排放。将这些系统与可再生能源相结合，可实现二氧化碳零排放运营。高架仓库的广阔屋顶区域非常适合安装光伏系统，该系统可为码头提供绿色电力，甚至有可能将其转化为能源增值系统。此外，环境影响也显著降低。由于在封闭或封装的系统中完全自动化运行，码头无需再进行全面照明。这不仅降低了能耗，还最大限度地减少了光污染。此外，邻近城区的噪音污染也显著降低——这对于位于城区的港口而言是一个决定性的优势。最后，巨大的土地利用效率也直接促进了环境保护，因为它减少了通过堤坝进行生态污染严重且成本高昂的填海造地工程的需求。
加强联合运输网络
这些优势对于综合流量的终端具有变革性。配备有HRL的端子从不可预测的瓶颈变为高性能，可靠和快速的信封节点。高速，最重要的是，卡车和训练的处理流程的精确计划使运输公司之间的界面同步。这种可靠性使整个联运链对纯道路运输更具竞争力。如果货运代理和铁路运营商可以依靠港口的准时和快速移交，那么将运输运输转移到更环保的铁路或内陆船的动机会增加。 HRL成为全球货运运输中更有效，更可持续的模态分裂的决定性“推动者”。
您的双重使用物流专家
双重 - 使用物流专家 - 图像：XPERT.DIGITAL
全球经济目前正在经历基本变化，这是一个破裂的时期，它震撼了全球物流的基石。超全球化的时代的特征是无法动摇的最大效率和“及时”原则的不可动摇，使位于新的现实。这的特征是结构性突破，地缘政治转变和进步的经济政治破坏。国际市场和供应连锁店的规划曾经被假定为众所周知，它解散了，并被不确定性日益严重的阶段所取代。
适合：
港口自动化的风险与机遇——企业需要了解的内容
实施之路——应对挑战
投资障碍：资本，复杂性和监管
主要障碍是显而易见的。巨额投资成本的财务负担是一个巨大的障碍，只能管理最大，最优质的港口运营商和公司。这样多年的主要项目的复杂性是巨大的，需要在工厂建设，机器人技术，IT集成和项目管理领域深刻的专业知识。界面问题可能会导致重大延迟和成本增加。最后但并非最不重要的一点是，在许多国家，如此大型建筑项目的漫长监管障碍和批准程序是另一个主要挑战。
新建筑与改造：现代化的两条途径
实施中有两个根本不同的情况，其挑战却大不相同。新的建筑方法，即“绿色草地”上新终端的构建是理想的情况。它提供了完整的设计自由，可以从头开始协调布局，基础架构和流程。迪拜的BoxBay飞行员项目是这样一个准新建项目的示例，该项目证明了在理想条件下的技术可行性。新技术必须集成到24/7的操作中，而不会过多地干扰正在进行的流程和客户服务。这需要一个复杂的逐渐实现，在该实施中，将终端的一部分转换而来，而其他终端则继续起作用。这样的项目可以持续数年，并承受不可预见的成本和运营障碍的高风险。因此，Pusan Boxbay的商业订单非常重要：如果这种改造实施成功，这证明了该概念对大多数世界港口的实际适合性，并且可能是获得更广泛市场接受的信号。
新建与改造：现代化的两条道路——图片来源：Xpert.Digital
在基础架构和技术系统的现代化中，公司基本上是两种主要选择方法：新建筑物或改造。两种方法在其特征和挑战上从根本上有所不同。
新建筑提供了最大的设计自由度，可以实现布局和技术的最佳协调，并允许全新的基础架构体系结构。但是，初始投资成本很高，因为所有系统都必须重建。集成复杂性较小，因为从一开始就创建了统一系统。该项目风险仍然很高，这主要是由于巨额投资总和。
相反，改造的特征是设计自由度严重。在这里必须对现有结构进行调整，这使集成非常复杂。成本可能会低于新建筑物，但是这种方法具有非常高的操作障碍风险。公司必须期望多年来可能失去产能。
