面向智能船舶岸基控制技術(shù)人才培養(yǎng)的產(chǎn)教融合實訓(xùn)教學(xué)平臺構(gòu)建

馬理勝，劉文科，宋慶慶，王紅濤

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 211106)

一、引言

2018年，工業(yè)和信息化部、交通運輸部、國防科工局三部門聯(lián)合印發(fā)《智能船舶發(fā)展行動計劃(2019—2021年)》(工信部聯(lián)裝〔2018〕288號)[1]，2019年，國務(wù)院印發(fā)《交通強國建設(shè)綱要》[2]，發(fā)改委等七部門聯(lián)合印發(fā)《智能航運發(fā)展指導(dǎo)意見》[3]，中國船級社(CCS)發(fā)布《智能船舶規(guī)范》(2020)[4]，均明確提出要進一步強化我國智能船舶的自主設(shè)計建造能力和人才培養(yǎng)。智能船舶面臨著千載難逢的發(fā)展機遇，開展虛實結(jié)合、岸海結(jié)合的智能船舶岸基控制技術(shù)創(chuàng)新基地建設(shè)已迫在眉睫，這將直接保證我國智能船舶發(fā)展能否處于世界先進水平。此外，為滿足智能船舶技術(shù)發(fā)展的需求，應(yīng)加速改變傳統(tǒng)航海人才培養(yǎng)模式，盡早為智能航運培養(yǎng)急需的高素質(zhì)技術(shù)技能人才。

針對上述需求，馬強[5]提出了“人工智能+”的人才教育培養(yǎng)體系；莊一凡[6]提出了科研與教學(xué)相滲透的人才培養(yǎng)新方法；魏立隊[7]給出了面向智能船舶的高等航海教育變革途徑；薛文濤[8]構(gòu)建了“船舶+控制+人工智能”多學(xué)科交叉融合的課程體系，探索了基于“大工程觀”的教學(xué)模式；吳博[9]、呂紅光[10]分別給出了面向智能航海的復(fù)合型人才實踐教學(xué)改革的不同路徑；馮娜[11]從高職院校人才培養(yǎng)角度，采用“AI+航?！彼悸穼χ悄艽皶r代航海類人才培養(yǎng)發(fā)展路徑進行了分析；王捷[12]從制訂人才培養(yǎng)方案、注重提升人才綜合素質(zhì)等方面提出適應(yīng)智能航運發(fā)展的人才培養(yǎng)新策略；賈廣付[13]從人才培養(yǎng)體系、航海類師資培養(yǎng)、校企合作及培訓(xùn)和發(fā)證制度等方面對人才培養(yǎng)策略進行研究。

綜上分析可見，大多學(xué)者主要關(guān)注面向智能船舶航海人才培養(yǎng)的宏觀研究，主要包括人才培養(yǎng)體系、課程體系、教學(xué)改革路徑等研究內(nèi)容。而針對智能船舶某一特定領(lǐng)域的實訓(xùn)教學(xué)平臺構(gòu)建等微觀研究較少。本文開展面向智能船舶岸基控制技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)教融合實訓(xùn)教學(xué)平臺構(gòu)建研究，為智能船舶岸基控制技術(shù)人才培養(yǎng)和技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)等提供參考。

二、智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)教融合實訓(xùn)平臺總體思路與主要內(nèi)容

依照《智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，智能船舶標(biāo)準(zhǔn)體系分為3層框架、7個部分、38個專業(yè)及領(lǐng)域。岸基服務(wù)為F部分，包含遠程監(jiān)控服務(wù)、信息交互服務(wù)和岸基信息平臺等共三個領(lǐng)域。岸基控制技術(shù)的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)用于對船舶遠程監(jiān)控與信息服務(wù)、岸基信息平臺系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用要求進行規(guī)定，主要包括遠程監(jiān)控服務(wù)、信息交互服務(wù)、岸基信息平臺標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國際海事組織(IMO)發(fā)布的海上自主水面船舶(MASS)的四個層級，MASS的發(fā)展將經(jīng)歷系統(tǒng)輔助決策、岸基控制技術(shù)、完全自主三個發(fā)展階段[14]，其發(fā)展路線如圖1所示。

