生产效率是传统码头的213%，意味着什么？

当解放日报·上观新闻记者置身于223万平方米的洋山四期集装箱码头，只见数百台轨道吊和无人驾驶自动导引车在来往穿梭，而地面上竟然看不到一个人。

作为目前全球单体规模最大、智能化程度最高的集装箱码头，洋山四期凭借上海港自主研发的自动化码头智能生产管理控制系统，在全球港口行业首次实现全业务自动化和核心业务智能化。

从货物的卸载到堆放再到离场，所有的步骤都由智能生产管理控制系统这一“大脑”实时精准掌控。

日前，“洋山四期超大型自动化集装箱码头关键技术研究与应用”荣获2020年度上海市科技进步奖特等奖，部分成果分别已在14个国内外码头中得到应用。

【最大的难点就是构建自动化码头“大脑”】

港口是实施国家战略的“硬核”力量，在洋山深水港建设自动化码头，是增强港口核心能力，适应当今世界港口科技发展趋势的必然选择。

上海港集装箱吞吐量已连续十一年保持世界第一。与此同时，上海港坚持把科技创新作为引领企业发展的第一动力，聚焦科技强港建设，集中力量攻克关键技术，尤其是在自动化集装箱码头这一未来港口发展的主要方向上。

在洋山四期集装箱码头建设中，最大的难点就是构建自动化码头“大脑”：智能生产管理控制系统。该系统外连海运船舶、道路运输、口岸监管等单位，内连计划调度、设备设施各执行与传感单元，覆盖码头作业多场景、全流程，必须具有极高的功能适应性、性能高效性和运营可靠性。

传统的自动化码头操控系统，采用主从式分级分层管控模式，对于某个箱子应该放在堆场的哪个位置，一般只计算一次。但实际情况要复杂得多，比如，堆场的箱子一般有5层，如果最底下的箱子需要最先装载，翻箱率势必就高；不断地有箱子进场，还需要实时进行调整。无疑，这样的传统模式协同效率低，系统响应慢，制约了码头整体运营效率的提升。

“假设一艘船有2千个集装箱，既要考虑堆场时顺带把空箱带回岸边，也要避免在未来几天取货时过高的翻箱率。”上港集团技术中心主任黄秀松告诉解放日报·上观新闻记者，这需要细化每一个环节，比如：船舶到岸后应停靠在哪个区域，需要安排多少机械来卸货，卸货时从船的两边还是中间开始。

有别于传统的自动化码头操控系统，面对大规模实时作业管控需求，一个超大型自动化集装箱码头的智能管控系统，在感知、交互、监控方面的数据必然大幅增加，协同控制的计算量也呈几何级上升。

如何提高洋山四期集装箱码头“一盘棋”的协同效率？对此，上港集团牵头集智攻关，构建起了数据差异量化模型和相关算法，攻克了无人设备全域感知、多体协同等核心技术，基于流程与数据双驱动的信息交互平台，创新研发了智能作业管控系统，解决了由于作业时空多变、状态不确定导致的“协同难”关键问题，实现了系统与设备的海量数据动态协同与高效可靠，核心功能与性能全面超越国外产品，能力与效率均居全球自动化码头首位。

“过去我们配载一艘船需要4小时，现在只需15分钟。”黄秀松说。

【年吞吐量和作业效率均居世界自动化码头首位】

走进洋山四期集装箱码头的轨道吊远程操控中心，不大且安静。

“过去，108台轨道吊需要108名操作人员现场作业，如今实现了高度自动化，只需7名操作人员实施远程监控及特定场景参与操控即可。”上港集团尚东集装箱码头分公司副总经理孙金余告诉解放日报·上观新闻记者。

不管是轨道吊、桥吊，还是无人驾驶自动引导车等各类设备都会实时显示状态，一旦发生作业繁忙、机械故障等情况，系统会实时预警，监控人员可以第一时间进行调整、修复，使整体作业始终保持均衡，提升了码头的生产力。

由于在全球港口行业首次实现全业务自动化和核心业务智能化，洋山四期打破国外技术垄断并实现反超，年吞吐量和作业效率均居世界自动化码头首位，劳动环境极大改善，码头作业实现零排放。自2017年12月开港以来，洋山四期的规模不断扩大，产能不断释放，2018年达到201万标准箱，2019年实现327万标准箱，2020年突破420万标准箱。生产效率是传统码头的213%，屡创世界纪录，昼夜吞吐量达20823.25标准箱。

【每台集装箱要被精确地吊起，背后颇具技术“含金量”】

除了构建自动化码头“大脑”，洋山四期在设备制造和码头设计方面也涌现了很多创新点。

每台集装箱要被精确地吊起，看似简单，实际上颇具技术“含金量”。它不仅需要解决船舶摇晃导致的集装箱对位变化，还需解决气候风向导致的吊具摇晃等难题。技术人员为此创新研发了三维特征人工智能感知、吊具高精度自动扭摆控制等技术，从而实现对集装箱位置的实时感知、对吊具状态的精确控制，提升了约20%的码头运营效率。此外，还首创了轨道吊的双箱装卸、多种轨道吊柔性混合布局的自动化操作技术。

由于洋山地区不均匀的深厚软土地基，带来了码头堆场建设工程复杂、变形控制难的问题，技术人员创新提出深厚软土地基-轨道基础-轨道协同设计方法，研发了堆场双重可调式轨道基础和新型轨枕结构，形成了一套自动化集装码头道路堆场沉降控制的创新技术，在有效解决地基问题的同时，还显著节约了工期和投资。

【预计到2022年，单体码头年吞吐能力提升50%以上】

“与目前世界上最新建设的自动化集装箱码头相比，洋山四期的智能化程度仍具有先进性，这体现了规划设计的前瞻性，以及后续创新的可持续性。”上港集团副总裁方怀瑾告诉解放日报·上观新闻记者。

洋山四期的成熟运行是我国港口科技发展新的里程碑，标志着上海国际航运中心参与国际经济合作与竞争形成了新的“硬核”力量。开港三年多来，洋山四期的生产管控系统运行稳定，未发生因系统原因导致停产的情况。

面向超大型自动化集装箱码头装卸、堆存、转运、进出道口等多种作业场景，智能生产管理控制系统这一指挥整个码头运作的“大脑”，还在不断地升级迭代，以实现港口运营管理能力和综合服务能力的不断提升。

为持续保持技术领先优势，在上海市科委支持下，上港集团牵头承担了“网络协同制造和智能工厂”国家重点专项共性关键技术的研发，将进一步减少人工干预，优化资源任务匹配。

预计到2022年，该项目将完成我国首个拥有完全自主知识产权的超大型自动化集装箱码头智能操作系统的升级研发，推进码头运营效率再次大幅提升，实现整体桥吊平均台时效率提升10%以上、单体码头年吞吐能力提升50%以上。

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