智能SOMS在某散貨船上的應用

孫 堅

(中國船級社 江陰辦事處，江蘇 江陰 214431)

0 引言

2006年，國際海事組織提出c-Navigation概念，即通過電子信息手段，在船上和岸上收集、綜合和顯示海事信息，實現(xiàn)船—船、船—岸、岸—岸之間信息的相互溝通，以達到船舶安全、經濟航行和環(huán)境保護的最終目標。目前，大多數船舶由于設備自身原因或人為管理因素，導致油耗較大，運營成本較高，在航運市場不夠景氣的情況下缺乏競爭力，難于生存。為了解決上述問題，利用現(xiàn)代化的信息技術手段研發(fā)了船舶智能化運行與維護系統(tǒng)。研究智能船舶運行與維護系統(tǒng)(SOMS)目的是為了保障船舶安全、提高船舶能效，減少設備自身或人為因素造成的安全事故和燃油消耗，提供基于本船自身數據分析的運行維護優(yōu)化方案、降低運營成本，并通過岸海一體服務手段，向用戶提供船舶與公司之間實現(xiàn)無縫信息交流及協(xié)同管理的可能性。本文將SOMS系統(tǒng)應用于某散貨船，對智能船舶節(jié)能降耗的關鍵技術進行了研究。

1 系統(tǒng)組成

SOMS系統(tǒng)是一款針對船舶運行與維護過程的智能信息分析與決策支持系統(tǒng)，由船端和岸端兩部分組成。船端是通過傳感器、數據端口來集成全船的導航系統(tǒng)、輪機設備(包括主機、電站、液位遙測、壓載水、電子海圖、航行數據記錄儀等全船已有的監(jiān)控信息)，以及包括燃油流量、軸功率、主機瞬時轉速、軸振動等SOMS專用信息的，進而形成集成信息運行平臺，并在平臺中統(tǒng)一數據標準，實現(xiàn)信息共享，包括船上系統(tǒng)之間、船岸之間均可通過衛(wèi)星數據通訊進行收發(fā)傳輸。本文闡述某散貨船船端的配置情況。

在本船中，系統(tǒng)除采集導航設備、監(jiān)測報警、主機遙控等信號之外，還包含自帶氣象站、能見度儀、鹽溫計、主機和輔機燃油消耗流量計、軸功率等傳感器。所有外部信號和傳感器信號通過5個數據端口采集進入系統(tǒng)，各數據端口通過6類高速網線與多端口集線器連接，再與系統(tǒng)集成信息運行平臺服務器和顯示計算機連接，并將數據包通過船舶衛(wèi)星通訊與岸端系統(tǒng)集成運行平臺通訊，實現(xiàn)數據的收發(fā)傳輸。

2 系統(tǒng)功能

2.1 智能集成信息平臺

智能集成信息平臺搭建智能船舶基礎架構，主要實現(xiàn)船舶數據多元信息感知、多元信息存儲、數據同步、數據分析加工、報警事件處理、趨勢預測、結構化數據輕量級壓縮與船岸數據交換等技術。集成信息平臺產品滿足一個智能系統(tǒng)所必備的三大要素，即智能感知、智能分析、智能決策。

2.1.1智能感知

SOMS擁有一個集成的信息平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠收集全船設備信息，形成信息集中平臺，并統(tǒng)一數據標準，實現(xiàn)數據存儲。

2.1.2智能分析

SOMS平臺搭載專用數據分析模型庫。目前在SOMS平臺上已形成110多個智能數據分析模型，可搭載支持各項功能的專用模型庫，定義數據關聯(lián)、基準建立、對比分析、優(yōu)化輸出的統(tǒng)一調用流程，將數據來源與功能要求自動匹配，形成SOMS的每一個特色功能(如設備安全預警、燃油消耗優(yōu)化、岸海傳輸壓縮等)，并以數據分析模型的自學習能力，隨航行過程進行自動模型訓練與優(yōu)化(效果通常在投入使用后3～6月逐步見效)。

2.1.3智能決策

SOMS為一個集成平臺+多個定制化應用模式。SOMS有統(tǒng)一的信息平臺與專用模型庫，能像智能手機的“平臺+APPs”模式一樣，滿足船東在船舶運維過程的各項需求，以低成本、快速響應形式提供從船端到岸端的多個定制化應用。

2.2 船舶能效管理

系統(tǒng)基于SOMS信息平臺中主機、輔機和鍋爐等設備的油耗等數據，調用涉及船舶能效分析的專用模型庫，實時分析評估船舶海上航行能源消耗狀態(tài)、設備性能和能源效率狀態(tài)，找到能源消耗方向，并提供船舶航行及設備使用的優(yōu)化方案，旨在將全船的整體能源成本降到最低。

