信息化、數(shù)字化、智能化推動(dòng)航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系轉(zhuǎn)型

丁 軍，李 鑫，黃建濤

（1. 招商局能源運(yùn)輸股份有限公司，廣東 深圳 518000；2. 上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201300）

0 引 言

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系發(fā)生了一系列變化：

1) 產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)營(yíng)模式正在發(fā)生改變。產(chǎn)業(yè)鏈各方越來越重視數(shù)據(jù)的價(jià)值，并致力于數(shù)據(jù)的采集、價(jià)值挖掘和流轉(zhuǎn)等方面的研究。這促使各方之間的服務(wù)模式和業(yè)務(wù)范圍發(fā)生了一系列變化。

2) 航運(yùn)業(yè)存在著高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)生需求[1-3]。2018年，習(xí)近平總書記在視察天津港時(shí)強(qiáng)調(diào)，“經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，國(guó)家要強(qiáng)大，交通特別是海運(yùn)首先要強(qiáng)起來”。2019年，中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，為新時(shí)代我國(guó)海運(yùn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)復(fù)雜，貿(mào)易情況多變，在這一背景下，節(jié)能、增效、提質(zhì)是行業(yè)的共同訴求。

3) 智能船成為關(guān)鍵推動(dòng)力[4-5]。當(dāng)前世界已進(jìn)入“工業(yè)4.0”發(fā)展時(shí)期，我國(guó)于2015年5月發(fā)布了《中國(guó)制造2025》，將海洋工程裝備和高技術(shù)船舶研制作為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一加快推進(jìn)，這表明在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，智能船已成為船舶制造與航運(yùn)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。隨著智能船的設(shè)計(jì)、建造和投入使用，船舶運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)庫(kù)在不斷充實(shí)，已具備一定量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在該背景下，如何推動(dòng)航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系轉(zhuǎn)型得到越來越多人的關(guān)注。招商局能源運(yùn)輸股份有限公司作為國(guó)際領(lǐng)先的航運(yùn)企業(yè)，一直致力于相關(guān)內(nèi)容的研究和實(shí)踐工作。本文對(duì)信息化、數(shù)字化和智能化[6-7]的具體內(nèi)涵及意義進(jìn)行介紹，并總結(jié)航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系轉(zhuǎn)型方面的一些具體實(shí)踐，同時(shí)提出未來的發(fā)展展望。

1 信息化、數(shù)字化和智能化的內(nèi)涵

1.1 信息化

信息化是指將現(xiàn)實(shí)中存在的物理事物通過0-1二進(jìn)制編碼在電子終端呈現(xiàn)。傳統(tǒng)船舶在運(yùn)營(yíng)過程中存在著大量孤立數(shù)據(jù)、紙質(zhì)數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)離散數(shù)據(jù)。信息化的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、存儲(chǔ)和傳輸，使數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，是數(shù)字化和智能化的基礎(chǔ)。船舶是運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的重要載體，智能船舶的應(yīng)用和船岸信息化的構(gòu)建對(duì)于促進(jìn)航運(yùn)信息化發(fā)展而言至關(guān)重要。

1.2 數(shù)字化

當(dāng)前在使用信息化數(shù)據(jù)過程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如：數(shù)據(jù)源不規(guī)范，數(shù)據(jù)加工耗時(shí)耗力；數(shù)據(jù)分布雜亂，有價(jià)值的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期遭受閑置；數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估缺失，造成準(zhǔn)確度有偏差；缺乏簡(jiǎn)易可用的管控工具等。

信息化是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的第一步，要使數(shù)據(jù)發(fā)揮價(jià)值，數(shù)字化必不可少。數(shù)字化是指基于大量的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行清洗、處理和建模，通過加工形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為數(shù)字應(yīng)用的開發(fā)和智能化奠定基礎(chǔ)。

