日本船舶智能化策略

王思佳

智能船舶，能否帶領(lǐng)曾經(jīng)的造船巨擘重回昔日巔峰？

1978年前后，曾經(jīng)的世界第一造船大國日本便開始江河日下。21世紀(jì)初，更是被韓國造船業(yè)趕超而退居次席。之后在中日韓三國角逐中，始終再無力重回巔峰。智能技術(shù)在船舶行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展顯然為日本東山再起提供了絕佳機會。那么，曾經(jīng)的造船巨擘在新的發(fā)展機遇面前，有哪些不同尋常的做法？智能之火是否能助力日本船舶行業(yè)照亮復(fù)興之路？

日本智能化突圍

作為老牌的造船強國，日本在船舶智能化方面一直按照自己的方式和節(jié)奏暗暗發(fā)力，以期搶占市場先機，重塑日本造船新的核心競爭力。

2012年，日本啟動了“日本智能船舶應(yīng)用平臺”（SSAP）項目，旨在建立船舶和岸端獲取船舶設(shè)備數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化方法，為智能航運所要求的船-岸高效信息交互奠定基礎(chǔ)。該項目的根本目標(biāo)在于解決智能導(dǎo)航問題，研發(fā)包括綜合船舶航運系統(tǒng)、陸上保障系統(tǒng)、惡劣條件航行系統(tǒng)、異常事態(tài)處理系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)自選最合適的航線、速度，航行中自我判斷風(fēng)暴，避免撞船危險。該計劃2014年開始實施，研發(fā)周期為2014年1月至2017年3月期間，日本當(dāng)時計劃向該項目投入120萬美元研究經(jīng)費。該項目由日本船舶機械與設(shè)備協(xié)會（JSMEA）牽頭，三菱重工（（MHI）、川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）、日本大發(fā)柴油機株式會社、東京計器株式會社、日本郵船（NYK）、商船三井（MOL）和日本船級社（Class NK）等27家造船、配套、航運和檢驗單位共同參與。

同時，該項目團隊也在推動智能船舶應(yīng)用平臺成為國際海事組織（IMO）E-Navigation的測試版，并在IMO、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）等層面積極推動關(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。

日本船級社也將研發(fā)智能船舶作為重點工作，創(chuàng)設(shè)了“海事業(yè)大數(shù)據(jù)中心”，與IBM聯(lián)合開發(fā)有關(guān)軟件，對收集機艙內(nèi)的實時數(shù)據(jù)加以處理、分析，進(jìn)而為設(shè)備維護、優(yōu)化等提供合理的建議。此外，日本船級社還與NAPA聯(lián)合研制了船舶航行路線優(yōu)化支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于船舶運行企業(yè)改善航行規(guī)劃及航行路線，當(dāng)前該系統(tǒng)已成功運用于日本的智能船舶上。

2015年8月，日本在（ISO/TC8）主導(dǎo)提出的《船載海上工況數(shù)據(jù)服務(wù)器》和《船載機械和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)》兩項國際標(biāo)準(zhǔn)正式立項，依托承擔(dān)的單位有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織船舶與海洋技術(shù)委員會導(dǎo)航與船舶營運分委會（ISO/TC8/SC6）秘書處。2019年10月，日本郵船公司宣布完成了全球首次符合IMO《水面自主船舶試航暫行指南》規(guī)定的自主航行系統(tǒng)海上試驗。根據(jù)統(tǒng)計，日本先后主導(dǎo)提出并推動了10余項國際標(biāo)準(zhǔn)研制，覆蓋了船舶通導(dǎo)、航向控制、航行記錄、信息傳輸?shù)却爸悄芑I(lǐng)域。日本已經(jīng)將“智能船舶”（Smart Ship）上升為該國國際海事立法發(fā)展戰(zhàn)略的核心目標(biāo)之一（國際標(biāo)準(zhǔn)化），作為其振興造船工業(yè)的重要舉措之一。

同時，為了支持與引導(dǎo)本國的船舶智能化發(fā)展，日本政府也給予了極大支持。日本政府在2016年推出了一項新的船舶產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新政策——“i-Shipping”，計劃從提升產(chǎn)品和服務(wù)能力、開拓商業(yè)領(lǐng)域、提升船舶制造能力和加強人力資源儲備等四個方面助推日本船舶工業(yè)進(jìn)一步創(chuàng)新做強，以擴大產(chǎn)品出口量，提升產(chǎn)業(yè)價值。日本政府計劃通過改革生產(chǎn)現(xiàn)場，建設(shè)穩(wěn)定高效的生產(chǎn)體系，提高效率。具體的任務(wù)和措施包括：

