智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及問題研究

初建樹 曹凱 劉玉濤

摘 要：近幾年，隨著數(shù)字化、智能化技術不斷進步，智能船舶發(fā)展呈現(xiàn)出日益加快的趨勢。本文在系統(tǒng)梳理并分析國內(nèi)外智能船舶發(fā)展狀況的基礎上，綜合考慮當前我國智能船舶發(fā)展過程中的技術瓶頸與薄弱點，提出針對性的建議。

關鍵詞：智能船舶;發(fā)展現(xiàn)狀;標準化

中圖分類號：T-19 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0126-03

隨著數(shù)字化、智能化技術不斷進步，加之物聯(lián)網(wǎng)、信息技術、人工智能、5G通訊技術的快速發(fā)展，使得整個工業(yè)領域在信息化、數(shù)字化、智能化等方面有了大幅邁進。無人工廠、無人駕駛汽車如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。相比現(xiàn)代化工業(yè)而言，船舶領域的更新速度略顯緩慢，人工成本、燃油成本、維護成本保持在高位;工人工作環(huán)境相對惡劣，船舶數(shù)字化、信息化程度仍偏低，上述問題如何破局成為制約船舶行業(yè)發(fā)展的瓶頸。另一方面，環(huán)境保護壓力的增加迫使航運業(yè)必須對船舶排放做出調(diào)整以滿足日益嚴苛的排放要求。同時，出于運營安全和改善運力以應對低迷市場的需求，船東也在積極思考尋求變化。上述原因使得船舶智能化、智能系統(tǒng)標準化成為行業(yè)發(fā)展的必由之路[1]。

1國外智能船舶現(xiàn)狀

目前世界各國、船級社、設備商對智能船舶研發(fā)如火如荼。在亞洲，日本對智能船舶的研發(fā)已經(jīng)被列為該國船舶界未來5年發(fā)展的重點。日本政府則在即將推出的國家復興戰(zhàn)略中加入無人駕駛船的開發(fā)。日本航運業(yè)希望依靠政府支持，幫助日本在無人駕駛船開發(fā)中占據(jù)領先優(yōu)勢，引領未來國際標準。除了成立大數(shù)據(jù)中心，日本船級社還與歐美企業(yè)合作開發(fā)了相關軟件，通過采集船舶主要設備實時數(shù)據(jù)為其提供優(yōu)化和維護保養(yǎng)等建議;日本船級社還與NAPA 合作研發(fā)了航路優(yōu)化支持系統(tǒng)，幫助船舶運營商優(yōu)化航線及航行計劃，該系統(tǒng)已在船舶上得到應用[2]。韓國現(xiàn)代重工是智能船舶研發(fā)的先導者。2016年，在以前合作研發(fā)的基礎上，現(xiàn)代重工宣布與英特爾、SK航運、微軟等企業(yè)合作開發(fā)智能船舶。韓國現(xiàn)代重工先后于2010年、2013年分別實施基于船舶綜合管理網(wǎng)絡信息技術和以“經(jīng)濟、安全、高效航行服務”為主旨的智能船舶1.0及2.0計劃。其提出的“船舶互聯(lián)”概念主要思想就是講船、岸信息融合并提供給船舶運營。目前，現(xiàn)代重工的集成智能船舶解決方案能根據(jù)導航員的技能水平和經(jīng)驗水平不同，對導航方式進行標準化收集和分析導航實時信息，從而在提高船舶效率和安全性方面發(fā)揮作用。

