2030年海上技術(shù)展望

顧麗宙　魏思菁

摘要：勞氏注冊機(jī)構(gòu)、QinetiQ和英國安南普頓大學(xué)共同發(fā)布2030年全球海上技術(shù)趨勢，預(yù)測一系列不同技術(shù)在未來十五年如何影響全球航運(yùn)業(yè)走勢，目的是為經(jīng)營者、政策制定者提供指導(dǎo)，也讓社會了解未來海上行業(yè)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人 傳感器 大數(shù)據(jù)分析 先進(jìn)材料 智能船舶以及通信

0 概述

未來商業(yè)航運(yùn)，包括機(jī)器人技術(shù)、傳感器、大數(shù)據(jù)分析、動力、電力、先進(jìn)材料、智能船舶、造船業(yè)和通信技術(shù)等八大領(lǐng)域，將面臨許多挑戰(zhàn)，但也會迎來新機(jī)遇。世界貿(mào)易在增長，作為一匹馱馬，航運(yùn)業(yè)正在承受變化，在保持競爭中面臨巨大挑戰(zhàn)。

航運(yùn)業(yè)一直尋找具有成本效益的技術(shù)和經(jīng)營解決方案，來保證其船隊和資產(chǎn)不受損。技術(shù)能幫助解決環(huán)境挑戰(zhàn)和改善二十一世紀(jì)商務(wù)世界的經(jīng)營效率。

隨著發(fā)展中國家中產(chǎn)階級增長，消費(fèi)需求爆炸式增長，原材料、食品和能源生產(chǎn)將增加，同時隨著陸地資源快速消耗，注意力將轉(zhuǎn)向海洋空間，會需要持續(xù)技術(shù)來保護(hù)環(huán)境。創(chuàng)新速度迅速，新技術(shù)層出不窮，要預(yù)言哪項技術(shù)將改變商業(yè)航運(yùn)、海洋空間開發(fā)利用和海上經(jīng)營常常是一種挑戰(zhàn)。

1 下一代船舶

商用船舶，面對八項目標(biāo)的實(shí)施技術(shù)，被認(rèn)為各船差異化，總之對于該行業(yè)，會邁向創(chuàng)造“ TechnoMax Ships”時代。這種TechnoMax船舶會更加智能化，更綠色環(huán)保，并使用靈活動力選擇，以及全船載無線連接和經(jīng)全球衛(wèi)星數(shù)字連接。

邁向TechnoMax未來活動會要求在兩個明顯領(lǐng)域發(fā)展，這將圍繞該八項已提到的顛覆性技術(shù)。第一個領(lǐng)域包括船舶動力和電力、船舶制造和智能船舶，而第二領(lǐng)域包括傳感器、機(jī)器人技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和先進(jìn)材料以及通信。換言之，第一領(lǐng)域一般更多覆蓋船舶業(yè)“內(nèi)部發(fā)展”，而第二領(lǐng)域會依賴全球技術(shù)“外在發(fā)展”。

這些不同領(lǐng)域的技術(shù)當(dāng)然相互交叉——智能船舶技術(shù)會需要綜合傳感器裝置、大數(shù)據(jù)分析、通信和先進(jìn)材料，而新設(shè)計也將在改善效率和減排上融入動力和電力。

機(jī)器人技術(shù)將使用傳感器裝置，提供人類達(dá)不到的物理能力，同時大數(shù)據(jù)分析技術(shù)將幫助發(fā)展認(rèn)知能力，會使他們在復(fù)雜事態(tài)中更加有用。

傳感器裝置、機(jī)器對機(jī)器通信，和已經(jīng)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)（IOT）最終會應(yīng)用到所有船舶，然后將產(chǎn)生巨大數(shù)據(jù)量——需要使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為改善船舶運(yùn)行效率，創(chuàng)造新的商業(yè)機(jī)會。

2 先進(jìn)材料

先進(jìn)材料的應(yīng)用，在船舶演變進(jìn)化中起重要作用，擁有更多新功能的材料，將強(qiáng)有力地改革未來船舶設(shè)計。未來十五年，各種材料可能以微米或納米尺度微調(diào)，加之輕型合成物質(zhì)和由生命有機(jī)體激發(fā)的生物材料能適應(yīng)其環(huán)境，為船舶建造和運(yùn)行效率創(chuàng)造新的選擇。

盡管未來十五年，不會看到像航空或汽車業(yè)那種大幅度大規(guī)模的鋼置換，但先進(jìn)材料革新，從船舶結(jié)構(gòu)和機(jī)器，會悄悄進(jìn)入角色。新一代機(jī)器將展現(xiàn)先進(jìn)性能。固有智能功能專用于特殊應(yīng)用，這些可能有為軸承研發(fā)的自修材料，或?yàn)楸壌氨┞侗砻嫜邪l(fā)的自修材料。材料會更加獨(dú)立和可靠。應(yīng)該研究新材料的表現(xiàn)形式、監(jiān)控策略，來容納材料的新特征。

