船舶動(dòng)力裝備智能化發(fā)展與人員職業(yè)培訓(xùn)要求分析

童大鵬，尤 江，蔡鎮(zhèn)坤

（海軍士官學(xué)校，安徽 蚌埠 233012）

隨著人工智能引領(lǐng)的新一輪工業(yè)革命的到來(lái)，工業(yè)技術(shù)正從信息化、數(shù)字化加速向智能化演變。船舶動(dòng)力裝備是以機(jī)械、電氣、電子設(shè)備為主體，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的綜合系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)機(jī)艙自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，也在逐步向著智能化、無(wú)人化發(fā)展，船舶動(dòng)力專業(yè)人員的崗位工作任務(wù)、職能使命也在發(fā)生著變化[1]。其職業(yè)能力如何提升以適應(yīng)裝備智能化發(fā)展，職業(yè)培訓(xùn)又該如何優(yōu)化升級(jí)，這些都是需要關(guān)注并亟待解決的問(wèn)題。

1 船舶動(dòng)力裝備智能化現(xiàn)狀

船舶動(dòng)力裝備作為工業(yè)系統(tǒng)的典型應(yīng)用，自動(dòng)化一直是其技術(shù)發(fā)展的主要內(nèi)容之一，主要包括裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行控制、參數(shù)顯示和報(bào)警保護(hù)4個(gè)方面，其技術(shù)基礎(chǔ)主要是工業(yè)自動(dòng)化（船舶機(jī)艙自動(dòng)化）。通過(guò)采用大量的傳感器來(lái)代替人工的參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)采集，采用PLC和工控計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量和采集的信息進(jìn)行處理和運(yùn)算，再通過(guò)各種執(zhí)行器來(lái)執(zhí)行控制指令，從而在一定程度上解放了專業(yè)技術(shù)人員的眼睛、腦和手，減輕了他們?cè)趯I(yè)值班中的工作負(fù)荷，降低了人工操作存在的誤差和失誤，提高了動(dòng)力裝置的控制效率和運(yùn)行可靠性。由于船舶動(dòng)力裝備存在能量轉(zhuǎn)換、燃燒、傳熱、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、流體運(yùn)動(dòng)、摩擦、碰撞等多種物理和化學(xué)過(guò)程，其工作復(fù)雜程度決定了不僅操控和管理的工作量大，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)、技術(shù)維護(hù)決策、維修決策等更需要大量的智力和物力的支持。自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)就一直在圍繞船舶動(dòng)力裝備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷開展研究并應(yīng)用于實(shí)船。主要是通過(guò)傳感器測(cè)取與船舶動(dòng)力裝備運(yùn)行相關(guān)的狀態(tài)信息，采用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、故障樹等技術(shù)，對(duì)故障原因進(jìn)行分析判斷、對(duì)故障趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。目前船舶動(dòng)力裝備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷還處在不斷研究、緩慢應(yīng)用的階段，主要是狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)已發(fā)展較為成熟，但在故障診斷方面，基于解析模型和基于信號(hào)處理的方法都存在一定局限性，基于人工智能的方法則還有些理論尚不成熟。

2 船舶動(dòng)力裝備智能化發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)智能化就是運(yùn)用人工智能技術(shù)使各類設(shè)備升級(jí)為具備“自適應(yīng)能力”，使其成為可主動(dòng)感知環(huán)境變化的智能設(shè)備，可以根據(jù)感知的信息調(diào)整自身的運(yùn)行模式，始終處于最優(yōu)狀態(tài)。智能化使得船舶動(dòng)力裝備具備自適應(yīng)能力，能夠自我感知、自我調(diào)節(jié)，不僅會(huì)引起裝備運(yùn)行管理模式的改變，隨之也將帶來(lái)裝備維修保障模式的演變[2-3]。根據(jù)中國(guó)船級(jí)社發(fā)布的《船舶智能機(jī)艙檢驗(yàn)指南》，智能機(jī)艙由機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)和視情維護(hù)系統(tǒng)組成，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能診斷技術(shù)，做到盡早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理潛在故障，保證船舶在航行過(guò)程中的安全可靠。建立在零部件級(jí)、設(shè)備級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的智能化，將為維修提供更全面的信息，船舶動(dòng)力裝備智能化的發(fā)展將主要體現(xiàn)為3個(gè)方面。

