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技术引领,智能船舶发展路在脚下

来源:中国船舶报  2019-10-10  我要评论  

导读:

近十年来,智能船舶的研发建造从空白领域到如今已在全球掀起了一阵热潮,世界各主要造船国家纷纷开始研发智能应用平台、自主航行系统、远程控制系统以及具备相关功能的智能船舶。在这样的背景下,我国船舶工业和航运业也在智能船舶领域开启了有益探索,形成一定的技术积累和产业基础。
近十年来,智能船舶的研发建造从空白领域到如今已在全球掀起了一阵热潮,世界各主要造船国家纷纷开始研发智能应用平台、自主航行系统、远程控制系统以及具备相关功能的智能船舶。在这样的背景下,我国船舶工业和航运业也在智能船舶领域开启了有益探索,形成一定的技术积累和产业基础。
鲁迅先生曾说:“希望是本无所谓有,无所谓无的。这正如地上的路,其实地上本没有路,走的人多了,也便成了路。”智能船舶的发展也是如此。
  很多人都知道智能船舶由某一家船厂建造,但很少有人知道或记得,我国目前交付的4艘智能船舶都是出自这家设计院所——中国船舶工业集团有限公司所属上海船舶研究设计院。8月28日,全球第二艘30.8万吨超大型智能油船(VLCC)“新海遼”号交付,意味着我国“智能船舶1.0研发专项”收官。在上海船院和众多参研单位的共同努力下,我国在发展智能船舶方面逐渐走出了一条路。
  

