船舶自動化發(fā)展的未來趨勢

李若皙

摘要：現(xiàn)代船舶自動化機的發(fā)展充分印證了現(xiàn)代科技的進步，其中學科的交叉和技術的不斷更新值得關注。針對國內(nèi)船舶自動化不能滿足本土船舶工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，引進消化國際先進技術是必需的；同時，應該擬定切實而積極措施，自行研制有自主知識產(chǎn)權的新產(chǎn)品，開展先進技術的應用研究，以加速我國航運技術和造船技術的科技進步。本文主要探討船舶化建設的未來發(fā)展趨勢。

關鍵詞：船舶與海洋工程；自動化建設；發(fā)展趨勢

21世紀后，我國的船舶工業(yè)在不斷地學習、借鑒以及研發(fā)中，在自動化性能、程度、理念以及技術水平等方面都得到了一定程度的進步，其中一些設備通過引進國際上先進的技術，再由我國自行消化、吸收，已經(jīng)成功地運用到船舶業(yè)的方方面面，可以說當前的船舶自動化已經(jīng)基本能夠滿足市場的運作需求。近些年來，隨著我國科技實力的不斷增長以及我國對于相關人才的大力培育，船舶自動化技術有了更進一步的重大突破。然而我國目前的船舶自動化還有很大的上升空間，在研究與管理方面還需要進一步的加強，因此，在新時期的新形勢下，只有加強對于船舶自動化的科學研究，把握自動化發(fā)展的新趨勢，才能增強我國的船舶自動化的綜合實力[1]。

1船舶自動化概述

船舶自動化包括：1、駕駛自動化，如自動舵，自動定位，自動選擇最佳航線和自動避碰等；2、裝卸和壓載的自動化，如郵輪裝卸、壓載艙注排水自動化、冷藏艙溫濕度自動調節(jié)等；3、行政管理、醫(yī)療、生活方面的自動化；4、各種設備的自動化，如軍艦武備、觀通的自動化；5、動力裝置的自動化。伴隨著通信技術、控制技術以及微處理技術而不斷發(fā)展。電子技術的突飛猛進、集成電路的投入使用以及計算機網(wǎng)絡的快速發(fā)展，這些良好的技術條件促使船舶自動化發(fā)展得到了前所未有的新突破。

2 船舶自動化關鍵技術

2.1 現(xiàn)場總線技術

現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通訊的數(shù)據(jù)總線。采用現(xiàn)場總線技術的系統(tǒng)具有開放性、互操作性、互用性及高度分散性的特點，而現(xiàn)場設備一般擁有智能化程度較高、功能自治性好、及對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應性強等優(yōu)點，能充分體現(xiàn)“分散控制、集中管理”的分布式監(jiān)控理念。國際上，總線和總線標準有幾百種，其中應用較多的總線有 CAN、Profibus、LonWorks、WorldFIP 等。它們的性能各不相同。

2.2 協(xié)議轉換技術

PLC 和上位機軟件進行通信的協(xié)議轉換技術主要有五種方式：驅動程序包、OPC、Modbus、Modbus/TCP 以及總線橋。利用現(xiàn)場設備廠家提供的驅動程序包，例如西門子公司的 PRODAVE 軟件包，其特點是使用簡單方便，編程人員不需熟悉復雜的通信協(xié)議。OPC（OLE for process control）規(guī)范是一個工業(yè)標準，以 COM（組件對象模型）和 DCOM（分布式組件對象模型）技術為基礎。OPC 定義了一套標準接口，在監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設備之間增加一個抽象層，監(jiān)控軟件降低監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設備之間的耦合，增強監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設備的獨立性，同時向監(jiān)控軟件屏蔽了設備細節(jié)。

Modbus 協(xié)議是另一個通用工業(yè)標準，與 OPC不同的是，Modbus 協(xié)議是一個公開協(xié)議，它定義了通信雙方采用的幀格式、尋址方式等，通過Modbus 協(xié)議，控制器之間、控制器和其它設備之間可以相互通信。Modbus 協(xié)議現(xiàn)已成為一種通用工業(yè)標準。MODBUS 采用主從的方式進行通信，即主設備發(fā)出詢問請求，從設備應答響應。Modbus 協(xié)議定義了兩種傳輸模式：ASCII 和RTU，兩者最主要的區(qū)別是前者每個字節(jié)作為兩個 ASCII 字符，而后者將每個字節(jié)/作為兩個 4bit的十六進制數(shù)值，前者可性更好（字符發(fā)送時間間隔 1 秒不產(chǎn)生錯誤），后者在相同波特率下傳送數(shù)據(jù)更多[2]。

2.3人工智能

人工智能是研究使機器具備人所具有的智能功能的一門高新技術學科，其目的是模擬、延伸和擴展人的智能，以實現(xiàn)某些腦力勞動的自動化。人工智是適應信息時代需求的關鍵技術之一。人工智能在避碰、故障診斷等方法有著廣泛的應用。

2.4標準模塊自動配置

標準模塊自動配置需要解決模塊地址主動配置、尋址模式優(yōu)化、沖突消解、冗余容錯、熱插拔、軟硬件接口協(xié)調等相關關鍵技術。最終標準模塊自動配置將實現(xiàn)以下兩個基本功能：