規(guī)則制定者和船級社應(yīng)該研究調(diào)查和試驗(yàn)這些新技術(shù)的要求。多用途材料使用能使船舶某些配件更少回收。在產(chǎn)品開發(fā)階段應(yīng)該考慮壽命策略。

3 大數(shù)據(jù)分析

“大數(shù)據(jù)”概念正悄然在海上領(lǐng)域建立影響，因?yàn)槿蚪?jīng)營越來越多轉(zhuǎn)向靠數(shù)據(jù)分析來更好地了解市場和個體組織經(jīng)營。航運(yùn)領(lǐng)域，正在從氣象和海圖，機(jī)器性能檢測和貨物流向，直至關(guān)于船員個人信息，產(chǎn)生巨大量的數(shù)據(jù)。由于這種豐富信息繼續(xù)增長，需要用新工具把能獲得的信息最大化。

為達(dá)到此目的，IT基礎(chǔ)設(shè)施需要升級，來檢索、儲存和實(shí)時處理數(shù)據(jù)。在不遠(yuǎn)的將來，那些數(shù)據(jù)將連接到認(rèn)知系統(tǒng)，能認(rèn)知海量數(shù)據(jù)，組合機(jī)器學(xué)習(xí)和自然預(yù)測處理，創(chuàng)造出人與機(jī)器間的連接。這種進(jìn)化會從決策樹驅(qū)動方法變?yōu)椴捎脭?shù)據(jù)概率驅(qū)動法，使用數(shù)據(jù)來降低壽命周期成本，提高了解客戶程度，提高早期問題發(fā)現(xiàn)概率，阻止事故發(fā)生。安全獲取數(shù)據(jù)和確保作為決策基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，將是未來發(fā)展的聚焦點(diǎn)。

航運(yùn)業(yè)將更透明。這必然包含行業(yè)經(jīng)營和營運(yùn)模式變化。透明也會保證公司和個體經(jīng)營過程是合法的，并且他們的數(shù)據(jù)受到保護(hù)。通過實(shí)時檢測船舶性能、資產(chǎn)管理、符合性、緊急回應(yīng)，以及事故調(diào)查，來獲得實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)經(jīng)營效率和安全。船到岸、船到船以及人到船或岸的聯(lián)系會增強(qiáng)。

規(guī)則制定者應(yīng)該考慮數(shù)字報告方法標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字分類標(biāo)準(zhǔn)化，來確保數(shù)字統(tǒng)一性，并幫助數(shù)據(jù)開采，提供可靠信息。

4 機(jī)器人技術(shù)

未來十五年內(nèi)，航運(yùn)業(yè)會使用三類機(jī)器人——學(xué)習(xí)機(jī)器人、能物理上處理資產(chǎn)的實(shí)踐機(jī)器人、在殘酷環(huán)境中用于檢查的微型機(jī)器人。它們成功的關(guān)鍵是反應(yīng)時間，但這些機(jī)器人實(shí)際使用會與感應(yīng)器技術(shù)進(jìn)化相關(guān)聯(lián)，因?yàn)閷⒁髾C(jī)器人的應(yīng)答時間低于幾毫秒，甚至包括網(wǎng)路延遲時間。

這樣會增加船員招募的難度，但能助推船員脫離海上危險情況的安全性，減少由于船員疲勞或操作錯誤引起的風(fēng)險。

不過，需要指出，這些技術(shù)的進(jìn)展不會完全沒有問題。要考慮技術(shù)道德要素是重要的抑制劑。此外，非政府組織（NGOs）可能反對在船舶上使用這項技術(shù)?，F(xiàn)在，招募專業(yè)人員操作機(jī)器人設(shè)備的培訓(xùn)是挑戰(zhàn)，且增加運(yùn)營陳本。

在操作階段，運(yùn)營成本會因?yàn)閷＜覍C(jī)器人技術(shù)操作、維護(hù)和培訓(xùn)而增加。應(yīng)探索人與機(jī)器接口方面工作，便于在船舶使用機(jī)器人技術(shù)，創(chuàng)建安全運(yùn)營的合適環(huán)境。

5 傳感器

不可阻擋的物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)會繼續(xù)改進(jìn)該領(lǐng)域的尺寸、效率和性能。設(shè)備網(wǎng)絡(luò)提升傳感器技術(shù)新能力，即無線功能與新一代微型和納米機(jī)械傳感器連接在一起，能在環(huán)境檢測和數(shù)據(jù)采集上產(chǎn)生重要突破。人們將會看到從各種遙遠(yuǎn)位置，通過有實(shí)時通信和數(shù)據(jù)傳輸能力的遠(yuǎn)程傳感器，自動采集數(shù)據(jù)，讓船舶設(shè)備監(jiān)測、管理和控制它的狀態(tài)，并警告操作者即將會發(fā)生的問題。這會看到狀態(tài)監(jiān)測（CM）， 基于狀態(tài)監(jiān)測（CBM）會極大改善資產(chǎn)使用期，產(chǎn)生沖擊資本支出和營運(yùn)支出的影響。endprint