  缘起:专项带头人
  近年来,智能船舶的研发已在全球掀起一阵热潮。世界各主要造船国家纷纷开始研发智能应用平台、自主航行系统、远程控制系统以及具备相关功能的智能船舶。而在这时,我国智能船舶在技术研发与市场应用等方面都处于初级阶段。
  “智能船舶是船舶未来的发展方向,海事业走向数字化和智能化是不可逆转的趋势,这也是当前日韩欧洲竞相研发智能船舶的动机。数字化将使海事业各方通过数据联系在一起,将许多复杂的问题简单化。智能技术将提升海事业创造价值的能力,能够将看不见的成本显性化并降低,提高产品和服务的水平,催生新的价值点和模式,进而推动海事业进入全新的发展维度。”上海船院智能船项目部主任李鑫说:“我国现在已经是世界造船大国,但还不是造船强国,与世界先进造船国家相比仍存在差距。我们要抓住智能船舶这个技术革命契机,努力赶超。”
  正是基于这样的理念,上海船院开启了智能船舶的相关课题研究。不过,对于这样一种新生事物,从何入手?如何下手?在智能船舶设计、建造、系统研发均无先例可言的情况下,作为智能船舶的总设计单位,上海船院需要通盘考虑船舶整体的安全性、经济性,尤其是智能技术应用上船后,要保证智能船舶的安全性至少不低于常规船舶。智能技术对安全的影响,主要体现在系统架构、网络安全、系统安全、操作安全、人为因素等方面。这些都是常规船舶涉及不到的问题,成为了摆在上海船院面前需要解决的难题。
  2016年,由上海船院牵头申报的“智能船舶1.0研发专项”正式立项。在项目中,招商局能源运输股份有限公司作为船东公司在中船集团所属上海外高桥造船有限公司和大连船舶重工集团有限公司分别下单订造2艘智能船舶,上海船院负责总体设计、全船智能系统设计以及网络平台研制,中船集团所属中国船舶工业系统工程研究院会同招商局能源运输股份有限公司、北京海兰信数据科技股份有限公司、上海船舶运输科学研究所、中国船级社(CCS)、哈尔滨工程大学等单位也努力发挥各自优势,全力推进相关工作。
  其中,上海船院主要从技术引领、专项牵头和技术总负责、总体及全船智能系统设计、网络平台研制及总体联调等方面发挥作用、统筹协调。
  在技术引领方面,上海船院通过长期研究,提出“智能船舶发展三段论(辅助决策、部分自主、完全自主)”,在技术上提出“智能船舶智能化分级”,即辅助决策、部分自主、条件自主、高度自主、完全自主。从船舶总体的角度,该院研究了每个技术分级的船舶总体目标和特征,提出全船各系统技术要求和实现路径,并对核心系统进行了研发。
  在专项总牵头、技术总负责方面,上海船院根据专项总目标,细化分解各子课题目标、内容和成果,并制定详细工作计划,确定里程碑节点,各项工作落实到单位。在技术上,根据总目标,分解并明确各子课题技术目标、关键技术和指标,确定技术路径和解决方案。实施过程中,该院和各子课题负责单位一起,解决工作中和技术上的问题,共同努力,推进专项各项工作稳步开展。“截至今日,已完成专项各智能系统研制,4艘示范船全部交付。”李鑫补充说。
  在实施层面,上海船院负责超大型矿砂船(VLOC)示范船的总体设计和全船智能系统设计、VLCC示范船的全船智能系统设计,并为4艘示范船研制网络平台系统。在全船智能系统设计过程中,上海船院从全船角度,综合考虑船舶整体安全性、经济性和操作合理性,将常规系统和智能系统融合设计,减少了大量不必要的配置,使全船系统更加优化,并以此研制了网络平台系统,实现了全船智能系统及应用的统一数据采集、传输、分发和管理;同步开发的通信协议约定了统一的数据格式和交换方式,能够实现低延时和高扩展,为将来实现自主控制打下基础。目前,该通信协议已被国际标准化组织(ISO)列为新标准预工作项目。
  作为专项总牵头单位,为确保各智能系统满足专项目标和总体要求,上海船院组织开展了专项总体联调。2018年年初,上海船院在本单位完成了联调环境的搭建。2018年6月至8月,该院组织来自本单位、系统工程研究院、海兰信、上海船舶运输科学研究所、哈工程大、华为、赛尔尼柯等单位约1000人次的技术人员参与联调,成功完成11个大项、120个小项的测试,定位并解决了各智能系统自身软硬件以及系统间交互的问题,确保系统上船前无重大技术问题和缺陷。在总体联调的基础上,上海船院在示范船系泊及航行试验中,联合各参研单位,组织开展了相应的智能系统测试。以首艘示范船“明远”号为例,共完成系泊试验26个大项、150个小项,航行试验15个大项、40个小项的工作,整个系泊及航行试验非常顺利。李鑫介绍说:“回顾整个过程,总体联调提前解决了重大技术问题,缩短了码头周期和试航时间,其作用是巨大的,这也为今后智能船舶的设计及建造提供了行之有效的方法和路径。”
  路径:三段论与未来
  回顾智能船舶的发展,梳理发现大致分为两种思路。第一种是以电子信息、人工智能研究机构为主体推动的船舶智能化;第二种是传统船舶设计制造企业提出的智能船舶。前者是针对常规船舶加装信息感知、决策设备,从而实现船舶设备互通互联、综合能效管控、设备健康管理、辅助驾驶等功能,通过船舶信息化提升船舶经济性、安全性、环保性;后者是以船舶外型创新、设备系统重构、信息流程再造及人工智能技术为手段开发的新一代船舶,实现船舶安全性、经济性、环保性巨大提升。
  “两种发展思路其实是智能船舶发展的两个阶段。”据一位从事智能船舶研发的内部人士介绍。在第一阶段,船舶智能化主要打通船舶设备之间的信息孤岛,建立统一的网络信息平台,实现全船设备信息互联互通;同步增加传感器,获取船舶设备营运参数,在此基础上,通过数据分析决策,提升现有船舶运行效率和降低全寿期营运成本。在第二阶段,智能船舶以第一阶段船舶及设备系统运行数据为基础,以满足未来智能航运对安全性、经济性、环保性的最新跨代要求为目标,研究新的船舶总体布置和系统构成,将原有的船舶总体、结构、电气、舾装、轮机等专业重构为船舶总体、导航系统、动力能源系统、锚系泊系统、任务系统、安全保障系统等六大系统,依托船舶航行大数据和人工智能技术,构建更加耦合集成的船舶设计建造操作流程,实现设计制造闭环,满足商业航运对船舶的根本要求。
  与该人士的观点类似,上海船院也认为智能船舶的发展不是一蹴而就的,是分阶段逐层推进的。为此,该院于2015年提出了“智能船舶发展三段论”,即智能船舶将经历辅助决策,到部分自主,最后到完全自主的发展阶段。具体来看,到2019年进入智能船舶1.0时代,船舶及岸基实现数字化,通过智能应用,船舶具备辅助决策的功能,岸基能够实现数字化营运;到2025年进入智能船舶2.0时代,船舶将具备部分自主的功能,船员负荷减轻,船员数量降低,岸基具备远程操作的能力,并实现船东、海事、船检、物流、港口等各方的互联互通,海事业数字化生态初步形成;到2035年进入智能船舶3.0时代,届时船舶具备完全自主功能,船员可在船端或岸端对其进行监管,海事业数字化生态健全发展。
  值得一提的是,上海船院提出的“三段论”只是在技术层面的设想。一方面,技术上的实现不等于商业上的推广,另一方面,技术研究往往具有超前性,市场的推广需要新技术的工程化落地和商业可行性。“例如,智能船和无人船就是两个不同维度的概念,智能船是从技术角度可以实现自主的船舶,而无人船是由公约、法律、船东管理等方面决定的,也就是说,从技术角度而言船舶可实现无人驾驶,但实际上是否无人开船还牵涉到法规、法律、社会等问题。”李鑫说。
  此外,上述三个阶段并非相互割裂,而是不断递进和优化的。1.0作为辅助决策阶段,虽然不会对船舶本身有大的改变,但却是后续2.0和3.0时代的基础。因此,在上海船院眼中,1.0是非常关键的,会直接影响业界对智能船舶的信心和耐心。从长远来说,具备辅助决策的船舶将是未来智能船舶的主流,将与部分自主、完全自主、远程遥控等船舶共存。对于航运业来说,数字化营运将是未来的主要方向。
  罗马并非一天建成,智能船舶的研制与应用也一样。目前来看,智能水平仍待进一步提高,船载设备安全性与可靠性仍待进一步验证,需在全球海域航行的智能船舶,仍面临着各个国家政策、法律、标准等不统一的问题。今年9月12日,工业和信息化部发布了《智能船舶标准体系建设指南(征求意见稿)》,明确了智能船舶标准体系建设的原则、范围、方向和重点等,以进一步落实《智能船舶发展行动计划(2019~2021年)》,引领智能航运等产业发展。因此,除关注本土智能船舶设计建造外,我国智能船舶研制单位还需借助这些契机,充分研究智能船舶发展路径和未来趋势,深入开展相关标准研究工作,为国内标准研制及建立各国认可的国际标准贡献中国智慧。
  来源:中国船舶报   陈璐

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