智能船舶發(fā)展新態(tài)勢(shì)

曾曉光中船重工經(jīng)濟(jì)研究中心海洋裝備技術(shù)研究部部長(zhǎng)

最近，全球首艘通過(guò)中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證的智能船舶“大智”號(hào)散貨智可謂風(fēng)光無(wú)限。它的精彩亮相，更是掀起了業(yè)界對(duì)于智能船舶的高度關(guān)注。毫無(wú)疑問(wèn)，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)，推動(dòng)船舶向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，從而提高船舶營(yíng)運(yùn)的安全性和效率，幫助航運(yùn)業(yè)降低成本、提升競(jìng)爭(zhēng)力，是造船業(yè)獲得發(fā)展新動(dòng)力的必由之路。在這種情況下，智能船舶決定了各國(guó)船舶工業(yè)在未來(lái)船舶市場(chǎng)的地位，因而成為各大造船國(guó)家的“必爭(zhēng)之地”。

日韓的“智能雄心”

為在智能船舶市場(chǎng)搶占先機(jī)，日本、韓國(guó)的船級(jí)社、造船及配套企業(yè)均積極投身于智能船舶的研制。

首先，讓我們來(lái)先看看日本。2012年12月，由日本船舶配套協(xié)會(huì)和日本船級(jí)社等在內(nèi)的29家企業(yè)和單位聯(lián)合組織開(kāi)展了“智能船舶應(yīng)用平臺(tái)”項(xiàng)目研究，項(xiàng)目研究周期為2012年12月至2015年3月，項(xiàng)目研究經(jīng)費(fèi)120萬(wàn)美元。該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)船舶智能信息與控制系統(tǒng)，結(jié)合常見(jiàn)的船載監(jiān)控系統(tǒng)，如主機(jī)遙控、壓載水管理、船載電力管理、電子海圖等，利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，研制出可以存儲(chǔ)船舶監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并向智能船舶各種應(yīng)用系統(tǒng)提供接口的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)氣象導(dǎo)航、縱傾優(yōu)化、主機(jī)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、能效管理、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。

目前，該平臺(tái)已經(jīng)在日本的一艘渡船和一艘原油運(yùn)輸船上實(shí)現(xiàn)安裝應(yīng)用。同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)也在推動(dòng)智能船舶應(yīng)用平臺(tái)成為國(guó)際海事組織E-航海戰(zhàn)略的一個(gè)測(cè)試版，并在國(guó)際海事組織、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）等層面積極推動(dòng)關(guān)于系統(tǒng)模型、系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

此外，日本船級(jí)社已將研發(fā)智能船舶作為未來(lái)5年的重點(diǎn)工作，成立了海事業(yè)大數(shù)據(jù)中心，與IBM開(kāi)發(fā)了相關(guān)軟件，能通過(guò)收集機(jī)艙發(fā)動(dòng)機(jī)、泵及溫度傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而提供設(shè)備優(yōu)化和維修等建議；與NAPA合作研發(fā)了航線(xiàn)優(yōu)化支持系統(tǒng)，幫助船舶運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化航線(xiàn)及航行計(jì)劃，該系統(tǒng)也已在實(shí)船上得到應(yīng)用。