圖1 智能船舶發(fā)展路線

岸基控制技術(shù)將在未來較長時間內(nèi)占據(jù)智能船舶發(fā)展的主導(dǎo)地位，因此應(yīng)加快推進面向智能船舶岸基控制技術(shù)的人才培養(yǎng)，建立適應(yīng)智能船舶岸基控制技術(shù)人才培養(yǎng)的實踐教學(xué)平臺。

(一)總體思路

智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)教融合實訓(xùn)平臺應(yīng)聚焦智能船舶，面向智能航運，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術(shù)與職業(yè)教育實訓(xùn)教學(xué)深入融合，推動職業(yè)教育實訓(xùn)綜合改革，服務(wù)智能船舶國家戰(zhàn)略需求、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求、智能船舶產(chǎn)業(yè)鏈需求，建成虛實結(jié)合、船岸結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)結(jié)合的智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)教融合實訓(xùn)基地和區(qū)域共享型技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新服務(wù)平臺。

(二)主要內(nèi)容

面向現(xiàn)代航運、智能船舶領(lǐng)域的人才培養(yǎng)不僅需要傳統(tǒng)航海領(lǐng)域的教學(xué)實訓(xùn)，還要適應(yīng)面向未來不同等級智能船舶航運產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的實驗實訓(xùn)。為更好地服務(wù)于面向智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈人才培養(yǎng)，需要開展智能船舶認(rèn)知實習(xí)、智能船舶船基環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)、智能船舶虛擬仿真實訓(xùn)、智能船舶虛實交互實訓(xùn)、智能船舶遙測遙控實訓(xùn)、智能船舶大數(shù)據(jù)實訓(xùn)等相關(guān)實訓(xùn)。

本文提出服務(wù)智能船舶岸基控制技術(shù)人才培養(yǎng)的“1+5+1”實訓(xùn)生態(tài)系統(tǒng)，即構(gòu)建1個服務(wù)體系、建設(shè)5個實訓(xùn)中心、建成1個共享平臺。

三、智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)教融合實訓(xùn)平臺具體構(gòu)建

1.構(gòu)建智能船舶岸基控制技術(shù)試驗、實訓(xùn)、驗證與評估服務(wù)體系

依據(jù)國際海事組織(IMO)海上安全委員會(MSC)第100屆會議關(guān)于MASS自主等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)和《智能船舶發(fā)展行動計劃(2019—2021年)》，采用“平臺+應(yīng)用”的理念：面向智能船舶岸基控制技術(shù)領(lǐng)域，建立涵蓋智能器件、智能設(shè)備、智能系統(tǒng)及整船的多層級綜合測試驗證基地，構(gòu)建虛實結(jié)合、岸海一體的綜合測試與驗證能力，建成智能船舶岸基控制技術(shù)實驗實訓(xùn)基地平臺；應(yīng)用于智能船舶岸基控制技術(shù)人才培養(yǎng)所需的實驗實訓(xùn)教學(xué)、平臺試驗研究、岸基控制技術(shù)驗證、岸基控制技術(shù)質(zhì)量評估等方向。打造集教學(xué)實訓(xùn)、技術(shù)研究、平臺試驗、社會服務(wù)為一體的岸基控制技術(shù)服務(wù)體系，實現(xiàn)智能船舶岸基控制技術(shù)智能教學(xué)與實訓(xùn)、功能示范、智能試驗與研究。智能船舶岸基控制技術(shù)服務(wù)體系如圖2所示。