1）通過連接線將網(wǎng)絡設備和硬件標準模塊（I/O 模塊、基本控制模塊、輔助控制模塊）以及計算機連接，系統(tǒng)配置軟件啟動后可以實現(xiàn)各模塊和設備 IP 地址等的主動配置，并形成一個可以穩(wěn)定運行的監(jiān)控網(wǎng)絡，即系統(tǒng)配置軟件在不需要人員參與的情況下可以主動按照設定的規(guī)則和生成策略配置系統(tǒng)，且具有故障自診斷、故障報警與簡單的故障隔離功能。

2）在系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，如果插入一個新的標準模塊，該系統(tǒng)將根據(jù)新加入模塊的位置和系統(tǒng)與其他模塊之間的邏輯關系具備主動接納該模塊并配置形成新的系統(tǒng)的能力，如果該模塊的功能或地址與在用系統(tǒng)出現(xiàn)沖突則根據(jù)預先設定的沖突消解策略和冗余容錯設置進行相應的處理。

3、我國關于船舶自動化發(fā)展的相關規(guī)劃和措施

依據(jù)《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》的任務要求，將提高我國船舶動力、船舶自動化兩大領域關鍵技術為研究重點，重點突破船舶駕控自動化技術，船舶導航自動化技術，綜合船橋系統(tǒng)和船舶動力、船舶自動化平臺集成和支撐技術等一批關鍵技術。解決由于船舶動力和自動化技術落后制約我國成為造船強國的瓶頸問題，為實現(xiàn)我國本土化船用設備由目前的30%提高到60%以上提供技術支持。

3.1船舶機艙自動化系統(tǒng)

主要目標為研制滿足出口船需要的船舶低速和中高速主機遙控系統(tǒng)、全船監(jiān)測報警系統(tǒng)、船用閥門控制系統(tǒng)和機艙自動化數(shù)字平臺綜合管理系統(tǒng)，形成具有自主知識產(chǎn)權的船舶機艙自動化產(chǎn)品。并以一下幾個方面為研究方向：

1）低速和中高速主機遙控系統(tǒng)關鍵技術研究。

2）全船監(jiān)測報警系統(tǒng)關鍵技術研究。

3）閥門遙控系統(tǒng)關鍵技術研究。

4）機艙自動化數(shù)字平臺綜合管理系統(tǒng)。

3.2綜合船橋系統(tǒng)

研究方向主要是突破船舶導航信息化技術和船舶駕控自動化技術，完成船舶導航、駕控、避碰、通信一體化集成，構建高度信息化、自動化的全船統(tǒng)一操控和管理平臺，通過系統(tǒng)核心技術攻關和系統(tǒng)的模塊化、標準化和通用化設計，開發(fā)出功能和性能達到國外同類產(chǎn)品先進技術水平的完全國產(chǎn)化的綜合船橋系統(tǒng)。研究內(nèi)容主要為：

1）綜合船橋總體設計研究。

2）綜合導航分系統(tǒng)信息化、智能化關鍵技術研究。

3）綜合駕控系統(tǒng)信息化、智能化關鍵技術研究。

4）導航、操舵與主機遙控集成關鍵技術研究。

3.3船舶動力自動化公共支撐平臺

以提出船舶動力、自動化技術標準，構建船舶動力、自動化技術的體系框架，從技術發(fā)展頂層戰(zhàn)略設計、標準以及成果推廣應用等方面全方位構建船舶動力、自動化技術發(fā)展支撐平臺為目標，研究以下一個方面的內(nèi)容：

1）船舶動力、自動化技術標準。

2）船舶動力、自動化示范運行和推廣應用。

3）船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術研究：船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術的特點、作用和意義，船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術的體系框架，國外船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術發(fā)展狀況，我國船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術發(fā)展思路、目標、方向、政策與措施等。

4）船舶動力和自動化前沿技術發(fā)展研究：國內(nèi)外船舶動力、自動化技術發(fā)展跟蹤比較研究，國外船舶動力、自動化技術發(fā)展狀況，我國船舶動力、自動化技術發(fā)展思路、目標、方向等

4、船舶自動化未來的發(fā)展趨勢

在新時期的新形勢下，我們必須要加強對于船舶自動化的研究，時時把握國際船舶發(fā)展的大體趨勢，加強科研力度，始終以促進經(jīng)濟建設為指導思想，在技術升級的同時，輔助以先進的管理，對于維修管理條例等，要不斷地完善和改進。船舶自動化技術將朝著數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、集成化的方向迅速發(fā)展，這是未來國際船舶自動化技術發(fā)展總趨勢。

結論

隨著科學技術的不斷發(fā)展，更加先進的船舶導航儀器（設備）將用于船舶導航，必將有效地提高船舶自動化導航的程度和可靠性，提高船舶管理的數(shù)字化、信息化、自動化水平，確保船舶的航行安全，降低企業(yè)成本，提高企業(yè)效益。

參考文獻：

[1] 張會霞，郭廷良. 船舶與海洋工程導論教學模式創(chuàng)新實踐與研究[J]. 科技資訊，2013，03：181.

[2] 曹慧軍. 芻議海洋工程項目建設的風險管理[J]. 科技與企業(yè)，2013，16：66.