韓國(guó)方面，近幾年也是對(duì)智能船舶高度重視，尤其是三大造船巨頭，更是競(jìng)相加大對(duì)智能船舶的研發(fā)。

現(xiàn)代重工在2010年至2012年實(shí)施了“智能船舶1．0”計(jì)劃，其主題是基于有/無(wú)線(xiàn)船舶綜合管理網(wǎng)通訊技術(shù)（SAN：Ship Area Network）的船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。有/無(wú)線(xiàn)船舶綜合管理網(wǎng)通訊技術(shù)為現(xiàn)代重工與韓國(guó)電子通訊研究院（ETRI）共同開(kāi)發(fā)，被國(guó)際電工委員會(huì)選為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61162-450），其最大優(yōu)點(diǎn)就是利用IT技術(shù)對(duì)船內(nèi)原本獨(dú)立管理的460余種部件進(jìn)行了綜合管理，從而使主機(jī)等與航行有關(guān)的裝置更便于管理，同時(shí)也可在陸地利用遠(yuǎn)程技術(shù)對(duì)船舶狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，此外還可進(jìn)行遠(yuǎn)程維修。至2015年8月，該項(xiàng)目成果已獲得超過(guò)200份訂單，其中已有80多艘船舶完成了交付。其實(shí)，早在2013年，現(xiàn)代重工就開(kāi)啟了以“經(jīng)濟(jì)、安全、高效航行服務(wù)”為主旨的“智能船舶2．0”計(jì)劃。與此同時(shí)，現(xiàn)代重工還提出了“Connected Ship”的新概念，基于“智能船舶2．0”，把船舶，港口，陸上物流信息一并提供給船舶運(yùn)營(yíng)。目前，現(xiàn)代重工正在與埃森哲合作等企業(yè)合作，通過(guò)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)幫助船舶運(yùn)營(yíng)商更好地管理船隊(duì)，充分挖掘潛能，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。借助嵌入新建船舶中的傳感器網(wǎng)絡(luò)，船舶運(yùn)營(yíng)商能夠獲取各種航行信息，包括位置、天氣及洋流數(shù)據(jù)，以及所裝載設(shè)備和貨物的狀態(tài)數(shù)據(jù)。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可對(duì)船隊(duì)運(yùn)營(yíng)的新數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并通過(guò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)呈現(xiàn)分析結(jié)果，使船舶運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控其船舶狀態(tài)和航行條件，并根據(jù)數(shù)據(jù)做出妥善決策，支撐高效運(yùn)營(yíng)?，F(xiàn)代重工還計(jì)劃推出實(shí)時(shí)預(yù)警、預(yù)測(cè)性維護(hù)和更高效的航期規(guī)劃等服務(wù)。

三星重工于2011年開(kāi)發(fā)了VPS（Vessel Portal Service）船舶門(mén)戶(hù)服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在岸上監(jiān)控船上設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷船舶故障狀態(tài)，遠(yuǎn)程支持船舶運(yùn)營(yíng)。此外，三星重工還開(kāi)發(fā)了船舶能效管理系統(tǒng)（SEEMS： Ship Energy Efficiency Management System）。船舶能效管理系統(tǒng)（SEEMS）是三星重工以國(guó)際海事組織（IMO）發(fā)布的船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）為指導(dǎo)，開(kāi)發(fā)的智能化船舶能效監(jiān)控工具。船舶能效管理系統(tǒng)也是實(shí)施船舶能效管理計(jì)劃的載體，同時(shí)也是三星重工智能船舶的重要組成部分。船舶能效管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)使船舶能效管理高度智能化、集成化。

據(jù)三星重工消息，該套系統(tǒng)至少可以節(jié)省約15%的能源消耗，整套系統(tǒng)投入費(fèi)用平均3．8年內(nèi)可以收回。三星重工還與韓進(jìn)船運(yùn)合作，從2013年5月至2016年底的時(shí)間內(nèi)在該公司4600TEU級(jí)集裝箱船收集實(shí)船數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

大宇造船中央研究所與韓國(guó)SK通信社聯(lián)合開(kāi)發(fā)了基于LTE網(wǎng)絡(luò)的陸海兩用智能通信系統(tǒng)。SK通信社擁有世界最高水準(zhǔn)的LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和豐富的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，而大宇造船則具備遠(yuǎn)程船舶通信技術(shù)，兩者聯(lián)合后開(kāi)發(fā)出了世界首套以民用LTE網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，海上最大通訊距離為100千米的語(yǔ)音通話(huà)系統(tǒng)。該系統(tǒng)現(xiàn)階段主要應(yīng)用于新造船舶陸上建造和海試階段，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控匯總各階段的數(shù)據(jù)，并處理和分析。該套系統(tǒng)省去了使用衛(wèi)星通信的昂貴費(fèi)用，還可以提高網(wǎng)絡(luò)接入速度，減少了原本在海試階段投入的大量人力和物力，對(duì)提高企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力有重要幫助。

歐洲開(kāi)啟智能海事

在歐洲方面，國(guó)際海事組織推動(dòng)的E-航海和挪威康士伯（Kongsberg Maritime）海事信息管理系統(tǒng)（K-IMS）是航運(yùn)和造船智能化之路的集中體現(xiàn)。

