上海洋山四期自动化码头是目前全球规模最大的自动化集装箱码头，装卸运输均采用自主研发的智能系统。记者 赵立荣摄
奖项：2020年度上海市科技进步奖特等奖
项目名称：洋山四期超大型自动化集装箱码头关键技术研究与应用
获奖团队：上港集团、同济、上海交大、振华重工、中交三航院产学研用团队
驶过30多公里的东海大桥，就来到全球最大单体自动化智能码头和全球综合自动化程度最高的码头——洋山港四期码头。这里除了开集卡的司机外，露天几乎看不到工人。在自动化操作系统调度下，集装箱由双小车岸桥从船上卸到中转平台，所有水平运输均由无人驾驶的自动导引车完成，整个码头埋设了6万多枚磁钉，对车辆进行定位和自动导航……
自2017年12月开港以来，洋山四期码头的生产效率屡创世界纪录：岸桥最高台时量高达57.4自然箱；昼夜吞吐量达20823.25标准集装箱；生产作业实现本质安全和直接排放为零，且人均劳动生产率为传统码头的213%。
如此高效绿色的港口运营能力，依靠的正是智能作业管控系统ITOS。在昨天公布的2020年度上海市科学技术奖榜单上，这套标志着中国港口行业在运营模式和技术应用上实现里程碑式跨越升级与重大变革的关键技术，荣膺科技进步奖特等奖。
“中国智造”软件实现最高效“堆箱子”
“东方南安普敦剩余作业量2342”“现代都柏林时间进度60.39%”，在洋山四期码头中控室里的巨大屏幕上，码头的数字孪生系统实时显示着从停泊船只到自动导引车的全部动态。
拥有七个泊位的洋山港四期码头，可停靠最大20万吨的专业集装箱船舶。“我们给客户的承诺是，一般可在16至24小时内完成5000标箱货轮的装卸。”上海国际港务（集团）股份有限公司技术中心主任黄秀松介绍，码头最重要的业务就是“堆箱子”：卸载后要转运还是入关？装船先后次序如何安排？……这对数据收集、计算处理都是极大考验。
黄秀松坦言，通过一年左右调研、论证，对国外码头管理软件进行比较后，他们最终下定自主开发的决心。从未做过码头自动化软件，一切都是从头摸索，这是项目遇到的最大困难。经过近十年打磨，如今的洋山港四期成了国内唯一一个“中国芯”的自动化码头，也是国内唯一一个软件系统纯粹由“中国智造”的自动化码头。
过去，仅集装箱配载一项，就需要一名经验丰富的配载师，花三四个小时来完成。现在，从船进码头那一刻，需求都会自动录入ITOS，系统会根据码头的运营情况，自动生成能使整个码头协同作业的最高效方案。
码头工人从“蓝领”变“准白领”
昼夜吞吐2万余标准箱，装卸作业异常繁忙，可整个码头十分安静。海侧的岸桥全部实现自动化远程操控，堆场陆侧使用的轨道吊也实现了自动着箱。只是由于船舶微动、岸桥吊具晃动等原因，岸桥船侧对集装箱的“临门一抓”，还需要人机协同来完成。
过去，操作工人坐在50米高空的桥吊控制室，俯身向下操作集装箱，工作环境艰苦。现在，洋山四期实现了自动化远程操控，操作员可安坐在控制室里，只需根据屏幕显示的实时信息，远程按动按钮或推动手柄即可。“可以说，自动化改变了工作环境，让码头工人从‘蓝领’变成了‘准白领’。”上港集团副总裁方怀瑾介绍，目前的设备规模和作业量，如按传统码头运营管理，洋山四期至少需配备700多名工人；现在，整个码头直接参与设备远程操作的只有100多人。
除了远程控制，代替集卡“跑腿”的还有大量无人驾驶自动导引车。洋山四期在亚洲港口中首次采用我国自主研发的自动导引车及自动换电系统。这些自主研发的小车无头无尾，在地面埋设的磁钉引导下，可以将集装箱转运至目的地。而且，这些小车更换电池全程只需6分钟，电池充满电仅需2小时，整个充电过程零排放，可节省能耗40%以上。
“大脑”自主可控还可不断升级
自主可控，使得ITOS可随着洋山四期码头的发展不断自我提升与超越。
过去近十年，针对船舶摇晃等难题，项目组创新研发了前后任务物理三维特征AI感知、设备高精度自动扭摆控制等技术，以达到箱姿箱位实时感知、吊具状态精确控制等效果，提升码头运营效率约20%。为从根本上解决自动化码头技术领域智能化作业管控系统问题，上港集团牵头承担国家重点研发计划“网络协同制造和智能工厂”重点专项共性关键技术项目，启动实施了“基于大数据驱动的超大型集装箱码头智能化作业管控技术”研发。
预计到2022年，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，实现整体岸桥平均台时效率进一步提升10%以上、单体码头年吞吐能力进一步提升50%以上——这意味着洋山四期的年吞吐能力将超过600万箱。