2.1 操作運(yùn)維無(wú)人化

目前的無(wú)人機(jī)艙、無(wú)人船舶尚無(wú)大規(guī)模應(yīng)用，機(jī)艙設(shè)備的操作運(yùn)維還不能脫離人的參與。隨著各種動(dòng)力機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備以及工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化，船舶動(dòng)力裝備將逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行、自適應(yīng)調(diào)節(jié)與管理等，船舶動(dòng)力專業(yè)人員的崗位數(shù)量將減少，并轉(zhuǎn)向全船系統(tǒng)管理和維修保障方面。

2.2 狀態(tài)管理自主化

隨著未來(lái)智能傳感器技術(shù)的逐步成熟和大量應(yīng)用，將可以獲取更多、更全的動(dòng)力設(shè)備狀態(tài)信息，基于大數(shù)據(jù)的裝備智能管理系統(tǒng)不僅能夠根據(jù)裝備實(shí)際狀態(tài)和船舶航行需要來(lái)自動(dòng)調(diào)整動(dòng)力裝置的運(yùn)行，還能夠依靠自動(dòng)化的裝備監(jiān)控維護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自主的日常維護(hù)，包括自清洗、自動(dòng)凈化或更換滑油、自動(dòng)盤車檢查等，將使得船舶動(dòng)力裝備的日常管理內(nèi)容與現(xiàn)階段相比發(fā)生根本性變革，大大減少人工的工作量。

2.3 診斷維修智能化

以裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以智能輔助決策技術(shù)為手段，傳統(tǒng)的裝備維修決策主體將由人轉(zhuǎn)向人機(jī)混合，由基于經(jīng)驗(yàn)的粗放式維修轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)分析的智能化診斷維修。目前正快速發(fā)展的裝備健康管理技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力裝備健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析評(píng)估與趨勢(shì)預(yù)測(cè)，開展智能化維修分析，自主制定維修方案；智能增材制造技術(shù)、智能維修設(shè)備的應(yīng)用也會(huì)降低維修技術(shù)難度、提高維修質(zhì)量，使船舶在航維修能應(yīng)對(duì)更多復(fù)雜故障、維修質(zhì)效能夠顯著提升[4]。

3 智能化背景下的船舶動(dòng)力專業(yè)人員職業(yè)培訓(xùn)要求分析

人工智能引發(fā)的技術(shù)革命，帶來(lái)的不僅是生產(chǎn)技術(shù)、裝備技術(shù)的變革，更是工作內(nèi)容的變革、職業(yè)的變革。

3.1 工業(yè)4.0背景下技術(shù)工人職業(yè)能力的變化

工業(yè)4.0 時(shí)代，工業(yè)生產(chǎn)將升級(jí)為“無(wú)人工廠”模式，人在生產(chǎn)中從事的工作內(nèi)容不同了，低端的生產(chǎn)活動(dòng)將交給機(jī)器人，人將從事計(jì)劃、協(xié)調(diào)、創(chuàng)新和決策等更高端的工作[5]。因此，未來(lái)技術(shù)工人的職責(zé)將從簡(jiǎn)單的執(zhí)行層面轉(zhuǎn)為更加復(fù)雜而重要的控制、操作和規(guī)劃等多個(gè)層面。傳統(tǒng)的重復(fù)性體力勞作不再重要，而再加工、維護(hù)和系統(tǒng)維修等工作變得重要。在這一背景下，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)技術(shù)工人職業(yè)能力需求的變化體現(xiàn)在：一是由簡(jiǎn)單工作任務(wù)處理能力向綜合職業(yè)能力轉(zhuǎn)變；二是由單一的專業(yè)能力向多學(xué)科融合能力轉(zhuǎn)變；三是由規(guī)?；a(chǎn)操作能力向創(chuàng)新創(chuàng)意能力轉(zhuǎn)變；四是由維持性學(xué)習(xí)能力向持續(xù)終身學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)變。

3.2 船舶動(dòng)力專業(yè)人員職業(yè)能力的變化

由于船舶動(dòng)力裝備智能化使得裝備控制更加得簡(jiǎn)單、智能，“無(wú)人機(jī)艙”在船舶上也在逐步實(shí)現(xiàn)，新型人才必須具備機(jī)器所不具備的能力。德國(guó)人工智能研究中心首席執(zhí)行官沃爾夫?qū)ね郀査固夭┦空J(rèn)為，即使是在工業(yè)4.0 時(shí)代，工廠里也不會(huì)空無(wú)一人。因?yàn)閷⒂性絹?lái)越多的崗位要求能對(duì)聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器進(jìn)行編程和維護(hù)，并且在機(jī)器發(fā)生故障時(shí)，能夠馬上維修使之恢復(fù)正常，除了編程還要能解讀復(fù)雜數(shù)據(jù)，與管理人員組成團(tuán)隊(duì)，協(xié)同工作。因此，裝備智能化發(fā)展要求船舶動(dòng)力專業(yè)人員具備以下4種能力。