1.3 智能化

智能化是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最終目標(biāo)，主要是指通過應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)、專家知識(shí)和優(yōu)化算法等手段，基于數(shù)據(jù)開展決策，促進(jìn)企業(yè)節(jié)能、增效和提質(zhì)。將決策機(jī)制模型化之后，直接指揮執(zhí)行單元，執(zhí)行單元接到指令之后可自動(dòng)執(zhí)行，從而降低管理人員決策的難度，提高決策效率。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外很早就已開始進(jìn)行信息化研究，同時(shí)在數(shù)字化和智能化方面也開展了一系列研究工作。2012年，日本船舶配套協(xié)會(huì)和日本船級(jí)社等多家單位聯(lián)合開展了“智能船舶應(yīng)用平臺(tái)”項(xiàng)目研究，形成了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和智能船舶底層數(shù)據(jù)方面的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2018年，挪威康士伯公司推出了基于云的數(shù)字化平臺(tái)Kognifai，該平臺(tái)專注于優(yōu)化數(shù)據(jù)資源、能源行業(yè)和海上作業(yè)中數(shù)據(jù)的分析，同時(shí)提供集成模塊和子模塊，是一種開放的生態(tài)系統(tǒng)，用戶、供應(yīng)商和開發(fā)商可根據(jù)自身需求獲取不同的數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)有平臺(tái)的基礎(chǔ)上開發(fā)出符合自身需求的新應(yīng)用。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)已具備信息化發(fā)展的能力，并已在數(shù)字化和智能化方面有所突破。例如，上海船舶研究設(shè)計(jì)院基于“智能船舶1.0研發(fā)專項(xiàng)”，研發(fā)了船岸一體化的數(shù)字化營(yíng)運(yùn)支持系統(tǒng)（Digital Operation Support System, DOSS），能為船東提供一套全新的船舶數(shù)字化解決方案，逐步實(shí)現(xiàn)面向營(yíng)運(yùn)管理的船岸協(xié)同數(shù)據(jù)分析服務(wù)。國(guó)內(nèi)的大型航運(yùn)公司（如招商局能源運(yùn)輸股份有限公司）已形成一定規(guī)模的智能船船隊(duì)，正在建設(shè)船舶岸基管理平臺(tái)，通過船端數(shù)據(jù)匯集打通船岸實(shí)時(shí)互通渠道，構(gòu)建船岸協(xié)同的船隊(duì)管理模式。

3 具體實(shí)踐

信息化、數(shù)字化和智能化是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的3個(gè)重要階段。近年來，招商局能源運(yùn)輸股份有限公司致力于航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究，已全面完成信息化，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并在智能化方面開展了豐富的實(shí)踐。下面就一些案例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

3.1 信息化——智能船舶船岸信息系統(tǒng)

基于“智能船舶1.0研發(fā)專項(xiàng)”，在船端完成了對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了“平臺(tái)+智能應(yīng)用”的模式，形成了2型4艘示范船，促進(jìn)了船端的信息化、數(shù)字化和智能化發(fā)展。岸基的數(shù)字化中心和應(yīng)用中心與智能船舶相結(jié)合，形成智能船舶船岸信息系統(tǒng)（見圖1），是助力岸基數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。

圖1 智能船舶船岸信息系統(tǒng)

智能船舶船岸信息系統(tǒng)在船基部署了網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)系統(tǒng)，在岸基部署了岸基管理系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、存儲(chǔ)、傳輸和可視化等功能，初步打通了各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口，可有效連接各環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1) 數(shù)據(jù)采集。采用統(tǒng)一通信協(xié)議進(jìn)行全船數(shù)據(jù)采集，采集維度涉及船體、設(shè)備、環(huán)境、貨物和人員等，數(shù)據(jù)種類包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等。

2) 船岸傳輸。面向船岸安全和節(jié)流傳輸?shù)男枨螅槍?duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行船岸數(shù)據(jù)傳輸壓縮和加密，打通船岸鏈路。

3) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。面向船隊(duì)級(jí)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，以及數(shù)據(jù)應(yīng)用查詢計(jì)算需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，劃分冷熱數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)庫(kù)的性能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)。

4) 數(shù)據(jù)可視化。運(yùn)用一系列計(jì)算分析工具和報(bào)表工具等，實(shí)現(xiàn)所有接入數(shù)據(jù)可視化。

