智能管控技術在船舶輔機上的應用

賈廣付

摘 要

智能管控技術在船舶輔機上的應用可以有效提高船舶的安全性和經(jīng)濟效益，并可以降低船舶能耗。明確發(fā)展方向并制定相應的措施才能促進智能管控技術在船舶輔機上的應用。

關鍵詞

智能管控;船舶;輔機

中圖分類號： U671 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.003

船舶輔機是船舶的重要設備，其設備極其龐大，涉及機電技術眾多。通過對船舶輔機智能管控應用的研究，有助于提高船舶設備的可靠性與經(jīng)濟性，降低船舶能源的消耗。

1 船舶輔機智能管控的意義

1.1 提高船舶的安全性

船舶的安全性直接取決于船舶設備的可靠性。在海上航行時，如果發(fā)生了安全事故，將給航運企業(yè)帶來巨大的損失。根據(jù)某航運企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)計，其船隊輔機設備人為安全事故高達75%。通過輔機智能管控系統(tǒng)替代或者輔助船員進行船舶輔機的操作，能夠有效地降低船舶輔機事故的發(fā)生率。輔機智能管控系統(tǒng)可以在某些操作上完全替代船員操作，避免了因人員失誤引起事故的發(fā)生。同時，當人工進行操作時，智能管控系統(tǒng)會自動監(jiān)測有無發(fā)生危險的可能，并根據(jù)情況進行危險報警。同時，在如密閉艙室，高空作業(yè)等危險區(qū)域可以利用遠程操控技術來保證人員安全。輔機智能管控系統(tǒng)的應用可以有效提高操作的安全性，保護船舶和人員的安全。

1.2 降低船舶能耗，提高經(jīng)濟效益

現(xiàn)有關于船舶節(jié)能的措施主要集中于主動力推進裝置，但船舶輔機更多，節(jié)能措施手段卻較少，通過智能管控系統(tǒng)可以有效地提高船舶輔機的使用效率，降低船舶能耗。船舶輔機主要為船舶各系統(tǒng)提供水、風及燃油、滑油等。輔機所消耗的能量和介質(zhì)的特性與工作要求有很大的關系?，F(xiàn)有輔機的設計是根據(jù)其功率滿足系統(tǒng)最大工況要求的原則進行的，而其控制方式僅僅只有簡單的啟動與停止兩種方式。設備在運轉時其功率輸出經(jīng)常遠大于實際工況的需求，致使很大一部分能量被浪費了。通過智能管控系統(tǒng)，可以根據(jù)輔機設備的實際工況進行實時調(diào)節(jié)輸出功率的大小，避免不必要的功率損耗。智能管控系統(tǒng)具有自我學習能力，可以通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)模型與算法來提高設備的效率。

2 船舶輔機智能管控的含義

智能管控是指在無人干預的情況下自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術。系統(tǒng)如果過于復雜則很難構建有效的數(shù)學模型及現(xiàn)有的常規(guī)理論進行定量計算分析，而需要采取定量與定性的方法相結合進行控制。輔機智能管控技術則是通過智能管控技術對船舶輔機進行自動控制，通過建立合理的數(shù)學模型，通過定量與定性分析相結合的方式進行控制。定性與定量相結合相當于讓機器擁有類似于人類的智慧與經(jīng)驗，并不是用確定的公式、方程對控制方式進行構建設計控制器，而是需要搭建合理的智能機器模型來管控輔機。船舶輔機智能管控技術的核心在于高層控制，通過對實際的情況進行組織策劃，然后進行合理的規(guī)劃來解決問題。隨著人工智能和信息科學及自動控制等技術的發(fā)展，使得智能管控技術更加適合船舶輔機的實際工況，安全性與效率得到更好的提高。

3 船舶輔機智能管控關鍵技術

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設備通過互聯(lián)網(wǎng)技術相連接，使得人、機、物可以實時互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)技術給予設備智能管控一個新的選擇，物聯(lián)網(wǎng)技術可以將信息感知技術、智能運算和網(wǎng)絡技術等融合在一起，對設備狀態(tài)信息進行采集的同時，還可以對數(shù)據(jù)進行處理，并對所得到的結果做出反應。一般物聯(lián)網(wǎng)構建的輔機監(jiān)測系統(tǒng)含有采集層、網(wǎng)絡層以及應用層三級結構。采集層主要是通過布置在輔機設備上的傳感器等元器件對設備的運行工況信息以及故障信號等進行獲取。船舶設備的采集的信息主要注重關鍵設備、關鍵零部件的溫度、震動、電流、電壓等。采集層收集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡層至各船舶的服務器，然后在通過專用網(wǎng)絡送至公司船舶設備故障檢測診斷預測系統(tǒng)、與計算平臺以及控制中心等。從而實現(xiàn)船舶設備信息數(shù)據(jù)的遠程存貯，遠程管理。船舶管理公司可以通過岸基終端實時對船舶進行遠程檢測、評估及操控。應用層主要是面向船舶設備管理人員與船舶管理公司主管人員提供檢測信息的提取、故障診斷及預測功能。

3.2 大數(shù)據(jù)技術

船舶輔機安裝大量的傳感器，采集的數(shù)據(jù)多，時間長，并且通過物聯(lián)網(wǎng)技術可以實時傳輸。大數(shù)據(jù)技術就可以對海量數(shù)據(jù)進行分析來管控輔機。尤其是快速做出管控操作更是其優(yōu)勢所在。通過前期收集的大量設備數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘算法對其進行分析、重組建立起智能操控的規(guī)則，進而形成輔機管控模型。根據(jù)建立起來的相關模型對實時采集到的數(shù)據(jù)進行研判。隨著設備運行數(shù)據(jù)的增多，在不斷完善模型。在船舶輔機進行工作時，智能管控系統(tǒng)就實時與操作數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行匹配，尋找出最優(yōu)操作方式給操作者。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術

