智能船舶先行者

本刊記者 楊培舉

CCS《智能船舶規(guī)范》的出臺，是CCS技術能力的體現(xiàn)，它的出臺填補了國際海事界在智能船舶方面沒有規(guī)范標準的歷史，將引領智能船舶向著規(guī)范化、標準化方向發(fā)展。

近年來，“智能船舶”是業(yè)界的熱門關鍵詞之一，深受業(yè)界關注。最近，甚至有研究機構放言，幾年之后無人船可能就會面世。然而，有一個現(xiàn)實問題橫亙在業(yè)界面前，即當前尚無引領和指導“智能船舶”發(fā)展的《智能船舶規(guī)范》，這對行業(yè)發(fā)展極為不利。2015年12月1日，在上海舉辦的第18屆中國國際海事會展期間，業(yè)界終于聽到了一個期盼已久的重大消息。這一天，中國船級社（CCS）高調(diào)向業(yè)界發(fā)布了全球首部《智能船舶規(guī)范》。

“全球首部”意義非凡

今年在上海舉辦的中國國際海事會展，給業(yè)界留下的印象是，雖然航運業(yè)和船舶工業(yè)正處于市場寒冬期，但“智能船舶”還是帶來了一抹新綠，尤其是CCS在今年展會期間的高調(diào)亮相，讓業(yè)界更加深了這種印象。CCS在發(fā)布全球首部《智能船舶規(guī)范》的同時，還舉辦了新技術發(fā)布研討會，介紹了CCS在智能船舶、新船型技術、航運與造船業(yè)熱點問題及CCS解決方案等幾個方面的最新成果，此舉充分展示了CCS在船舶規(guī)范標準領域正由昔日跟隨者的角色逐漸向引領者過渡。

CCS《智能船舶規(guī)范》的橫空出世，讓業(yè)界震驚。但對CCS而言，其驚艷亮相的背后，與其之前的未雨綢繆密不可分，是多年在智能領域不斷積淀的結果。為了更好地助力中國航運業(yè)和船舶工業(yè)的智能化發(fā)展，CCS近幾年在“智能船舶”研究領域不斷加大研發(fā)力度，相繼啟動開展了智能化船舶相關設計指標、規(guī)范標準、驗證模式及相關數(shù)據(jù)庫與應用平臺的研究開發(fā)工作，指導相關設計并提供相關驗證手段；同時，還開展了以三維船體維護保養(yǎng)體系和機械設備維護保養(yǎng)體系為基礎的船舶全生命周期在線監(jiān)控及船岸一體化研究工作；完成了與智能船舶相關的智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物控制、智能船舶信息管理等方面的規(guī)范研究等一系列工作，努力為智能船舶的發(fā)展做好技術儲備。通過近幾年的科研和實踐，CCS在智能船舶領域已積累了大量的實船數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，并完成了多項研究成果。比如，船舶能效管理系統(tǒng)、船體結構健康管理系統(tǒng)、船體結構建造監(jiān)控系統(tǒng)、船舶建造質量管理系統(tǒng)、船員培訓系等，都收到了良好的效果。

另外，對于業(yè)界普遍關注的智能船舶的安全問題，CCS更是很早就啟動了相應的研究工作。多年來，CCS一直致力于智能船舶及安全系統(tǒng)的研究，注重船舶智能系統(tǒng)和船用軟件的研究、開發(fā)、驗證以及測試等。早在1999年CCS就發(fā)布了《綜合安全評估應用指南》。2013年CCS上海分社啟動《船用計算機控制和報警系統(tǒng)軟件評估研究》，該項目的立項，使CCS在船用控制系統(tǒng)軟件評估領域邁出了重要一步。2015年，CCS又發(fā)布《船用軟件安全及可靠性評估指南》，該指南于2015年7月1日起已生效。

CCS副總裁孫峰表示，CCS《智能船舶規(guī)范》的出臺，是CCS技術能力的體現(xiàn)，它的出臺填補了國際海事界在智能船舶方面沒有規(guī)范標準的空白，將引領智能船舶向著規(guī)范化、標準化方向發(fā)展。

