智能管控技術(shù)在船舶輔機(jī)上的應(yīng)用

賈廣付

摘 要

智能管控技術(shù)在船舶輔機(jī)上的應(yīng)用可以有效提高船舶的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，并可以降低船舶能耗。明確發(fā)展方向并制定相應(yīng)的措施才能促進(jìn)智能管控技術(shù)在船舶輔機(jī)上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞

智能管控;船舶;輔機(jī)

中圖分類號(hào)： U671 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.003

船舶輔機(jī)是船舶的重要設(shè)備，其設(shè)備極其龐大，涉及機(jī)電技術(shù)眾多。通過(guò)對(duì)船舶輔機(jī)智能管控應(yīng)用的研究，有助于提高船舶設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，降低船舶能源的消耗。

1 船舶輔機(jī)智能管控的意義

1.1 提高船舶的安全性

船舶的安全性直接取決于船舶設(shè)備的可靠性。在海上航行時(shí)，如果發(fā)生了安全事故，將給航運(yùn)企業(yè)帶來(lái)巨大的損失。根據(jù)某航運(yùn)企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)計(jì)，其船隊(duì)輔機(jī)設(shè)備人為安全事故高達(dá)75%。通過(guò)輔機(jī)智能管控系統(tǒng)替代或者輔助船員進(jìn)行船舶輔機(jī)的操作，能夠有效地降低船舶輔機(jī)事故的發(fā)生率。輔機(jī)智能管控系統(tǒng)可以在某些操作上完全替代船員操作，避免了因人員失誤引起事故的發(fā)生。同時(shí)，當(dāng)人工進(jìn)行操作時(shí)，智能管控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)有無(wú)發(fā)生危險(xiǎn)的可能，并根據(jù)情況進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警。同時(shí)，在如密閉艙室，高空作業(yè)等危險(xiǎn)區(qū)域可以利用遠(yuǎn)程操控技術(shù)來(lái)保證人員安全。輔機(jī)智能管控系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效提高操作的安全性，保護(hù)船舶和人員的安全。

1.2 降低船舶能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)有關(guān)于船舶節(jié)能的措施主要集中于主動(dòng)力推進(jìn)裝置，但船舶輔機(jī)更多，節(jié)能措施手段卻較少，通過(guò)智能管控系統(tǒng)可以有效地提高船舶輔機(jī)的使用效率，降低船舶能耗。船舶輔機(jī)主要為船舶各系統(tǒng)提供水、風(fēng)及燃油、滑油等。輔機(jī)所消耗的能量和介質(zhì)的特性與工作要求有很大的關(guān)系。現(xiàn)有輔機(jī)的設(shè)計(jì)是根據(jù)其功率滿足系統(tǒng)最大工況要求的原則進(jìn)行的，而其控制方式僅僅只有簡(jiǎn)單的啟動(dòng)與停止兩種方式。設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其功率輸出經(jīng)常遠(yuǎn)大于實(shí)際工況的需求，致使很大一部分能量被浪費(fèi)了。通過(guò)智能管控系統(tǒng)，可以根據(jù)輔機(jī)設(shè)備的實(shí)際工況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出功率的大小，避免不必要的功率損耗。智能管控系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)能力，可以通過(guò)不斷優(yōu)化系統(tǒng)模型與算法來(lái)提高設(shè)備的效率。

2 船舶輔機(jī)智能管控的含義

智能管控是指在無(wú)人干預(yù)的情況下自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。系統(tǒng)如果過(guò)于復(fù)雜則很難構(gòu)建有效的數(shù)學(xué)模型及現(xiàn)有的常規(guī)理論進(jìn)行定量計(jì)算分析，而需要采取定量與定性的方法相結(jié)合進(jìn)行控制。輔機(jī)智能管控技術(shù)則是通過(guò)智能管控技術(shù)對(duì)船舶輔機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，通過(guò)建立合理的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)定量與定性分析相結(jié)合的方式進(jìn)行控制。定性與定量相結(jié)合相當(dāng)于讓機(jī)器擁有類似于人類的智慧與經(jīng)驗(yàn)，并不是用確定的公式、方程對(duì)控制方式進(jìn)行構(gòu)建設(shè)計(jì)控制器，而是需要搭建合理的智能機(jī)器模型來(lái)管控輔機(jī)。船舶輔機(jī)智能管控技術(shù)的核心在于高層控制，通過(guò)對(duì)實(shí)際的情況進(jìn)行組織策劃，然后進(jìn)行合理的規(guī)劃來(lái)解決問(wèn)題。隨著人工智能和信息科學(xué)及自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展，使得智能管控技術(shù)更加適合船舶輔機(jī)的實(shí)際工況，安全性與效率得到更好的提高。