在歐洲，芬蘭宣布在2025年研制第一艘無人自主航行運輸船舶。馬士基旗下施維策拖輪業(yè)務，已開發(fā)一艘無人駕駛拖輪。全球最大的船舶設備供應商之一的英國羅爾斯羅伊斯公司已開展無人駕駛貨船項目的研究，據(jù)稱10年內(nèi)將有第一艘無人駕駛貨船投入使用。2015年9月，英國勞氏船級社（LR）、奎納蒂克集團和南安普敦大學合作推出了《全球海洋技術趨勢2030》（GMTT 2030）報告，把智能船舶列為18個關鍵海洋技術之一。DNV GL與日本郵船聯(lián)合開展的海事數(shù)據(jù)中心項目于2015年11月啟動，并且得到了曼恩公司的支持。雙方基于日郵的4艘集裝箱船的運營參數(shù)，提出了 “數(shù)字孿生”概念。Kongsberg與Yara聯(lián)手將共同打造全球首艘純電動自動駕駛集裝箱船“YARA Birkeland”號，將是世界上第一艘實現(xiàn)零排放、全電推、自主航行的集裝箱船。挪威威爾森集團和康士伯聯(lián)手建立全球首家無人船航運公司——“Massterly”，將接收和運營包括全球首艘無人集裝箱船“Yara Birkeland”在內(nèi)的多艘無人船。Kongsberg收購了Rolls-Royce商業(yè)船舶業(yè)務部門，全球兩大智能船領導者聯(lián)合在了一起，將在智能船舶方面有更大作為。目前Kongsberg的智能船系統(tǒng)KognifAI融合了兩家公司優(yōu)勢資源，將在船舶智能航行、無人駕駛、網(wǎng)絡安全、節(jié)能減排等方面提供解決方案。

2國內(nèi)智能船舶發(fā)展概況

《中國制造2025》作為我國“制造強國”戰(zhàn)略的行動綱領，把“海洋工程裝備和高科技船舶”作為需要聚集資源并實現(xiàn)突破發(fā)展的重點領域。

工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司通過組織相關單位和專家開展專題研究，制定智能船舶發(fā)展行動計劃，積極推動我國智能船舶快速發(fā)展。

中國船級社在2015年12月就發(fā)布了全球首部 《智能船舶規(guī)范》 ，并于2016年3月1日正式生效。后期又陸續(xù)發(fā)布了與規(guī)范相對應的檢驗指南，為智能船舶設計提供了設計依據(jù)。2020年3月中國船級社在上海發(fā)布了新版《智能船舶規(guī)范》，新規(guī)范中首次增加了“遠程遙控”和“無人船”章節(jié)，為未來智能船舶研究指明方向。

各企業(yè)、單位成立“無人貨物運輸船開發(fā)聯(lián)盟”、“中國智能船舶創(chuàng)新聯(lián)盟”等多個智能船舶聯(lián)盟。其中中船集團發(fā)布的“大智號”iDolphin 38800 噸智能散貨船，已于2017 年12月5日正式交付使用，成為我國自主研發(fā)的首艘智能船舶。中遠海運集團旗下上海船舶運輸研究所參與了智能船舶智能平臺和系統(tǒng)開發(fā)，并參與了工信部智能船舶方面的專項研究工作。目前上海船舶運輸研究所研發(fā)的智能“1+3”平臺已成功應用到210K噸散貨船等多型船舶產(chǎn)品上，取得了不俗的成績[3-4]。

3國內(nèi)外智能船舶發(fā)展對比、存在問題和建議

3.1 國內(nèi)外智能船舶發(fā)展對比

雖然國內(nèi)智能船舶近期的發(fā)展勢頭十分迅猛，但根據(jù)國際海事組織IMO提出的“E-航?！笨傮w架構，我們目前仍處于其定義的第一階段即具備船用設備狀態(tài)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析的智能船舶，同具備完全自主無人駕駛的船舶還有不小的距離。

與國內(nèi)智能船舶發(fā)展比較來看，國外智能船舶從發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展方式都是不同的。以韓國為例，其智能船舶發(fā)展是由韓國三大船廠主導，以生產(chǎn)建造為中心，以應用帶動研發(fā);日本則是走國際標準化的路線，通過推出國際標準立項達到其引領智能船舶發(fā)展的目的;歐洲智能船舶發(fā)展以高技術企業(yè)引領，研究無人駕駛、網(wǎng)絡安全等前沿性課題。如Konsberg開發(fā)的無人駕駛系統(tǒng)已應用在“YARA Birkeland”號無人駕駛船舶。

國內(nèi)智能船舶發(fā)展采用分階段形式，現(xiàn)正處于《智能船舶發(fā)展行動計劃（2019-2021年）》提到的三年目標階段。該階段中需形成智能船舶發(fā)展的頂層規(guī)劃，初步建立智能船舶規(guī)范標準體系，突破航行態(tài)勢智能感知、自動靠離泊等核心技術，完成相關重點智能設備系統(tǒng)研制，實現(xiàn)遠程遙控、自主航行等功能的典型場景試點示范，擴大典型智能船舶“一個平臺+ N個智能應用”的示范推廣，初步形成智能船舶虛實結合、岸海一體綜合測試與驗證能力[5]。