圖2 智能船舶岸基控制技術(shù)服務(wù)體系

2.建設(shè)智能船舶岸基控制技術(shù)5個實訓(xùn)中心

5個實訓(xùn)中心的建設(shè)體系框架如圖3所示。依托5個實訓(xùn)中心建設(shè)，通過實船機電設(shè)備智能化改造，開發(fā)與實船映射的數(shù)字虛擬船舶，建成智能船舶船端應(yīng)用平臺；通過開展智能船舶機電設(shè)備虛實結(jié)合的數(shù)字孿生研究，實現(xiàn)船岸機電設(shè)備信息互聯(lián)互通；通過開展智能船舶遙測遙控，實現(xiàn)智能船舶的遠程監(jiān)控、船岸結(jié)合，并通過數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)船舶機電設(shè)備智能運維?，F(xiàn)代航海類人才經(jīng)過上述實訓(xùn)中心的學(xué)習(xí)，能較好地勝任面向現(xiàn)代智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的崗位，更好服務(wù)于我國智能船舶產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。

圖3 智能船舶岸基控制技術(shù)5個實訓(xùn)中心建設(shè)框架

(1)智能船舶船基環(huán)境綜合自動化實訓(xùn)中心

以航海院校智能化機艙或?qū)嶋H運營船舶為實訓(xùn)平臺，通過對機艙中器件、設(shè)備及系統(tǒng)進行自動化、數(shù)字化、智能化和物聯(lián)網(wǎng)升級，建立智能船舶岸基控制技術(shù)所需的船基環(huán)境，打造智能船舶船基環(huán)境綜合自動化實訓(xùn)中心。開展智能船舶機艙發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、主推進裝置，以及輔助設(shè)備系統(tǒng)智能化改造實訓(xùn)項目，用于培養(yǎng)面向船基環(huán)境的應(yīng)用型高素質(zhì)技術(shù)技能人才。具體內(nèi)容可包括以下系統(tǒng)和設(shè)備的顯示與遠程控制實驗實訓(xùn)：主推進器、主柴油發(fā)電機組、應(yīng)急發(fā)電機組、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)等。

智能船舶船基環(huán)境綜合自動化實訓(xùn)中心支持分析結(jié)果與岸基中心雙向推送，通過船岸數(shù)據(jù)交互模塊傳輸至岸基控制中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理。該實訓(xùn)中心可為智能船舶船基環(huán)境教育教學(xué)與高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供平臺支撐。

(2)智能船舶虛擬仿真實訓(xùn)中心

以全任務(wù)輪機模擬器、航海模擬器為依托，以智能船舶機艙虛擬仿真實訓(xùn)項目為主體，以智能船舶岸基控制技術(shù)“駕+機+電”合一為建設(shè)思路，以達成智能船舶仿真實訓(xùn)、過程智能評估為目標(biāo)，建設(shè)智能船舶虛擬仿真實訓(xùn)中心。

建設(shè)后的智能船舶虛擬仿真實訓(xùn)中心應(yīng)包含智能船舶全任務(wù)輪機二維模擬器實訓(xùn)平臺、智能船舶大型全任務(wù)輪機三維仿真實訓(xùn)平臺、智能船舶機艙虛擬仿真實訓(xùn)平臺、智能船舶駕駛仿真實訓(xùn)平臺、智能船舶電站仿真實訓(xùn)平臺等。

(3)智能船舶機電設(shè)備虛實交互實訓(xùn)中心

基于智能船舶船基環(huán)境和智能船舶虛擬仿真系統(tǒng)，采用船舶數(shù)字孿生技術(shù)框架，如圖4所示。基于虛實交互框架開展智能船舶機電設(shè)備虛實交互研究，開發(fā)虛實交互實訓(xùn)項目，服務(wù)于智能船舶機電設(shè)備虛實交互技術(shù)人才培養(yǎng)。