該技術是從原有龐大已知的數(shù)據(jù)信息中得出以前未知，并且含有應用價值的數(shù)據(jù)的一種技術。該技術是一種較為新穎的技術，其涵蓋了多種不同領域的交互學科。其包含了機器學習、高等數(shù)學、數(shù)據(jù)庫、知識獲取等眾多學科，是目前智能研究的前沿。數(shù)據(jù)挖掘技術為信息數(shù)據(jù)獲取的一條全新的道路。對各行各業(yè)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行不斷地深入挖掘，從而找到以往所沒有找到的規(guī)律，這就是信息挖掘的含義。根據(jù)智能船舶發(fā)展的趨勢，岸基支持是智能船舶發(fā)展的必然方向，因此輔機智能管控系統(tǒng)必然要能與岸基系統(tǒng)相結合。再利用數(shù)據(jù)分析挖掘、大數(shù)據(jù)技術等對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化仿真，再把數(shù)據(jù)傳輸給岸上，實現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)同步。當數(shù)據(jù)超出設定值的正常范圍時，就會發(fā)出預警。然后根據(jù)相關法規(guī)與規(guī)則的規(guī)定對需要的數(shù)據(jù)進行記錄并形成報表，進行上傳，以備查看。還要能夠在使用過程中，讓系統(tǒng)具有智慧，從獲取的數(shù)據(jù)中進行深度學習，不斷優(yōu)化自己。船舶輔機智能管控系統(tǒng)是否成功需要通過效果驗證。對船舶的能耗是否降低、安全性是否提高以及船舶是否獲得了更高的經(jīng)濟效益都需要反復驗證。同時船舶輔機智能管控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析的算法公式以及模型是建立在歷史數(shù)據(jù)參數(shù)基礎上的，隨著船舶的運行，新的數(shù)據(jù)參數(shù)出現(xiàn)以及數(shù)據(jù)挖掘出新的聯(lián)系，智能船舶會據(jù)此建立新的模型與算法。新的算法與模型是否有效還需要再次驗證，以此來建立最合理的輔機智能管控系統(tǒng)。

4 船舶輔機智能管控應用發(fā)展方向及措施

4.1 船舶輔機智能管控發(fā)展的方向

輔機智能管控需要大量數(shù)據(jù)作為支撐，輔機設備的感知技術是智能管控的基礎。因此，如何準確有效的采集船舶輔機的設備參數(shù)與環(huán)境信息是研究的方向之一。獲取到的數(shù)據(jù)如何分析成需要的結果，如何對所獲信息進行判斷、決策以實現(xiàn)輔機的自動管控是非常重要的。發(fā)展輔機的信息分析技術是研究的方向之二。智能化是智能管控系統(tǒng)的標志之一，意味著輔機智能管控系統(tǒng)具備一定的智能。通過系統(tǒng)能對輔機設備的故障進行預測以及修復。發(fā)展輔機設備的自我學習及決策技術是研究的方向之三。無人船舶是未來智能化船舶的發(fā)展方向，船舶輔機的智能管控技術將是決定無人化程度的重要指標。因此，船舶輔機智能管控未來發(fā)展的方向?qū)⑹悄軌驘o人船的需求。

4.2 船舶輔機智能管控技術發(fā)展措施

4.2.1 制定發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)一技術標準

船舶輔機智能管控系統(tǒng)如何發(fā)展，需要從行業(yè)規(guī)范、國家層面實行統(tǒng)一的發(fā)展綱要。分步驟、分階段的實行船舶輔機智能管控技術的應用。同時也能指導與引導相關企業(yè)單位研究輔機智能管控技術。同時由于船舶輔機種類較多，生產(chǎn)技術標準千差萬別，造成智能管控設備通用性很低。為了輔機智能管控技術的更好發(fā)展，應該對技術標準進行統(tǒng)一。技術標準統(tǒng)一主要有以下三個方面：一是智能管控系統(tǒng)的硬件標準應該統(tǒng)一。各個種類的傳感器類型與標準需要統(tǒng)一，建立起船舶輔機專用的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等的選型目錄。傳感器輸出信號的格式需要統(tǒng)一，硬件接口需要規(guī)范，其安全可靠性有具體指標進行量化。二是輔機智能管控的軟件標準相統(tǒng)一。船舶公司所擁有的船舶時間跨度大、船型多，如果每條船舶的軟件標準不統(tǒng)一，岸基如果要與每條船相對接，就需要為每條船專門設計軟件系統(tǒng)。未來船舶的數(shù)據(jù)分析很大一部分都是要轉移到岸基數(shù)據(jù)中心來，只有對相應的軟件系統(tǒng)統(tǒng)一了，岸基中心才能更好地對每艘船進行調(diào)度分析。三是，系統(tǒng)的指令標準相統(tǒng)一。由于不同國家、不同船舶公司的指令標準是不同的，如果指令標準不統(tǒng)一，進行操作時可能就會誤操作，造成安全事故。

4.2.2 開發(fā)研制新型智能輔機

智能管控型的輔機需要具備故障自檢與自我修復的能力。傳統(tǒng)的輔機大多只具備功能異常報警功能，還不具備提前預測與修復的功能。同時，設備基本功能通常也只包含啟動、待用、停止三種狀態(tài)，也不能根據(jù)實際情況進行很好的調(diào)節(jié)工況。通過研制新型智能輔機，開發(fā)出具備智能操作的相應功能，才能發(fā)揮出智能調(diào)控的優(yōu)勢。新型智能輔機的建造需要參照主流的先進技術，并且需要符合國家及行業(yè)標準以便使用。

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