艦船機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展趨勢探究

慕明遠(yuǎn)

（91194 部隊(duì)，遼寧 大連 116000）

改革開放以后，我國經(jīng)濟(jì)貿(mào)易得到了飛速的發(fā)展，運(yùn)輸業(yè)也得到了顯著的發(fā)展，而在其中，船舶運(yùn)輸?shù)淖饔萌找嫱癸@，而發(fā)展成為我國大型貨物運(yùn)輸以及遠(yuǎn)洋運(yùn)輸中的一種重要方式?；谶@樣的發(fā)展環(huán)境，我國的造船業(yè)也越來越活躍，各大船舶制造企業(yè)開始對其進(jìn)行改造與升級，船舶自動(dòng)化發(fā)展的水平日趨穩(wěn)定提高，特別是對于船舶機(jī)艙的優(yōu)化更是非常的顯著。作為船舶中對機(jī)器進(jìn)行裝置的場所，船舶機(jī)艙將機(jī)艙中的動(dòng)力系統(tǒng)和各類相關(guān)的輔助系統(tǒng)所進(jìn)行的監(jiān)測、控制和報(bào)警集合為一個(gè)系統(tǒng)，使得船員對船舶進(jìn)行操作的難度有效降低，也極大地促進(jìn)了艦船系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性的提高。

1 艦船機(jī)艙自動(dòng)化的含義和發(fā)展

1.1 艦船機(jī)艙自動(dòng)化的含義

艦船機(jī)艙自動(dòng)化，指的是艦船機(jī)艙的自動(dòng)化系統(tǒng)在其工作的過程中，通過將現(xiàn)代化的技術(shù)運(yùn)用到艦船的機(jī)艙中而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的目的。作為艦船當(dāng)中重要的構(gòu)成部分，艦船機(jī)艙主要包括艦船電站的風(fēng)機(jī)、鍋爐、各種油泵以及相關(guān)參數(shù)等的監(jiān)測和監(jiān)控工作，還包括對泵、發(fā)電機(jī)以及螺旋槳等所做出的實(shí)時(shí)控制。機(jī)艙監(jiān)控是艦船控制系統(tǒng)中的核心，而艦船機(jī)艙則為艦船航行中提供了全部的動(dòng)力支撐。

1.2 艦船機(jī)艙自動(dòng)化的發(fā)展

最初，機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)是通過繼電器的應(yīng)用來完成對其進(jìn)行控制的目的，而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和運(yùn)用的普遍性，在機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)中不斷地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)和嵌入式技術(shù)，使機(jī)艙自動(dòng)化的集成度越發(fā)的顯著。

20 世紀(jì)50、60 年代以前，艦船機(jī)艙自動(dòng)化開始興起，在那個(gè)時(shí)期，機(jī)艙中僅有個(gè)別的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了單機(jī)自動(dòng)控制。之后，艦船自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展開始步入了快速發(fā)展的階段，船舶的可靠性指數(shù)越來越高，自動(dòng)化系統(tǒng)的作用更是越來越完善，使其在艦船中較大層面上發(fā)揮了所具有的重要功能。這一階段主要屬于分布式計(jì)算機(jī)控制和模擬控制系統(tǒng)階段。爾后，現(xiàn)代艦船在其電機(jī)以及電力系統(tǒng)的控制方面提出了愈來愈高的要求，需要艦船機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)具有較高的可靠與穩(wěn)定性。因此，很多國家的航運(yùn)系統(tǒng)都創(chuàng)建了艦船操縱與管理中心，發(fā)展集成操作系統(tǒng)，構(gòu)建了船岸一體化網(wǎng)絡(luò)，對船隊(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)型艦船集中控制系統(tǒng)，這是當(dāng)前全球先進(jìn)機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)的體現(xiàn)。

2 艦船機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展的整體技術(shù)要求和機(jī)艙自動(dòng)化現(xiàn)狀

船舶機(jī)艙是為船舶航行提供運(yùn)行動(dòng)力的地方，在這里幾乎集中了船舶上所有的動(dòng)力裝置，因此，機(jī)艙的自動(dòng)化程度越高，船舶運(yùn)行質(zhì)量越高。

2.1 艦船機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展的整體技術(shù)要求

就機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展的整體技術(shù)而言，應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的條件。

第一，要具備較為完善的自檢與自我診斷的能力。

第二，應(yīng)該便于設(shè)計(jì)、使用、管理與培訓(xùn)。

第三，應(yīng)該使用系列統(tǒng)一的微機(jī)控制，所使用的電子元件要盡量為質(zhì)量較高的元器件，規(guī)?；募呻娐罚K化的結(jié)構(gòu)，方便進(jìn)行修改的軟件，根據(jù)相應(yīng)的需要使用方便進(jìn)行于更換、維護(hù)以及擴(kuò)展的硬件，比如，轉(zhuǎn)速以及螺距等較為關(guān)鍵的參數(shù)，應(yīng)該使用雙傳感器，應(yīng)該與國家與軍用的規(guī)范和艦船環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求相適應(yīng)，使用不間斷的質(zhì)量較高的電源；應(yīng)該確保軟件固定化，采用硬件對軟件加以支持；為了便于對報(bào)警設(shè)定值、控制程序曲線等進(jìn)行調(diào)整和修改，要選擇有人機(jī)對話插座的中心站以及分站。

2.2 艦船機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

20 世紀(jì)80 年代，無人值班機(jī)艙就已發(fā)展得較為成熟，而后的10 余年間，機(jī)艙自動(dòng)化僅僅更新了一些器件，為其功能方面做出較為顯著的改變。而20 世紀(jì)90 年代之后，機(jī)艙自動(dòng)化朝著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，并取得了較為顯著的效果，機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)采取的是分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展十分的依賴。

