生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)碼頭的213%，意味著什么？

當(dāng)解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾咧蒙碛?23萬(wàn)平方米的洋山四期集裝箱碼頭，只見數(shù)百臺(tái)軌道吊和無(wú)人駕駛自動(dòng)導(dǎo)引車在來(lái)往穿梭，而地面上竟然看不到一個(gè)人。

作為目前全球單體規(guī)模最大、智能化程度最高的集裝箱碼頭，洋山四期憑借上海港自主研發(fā)的自動(dòng)化碼頭智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)，在全球港口行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)自動(dòng)化和核心業(yè)務(wù)智能化。

從貨物的卸載到堆放再到離場(chǎng)，所有的步驟都由智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)這一“大腦”實(shí)時(shí)精準(zhǔn)掌控。

日前，“洋山四期超大型自動(dòng)化集裝箱碼頭關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”榮獲2020年度上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，部分成果分別已在14個(gè)國(guó)內(nèi)外碼頭中得到應(yīng)用。

【最大的難點(diǎn)就是構(gòu)建自動(dòng)化碼頭“大腦”】

港口是實(shí)施國(guó)家戰(zhàn)略的“硬核”力量，在洋山深水港建設(shè)自動(dòng)化碼頭，是增強(qiáng)港口核心能力，適應(yīng)當(dāng)今世界港口科技發(fā)展趨勢(shì)的必然選擇。

上海港集裝箱吞吐量已連續(xù)十一年保持世界第一。與此同時(shí)，上海港堅(jiān)持把科技創(chuàng)新作為引領(lǐng)企業(yè)發(fā)展的第一動(dòng)力，聚焦科技強(qiáng)港建設(shè)，集中力量攻克關(guān)鍵技術(shù)，尤其是在自動(dòng)化集裝箱碼頭這一未來(lái)港口發(fā)展的主要方向上。

在洋山四期集裝箱碼頭建設(shè)中，最大的難點(diǎn)就是構(gòu)建自動(dòng)化碼頭“大腦”：智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)外連海運(yùn)船舶、道路運(yùn)輸、口岸監(jiān)管等單位，內(nèi)連計(jì)劃調(diào)度、設(shè)備設(shè)施各執(zhí)行與傳感單元，覆蓋碼頭作業(yè)多場(chǎng)景、全流程，必須具有極高的功能適應(yīng)性、性能高效性和運(yùn)營(yíng)可靠性。

傳統(tǒng)的自動(dòng)化碼頭操控系統(tǒng)，采用主從式分級(jí)分層管控模式，對(duì)于某個(gè)箱子應(yīng)該放在堆場(chǎng)的哪個(gè)位置，一般只計(jì)算一次。但實(shí)際情況要復(fù)雜得多，比如，堆場(chǎng)的箱子一般有5層，如果最底下的箱子需要最先裝載，翻箱率勢(shì)必就高；不斷地有箱子進(jìn)場(chǎng)，還需要實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。無(wú)疑，這樣的傳統(tǒng)模式協(xié)同效率低，系統(tǒng)響應(yīng)慢，制約了碼頭整體運(yùn)營(yíng)效率的提升。

“假設(shè)一艘船有2千個(gè)集裝箱，既要考慮堆場(chǎng)時(shí)順帶把空箱帶回岸邊，也要避免在未來(lái)幾天取貨時(shí)過(guò)高的翻箱率�！鄙细奂瘓F(tuán)技術(shù)中心主任黃秀松告訴解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾�，這需要細(xì)化每一個(gè)環(huán)節(jié)，比如：船舶到岸后應(yīng)�？吭谀膫�(gè)區(qū)域，需要安排多少機(jī)械來(lái)卸貨，卸貨時(shí)從船的兩邊還是中間開始。

有別于傳統(tǒng)的自動(dòng)化碼頭操控系統(tǒng)，面對(duì)大規(guī)模實(shí)時(shí)作業(yè)管控需求，一個(gè)超大型自動(dòng)化集裝箱碼頭的智能管控系統(tǒng)，在感知、交互、監(jiān)控方面的數(shù)據(jù)必然大幅增加，協(xié)同控制的計(jì)算量也呈幾何級(jí)上升。

如何提高洋山四期集裝箱碼頭“一盤棋”的協(xié)同效率？對(duì)此，上港集團(tuán)牽頭集智攻關(guān)，構(gòu)建起了數(shù)據(jù)差異量化模型和相關(guān)算法，攻克了無(wú)人設(shè)備全域感知、多體協(xié)同等核心技術(shù)，基于流程與數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)的信息交互平臺(tái)，創(chuàng)新研發(fā)了智能作業(yè)管控系統(tǒng)，解決了由于作業(yè)時(shí)空多變、狀態(tài)不確定導(dǎo)致的“協(xié)同難”關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與設(shè)備的海量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)協(xié)同與高效可靠，核心功能與性能全面超越國(guó)外產(chǎn)品，能力與效率均居全球自動(dòng)化碼頭首位。