為智能船舶發(fā)展導航

近年來，雖然航運界和船舶工業(yè)界對于智能船舶一直都很關注，但在CCS沒有發(fā)布《智能船舶規(guī)范》之前，對于智能船舶如何定義，因涉及新技術的運用，企業(yè)和研究機構的理解不盡相同，因此，業(yè)界希望能夠有權威機構對智能船舶有一個基本的定義，能夠給行業(yè)未來發(fā)展做出指引。可以說，CCS發(fā)布全球首部《智能船舶規(guī)范》，為全球船舶智能化的發(fā)展奠定了一個良好的基礎。

《智能船舶規(guī)范》是基于CCS近年來的科技研究成果，并充分考慮了國內(nèi)外有關智能船舶的應用經(jīng)驗和未來船舶智能化的發(fā)展方向編制而成。根據(jù)CCS發(fā)布的《智能船舶規(guī)范》中定義：“智能船舶指利用傳感器、通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計算機技術、自動控制技術和大數(shù)據(jù)處理和分析技術，在船舶航行、管理、維護保養(yǎng)、貨物運輸?shù)确矫鎸崿F(xiàn)智能化運行的船舶，以使船舶更加安全、更加環(huán)保、更加經(jīng)濟和更加可靠。智能船舶的功能分為智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺。”從CCS發(fā)布的《智能船舶規(guī)范》來看，其體系由智能航行、智能船體、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理和智能集成平臺六大功能組成。智能化程度上，分別從船舶數(shù)據(jù)感知、分析、評估、診斷、預測、決策支持、自主響應實施等方面，對應不同的智能功能提出相應要求。智能船舶規(guī)范主要內(nèi)容包括：（1）智能船舶的目的、應用范圍；（2）智能船舶的定義、目標和功能要求；（3）新技術的應用原則；（4）計算機系統(tǒng)和軟件開發(fā)要求；（5）智能船舶附加標志及功能標志：i-Ship(Nx，Hx，Mx，Ex，Cx，Ix)；（6）智能船舶各智能功能的一般要求、功能要求、技術要求、檢驗要求及人員要求。

據(jù)CCS專家介紹，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是計算機技術、人工智能技術、模糊數(shù)學理論以及神經(jīng)網(wǎng)絡等技術的發(fā)展，為工業(yè)領域的自動化和智能化的發(fā)展提供了新的契機。縱觀全球航運領域，智能化產(chǎn)品正不斷涌現(xiàn)，無人值班機艙、電子海圖顯示系統(tǒng)、船舶自識別系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)以及陸續(xù)投入使用的自動舵、避碰決策支持等技術。船舶的營運環(huán)境比較復雜，通訊條件較特殊，加之船體結構和機器設備本身的復雜性等行業(yè)特點，決定了無人駕駛船舶乃至智能船舶的研發(fā)存在相應的技術難度。但是，隨著近年來船岸網(wǎng)絡帶寬提高、資費成本降低，結合業(yè)界對人員、成本、安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟性等方面的迫切需求，智能船舶已成為未來行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

但是，這位專家也指出，智能船舶的發(fā)展不是一蹴而就，而是一個循序漸進的過程。通過CCS多年來的跟蹤、研究，他們認為智能船舶從發(fā)展路徑上來看，按照從設備到系統(tǒng)、從船基到岸基，它可大體分為四個發(fā)展階段：第一階段是具有感知能力的船舶，通過一定數(shù)量的傳感器獲得相應的信號和設備運行的信息。感知系統(tǒng)是智能船舶獲取內(nèi)外部信息的基本途徑，在線監(jiān)控是對設備運行最基礎的數(shù)據(jù)獲取手段，船舶物聯(lián)網(wǎng)和多傳感器數(shù)據(jù)融合將是智能船舶發(fā)展的基礎技術。第二階段是具有輔助人工決策能力的船舶。它是基于前一階段船舶設備傳感器獲得的設備運行信息，進行設備實時狀態(tài)監(jiān)控，利用工業(yè)數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)仿真等技術方法，構建船舶設備診斷決策知識庫，快速識別故障源，并依據(jù)設備參數(shù)的挖掘與智能信息匹配，進行設備維修輔助決策，實現(xiàn)設備狀況的健康評估診斷及預測、綜合狀態(tài)分析、遠程診斷支持等一系列活動，并為維護工作提供智能決策，目前CCS在船體結構全生命周期管理、船舶最佳縱傾優(yōu)化決策等方面的研究體現(xiàn)了智能船舶第二階段的特點。第三階段是具有自主決策能力的船舶。在這一階段，船舶信息處理中心在收集各個設備的信息并進行處理后，采用知識工程的理論，對船舶航行、機艙設備、貨物、能效管理問題進行知識獲取和知識表示，建立智能的數(shù)學模型并用算法進行優(yōu)化，完成知識推理過程，經(jīng)智能判斷后，系統(tǒng)給出建議和決策，并自動實施人工監(jiān)督。第四階段是基于遠程岸基支持下自主運行船舶。基于岸基控制的船舶遠程控制和分析系統(tǒng)應包括船基和岸基兩大組成部分，其中在船基部分逐步形成感知、評估、預測、優(yōu)化、控制、管理、遠程支持等能力甚至實現(xiàn)無人操控、自組織、自重構的“會思考”的智能船舶。岸基控制中心可以通過對船舶設備健康狀態(tài)的實時監(jiān)控和趨勢預測，提前制定維修計劃，預先調(diào)配船舶備件至預定港口。同時，遠程控制技術將會提高航運整體計劃的效率，優(yōu)化船舶靠港時間貨物裝卸流程，降低航運企業(yè)的成本。