E-航海（E-Navigation）概念于2006年在第十六屆上海國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）大會(huì)上正式提上議程，并引起了國(guó)際海事組織（IMO）的高度重視。自2006年國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)初步提出E-航海的概念并得到國(guó)際海事組織的采納后，E-航海得到了不斷發(fā)展和完善。

E-航海是指通過(guò)電子的方式，在船上和岸上，收集、綜合、交換、顯示和分析海事信息，以增強(qiáng)船舶泊位到泊位的全程航行能力，增強(qiáng)相應(yīng)的海上服務(wù)、安全和保安能力，以及海洋環(huán)境保護(hù)的能力。E-航海主要包括三部分內(nèi)容：船端導(dǎo)航系統(tǒng)、岸端船舶交通和其他相關(guān)的服務(wù)系統(tǒng)以及船岸通信系統(tǒng)。E-航海并不是一種新的技術(shù)，而是一個(gè)概念，一個(gè)框架，更為具體的，可以理解為一個(gè)平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上，船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS）、綜合船橋系統(tǒng)（IBS）和綜合航行系統(tǒng)（INS）、自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪（ARPA）、無(wú)線(xiàn)電及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、船舶遠(yuǎn)程識(shí)別和跟蹤（LRIT）、船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、無(wú)線(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和全球海上遇險(xiǎn)和安全系統(tǒng)（GMDSS）等都將融入。另外，國(guó)際海事組織的E-航海戰(zhàn)略，可以理解為一個(gè)全球范圍的海上信息化合作戰(zhàn)略，其目的就是為了促進(jìn)各國(guó)在海上信息和數(shù)據(jù)之間的交換，在統(tǒng)一架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，消除技術(shù)障礙和壁壘，最終達(dá)到增強(qiáng)海上安全，提高海上安保、環(huán)境保護(hù)和海上搜救能力。

挪威康士伯海事公司是歐洲企業(yè)在船舶智能化領(lǐng)域中表現(xiàn)突出的典型代表。據(jù)悉，其開(kāi)發(fā)的信息管理系統(tǒng)K-IMS，能夠?yàn)榇瑬|和設(shè)備供應(yīng)商的決策提供一個(gè)通用解決方案，并且船東可以控制船只運(yùn)行數(shù)據(jù)的信息流，增加運(yùn)營(yíng)安全性。該系統(tǒng)把傳統(tǒng)上各設(shè)備供應(yīng)商獨(dú)立的數(shù)據(jù)和通信基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和通信單一的、安全的、可維護(hù)的解決方案中。該系統(tǒng)可在船上操控，也可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并可以從2．1萬(wàn)個(gè)輸入/輸出點(diǎn)提供數(shù)據(jù)，可儲(chǔ)存數(shù)據(jù)7年，能很好地協(xié)助船員完成船舶日常運(yùn)營(yíng)、維護(hù)并幫助降低能耗。

早在2012年8月，康士伯海事就與美國(guó)太平洋鉆井（Pacific Drilling）公司簽訂了一份為其新建的鉆井船提供K-IMS的供貨合同。2013年7月，康士伯海事與Attunity公司簽訂協(xié)議，將Attunity復(fù)制技術(shù)嵌入K-IMS，嵌入Attunity技術(shù)后能實(shí)時(shí)通過(guò)廣域網(wǎng)和衛(wèi)星連接，在海上和陸上的K-IMS系統(tǒng)之間高效傳送數(shù)據(jù)，幫助船東提高性能和降低成本。2014年2月，皇家加勒比郵船公司宣布旗下的巨型豪華郵輪“海洋魅力”號(hào)采用該系統(tǒng)。去年，康士伯海事公司和挪威技術(shù)推廣組織PILOT-E簽署了一份研究與革新合同，將共同推動(dòng)零污染排放、全電力、自動(dòng)無(wú)人駕駛渡船概念的發(fā)展。PILOT-E計(jì)劃是由挪威研究協(xié)會(huì)、Innovasjon Norge和Enova共同發(fā)起，設(shè)計(jì)用于加快推進(jìn)前端技術(shù)概念的市場(chǎng)化發(fā)展，同時(shí)確保新方案具有可行性和可持續(xù)性。據(jù)悉，挪威Yara與康士伯海事共同打造的全球首艘純電動(dòng)自動(dòng)駕駛集裝箱船，預(yù)計(jì)2018年下半年啟航。