3 船舶輔機(jī)智能管控關(guān)鍵技術(shù)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設(shè)備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相連接，使得人、機(jī)、物可以實(shí)時(shí)互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給予設(shè)備智能管控一個(gè)新的選擇，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將信息感知技術(shù)、智能運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等融合在一起，對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行采集的同時(shí)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)所得到的結(jié)果做出反應(yīng)。一般物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的輔機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)含有采集層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層三級(jí)結(jié)構(gòu)。采集層主要是通過(guò)布置在輔機(jī)設(shè)備上的傳感器等元器件對(duì)設(shè)備的運(yùn)行工況信息以及故障信號(hào)等進(jìn)行獲取。船舶設(shè)備的采集的信息主要注重關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵零部件的溫度、震動(dòng)、電流、電壓等。采集層收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層至各船舶的服務(wù)器，然后在通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)送至公司船舶設(shè)備故障檢測(cè)診斷預(yù)測(cè)系統(tǒng)、與計(jì)算平臺(tái)以及控制中心等。從而實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程存貯，遠(yuǎn)程管理。船舶管理公司可以通過(guò)岸基終端實(shí)時(shí)對(duì)船舶進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)、評(píng)估及操控。應(yīng)用層主要是面向船舶設(shè)備管理人員與船舶管理公司主管人員提供檢測(cè)信息的提取、故障診斷及預(yù)測(cè)功能。

3.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

船舶輔機(jī)安裝大量的傳感器，采集的數(shù)據(jù)多，時(shí)間長(zhǎng)，并且通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)傳輸。大數(shù)據(jù)技術(shù)就可以對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)管控輔機(jī)。尤其是快速做出管控操作更是其優(yōu)勢(shì)所在。通過(guò)前期收集的大量設(shè)備數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘算法對(duì)其進(jìn)行分析、重組建立起智能操控的規(guī)則，進(jìn)而形成輔機(jī)管控模型。根據(jù)建立起來(lái)的相關(guān)模型對(duì)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行研判。隨著設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的增多，在不斷完善模型。在船舶輔機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，智能管控系統(tǒng)就實(shí)時(shí)與操作數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，尋找出最優(yōu)操作方式給操作者。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

該技術(shù)是從原有龐大已知的數(shù)據(jù)信息中得出以前未知，并且含有應(yīng)用價(jià)值的數(shù)據(jù)的一種技術(shù)。該技術(shù)是一種較為新穎的技術(shù)，其涵蓋了多種不同領(lǐng)域的交互學(xué)科。其包含了機(jī)器學(xué)習(xí)、高等數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取等眾多學(xué)科，是目前智能研究的前沿。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為信息數(shù)據(jù)獲取的一條全新的道路。對(duì)各行各業(yè)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷地深入挖掘，從而找到以往所沒有找到的規(guī)律，這就是信息挖掘的含義。根據(jù)智能船舶發(fā)展的趨勢(shì)，岸基支持是智能船舶發(fā)展的必然方向，因此輔機(jī)智能管控系統(tǒng)必然要能與岸基系統(tǒng)相結(jié)合。再利用數(shù)據(jù)分析挖掘、大數(shù)據(jù)技術(shù)等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化仿真，再把數(shù)據(jù)傳輸給岸上，實(shí)現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)同步。當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)定值的正常范圍時(shí)，就會(huì)發(fā)出預(yù)警。然后根據(jù)相關(guān)法規(guī)與規(guī)則的規(guī)定對(duì)需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并形成報(bào)表，進(jìn)行上傳，以備查看。還要能夠在使用過(guò)程中，讓系統(tǒng)具有智慧，從獲取的數(shù)據(jù)中進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化自己。船舶輔機(jī)智能管控系統(tǒng)是否成功需要通過(guò)效果驗(yàn)證。對(duì)船舶的能耗是否降低、安全性是否提高以及船舶是否獲得了更高的經(jīng)濟(jì)效益都需要反復(fù)驗(yàn)證。同時(shí)船舶輔機(jī)智能管控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的算法公式以及模型是建立在歷史數(shù)據(jù)參數(shù)基礎(chǔ)上的，隨著船舶的運(yùn)行，新的數(shù)據(jù)參數(shù)出現(xiàn)以及數(shù)據(jù)挖掘出新的聯(lián)系，智能船舶會(huì)據(jù)此建立新的模型與算法。新的算法與模型是否有效還需要再次驗(yàn)證，以此來(lái)建立最合理的輔機(jī)智能管控系統(tǒng)。