CCS專家向記者表示，智能船舶這四個階段每個階段都有其鮮明的特征，涉及的技術以及領域眾多，面對的問題和需要解決的技術也不盡相同，因此多年來，CCS在智能船舶領域的科研投入非常大，旨在為航運界、造船界以及相關產(chǎn)業(yè)在未來的船舶智能化發(fā)展提供更有力的技術支撐，近年來國內(nèi)信息化和互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展非常快，整個創(chuàng)新環(huán)境和產(chǎn)業(yè)基礎都非常有利于智能船舶的發(fā)展，可以說，中國在智能船舶領域是機會的。

從應對到引領

據(jù)CCS專家介紹，在國外，特別是歐洲、美國已率先在智能船舶領域展開研究，與此同時一些船業(yè)巨頭甚至樂觀預測：在不久的將來，發(fā)展成熟的“幽靈船”技術將改寫全球遠洋運輸?shù)拿婷病Ｃ绹＼娬跍y試有關“無人駕駛船舶”方面的新技術，搭載這些新技術的船舶除了能夠在無人直接干預的情況下機動保護友船，甚至還能夠群起而攻擊敵方目標。勞斯萊斯公司公布了一項用遙控無人駕駛貨船取代傳統(tǒng)貨船的大膽計劃，借助該公司正在挪威研制的一種“虛擬平臺”，船長可以在世界的任何地方遙控這些船舶。GTT所設計的薄膜式LNG加氣駁船已獲美國船級社（ABS）的原則性批準。英國制造的一艘代號為“MARS”的無人駕駛船舶，將計劃在2020年橫跨大西洋，紀念“五月花”號輪船首次登陸北美大陸400周年。在亞洲，兩個超級造船大國，韓國和日本更是暗暗發(fā)力，欲借智能船舶提升自己的競爭力。

面對國際海事界在智能化領域展開的競爭，中國早已有了緊急行動。近些年國內(nèi)信息化和互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，為工業(yè)界在智能化領域的發(fā)展夯實了根基，尤其是“中國制造2025”戰(zhàn)略和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃的提出，更是加速了中國工業(yè)智能化的進程。在這種背景下，中國船舶智能化發(fā)展也迎來了前所未有的契機，為中國造船業(yè)實現(xiàn)從“量”到“質”的轉變創(chuàng)造了機遇。為此，工信部、交通運輸部以及行業(yè)協(xié)會、學會、CCS、相關企業(yè)等紛紛加大對智能船舶的支持和研發(fā)力度。現(xiàn)階段國內(nèi)大型航運企業(yè)、造船企業(yè)、產(chǎn)品配套企業(yè)、CCS等方面已經(jīng)注意到智能船舶技術對于未來航運發(fā)展的重要性，并展開了對智能船舶的研究與探索。其中，中船集團黨組書記、董事長董強曾專門作出批示，要求集團與CCS聯(lián)合研發(fā)智能船舶。同時，該集團還調(diào)動系統(tǒng)內(nèi)部大量資源，研究開發(fā)智能船舶，中國遠洋（運輸）集團、招商局能源運輸股份有限公司等航運巨頭已加入中國船舶工業(yè)集團的工業(yè)4.0聯(lián)盟。中海集運、中海網(wǎng)絡與阿里巴巴簽署合作協(xié)議，著力構建全球領先的電子商務綜合物流信息服務平臺。可以說，目前國內(nèi)在智能船舶領域，大家已經(jīng)達成了共識，認識到目前航運業(yè)、造船業(yè)以及相關產(chǎn)業(yè)走出困境的唯一出路，就是技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級。新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命將為中國船舶工業(yè)創(chuàng)造機遇，將推動船舶制造向設計智能化、產(chǎn)品智能化、管理精細化和信息集成化等方向發(fā)展，智能制造、智能船廠將成為世界造船強國發(fā)展的新趨勢。