中國(guó)迎來(lái)彎道超車(chē)之機(jī)

目前，中國(guó)造船業(yè)正處于關(guān)鍵發(fā)展時(shí)期，面臨著亟須建立創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。智能船舶作為船舶未來(lái)的發(fā)展方向，完全可以作為中國(guó)船舶工業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、建立創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)的突破口。

近年，中國(guó)對(duì)智能船舶的研制步伐不斷加快。2015年12月，中國(guó)船級(jí)社（CCS）發(fā)布了全球首部《智能船舶規(guī)范》，該規(guī)范是基于中國(guó)船級(jí)社近年來(lái)的科技研究成果，并充分考慮了國(guó)內(nèi)外有關(guān)智能船舶的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和未來(lái)船舶智能化的發(fā)展方向編制而成。主要內(nèi)容包括：智能船舶的目的、應(yīng)用范圍；智能船舶的定義、目標(biāo)和功能要求；新技術(shù)的應(yīng)用原則；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)要求；智能船舶附加標(biāo)志及功能標(biāo)志；智能船舶各智能功能的一般要求、功能要求、技術(shù)要求、檢驗(yàn)要求及人員要求等。

2017年12月，全球首艘通過(guò)中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證的智能船舶“大智”號(hào)交付，該船由中船工業(yè)集團(tuán)旗下上海船舶研究設(shè)計(jì)院牽頭，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院、中船黃埔文沖船舶有限公司、中船動(dòng)力研究院有限公司、滬東重機(jī)有限公司等單位參與研發(fā)建造，實(shí)現(xiàn)的主要智能功能包括船舶總體性能及狀態(tài)監(jiān)測(cè)，船舶狀態(tài)安全評(píng)估，船舶能效監(jiān)測(cè)、分析、評(píng)估及優(yōu)化，機(jī)艙重要設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，機(jī)艙重要設(shè)備運(yùn)行安全及性能分析，機(jī)艙重要設(shè)備智能維護(hù)包括健康衰退預(yù)測(cè)與可靠狀態(tài)評(píng)估及維修決策優(yōu)化，基于水文和氣象信息的航線(xiàn)規(guī)劃，船舶航行安全評(píng)估、航行操控信息分析、航行環(huán)境影響分析、航行決策優(yōu)化及航行操控優(yōu)化等。

從目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)針對(duì)智能船舶開(kāi)展的研究來(lái)看，主要集中在智能航行、智能機(jī)艙、智能能效管理和智能集成平臺(tái)中的相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)上?？梢韵胂蟮降氖牵磥?lái)的智能船舶肯定不止于此，除了自主航行、遠(yuǎn)程遙控等主要關(guān)鍵技術(shù)，其他部分同樣可以智能化，譬如自動(dòng)靠泊/離岸、自主維修、自動(dòng)清洗（如海底門(mén)濾器）、自動(dòng)更換設(shè)備部件、自我防護(hù)（針對(duì)海盜等）、自動(dòng)補(bǔ)給等。

再?gòu)牧硪环矫鎭?lái)看，未來(lái)人與船舶的關(guān)系也許會(huì)從人服務(wù)于船變?yōu)榇?wù)于人。比如，由于船上配置人員減少，那么考慮到船員情緒，就可以家庭為單位上船，此時(shí)就要考慮人員的健康和教育問(wèn)題，如遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷、機(jī)器人手術(shù)、遠(yuǎn)程教育和娛樂(lè)等，甚至是船上生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

預(yù)計(jì)至2030年，隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)據(jù)分析方法等方面的技術(shù)進(jìn)步，船舶將更加智能化，能夠完全實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)連接，可在全球范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，這也將促使其設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)及供應(yīng)鏈管理模式隨之發(fā)生根本性改變。

目前，中國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)、信息化、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面已走在了世界前列，這給中國(guó)智能船舶發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件，“大智”號(hào)的橫空出世，無(wú)疑是對(duì)中國(guó)造船實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的巨大提振。