1、利用數(shù)字化技術(shù)加強現(xiàn)場工人生產(chǎn)管理。利用傳感設(shè)施將個人動作和作業(yè)數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)作業(yè)實績實時監(jiān)控與管理；優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施，運用互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)等技術(shù)打造可視化船廠。通過革新相關(guān)軟件及技術(shù)，將工人的工作內(nèi)容可視化、數(shù)據(jù)化。

2、減少生產(chǎn)過程中零部件及材料在訂貨、制造、交貨等環(huán)節(jié)中的浪費。推動地區(qū)配套供應(yīng)商之間的訂貨、制造、采購實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、一站式化；推進(jìn)“智能造船集群”建設(shè)，并將零部件及材料的設(shè)計、訂貨、制造、采購等環(huán)節(jié)納入其中。

3、升級現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)一步優(yōu)化建造流程，提升模塊精度、舾裝效率。包括引進(jìn)激光電弧焊接技術(shù)、船體分段3D激光掃描，引入適合造船工作的可穿戴式機器人技術(shù)提高舾裝等復(fù)雜環(huán)節(jié)的工作效率。

4、加強產(chǎn)研結(jié)合，提高先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用率。鼓勵企業(yè)與研究機構(gòu)合作開發(fā)、引進(jìn)自動化程度高的設(shè)備，如焊接機器人等，稅收上支持船舶企業(yè)設(shè)備更新。

5、加強技能工人培訓(xùn)。進(jìn)一步擴大技能培訓(xùn)的范圍以及建設(shè)技能評價系統(tǒng)；通過采取適合的監(jiān)管措施，增加外國人就業(yè)率。日本國土交通省(MLIT)把當(dāng)年定為生產(chǎn)性革命的元年，對“i-Shipping”給予了大力支持?！癷-Shipping”計劃即將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)運用到船舶運營和維修中，通過及時反饋信息達(dá)到設(shè)計、建造、運營和維護一體化的效果，全面提升產(chǎn)品的競爭力。

利用標(biāo)準(zhǔn)占先機

日本基于自身船舶制造技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢，結(jié)合近年來的前沿科技成果，例如大數(shù)據(jù)等，制定出了具有日本特色的船舶智能化之路。這些行動計劃將對保持和提升日本造船業(yè)綜合競爭力發(fā)揮積極作用，日本對此充滿信心。

日本在開展船舶智能化相關(guān)研究時，除了研究如何將大數(shù)據(jù)和智能制造等新興技術(shù)融入傳統(tǒng)船舶制造業(yè)領(lǐng)域，促進(jìn)新技術(shù)的驗證、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的升級之外，也很注重智能船舶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建?！巴ㄟ^日本的船舶智能化路徑不難看出，日本的智能船舶研究比較注重智能船舶數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，推動船岸一體化建設(shè)。其智能船舶的研發(fā)過程中格外重視智能船舶標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，旨在通過項目研發(fā)搶占國際話語權(quán)，利用標(biāo)準(zhǔn)占據(jù)先機。例如SSAP項目，商船三井‘ISHIN NEXT’智能船舶項目等?！敝袊凹瘓F經(jīng)濟研究中心許攸表示。

近年來，各主要造船國家在智能船舶領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)化活動中呈現(xiàn)出“占位置、搶布局、重競爭”的態(tài)勢。其中，較為活躍的韓國雖然也在利用其在信息通信技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢和技術(shù)積累大力推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究，但在整體影響力上略遜于日本。

日本于2012年啟動的其船舶智能化研究的旗艦項目SSAP在設(shè)計階段便已明確了國際標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研發(fā)同步推進(jìn)的策略。當(dāng)時，日本將發(fā)展智能船舶的重心擺在智能導(dǎo)航等相關(guān)系統(tǒng)方面，SSAP項目便是其研制核心，SSPA項目旨在開發(fā)船舶智能信息與控制系統(tǒng)，結(jié)合常見的船載監(jiān)控系統(tǒng)，如主機遙控、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)，研制出可以存儲船舶監(jiān)控系統(tǒng)運行數(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，實現(xiàn)氣象導(dǎo)航、縱傾優(yōu)化、主機監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)測、能效管理、遠(yuǎn)程維護等功能。該平臺已經(jīng)在日本的一艘渡船和一艘原油運輸船上安裝應(yīng)用。