據(jù)CCS專家介紹，目前國際上對于智能船舶基本還停留在概念和討論階段，CCS之所以能率先發(fā)布全球首部《智能船舶規(guī)范》，是與CCS早先布局智能船舶的研發(fā)密不可分。近年來，CCS承擔和參與了工信部、交通運輸部等政府主管部門委托的多項重大課題和任務，同時與業(yè)界也展開了廣泛的合作，通過大量的課題研究和合作，CCS的綜合技術能力得到迅速提升。可以說，多年來，在國際船舶標準規(guī)范的制定上，中國長期處于跟隨和應對的被動地位，但經(jīng)過了幾十年的厚積薄發(fā)，在今天的智能船舶領域，終于迎來彎道超車的機會。

CCS副總裁孫峰表示，CCS在智能領域的研發(fā)有長期的戰(zhàn)略規(guī)劃，發(fā)布全球首部《智能船舶規(guī)范》只是一個開始，在國內(nèi)，未來CCS將繼續(xù)與業(yè)界密切合作，加快船舶智能化相關技術的研究和應用推廣，為航運業(yè)和造船業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供強勁動力。考慮到智能船舶技術在不斷發(fā)展變化，智能船舶規(guī)范作為一種開放式規(guī)范，將與國際上智能船舶技術的發(fā)展和應用同步，不斷納入新的應用成果，完善和細化已有的技術要求。同時，未來CCS還將建立起與國際標準化組織長期合作機制，充分利用國際標準化組織的影響力，加快智能船舶的標準化工作，力爭把中國在智能化領域所取得的成果奉獻給全球海事界，讓越來越多的中國標準變?yōu)槭澜鐦藴省?/p>

化挑戰(zhàn)為機遇

孫峰向記者強調(diào)，CCS能夠率先發(fā)布全球首部《智能船舶規(guī)范》，不僅是CCS自身技術能力的體現(xiàn)，同時也是國內(nèi)船舶工業(yè)界共同努力、協(xié)同創(chuàng)新的結果。從國家未來的發(fā)展政策、理念，以及當前國內(nèi)工業(yè)界在智能化領域積累的技術積淀來看，中國船舶工業(yè)正迎來一次彎道超車的大好契機，而智能船舶就是很好的突破口。

在強調(diào)機遇的同時，孫峰還指出，智能化船舶的發(fā)展，將為航運業(yè)滿足社會性需求和經(jīng)濟性需求提供可靠保障，同時也將極大地改變航運業(yè)和造船業(yè)現(xiàn)有的行業(yè)生態(tài)和運營模式。因此，國內(nèi)業(yè)界在期待智能化船舶到來的同時，也需要對它給行業(yè)所帶來的深刻變革給予足夠重視。多年來，CCS在這方面也一直給予了持續(xù)關注和研究，從目前的情況來看，智能船舶的信息采集和分析手段的可靠性，管理模式與規(guī)范、法規(guī)的矛盾，以及信息安全方面，需要業(yè)界給予更多關注和研究。