4 船舶輔機(jī)智能管控應(yīng)用發(fā)展方向及措施

4.1 船舶輔機(jī)智能管控發(fā)展的方向

輔機(jī)智能管控需要大量數(shù)據(jù)作為支撐，輔機(jī)設(shè)備的感知技術(shù)是智能管控的基礎(chǔ)。因此，如何準(zhǔn)確有效的采集船舶輔機(jī)的設(shè)備參數(shù)與環(huán)境信息是研究的方向之一。獲取到的數(shù)據(jù)如何分析成需要的結(jié)果，如何對(duì)所獲信息進(jìn)行判斷、決策以實(shí)現(xiàn)輔機(jī)的自動(dòng)管控是非常重要的。發(fā)展輔機(jī)的信息分析技術(shù)是研究的方向之二。智能化是智能管控系統(tǒng)的標(biāo)志之一，意味著輔機(jī)智能管控系統(tǒng)具備一定的智能。通過(guò)系統(tǒng)能對(duì)輔機(jī)設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)以及修復(fù)。發(fā)展輔機(jī)設(shè)備的自我學(xué)習(xí)及決策技術(shù)是研究的方向之三。無(wú)人船舶是未來(lái)智能化船舶的發(fā)展方向，船舶輔機(jī)的智能管控技術(shù)將是決定無(wú)人化程度的重要指標(biāo)。因此，船舶輔機(jī)智能管控未來(lái)發(fā)展的方向?qū)⑹悄軌驘o(wú)人船的需求。

4.2 船舶輔機(jī)智能管控技術(shù)發(fā)展措施

4.2.1 制定發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

船舶輔機(jī)智能管控系統(tǒng)如何發(fā)展，需要從行業(yè)規(guī)范、國(guó)家層面實(shí)行統(tǒng)一的發(fā)展綱要。分步驟、分階段的實(shí)行船舶輔機(jī)智能管控技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)也能指導(dǎo)與引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)單位研究輔機(jī)智能管控技術(shù)。同時(shí)由于船舶輔機(jī)種類較多，生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)千差萬(wàn)別，造成智能管控設(shè)備通用性很低。為了輔機(jī)智能管控技術(shù)的更好發(fā)展，應(yīng)該對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一主要有以下三個(gè)方面：一是智能管控系統(tǒng)的硬件標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該統(tǒng)一。各個(gè)種類的傳感器類型與標(biāo)準(zhǔn)需要統(tǒng)一，建立起船舶輔機(jī)專用的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等的選型目錄。傳感器輸出信號(hào)的格式需要統(tǒng)一，硬件接口需要規(guī)范，其安全可靠性有具體指標(biāo)進(jìn)行量化。二是輔機(jī)智能管控的軟件標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一。船舶公司所擁有的船舶時(shí)間跨度大、船型多，如果每條船舶的軟件標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，岸基如果要與每條船相對(duì)接，就需要為每條船專門設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。未來(lái)船舶的數(shù)據(jù)分析很大一部分都是要轉(zhuǎn)移到岸基數(shù)據(jù)中心來(lái)，只有對(duì)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)統(tǒng)一了，岸基中心才能更好地對(duì)每艘船進(jìn)行調(diào)度分析。三是，系統(tǒng)的指令標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一。由于不同國(guó)家、不同船舶公司的指令標(biāo)準(zhǔn)是不同的，如果指令標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，進(jìn)行操作時(shí)可能就會(huì)誤操作，造成安全事故。

4.2.2 開發(fā)研制新型智能輔機(jī)

智能管控型的輔機(jī)需要具備故障自檢與自我修復(fù)的能力。傳統(tǒng)的輔機(jī)大多只具備功能異常報(bào)警功能，還不具備提前預(yù)測(cè)與修復(fù)的功能。同時(shí)，設(shè)備基本功能通常也只包含啟動(dòng)、待用、停止三種狀態(tài)，也不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)工況。通過(guò)研制新型智能輔機(jī)，開發(fā)出具備智能操作的相應(yīng)功能，才能發(fā)揮出智能調(diào)控的優(yōu)勢(shì)。新型智能輔機(jī)的建造需要參照主流的先進(jìn)技術(shù)，并且需要符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以便使用。

參考文獻(xiàn)

[1]田艷麗，余德泉，丁海建.面向遠(yuǎn)海作業(yè)的智能船舶輔機(jī)[J].船舶工程，2019，41（03）：10-13.

[2]陳志民，李江.我國(guó)船舶輔機(jī)信息化技術(shù)發(fā)展概況[J].船舶工程，2017，39（05）：57-59+65.

[3]洪術(shù)華，焦儂.船舶輔機(jī)信息化的現(xiàn)狀與展望[J].船舶工程，2017，39（04）：88-92.

[4]鄧勇.淺析智能控制下的船舶輔機(jī)節(jié)能技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2012，12（11）：87-88.