1）持續(xù)學(xué)習(xí)能力。要有高效的學(xué)習(xí)方法和信息搜集、分析、判斷的能力，以應(yīng)對(duì)技術(shù)爆炸、信息爆炸帶來(lái)的海量知識(shí)更新，同時(shí)，針對(duì)大量應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)的裝備、設(shè)備，要有在計(jì)算機(jī)上收集、解析數(shù)據(jù)的知識(shí)和技能。畢竟在將來(lái)，裝備的運(yùn)行情況、故障情況等信息可能都是在集控臺(tái)、工控機(jī)上獲取，而不是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的觀察、測(cè)量等傳統(tǒng)手段。

2）管理決策能力。船舶動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)和工作的復(fù)雜性決定了其即使實(shí)現(xiàn)了智能化，也一定有更為復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)儀表和信息采集處理、控制設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備、管線、網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行依然離不開人工，崗位人員需要管理好龐大且復(fù)雜的自動(dòng)化裝備及系統(tǒng)，同時(shí)要根據(jù)船舶自身狀態(tài)、航行工況要求、海區(qū)海況變化等及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整動(dòng)力裝備的控制策略，要能參與裝備維護(hù)、維修決策和方案制定，這些都要求人員具備更全面的裝備管理和決策能力。

3）應(yīng)變處置能力。人工智能雖然能一定程度上替代人工，但面對(duì)復(fù)雜的外界變化，還不能完全具備人的判斷和應(yīng)變能力，尤其是在實(shí)際環(huán)境下，船舶動(dòng)力裝備可能會(huì)有系統(tǒng)受損、控制失靈、超限運(yùn)行等極端特殊的突發(fā)情況，這時(shí)人員的應(yīng)變和處置能力就顯得尤為關(guān)鍵和重要，要能夠快速做出反應(yīng)、掌握裝備系統(tǒng)的應(yīng)急操作、具備裝備特殊使用的經(jīng)驗(yàn)等。

4）創(chuàng)新思維能力。船舶動(dòng)力裝備智能化逐步發(fā)展的過(guò)程中，可能也會(huì)帶來(lái)一系列全新的問(wèn)題，比如系統(tǒng)耦合問(wèn)題、控制相互干擾、設(shè)備穩(wěn)定性不高等，以及如何優(yōu)化現(xiàn)有的裝備運(yùn)行管理方法和維護(hù)管理制度、如何組織多個(gè)專業(yè)的人員聯(lián)合開展維修等，這些問(wèn)題現(xiàn)階段的人工智能解決不了，都需要人發(fā)揮自己特有的創(chuàng)造性思維能力去解決。

3.3 船舶動(dòng)力專業(yè)人員職業(yè)培訓(xùn)改革要求

為應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0 時(shí)代的到來(lái)，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，在國(guó)家層面早已經(jīng)開始行動(dòng)。自2017 年2 月以來(lái)，教育部提出并大力推進(jìn)“新工科”建設(shè)?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)突出體現(xiàn)了工程教育的“五個(gè)新”，即新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系。對(duì)于船舶動(dòng)力裝備技術(shù)人才的培養(yǎng)，也需要從“五個(gè)新”著手，探索“新工科”背景下的職業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)模式和平臺(tái)[6]。具體來(lái)說(shuō)，在理念上，應(yīng)以船舶動(dòng)力裝備智能化發(fā)展和崗位任職需求為導(dǎo)向，牽引人才培養(yǎng)方案和教育理念的改革；在結(jié)構(gòu)上，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合、課上與課下相結(jié)合、工廠與課堂相結(jié)合，提供人才創(chuàng)新實(shí)踐新平臺(tái)；在模式上，探索校企聯(lián)合、產(chǎn)教融合、一體化培養(yǎng)的新型職業(yè)技能人才培養(yǎng)模式；在質(zhì)量上，樹立以輸出高技能專業(yè)人才、提升船舶動(dòng)力裝備保障能力為重的目標(biāo)；在體系上，構(gòu)建并不斷完善船舶動(dòng)力裝備智能化人才培養(yǎng)的專業(yè)群、專業(yè)課程體系、訓(xùn)練條件體系、職業(yè)能力認(rèn)證體系。