智能船舶船岸信息系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用使得船岸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了我方與第三方之間的數(shù)據(jù)分發(fā)，以及信息化建設(shè)。目前招商局能源運(yùn)輸股份有限公司已形成一定規(guī)模的智能船隊(duì)，為后續(xù)數(shù)字化、智能化工作的推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)，為營(yíng)運(yùn)模型轉(zhuǎn)型提供了基礎(chǔ)技術(shù)條件。

3.2 數(shù)字化——營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)中臺(tái)

信息化實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的匯集和存儲(chǔ)，而要使數(shù)據(jù)真正發(fā)揮價(jià)值，使其與物理世界一一對(duì)應(yīng)，具備較強(qiáng)的可信度和可靠度，數(shù)字化是必不可少的一環(huán)。對(duì)此，構(gòu)建營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)中臺(tái)，通過開展數(shù)據(jù)管理，保障數(shù)據(jù)的可信度和可靠度，并處理得到有價(jià)值、有信息的數(shù)據(jù)；通過面向業(yè)務(wù)構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，為業(yè)務(wù)的開展和分析奠定基礎(chǔ)。

3.2.1 數(shù)據(jù)管理[8-13]

數(shù)據(jù)管理的目的是使數(shù)據(jù)的使用者能清楚地認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，進(jìn)而用好數(shù)據(jù)；使數(shù)據(jù)應(yīng)用的管理者能洞察數(shù)據(jù)、應(yīng)用和系統(tǒng)之間的復(fù)雜依賴關(guān)系，進(jìn)而管理好數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理涉及的主要內(nèi)容見圖2。

1) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理：保障數(shù)據(jù)的內(nèi)外部使用和交換一致性的規(guī)范性約束。

2) 元數(shù)據(jù)管理：元數(shù)據(jù)是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，可根據(jù)用途的不同分為技術(shù)元數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)和管理元數(shù)據(jù)。

3) 主數(shù)據(jù)管理：協(xié)調(diào)和管理與企業(yè)的核心業(yè)務(wù)實(shí)際相關(guān)的系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)。

4) 數(shù)據(jù)質(zhì)量管理：保障數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括完整性、規(guī)范性、一致性、準(zhǔn)確性、唯一性和時(shí)效性。

5) 數(shù)據(jù)安全管理：制訂體系化的安全策略、措施，全方位進(jìn)行安全管控。

6) 數(shù)據(jù)備份：定期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮備份。

3.2.2 數(shù)據(jù)模型

構(gòu)建面向業(yè)務(wù)分析和應(yīng)用開發(fā)使用的數(shù)據(jù)模型，滿足聯(lián)機(jī)事物處理（On-Line Transaction Processing,OLTP）和聯(lián)機(jī)分析處理（On-Line Analytical Processing, OLAP）的使用需求，使得數(shù)據(jù)具有業(yè)務(wù)屬性，能更加高效地得到應(yīng)用。該數(shù)學(xué)模型包括概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。

數(shù)據(jù)中臺(tái)的構(gòu)建打通了業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)之間和虛擬世界與物理時(shí)間之間的通道。通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺(tái)，能不斷地提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，提高獲取數(shù)據(jù)的效率，保證數(shù)據(jù)安全合規(guī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值持續(xù)釋放。

3.3 智能化——脫硫塔安裝前后電力負(fù)荷和輔機(jī)油耗優(yōu)化

招商局能源運(yùn)輸股份有限公司在智能化方面開展了一系列實(shí)踐工作，有力推動(dòng)了營(yíng)運(yùn)管理的節(jié)能、增效、提質(zhì)。下面以運(yùn)用智能化手段實(shí)現(xiàn)脫硫塔安裝前后電力負(fù)荷和輔機(jī)油耗優(yōu)化為例進(jìn)行說明。

為滿足MARPOL公約附則VI條款14.1.3的要求（即從2020年1月1日起，全球范圍內(nèi)實(shí)施船用燃油硫含量不超過0.50% m/m的規(guī)定，或采用滿足等效要求的替代措施），招商局能源運(yùn)輸股份有限公司的2艘40萬t船“明遠(yuǎn)輪”和“明卓輪”分別于2019年10月和2019年11月加裝了脫硫塔，以達(dá)到去除廢氣中的硫化物的目的。并于2020年1月1日起長(zhǎng)期使用脫硫塔。