圖4 智能船舶機電設(shè)備虛實交互框架

通過智能船舶船基環(huán)境采集船舶設(shè)備傳感信息(溫度、壓力、流量、液位)，實現(xiàn)船基環(huán)境的熱工、油液、轉(zhuǎn)速、振動加速度等多種特征參數(shù)的信息融合，將其信息呈現(xiàn)到具有沉浸感的智能船舶虛擬仿真系統(tǒng)中，采用實際場景的虛擬呈現(xiàn)及動態(tài)演化技術(shù)，實現(xiàn)船基環(huán)境與虛擬船舶虛實自適應(yīng)融合，解決虛實智能船舶機艙設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的一致性呈現(xiàn)問題。

開發(fā)智能船舶各類機電設(shè)備虛實交互實訓(xùn)項目，學(xué)員通過利用傳感器數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬船舶機電設(shè)備進行船舶實際設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的實時監(jiān)控，該虛擬機艙可看作真實船舶機艙的數(shù)字化再現(xiàn)，通過實時的傳感器數(shù)據(jù)更新，保持跟真實船舶設(shè)備一致的狀態(tài)。與此同時，通過操作虛擬機艙可以映射到實際船舶機艙設(shè)備進行動態(tài)響應(yīng)，為遠程遙測遙控奠定基礎(chǔ)。智能船舶各類機電設(shè)備虛實交互實訓(xùn)項目可培養(yǎng)面向智能船舶機電設(shè)備，具備虛擬船舶狀態(tài)監(jiān)測、智能船舶狀態(tài)監(jiān)控、船舶機電設(shè)備智能運維等能力的復(fù)合型管理人才。

(4)智能船舶遙測遙控實訓(xùn)中心

基于智能船舶機電設(shè)備虛實交互技術(shù)，搭建控制網(wǎng)絡(luò)、任務(wù)網(wǎng)絡(luò)為一體的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，建立智能船舶岸基控制中心，實現(xiàn)智能船舶的駕、機、電合一遙測遙控。建設(shè)后的遙測遙控中心包含數(shù)據(jù)中心和綜合顯控中心。數(shù)據(jù)中心用于控制中心與船舶駕駛、船舶機艙設(shè)備、船舶電氣設(shè)備的信息互聯(lián)互通，綜合顯控中心能高質(zhì)量、全面、多維地顯示全船駕、機、電系統(tǒng)與設(shè)備的運行信息、狀態(tài)信息、船舶運維管理信息，且能通過CCTV系統(tǒng)實時監(jiān)測船舶艙室狀態(tài)。

智能船舶遙測遙控中心可顯示全船駕、機、電所有傳感器的數(shù)據(jù)，如船舶機電信息的綜合顯控應(yīng)包含機艙重要設(shè)備(如發(fā)電機組、空壓機、泵、吊艙、艏側(cè)推、配電板、變壓器等)集成三維設(shè)備顯示與監(jiān)控功能；駕駛信息的綜合顯示能正確顯示船舶航行所需的狀態(tài)信息和環(huán)境信息(如電子海圖的顯示、集成各種雷達、GPS、計程儀、電羅經(jīng)、測深儀、氣象儀、AIS、風(fēng)速風(fēng)向儀、運動傳感器的信息)，通過三維實現(xiàn)虛擬駕控、虛擬集控和機旁控制功能。

開發(fā)智能船舶遙測遙控實訓(xùn)項目，可培養(yǎng)處理船舶預(yù)警信息安全監(jiān)控能力、船舶運行實時狀態(tài)監(jiān)測能力、船位航跡監(jiān)控能力、應(yīng)急狀態(tài)處理能力等智能船舶駕、機、電合一的復(fù)合型高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)技能人才，該實訓(xùn)中心也可成為航運企業(yè)、船舶運輸隊伍、船舶管理部門的遙測遙控平臺。

新疆電石、新疆托克遜等工程設(shè)有暖風(fēng)器疏水箱和泵，暖風(fēng)器布置在一次風(fēng)機和送風(fēng)機入口，屬于高位布置。暖風(fēng)器疏水能自流到暖風(fēng)器疏水箱,疏水泵在充分考慮滿足泵汽蝕的情況，水質(zhì)合格后要排至除氧器，疏水還是很順暢的。