商船三井‘ISHIN NEXT’智能船舶項目

值得注意的是，在項目研究過程中，日本還積極推進(jìn)相關(guān)核心設(shè)備及技術(shù)的全球標(biāo)準(zhǔn)化。由日本主導(dǎo)的“船載設(shè)備和系統(tǒng)用船舶通信網(wǎng)絡(luò)裝置導(dǎo)則”（ISO 16425）的發(fā)布，幫助日本在數(shù)據(jù)聯(lián)通技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)方面搶占了先機。2015年8月，日本在ISO/TC8會議中提交的《船載機械和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)》《船載海上工況數(shù)據(jù)服務(wù)器》正式被審核通過，以上兩項標(biāo)準(zhǔn)是SSAP項目的重大研究成果。

日本在推進(jìn)基于SSAP項目成果的船舶和航運數(shù)字化系列標(biāo)準(zhǔn)之后，繼續(xù)對其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級，后來便形成了圍繞“Ship DC”架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)族群，成為了航運數(shù)字化國際標(biāo)準(zhǔn)事實上的參考基準(zhǔn)。

此外，日本許多創(chuàng)新性的前瞻性研究也為其提升國際標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)提供了有利支撐。比較有代表性的項目是商船三井于2016年11月宣布推出的“智能船舶項目（ISHIN NEXT - MOL SMART SHIP PROJECT）”。該項目是商船三井基于2009年推出的Senpaku ISHIN項目又推出的新技術(shù)研發(fā)項目。通過該項目，商船三井將同用戶和其他股東共享其技術(shù)發(fā)展策略，從而收集更多樣的需求和各種技術(shù)起源。通過將它們進(jìn)行匹配，商船三井計劃開發(fā)船舶安全操作和減少環(huán)境影響這兩個技術(shù)領(lǐng)域的智能船舶。根據(jù)該項目理念，商船三井將在新造船上采用“安全操作船舶先進(jìn)的支持技術(shù)”和“降低環(huán)境影響的技術(shù)”。在船舶投入運營后，每年定期驗證這些技術(shù)的實際效果。

商船三井旗下的“Sunflower”號客船

由此可以看出，讓實際用戶，如商船三井等航運公司參與甚至主導(dǎo)是日本發(fā)展無人船舶、智能船舶的另一個重要特點，這些公司參與并開展了大量研究開發(fā)工作，最大程度地確保了技術(shù)開發(fā)的可行性和實用性，同時為標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了有保障的基礎(chǔ)和輸入，很大程度上推動了日本在科研和標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展。

跨行業(yè)攜手促發(fā)展

不同于韓國龍頭企業(yè)扛大旗的組織方式，日本在智能船舶方面所開展的大量研究工作主要由相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)主導(dǎo)和承擔(dān)?！霸诮M織方式上，日本開展智能船舶研究的特點在于，主要以具有國土交通省背景的社會團體組織牽頭智能船舶應(yīng)用平臺開發(fā)工作，聯(lián)合業(yè)內(nèi)企業(yè)、船級社、船東等利益相關(guān)方?！痹S攸表示。