在信息采集和分析手段的可靠性方面，需要研究和突破的地方還有很多。首先，當前信息融合系統(tǒng)應用的環(huán)境比較復雜，在信息的獲取、處理、描述和融合過程中存在許多不確定因素，從而導致了最終的融合結果與真實情形有很大差別。在許多應用場合，如機動目標跟蹤、船舶自主導航等，對多源信息融合系統(tǒng)的融合精度提出了更高的要求。其次，故障診斷本身是一門涉及信息檢測技術、信號處理技術、計算機應用技術、自動控制理論、模式識別理論、機械工程學和人工智能等多學科綜合的新興邊緣學科，目前業(yè)界對非線性系統(tǒng)缺乏一般性的控制器綜合方法，非線性系統(tǒng)的故障檢測與診斷問題還沒有得到完全解決，非線性時滯系統(tǒng)的容錯控制能力還非常差，高維、時變多變量系統(tǒng)的完整性控制問題還有待提高，這些問題都是制約智能船舶發(fā)展的重要制約因素。再次，雖然當前數(shù)據(jù)挖掘技術的研究與應用已取得了很大的成果，然而還面臨著許多問題，比如，各種數(shù)據(jù)挖掘問題及挖掘方法基于不同的模型和技術，彼此互相孤立，聯(lián)系很少；數(shù)據(jù)挖掘處理高維數(shù)據(jù)的能力有待提高；數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)僅提供孤立的知識發(fā)現(xiàn)功能，難于嵌入大型應用；數(shù)據(jù)挖掘中的具體算法在解決具體問題時還需完善。另外，基于不同平臺、不同應用或不同開發(fā)主體開發(fā)的各種智能化設備，可能存在技術標準輸入上的差異，不同智能化應用系統(tǒng)之間如何做到準確、穩(wěn)定、兼容、協(xié)調(diào)和標準統(tǒng)一，也是亟待解決的問題。

管理模式與規(guī)范、法規(guī)的矛盾亟待破解。船舶智能化將對現(xiàn)有勞工關系、運營管理模式產(chǎn)生影響，而船員管理制度、管理模式的改變，有可能導致與現(xiàn)有公約、規(guī)則要求相沖突，需要及時開展對相關公約、規(guī)則進行修訂的前期研究工作；盡管提升價值鏈效率所需的眾多系統(tǒng)技術和解決方案均已問世，但由于利益相關者數(shù)量龐大，傳統(tǒng)系統(tǒng)依然在使用，故價值鏈各主體不愿放棄現(xiàn)有慣例，導致全面推行阻礙重重。從監(jiān)管的角度看，行業(yè)似乎并沒有涉及全面的數(shù)字革命。通過聯(lián)合利益相關者的努力將有可能達成協(xié)議，另外需要IACS和IMO設立專家委員會（小組）為技術發(fā)展提供立法支持。同時，為使無人船能夠在世界海域上航行，相關國際法和成員國的法律也亟需修訂。

船舶涉及的系統(tǒng)眾多，隨著智能技術在航運業(yè)的推廣，會出現(xiàn)許多不確定因素，從而帶來系列安全性問題。而信息安全將是未來智能船舶安全工作的重中之重。智能船舶依托于網(wǎng)絡的完善，而網(wǎng)絡的完善和可靠地運行很大程度取決于通訊，所以在船舶內(nèi)部設備間的通訊以及船舶與船舶、船舶與岸基之間通訊的安全性顯得尤為重要。怎樣避免網(wǎng)絡病毒，避免惡意入侵和竄改數(shù)據(jù)，為未來船舶安全防范的重要一項工作，因此，在未來的智能船舶和無人駕駛船舶研發(fā)過程中，應該提出相關的要求，包括通訊數(shù)據(jù)的完整性、通訊配置和設備授權驗證、信息和加密以及安全保密管理等方面。

毫無疑問，隨著船舶智能化程度越來越高，它給整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來的影響也會越來越大，涉及的范圍也會越來越廣泛，其中會涉及到技術、規(guī)則、安全、節(jié)能減排、法律法規(guī)、成本控制、人才結構、社會其他問題等等。對此，孫峰認為，國內(nèi)業(yè)界需要有一個更加積極的心態(tài)去看待這個問題，近幾年中國業(yè)界通過不斷地攜手合作、協(xié)同創(chuàng)新，在船舶智能化發(fā)展上取得了很好的成效，中國有能力做得更好。可以說，未來船舶工業(yè)的發(fā)展，智能無限、空間無限。因此，業(yè)界應采取積極行動，為迎接船舶智能化時代的到來做好準備。而對于CCS而言，未來將繼續(xù)加大對智能船舶的投入，以提升自己的技術能力和服務水平，為智能船舶的發(fā)展提供強勁動力。