船舶加裝脫硫塔之后勢(shì)必會(huì)對(duì)船舶的電力負(fù)荷和輔機(jī)油耗產(chǎn)生影響。為降低船舶在脫硫塔運(yùn)行期間的能耗，關(guān)鍵是調(diào)整脫硫塔相關(guān)參數(shù)，在確保滿足排放的各項(xiàng)指標(biāo)要求的前提下，維持最佳的除硫洗滌水量。

依靠數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)實(shí)際的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。圖3為優(yōu)化前后輔機(jī)總負(fù)荷對(duì)比。以脫硫塔初次安裝運(yùn)行之后的1月份航次和優(yōu)化完成之后的3月份航次的數(shù)據(jù)為例，經(jīng)過對(duì)比，輔機(jī)總負(fù)荷由原先的平均約1100kW降至平均930kW，輔機(jī)運(yùn)行數(shù)量也由2臺(tái)變?yōu)?臺(tái)。不僅如此，減少輔機(jī)運(yùn)行之后的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也大幅減少，包括每年可節(jié)省輔機(jī)滑油約2000L，每年可減少輔機(jī)吊缸檢修次數(shù)0.7次。由此可看出，經(jīng)過優(yōu)化之后，船舶在航行過程中能大幅度減少電力負(fù)荷消耗和輔機(jī)保養(yǎng)工作，在節(jié)省燃油的同時(shí)減少備件消耗，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、開源節(jié)支的目標(biāo)。表1為脫硫塔優(yōu)化前后的效益對(duì)比。

圖3 優(yōu)化前后輔機(jī)總負(fù)荷對(duì)比

表1 脫硫塔優(yōu)化前后的效益對(duì)比

4 未來展望

當(dāng)前，航運(yùn)業(yè)對(duì)信息化、數(shù)字化和智能化的應(yīng)用及相應(yīng)運(yùn)營(yíng)模式的轉(zhuǎn)型還處在探索和試點(diǎn)實(shí)踐階段。對(duì)于未來的發(fā)展趨勢(shì)，提出以下展望。

1) 智能船的應(yīng)用規(guī)模將不斷擴(kuò)大，自主化能力將得到不斷提高。智能船作為數(shù)據(jù)鏈路中的關(guān)鍵一環(huán)，將得到更多的重視，應(yīng)用規(guī)模將不斷擴(kuò)大。同時(shí)，智能船的智能化水平和自主化能力將得到不斷提高。

2) 推廣數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用集成標(biāo)準(zhǔn)形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)各方的聯(lián)系將更加緊密，數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用集成等一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形成將更有助于行業(yè)的健康有序發(fā)展。

3) 產(chǎn)業(yè)鏈的營(yíng)運(yùn)模式將重塑。基于數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈營(yíng)運(yùn)模式將重塑，船東、設(shè)計(jì)方、建造方、配套廠家、營(yíng)運(yùn)公司和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等相關(guān)利益方依托營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)形成各自的技術(shù)迭代及應(yīng)用服務(wù)，逐步構(gòu)建和完善智能船舶發(fā)展生態(tài)體系。

5 結(jié) 語

本文對(duì)信息化、數(shù)字化和智能化推動(dòng)航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系轉(zhuǎn)型進(jìn)行了討論，系統(tǒng)性地介紹了信息化、數(shù)字化和智能化的內(nèi)涵及區(qū)別，介紹了國(guó)內(nèi)外的研究和招商局能源運(yùn)輸股份有限公司在信息化、數(shù)字化和智能化方面的一些具體實(shí)踐案例，包括智能船舶船岸信息系統(tǒng)、營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)中臺(tái)及脫硫塔安裝前后電力負(fù)荷和輔機(jī)油耗的優(yōu)化等。同時(shí)，就未來航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系的發(fā)展給出了展望。

信息化、數(shù)字化和智能化是未來航運(yùn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，須業(yè)內(nèi)從業(yè)者共同推動(dòng)。