不過，為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要進(jìn)行一系列傳感器技術(shù)改進(jìn)，保證他們具有的特性：自校準(zhǔn)、容錯性、高傳輸能力、無線能力、環(huán)境友好易處理材料、堅固、超低能耗、小型化、提供主動行為能力和網(wǎng)絡(luò)模塊工作的能力。傳感器通信網(wǎng)絡(luò)需要維持電源，也要像維護(hù)數(shù)據(jù)安全一樣認(rèn)真對待。

傳感器網(wǎng)絡(luò)上的攻擊會嚴(yán)重?fù)p害經(jīng)營并使船舶停止航行。不過，克服這些問題會創(chuàng)造極大潛力來改善營運(yùn)。實(shí)時監(jiān)測和分析策略對改善商業(yè)航運(yùn)是關(guān)鍵。采用堅固可靠的傳感器來采集船舶高質(zhì)量數(shù)據(jù)會開辟優(yōu)化船舶壽命周期的新途徑。

這項技術(shù)將提供合適轉(zhuǎn)發(fā)、儲存和分析的數(shù)據(jù)，再者，它會在船舶壽命期改進(jìn)船舶和輔助設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。

把它們綜合到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，會幫助提供基于無線通信的行業(yè)控制系統(tǒng)智能水平。一旦組合其他技術(shù)，傳感器會被看作商業(yè)航運(yùn)業(yè)強(qiáng)大工具。

6 海上通信

據(jù)預(yù)測，2030年前，VAST開始很好地占據(jù)市場。海上市場，特別是Inmarsat和Telenor Satellite Broadcasting，Ka波段開始成為主流，也會移向更高頻率，來持續(xù)下一個十五年，甚至?xí)M(jìn)入太赫領(lǐng)域。

這會獲得在較高數(shù)據(jù)傳輸速度下轉(zhuǎn)發(fā)的復(fù)式信號，但需要通過額外創(chuàng)新，來處理高頻率段傳遞距離受限，以及會對雨衰或大氣層現(xiàn)象引起的無線電信號吸收愈加敏感的問題。

再者，衛(wèi)星本身應(yīng)該從高解決方案感應(yīng)器發(fā)展、更精確時間參照、高吞流率和高頻率再使用中受益。因?yàn)檫@些衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)一步與擴(kuò)充Wi-Fi和4G/5G移動電話網(wǎng)完整結(jié)合，所以提供給海上船舶帶寬應(yīng)該大量增加——導(dǎo)致船舶營運(yùn)發(fā)生巨大變化。

船東將能實(shí)時監(jiān)測船舶采集的語音和高清（HD）或3D視頻。無線電識別（RFID）標(biāo)記將支持資產(chǎn)跟蹤管理，包括貨物、結(jié)構(gòu)和機(jī)器部件狀態(tài)跟蹤。船員需要培訓(xùn)來操作復(fù)合通信工具。

進(jìn)化會在工作流程中體現(xiàn)。船舶物理檢驗(yàn)將由遠(yuǎn)程監(jiān)測取代。規(guī)則符合性和實(shí)施將遙控獲得，不再需要走訪船舶。船舶管理和自動操作實(shí)時決策成為可能。

消費(fèi)者能從工廠到零售商進(jìn)程中跟蹤產(chǎn)品供應(yīng)鏈，并能詳細(xì)檢查航行中的軌跡。同時，我們會看到船岸人員間通信的進(jìn)步，以及船員幸福感的提升。

7 未來

未來航運(yùn)和TechnoMax船舶的可能走向，決定了2030年航運(yùn)業(yè)與現(xiàn)在的極大差異。TechnoMax船舶由技術(shù)先進(jìn)的造船公司設(shè)計，會有準(zhǔn)備地投資，提高其競爭力，并促進(jìn)有社會責(zé)任的船東訂購和經(jīng)營。航運(yùn)業(yè)需要根據(jù)船舶設(shè)計、建造和經(jīng)營角度來考慮其經(jīng)營模式。這會影響新一代造船師、工程師、船員和管理人員的教育和培訓(xùn)。

船舶營運(yùn)部分或全部由岸上實(shí)施，將由本科學(xué)歷甚至博士學(xué)位人員遙控操作，因?yàn)榇皶兊弥悄芑蛷?fù)雜化。

船舶系統(tǒng)設(shè)計和建造會非常完美，僅有少數(shù)國家能掌握。這也會在某種程度上導(dǎo)致航運(yùn)組織結(jié)構(gòu)性變化，使得中等水平管理要求部分或全部不復(fù)存在，致使數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)融入沙漏型組織體系。許多新問題，如計算機(jī)安全、港口營運(yùn)和有關(guān)就業(yè)、安全的社會問題呈上升趨勢，亟需解決。endprint