商船三井聯(lián)合三井造船株式會社、國家海事研究所、港口和航空技術(shù)協(xié)會、東京海洋大學(xué)、日本船級社、日本船舶技術(shù)研究協(xié)會以及昭島實驗室(三井造船)等單位組成了研究聯(lián)合會，于2017年開展了“自主遠(yuǎn)洋運輸系統(tǒng)技術(shù)概念項目”的研究，該項目入選了日本國土交通省(MLIT)的“FY2017交通運輸研究和技術(shù)推廣計劃”。該研究聯(lián)合會利用各參與公司的優(yōu)勢，發(fā)展自主海運的技術(shù)理念，為實現(xiàn)可靠、安全、高效的海運自主船舶提供所需的技術(shù)基礎(chǔ)。其中，商船三井從船舶運營的角度進(jìn)行分析，以便在操作中提高船舶性能；三井造船株式會社從造船的角度對船舶進(jìn)行系統(tǒng)集成；日本船舶技術(shù)研究協(xié)會負(fù)責(zé)對該合作研究項目進(jìn)行協(xié)調(diào)；東京海洋大學(xué)負(fù)責(zé)開展船舶導(dǎo)航研究；日本船級社則從船舶分類法規(guī)的角度定義自主船舶的入級規(guī)則和有關(guān)產(chǎn)業(yè)化實施不可或缺的規(guī)定；國家海事研究所從評估的角度開展自主船的安全技術(shù)評估等。研究聯(lián)合會通過各公司的優(yōu)勢發(fā)展自主船舶技術(shù)概念，并力爭明確自主船舶技術(shù)的發(fā)展路徑，促進(jìn)自主遠(yuǎn)洋運輸系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。此外，該項目還分析有關(guān)無人自主遠(yuǎn)洋運輸?shù)纳虡I(yè)理念、系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施以及產(chǎn)業(yè)化實施之間的關(guān)系。

同年6月，商船三井還與三井造船就共同開發(fā)基于實時數(shù)據(jù)的下一代船舶監(jiān)測和支持系統(tǒng)達(dá)成合作。該系統(tǒng)基于實時數(shù)據(jù)構(gòu)建，數(shù)據(jù)來源包括導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)和由三井造船制造的設(shè)備機械信息數(shù)據(jù)等。雙方還將就短周期數(shù)據(jù)和采集的大數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行研究。

12月，商船三井與羅爾斯羅伊斯公司達(dá)成協(xié)議，進(jìn)行智能感知系統(tǒng)（IAS）合作。羅爾斯羅伊斯公司表示，該智能感知系統(tǒng)通過為船員提供對船舶周圍環(huán)境的感知，使船舶能夠更安全、輕松、高效運行。該系統(tǒng)將一系列傳感器的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有船舶系統(tǒng)，如自動識別系統(tǒng)（AIS）和雷達(dá)信息融合實現(xiàn)。同時，其他來源的數(shù)據(jù)，包括全球數(shù)據(jù)庫的信息也將發(fā)揮作用。這項合作選擇在商船三井旗下的“Sunflower”號客船上進(jìn)行。

作為最新“智能船舶項目”的一部分，商船三井于2017年11月與旭化成株式會社(AEC)達(dá)成協(xié)議，合作進(jìn)行振動傳感器預(yù)測船用設(shè)備異常情況的驗證研究。該研究將利用分析軟件和振動傳感器，對正在建造的汽車運輸船和VLCC上的關(guān)鍵輔助機械，如泵和凈化器狀況進(jìn)行監(jiān)測。作為船舶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(IoT system)的一部分，項目參與者預(yù)計該項目將不僅創(chuàng)造一個獨立的船載監(jiān)控系統(tǒng)，而且有助于將數(shù)據(jù)與船岸之間的實時通訊監(jiān)控平臺合并，以便一旦發(fā)生異常就進(jìn)行分析。此外，日本船級社將開展產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)合作伙伴聯(lián)合研發(fā)計劃，使用商船三井技術(shù)研究中心擁有的發(fā)電機發(fā)動機，對船舶推進(jìn)主機、電力發(fā)電機和螺旋槳軸承振動傳感器進(jìn)行磨損試驗。

當(dāng)然，除了商船三井和日本船級社，日本郵船(NYK)、東京計器株式會社、日本古野電氣株式會社等相關(guān)單位也開展了很多工作。如日本郵船與MTI公司、日本電報電話公司（NTT）和NTT數(shù)據(jù)公司合作，利用NTT公司的邊緣計算技術(shù)通過融合SIMS系統(tǒng)，開發(fā)了新一代船載物聯(lián)網(wǎng)平臺，從而使得在岸上實現(xiàn)對船上應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程分發(fā)和管理，該平臺符合由日本船舶機械和設(shè)備協(xié)會制定的船載物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)。東京計器株式會社與MTI、日本海洋科學(xué)株式會社、海上安全技術(shù)研究所、古野電氣株式會社、日本無線株式會社在內(nèi)的共7家單位開展了“船舶自主導(dǎo)航碰撞風(fēng)險的確定研究”，該項目為“先進(jìn)安全船舶技術(shù)研發(fā)支持項目”中的一個子項，由日本國土交通省支持。