運用SOMS特有的能耗數據分析與優(yōu)化模型，基于自身航行數據，建立能耗基準與優(yōu)化目標，并在航行過程中實時計算分析，結合當前主機轉速、航行環(huán)境、燃油效率因素給出可供微調的轉速優(yōu)化范圍(轉速優(yōu)化工具)，指導船員盡可能降低船舶能耗，并直觀看到降耗效果。

2.2.1能效狀態(tài)評估

能效狀態(tài)評估優(yōu)化主要功能是對于船舶總體航行過程中的能源消耗進行監(jiān)測，并評估消耗是否合理，監(jiān)測重要耗能設備狀態(tài)信息，是對能效參數統(tǒng)一的分析功能。

2.2.2全船耗能設備狀態(tài)監(jiān)控

系統(tǒng)對采集到的船舶重要設備狀態(tài)信息進行分析。重要設備狀態(tài)信息主要包括：主機總體狀態(tài)、發(fā)電機組總體狀態(tài)、鍋爐總體狀態(tài)，以參數曲線形式，全面直觀地顯示出重要設備狀態(tài)信息。

2.2.3綜合轉速優(yōu)化

能效優(yōu)化功能包括綜合優(yōu)化指示儀表展示、轉速優(yōu)化工具功能。該功能為輔助決策功能，幫助船員根據船舶狀態(tài)采用合理的主機轉速，達到降低燃油消耗的目的。

2.2.4能效數據分析管理

船舶能效分析管理功能包括船舶能效監(jiān)測、耗能設備評估、能效分布分析、燃料信息管理功能。

2.2.5ECA監(jiān)控管理

基于全球排放監(jiān)控區(qū)域的劃分，ECA監(jiān)控管理能夠根據當前船舶航向、航速，在距離排放控制區(qū)一定范圍內，進行剩余海里、剩余時間預警，幫助船員及時調整航行。

2.2.6MRV數據報告

按照MRV碳排放監(jiān)測核算/報告/核查體系數據報告要求，系統(tǒng)可提供能效數據的記錄和存儲表格，便于船員提供相應文件資料。

2.3 SOMS健康管理系統(tǒng)

基于船舶運行的真實工況，不報警并不意味著設備一切正常，設備運行中的狀態(tài)變化可能暗示著安全隱患。因此，SOMS健康管理系統(tǒng)特有的實時健康狀態(tài)評價與預警分析工具，可以通過實時對比設備的健康基準模型、結合趨勢預測模型，將發(fā)現(xiàn)的安全隱患(緩變型)及時告訴用戶，并直觀給出問題原因與關鍵變化參數，幫助用戶高效排除安全隱患，使未來期望達到“近零故障”運行目標。本船主要對主機、發(fā)電機組和軸系等重要設備健康狀態(tài)進行評估。

2.3.1主機健康狀態(tài)評估

主機健康狀態(tài)評估提供主機整體性能狀態(tài)評估、主機組成系統(tǒng)及部件報警評估、主機核心部件的健康評估，以及健康異常的決策提醒和維護輔助決策支持建議。

(1)主機整體性能狀態(tài)評估

實時跟蹤分析主機平穩(wěn)運行工況下的主機燃油效率狀態(tài)，針對主機每一個穩(wěn)定轉速下的燃油效率狀態(tài)進行評價，識別異常燃油效率消耗和發(fā)展趨勢，并能夠計算異常狀態(tài)下的額外燃油消耗。

(2)主機組成系統(tǒng)狀態(tài)評估

根據主機實時的運行工況，對主機的附屬系統(tǒng)工作狀態(tài)進行評價，識別滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、淡水冷卻系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)等，主要識別其在使用工況下的性能表現(xiàn)異常和報警信號異常。

(3)主機核心部件健康狀態(tài)評估

對主機核心部件氣缸、軸承、增壓器、空冷器、輔助系統(tǒng)進行針對性的健康狀態(tài)監(jiān)視。健康狀態(tài)監(jiān)視以工況追蹤為牽引，分析每一個工況下的各個健康狀態(tài)表征參數的表現(xiàn)，并識別異常狀態(tài)，提供對于該參數異常的解釋以及關聯(lián)分析。

(4)主機異常及報警事件智能分析與維護輔助決策支持

該功能對監(jiān)測報警系統(tǒng)提供的主機報警事件進行分析，給出引起該報警事件的關聯(lián)數據，并能夠自動匹配機理性知識的維修活動建議，同時支持相似報警案例的快速匹配檢索功能。

2.3.2發(fā)電機組健康狀態(tài)評估

發(fā)電機能效趨勢評估是對發(fā)電機能效參數實時數據趨勢走向的展示，以及實時數據和基線數據對比情況的分析、不同參數實時數據走向的對比分析，并通過趨勢曲線的方式展示，同時可展示能效參數的實時數據和合理區(qū)間。