基于此，機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)采取了現(xiàn)場總線技術(shù)，這是由于在工業(yè)自動(dòng)化控制方面，現(xiàn)場總線技術(shù)得到了較為良好的運(yùn)用，同時(shí)，還產(chǎn)生了基于分布式計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)相混合的機(jī)艙自動(dòng)化。

就柴油機(jī)故障和診斷，以及對工況所做出的分析與檢測系統(tǒng)層面所作出的相關(guān)研究，盡管存在各種類型的產(chǎn)品，然而，具有較大的技術(shù)難度、較為復(fù)雜的系統(tǒng)，難以看到較為實(shí)用的產(chǎn)品。

隨著人工智能技術(shù)以及專家系統(tǒng)的運(yùn)用，相關(guān)的研究則得到了迅速的發(fā)展。就系統(tǒng)軟件的構(gòu)成來看，主要包括由軟硬件所構(gòu)成的艦船機(jī)艙檢測報(bào)警系統(tǒng)、監(jiān)控機(jī)運(yùn)行所需的監(jiān)控軟件模塊，智能節(jié)點(diǎn)模塊內(nèi)部，以及采集與處理程序模塊。就硬件構(gòu)成來看，則包括主服務(wù)器、通信電纜、打印機(jī)以及眼睛報(bào)警板和專用鍵盤等。

3 艦船機(jī)艙監(jiān)控自動(dòng)化發(fā)展趨勢

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，云計(jì)算的出現(xiàn)，艦船機(jī)艙自動(dòng)化開始朝著云計(jì)算監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。作為艦船控制系統(tǒng)中的中心部分，艦船機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)指的是對艦船機(jī)艙進(jìn)行監(jiān)控管理，艦船機(jī)艙為整個(gè)艦船的航行中必須的空調(diào)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及照明和電力系統(tǒng)等所有動(dòng)力等所需的所有能量，而在現(xiàn)代化的艦船管理中，機(jī)艙的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)也得到了十分廣泛的運(yùn)用。通常來看，控制過程以及動(dòng)力設(shè)備參數(shù)主要所依靠自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)；但是，主輪機(jī)系統(tǒng)，則是進(jìn)行動(dòng)力供應(yīng)；而監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)以及機(jī)艙電力設(shè)備控制系統(tǒng)則是艦船機(jī)艙通常用途中必須具備的系統(tǒng)單元。由于上述幾個(gè)系統(tǒng)是否能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行對于艦船能夠安全穩(wěn)定航行具有十分重要的影響，所以以上幾個(gè)系統(tǒng)對于機(jī)艙自動(dòng)化監(jiān)控來說是必須的。

但是，我們依然可以看到，基于云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的艦船機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)在其運(yùn)行中也依然具有一些技術(shù)方面的問題需要在以后的發(fā)展中進(jìn)行改進(jìn)，比如，關(guān)于云計(jì)算服務(wù)端軟件所進(jìn)行開發(fā)的成本上比較高，但是，在應(yīng)用上確實(shí)相對匱乏；船岸通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定以及延時(shí)性上提出了較高的要求，然而，成本也相應(yīng)提高；機(jī)艙各項(xiàng)子系統(tǒng)中擁有巨大的數(shù)據(jù)量，同時(shí)，數(shù)據(jù)的采集變量也會(huì)非常多，都會(huì)給現(xiàn)場總線傳輸速度帶來較大的挑戰(zhàn)。

通過對艦船機(jī)艙需求所做出的分析，給艦船機(jī)艙智能化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展奠定了一種全新的發(fā)展思路，即基于當(dāng)前所開發(fā)設(shè)計(jì)的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的機(jī)艙狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，提高整個(gè)監(jiān)控體系對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力以及提高其傳輸?shù)乃俣龋瑢υ朴?jì)算監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行充分的優(yōu)化，使船員的工作負(fù)擔(dān)能夠在最大程度上得以減輕；對監(jiān)控所獲得的大數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的挖掘，使其能夠針對機(jī)艙故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷處理并做到實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)警，而使事故出現(xiàn)的概率降低，提高故障排除的速度。另外，隨著計(jì)算機(jī)以及通信技術(shù)的深入發(fā)展，艦船機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)更為智能化，這對于艦船航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展會(huì)具有較大的推動(dòng)作用。

4 結(jié)語

作為艦船發(fā)展中十分重要的發(fā)展趨向，艦船自動(dòng)化使得艦船機(jī)艙的全面自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)，這不但可以使艦船工作人員的強(qiáng)度得以降低，還能夠極大地促進(jìn)艦船作戰(zhàn)能力的提高，對于艦船航行具有十分重要的價(jià)值。就艦船機(jī)艙自動(dòng)化未來的發(fā)展趨勢來看：

第一，出于對全船進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮的目的，促進(jìn)自動(dòng)化控制水平的提高，艦船中主要的系統(tǒng)以及未來艦船自動(dòng)化將聯(lián)機(jī)聯(lián)網(wǎng)，通過數(shù)據(jù)傳輸對信息進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的設(shè)置與控制，達(dá)到高度精準(zhǔn)的電子化與計(jì)算機(jī)化。

第二，對于各種系統(tǒng)的性能進(jìn)行有效的改善與提升，讓一系列十分復(fù)雜的控制功能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)與智能化。

第三，作為一種新型的信號傳輸方式，光纖通信和其所具備的較為良好的信號傳輸特點(diǎn)以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的信號傳輸光纖化都是需要考慮其中的，從而推動(dòng)艦船機(jī)艙自動(dòng)化的更快發(fā)展。