4 思考和建議

面對(duì)新變革和新要求，當(dāng)前船舶動(dòng)力專業(yè)人員培訓(xùn)還需要迅速做出反應(yīng)，以解決目前尚存在的問(wèn)題：一是專業(yè)課程設(shè)置滯后，人員知識(shí)結(jié)構(gòu)片面、視野狹窄，理論基礎(chǔ)薄弱、綜合素養(yǎng)不高。二是教學(xué)模式和評(píng)價(jià)方式滯后，工學(xué)結(jié)合、校企融合還不深入，人員所接受的反復(fù)的、單一技能的訓(xùn)練，與真實(shí)崗位工作任務(wù)和智能化工作場(chǎng)景的復(fù)雜性、開放性和多維性不相匹配。三是教學(xué)訓(xùn)練條件和方法手段滯后，創(chuàng)新教育不足，人員獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力缺乏。人工智能時(shí)代的職業(yè)教育轉(zhuǎn)型升級(jí)有很多問(wèn)題要解決，有很長(zhǎng)的路要走，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際，應(yīng)該從3個(gè)方面入手。

1）培訓(xùn)層次升級(jí)，由職業(yè)技術(shù)向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)變。船舶動(dòng)力裝備包括船舶主機(jī)、傳動(dòng)裝置、監(jiān)控設(shè)備、輔助機(jī)械等多種設(shè)備（機(jī)械、電氣、電子），涉及熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、電子電路等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，以及裝備結(jié)構(gòu)原理、裝備運(yùn)行管理、裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷等多門專業(yè)課程，隨著人工智能技術(shù)的融入，還將涉及到機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互技術(shù)、算法設(shè)計(jì)與分析、數(shù)據(jù)分析與大數(shù)據(jù)挖掘、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用型等多種新技術(shù)和新學(xué)科，高職?？频娜瞬排囵B(yǎng)定位已不能適應(yīng)，職業(yè)技能型人才培養(yǎng)應(yīng)向工程人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。

2）培訓(xùn)專業(yè)升級(jí)，由單一專業(yè)向多專業(yè)融合轉(zhuǎn)變。裝備智能化對(duì)傳統(tǒng)崗位工作任務(wù)的重構(gòu)，要求人才要有跨學(xué)科視野和思維以及多專業(yè)的融合能力，船舶動(dòng)力專業(yè)人員的培訓(xùn)應(yīng)打破傳統(tǒng)的學(xué)科界限，放寬專業(yè)口徑，淡化專業(yè)對(duì)口概念，進(jìn)行專業(yè)重組、課程重構(gòu)，機(jī)、電不同專業(yè)相互之間彼此滲透，以及與信息、電子、計(jì)算機(jī)等跨學(xué)科的研究與教學(xué)，形成寬基礎(chǔ)、寬口徑、模塊化的專業(yè)體系和課程結(jié)構(gòu)，構(gòu)建起多學(xué)科交叉的綜合知識(shí)和技術(shù)結(jié)構(gòu)。

3）培訓(xùn)方法升級(jí)，由傳統(tǒng)教學(xué)向新高職教育教學(xué)轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)階段的船舶動(dòng)力專業(yè)人員培訓(xùn)雖早已走上現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)教育的道路，但或多或少還保留著學(xué)歷教育、學(xué)科教育的痕跡，相對(duì)落后的教學(xué)方法手段和配套教學(xué)訓(xùn)練條件，已不能適應(yīng)當(dāng)前裝備智能化發(fā)展帶來(lái)的多專業(yè)多崗位融合、新知識(shí)新技能增多對(duì)培訓(xùn)的要求。因此，需要廣泛采用項(xiàng)目教學(xué)、情境教學(xué)、模塊化教學(xué)等先進(jìn)職業(yè)教育教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量；通過(guò)使用各種技術(shù)手段（如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、在線課程等）和開展實(shí)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)人員解決問(wèn)題的能力；加快建設(shè)人工智能實(shí)驗(yàn)室、裝備智能控制實(shí)訓(xùn)室、新裝備綜合訓(xùn)練模擬器等訓(xùn)練條件，提升人員的信息化、智能化素養(yǎng)和技能水平。