这两个项目场景都有很长的时间表，新建筑物更可预测，而改造项目更容易受到不可预见的延迟。这两种方式之间的决定需要仔细考虑特定的公司要求，技术框架和财务资源。
人为因素：社会经济影响和港口工作的未来
自动化不可避免地会导致深刻的社会经济变化。它不仅消除了工作，而且从根本上改变了需求概况。手动活动，例如起重机领导者，院子的卡车司机或拉舍尔的卡车司机大大减少或完全消失。同时，出现了在IT领域，机器人技术，数据分析，系统监控和维护复杂系统的高素质专家的高度需求。因此，积极而全面的培训和进一步的资格不仅是社会责任的问题，而且是经济上的必要性，以便能够满足熟练工人的新需求。没有合格的员工维护和控制，昂贵的系统就无法发挥其潜力。社会伙伴关系起着决定性的作用。与工会和员工代表的早期，透明和诚实的沟通对于降低抵抗力并进行建设性的变革至关重要。共同发展为过渡的社会缓冲，参与生产力利润并设计新工作的概念可以使转型的潜在对手合作伙伴转变，并且是平稳实施的关键成功因素。
数字风险：超网络端口中的网络安全
随着网络的增加和数字控制系统的依赖性，出现了新的，关键的漏洞：网络攻击的风险。高度自动化的终端是黑客，破坏者或州行为者的诱人目标。对中央终端操作系统的成功攻击可能会使整个港口运营瘫痪，并对全球供应链产生灾难性影响。这需要对安全策略进行基本重新思考。需要强大的多层网络安全体系结构，其中包括IT和OT系统（操作技术）。港口当局，终端运营商和安全当局在该概念上交换信息并对威胁做出反应，这是必要的。持续监控，定期渗透测试和处理数字威胁的员工培训不再是可选的附加功能，而是港口4.0风险管理不可或缺的一部分。
集装箱终端作为物流操作系统
分析表明，将平坦的容器码进一步开发到垂直，基于AI的高托盘轴承并不是一个增量的改进，而是容器终端功能的基本新体系结构。容器停车区从实体场所变为存储货物的高性能，数据控制的“物流操作系统”。传统的竞争因素（例如纯处理价格或最高速度）将获得后座。将新的战略要求放在其位置：可预测性，可靠性，韧性和可持续性。一个可以保证卡车清关到一分钟的终端对于现代物流比理论上更快的终端更有价值，但在实践中是不可预测的。战略观点进一步发展。高层仓库可能不是开发的终点。更激进的概念，例如地下容器物流（地下容器物流，UCL），其中容器在不同的HRL节点，码头和腹地连接之间完全自动运输。在这种情况下，集装箱流量将完全从表面消失。然后，HRL将不再是整体解决方案，而是将来的三维，完全集成的物流生态系统中的决定性组成部分。
对于所涉及的参与者，这会导致明确的行动战略建议：
对于港口运营商和投资者：必须将重点从纯投资成本（CAPEX）转移到总运营成本（总拥有成本，TCO）和可靠性和面积效率的战略价值。对流程的标准化和员工发展的投资必须先于技术实施。
对于政治和监管机构：任务是实现和加速这一转变。这需要建立支持性监管框架，促进研发，资格计划的融资以及建立国际数据交换标准以确保互操作性。
对于物流行业：货运代理，运输公司和铁路运营商必须适应一个高效，计划和数据透明端口界面的新时代。这些将使基于以前无与伦比的供应链集成水平以及无缝，聪明和可持续的全球货运运输的愿景能够实现新的业务模型。
Xpert.Plus 仓库优化 - 高架仓库，例如托盘仓库咨询和规划
我们随时为您服务 - 建议 - 规划 - 实施 - 项目管理
☑️我们的业务语言是英语或德语
☑️ 新：用您的国家语言进行通信！
Konrad Wolfenstein
我很乐意作为个人顾问为您和我的团队提供服务。
您可以通过填写此处的联系表，或者直接致电+49 89 89 674 804 （慕尼黑）。我的电子邮件地址是： wolfenstein ∂ xpert.digital
我很期待我们的联合项目。