(1)發(fā)電機組整體性能狀態(tài)評估

針對發(fā)電機組的柴油機與發(fā)電機部分，結合輸出的功率和燃油消耗及狀態(tài)監(jiān)測參數，SOMS健康管理系統(tǒng)能夠實時給出整體健康狀態(tài)評價并對健康異常偏移進行提示。

(2)發(fā)電機核心部件健康狀態(tài)評估

按照發(fā)電機序號分別進行柴油機和發(fā)電機健康狀態(tài)的評估監(jiān)控。對于單臺發(fā)電機組，SOMS健康管理系統(tǒng)提供對應工況下的柴油機部分健康狀態(tài)評估(對氣缸狀態(tài)、增壓器、滑油供給、燃油供給系統(tǒng)整體狀態(tài)的評估)。

2.3.3鍋爐健康狀態(tài)評估

針對船舶的燃油鍋爐和廢氣鍋爐進行整體運行狀態(tài)評價，并提供鍋爐能效狀態(tài)評價、鍋爐燃油消耗以及趨勢、鍋爐主要報警狀態(tài)、鍋爐主要參數的健康態(tài)勢評價等。

2.3.4軸系健康狀態(tài)評估

軸系健康狀態(tài)評估通過對振動、溫度、滑油液位的監(jiān)測，評估船舶軸系整體狀態(tài)、軸承狀態(tài)。基于振動的軸系健康狀態(tài)評估以振動數據特征值進行分析后的評估，同時結合追蹤軸承溫度、滑油液位變化以確保船舶軸系安全性。

2.3.5輔助設備健康狀態(tài)評估

對于重要輔助設備，如空壓機、泵組、風機等，結合監(jiān)測數據和振動分析進行健康狀態(tài)評估，實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的掌握。

2.3.6健康狀態(tài)分析工具

(1)經濟性分析工具

經濟性分析工具提供一段時間內設備(主機、發(fā)電機、鍋爐)運行經濟的評價，包括當前穩(wěn)定狀態(tài)下的燃油效率等經濟曲線以及偏離正常區(qū)間程度。

(2)氣缸壓力分析工具

氣缸壓力分析工具結合在線轉速數據以及離線設備采集并上傳的氣缸壓力數據，開展相應的數據分析和曲線再現(xiàn)。

(3)部件衰退分析工具

部件衰退分析工具提供了針對設備運行狀態(tài)下的各個工況以及核心主要部件表現(xiàn)的性能衰退分析方法。使用者可以統(tǒng)計并查看指定時間區(qū)域內設備運行工況分布情況，為分析不同工況下設備核心部件的衰退情況以及性能變化情況提供數據基礎。

(4)振動分析工具

振動數據采集分析工具是對振動數據分析的專用分析工具，具有振動類的特征分析功能和離線的機艙重要設備振動監(jiān)測分析功能。

(5)油液分析工具

油液分析工具分析船舶機械設備使用油液的物理、化學性能以及油液中所含磨屑雜物等。

(6)設備運行分析工具

設備運行分析工具主要從設備使用維度方面和設備使用的強度和頻度方面進行統(tǒng)計。

(7)設備報警分布分析工具

設備報警分布分析工具主要分析設備的報警信號數據。通過全船分布的設備與系統(tǒng)的鏈接線圖關系，直觀展示報警發(fā)生的態(tài)勢以及集中程度，同時進行事件的發(fā)生頻率統(tǒng)計，從中找到頻發(fā)事件。

2.3.7健康事件處理

(1)預警事件分析管理

預警事件分析管理是從全船設備和部件的狀態(tài)監(jiān)測為出發(fā)點，提供對預警事件的處理機制。根據輔助指導提示、運行狀態(tài)曲線、預警參數趨勢曲線、固定參數趨勢曲線，對運行狀態(tài)異常預警做出決策以及狀態(tài)分析。

(2)報警事件分析管理

報警事件分析管理是從全船設備和部件的狀態(tài)監(jiān)測為出發(fā)點，提供對報警事件的處理機制。根據輔助指導提示、運行狀態(tài)曲線、報警參數趨勢曲線、固定參數趨勢曲線，對運行狀態(tài)異常報警做出決策以及狀態(tài)分析。

3 結語

綜上所述，不難看出智能SOMS系統(tǒng)能帶來更好的節(jié)能效果。可以預見，隨著船舶航行大數據的不斷累積，智能專業(yè)模型將不斷擴展，船東可根據需要定制相應的服務模型。相應的專業(yè)模型將為船員提供科學決策支持，提升航行經濟效益，減少船員工作量，降低維保成本。