3.2 國內(nèi)智能船舶發(fā)展存在問題和建議

基于上述目標，國內(nèi)智能船舶總體上發(fā)展還很順利，但也面臨諸多問題，比如：

（1）個別配套設備發(fā)展相對落后，無法適應智能船舶新規(guī)要求。從目前的研究可以看出，由于船舶配套國產(chǎn)化率較韓國和日本還很低，特別是主要設備如主機、發(fā)電機、軸系、鍋爐等市場的主流產(chǎn)品目前更多依賴國外產(chǎn)品，對其進行數(shù)字化信息采集和關鍵控制邏輯不能夠很輕易拿到。目前智能船舶平臺的信息采集還基于監(jiān)測報警系統(tǒng)數(shù)據(jù)，無法從根本上對設備信息進行完全掌控。應大力發(fā)展配套產(chǎn)業(yè)，加快配套產(chǎn)業(yè)升級，不斷優(yōu)化相關技術，開發(fā)階段融入智能船舶相關技術為后續(xù)發(fā)展奠定基礎。

（2）標準規(guī)范的建立還需要和廠家加深交流合作。目前中國船級社的《智能船舶規(guī)范》側重硬件配置和系統(tǒng)功能的細化，相比其他船級社的分等級取證方式要求更高、更嚴。但這樣也對一些設備廠家造成影響，很多設備的信號采樣點因為設備本身原因無法采集或者需要大量整改才能夠?qū)崿F(xiàn)，使得智能船符號取證工作變得較為困難。所以在標準、規(guī)范建立的過程中應擴大合作交流的范圍，將更多的設備廠家納入到規(guī)范研討范圍中，督促其產(chǎn)品升級以滿足未來規(guī)范要求。

（3）加大與船東、岸端的合作力度，建立統(tǒng)一的標準模式。目前智能船舶標準的制定更多是基于船級社、科研院所和設備廠家。對于船東運營、岸端連接的要求并未涉及太深，導致很多船舶出現(xiàn)為了取證而加裝智能平臺。應深入了解客戶的需求，針對不同的客戶群體設定適合其運營和操作細則，真正做到以船東實際需求為導向的智能船舶標準。

（4）行業(yè)標準建設還在起步階段。目前國內(nèi)船舶行業(yè)還未有國際標準制定，在國際上還屬于跟從狀態(tài)。建議加強國際合作，同時將標準制定工作融入到產(chǎn)品開發(fā)和智能船舶建造過程中，同步推進國內(nèi)智能船標準化建設。

4結語

智能船舶是未來船舶發(fā)展的趨勢，因此需要不斷進行探索。雖然目前我們?nèi)〉昧艘欢ǖ某煽儯珡娜蛑悄艽鞍l(fā)展形勢來看，依舊有很多問題亟待解決，包括進一步的船舶數(shù)字化、船舶安全性、船舶運營、船岸一體化、標準制定等等。應主動運用5G、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術，加快國內(nèi)智能船舶研發(fā)速度，推出環(huán)保、節(jié)能、高效、智能的新型船舶，并制定相關產(chǎn)業(yè)標準，以滿足船東對降低運營成本和船舶綠色環(huán)保方面的迫切需求。

參考文獻：

[1]柳晨光，初秀民，謝朔，嚴新平.船舶智能化研究現(xiàn)狀與展望[J].船舶工程，2016，38（03）：77-84+92.

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[3] 翁雨波，劉碧濤，桂傲然.智能船舶發(fā)展優(yōu)勢及挑戰(zhàn)分析[J].船舶標準化與質(zhì)量，2019（01）：42-47.

[4] 劉微，尚家發(fā).智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及我國發(fā)展策略研究[J].艦船科學技術，2017，39（21）：189-193.

[5] 王剛毅，秦堯，張文斌，顧一清.綠色和智能——船舶的未來[J].船舶設計通訊，2019（02）：1-7.