(5)智能船舶大數(shù)據(jù)實訓(xùn)中心

智能船舶大數(shù)據(jù)實訓(xùn)中心將承擔(dān)智能船舶岸基技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等實訓(xùn)項目。通過對智能船舶船基環(huán)境數(shù)據(jù)、船舶駕駛信息數(shù)據(jù)等全息數(shù)據(jù)去冗與抽象化處理，建立智能船舶岸基控制大數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)模型；采用決策級信息融合方法，實現(xiàn)對全船運行狀態(tài)進行評估、預(yù)警、故障診斷等，實現(xiàn)遠程操作的智能輔助決策。

通過對船舶岸基控制大數(shù)據(jù)的挖掘和可視化分析，進一步應(yīng)用于智能船體、智能能效研究。如船舶主機功率與船舶航速的關(guān)系變化，船舶主機油耗與航速的變化，風(fēng)浪等對船舶航速和油耗的影響，船舶污底等對油耗的影響等。

該實訓(xùn)項目可培養(yǎng)面向智能船舶岸基數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，具備船舶航運管理能力、計算機綜合運用能力、大數(shù)據(jù)分析處理能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。

3.打造船舶岸基控制技術(shù)共享云平臺

進一步統(tǒng)籌五大實訓(xùn)中心資源，建設(shè)智能船舶岸基控制云平臺，用于實訓(xùn)資源的全域共享，實現(xiàn)航海類院校智能船舶岸基控制技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。平臺架構(gòu)如圖5所示。

圖5 智能船舶岸基控制共享云平臺架構(gòu)

建設(shè)后的智能船舶岸基控制云平臺將推進虛擬仿真實驗實訓(xùn)教學(xué)資源共享和實訓(xùn)室管理一體化，實現(xiàn)具有虛擬實驗實訓(xùn)教學(xué)綜合運行管理、統(tǒng)一信息門戶、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一決策管理等功能。主要包括智慧門戶、智慧實訓(xùn)、活動大賽、資源中心、大國工匠以及作為底層的公共基礎(chǔ)支撐平臺六個部分，應(yīng)用之間可以進行靈活拔插與擴展，為未來應(yīng)用的無限可能打下堅實的底層架構(gòu)基礎(chǔ)。該平臺通過接入國家海事局船員終身教育服務(wù)平臺、幸福船員、智慧校園等平臺，實現(xiàn)平臺最大化利用。

建設(shè)后的智能船舶岸基控制云平臺將推進智能船舶船基環(huán)境綜合自動化實訓(xùn)中心、智能船舶遙測遙控實訓(xùn)中心、智能船舶大數(shù)據(jù)實訓(xùn)中心在航運類院校、航運企業(yè)的全域共享，用于各協(xié)同單位基于云平臺實現(xiàn)岸基控制技術(shù)控制模型測試、優(yōu)化方法驗證、智能控制技術(shù)實驗等多層次、多通道智能船舶岸基控制技術(shù)測試與驗證平臺，實現(xiàn)遠程通信、遠程測試、遠程交互、遠程驗證，從而實現(xiàn)智能船舶岸基控制技術(shù)的智能管理、全域共享、協(xié)同發(fā)展。

四、結(jié)語

智能船舶時代的到來正是我國航運業(yè)和造船業(yè)技術(shù)進步、趕超世界先進水平的難得機遇。建設(shè)虛實結(jié)合、船岸結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)結(jié)合的智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)教融合實訓(xùn)基地和區(qū)域共享型技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新服務(wù)平臺迫在眉睫。通過打造體系完備、技術(shù)一流的智能船舶岸基控制技術(shù)產(chǎn)教融合生態(tài)系統(tǒng)，探索面向智能航海的船員培養(yǎng)新模式，是提升智能航海人才培養(yǎng)質(zhì)量、推進航海職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求的重要舉措。