“過(guò)去我們配載一艘船需要4小時(shí)，現(xiàn)在只需15分鐘�！秉S秀松說(shuō)。

【年吞吐量和作業(yè)效率均居世界自動(dòng)化碼頭首位】

走進(jìn)洋山四期集裝箱碼頭的軌道吊遠(yuǎn)程操控中心，不大且安靜。

“過(guò)去，108臺(tái)軌道吊需要108名操作人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，如今實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，只需7名操作人員實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控及特定場(chǎng)景參與操控即可。”上港集團(tuán)尚東集裝箱碼頭分公司副總經(jīng)理孫金余告訴解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾摺?/p>

不管是軌道吊、橋吊，還是無(wú)人駕駛自動(dòng)引導(dǎo)車等各類設(shè)備都會(huì)實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)，一旦發(fā)生作業(yè)繁忙、機(jī)械故障等情況，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)預(yù)警，監(jiān)控人員可以第一時(shí)間進(jìn)行調(diào)整、修復(fù)，使整體作業(yè)始終保持均衡，提升了碼頭的生產(chǎn)力。

由于在全球港口行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)自動(dòng)化和核心業(yè)務(wù)智能化，洋山四期打破國(guó)外技術(shù)壟斷并實(shí)現(xiàn)反超，年吞吐量和作業(yè)效率均居世界自動(dòng)化碼頭首位，勞動(dòng)環(huán)境極大改善，碼頭作業(yè)實(shí)現(xiàn)零排放。自2017年12月開港以來(lái)，洋山四期的規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)能不斷釋放，2018年達(dá)到201萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)箱，2019年實(shí)現(xiàn)327萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)箱，2020年突破420萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)箱。生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)碼頭的213%，屢創(chuàng)世界紀(jì)錄，晝夜吞吐量達(dá)20823.25標(biāo)準(zhǔn)箱。

【每臺(tái)集裝箱要被精確地吊起，背后頗具技術(shù)“含金量”】

除了構(gòu)建自動(dòng)化碼頭“大腦”，洋山四期在設(shè)備制造和碼頭設(shè)計(jì)方面也涌現(xiàn)了很多創(chuàng)新點(diǎn)。

每臺(tái)集裝箱要被精確地吊起，看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上頗具技術(shù)“含金量”。它不僅需要解決船舶搖晃導(dǎo)致的集裝箱對(duì)位變化，還需解決氣候風(fēng)向?qū)е碌牡蹙邠u晃等難題。技術(shù)人員為此創(chuàng)新研發(fā)了三維特征人工智能感知、吊具高精度自動(dòng)扭擺控制等技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱位置的實(shí)時(shí)感知、對(duì)吊具狀態(tài)的精確控制，提升了約20%的碼頭運(yùn)營(yíng)效率。此外，還首創(chuàng)了軌道吊的雙箱裝卸、多種軌道吊柔性混合布局的自動(dòng)化操作技術(shù)。

由于洋山地區(qū)不均勻的深厚軟土地基，帶來(lái)了碼頭堆場(chǎng)建設(shè)工程復(fù)雜、變形控制難的問(wèn)題，技術(shù)人員創(chuàng)新提出深厚軟土地基-軌道基礎(chǔ)-軌道協(xié)同設(shè)計(jì)方法，研發(fā)了堆場(chǎng)雙重可調(diào)式軌道基礎(chǔ)和新型軌枕結(jié)構(gòu)，形成了一套自動(dòng)化集裝碼頭道路堆場(chǎng)沉降控制的創(chuàng)新技術(shù)，在有效解決地基問(wèn)題的同時(shí)，還顯著節(jié)約了工期和投資。

【預(yù)計(jì)到2022年，單體碼頭年吞吐能力提升50%以上】

“與目前世界上最新建設(shè)的自動(dòng)化集裝箱碼頭相比，洋山四期的智能化程度仍具有先進(jìn)性，這體現(xiàn)了規(guī)劃設(shè)計(jì)的前瞻性，以及后續(xù)創(chuàng)新的可持續(xù)性�！鄙细奂瘓F(tuán)副總裁方懷瑾告訴解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾摺?/p>

洋山四期的成熟運(yùn)行是我國(guó)港口科技發(fā)展新的里程碑，標(biāo)志著上海國(guó)際航運(yùn)中心參與國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與競(jìng)爭(zhēng)形成了新的“硬核”力量。開港三年多來(lái)，洋山四期的生產(chǎn)管控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生因系統(tǒng)原因?qū)е峦．a(chǎn)的情況。

面向超大型自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸、堆存、轉(zhuǎn)運(yùn)、進(jìn)出道口等多種作業(yè)場(chǎng)景，智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)這一指揮整個(gè)碼頭運(yùn)作的“大腦”，還在不斷地升級(jí)迭代，以實(shí)現(xiàn)港口運(yùn)營(yíng)管理能力和綜合服務(wù)能力的不斷提升。

為持續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在上海市科委支持下，上港集團(tuán)牽頭承擔(dān)了“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造和智能工廠”國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，將進(jìn)一步減少人工干預(yù)，優(yōu)化資源任務(wù)匹配。

預(yù)計(jì)到2022年，該項(xiàng)目將完成我國(guó)首個(gè)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超大型自動(dòng)化集裝箱碼頭智能操作系統(tǒng)的升級(jí)研發(fā)，推進(jìn)碼頭運(yùn)營(yíng)效率再次大幅提升，實(shí)現(xiàn)整體橋吊平均臺(tái)時(shí)效率提升10%以上、單體碼頭年吞吐能力提升50%以上。

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