智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題研究

初建樹(shù) 曹凱 劉玉濤

摘 要：近幾年，隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)不斷進(jìn)步，智能船舶發(fā)展呈現(xiàn)出日益加快的趨勢(shì)。本文在系統(tǒng)梳理并分析國(guó)內(nèi)外智能船舶發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，綜合考慮當(dāng)前我國(guó)智能船舶發(fā)展過(guò)程中的技術(shù)瓶頸與薄弱點(diǎn)，提出針對(duì)性的建議。

關(guān)鍵詞：智能船舶;發(fā)展現(xiàn)狀;標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類(lèi)號(hào)：T-19 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）02-0126-03

隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)不斷進(jìn)步，加之物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)、人工智能、5G通訊技術(shù)的快速發(fā)展，使得整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域在信息化、數(shù)字化、智能化等方面有了大幅邁進(jìn)。無(wú)人工廠、無(wú)人駕駛汽車(chē)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。相比現(xiàn)代化工業(yè)而言，船舶領(lǐng)域的更新速度略顯緩慢，人工成本、燃油成本、維護(hù)成本保持在高位;工人工作環(huán)境相對(duì)惡劣，船舶數(shù)字化、信息化程度仍偏低，上述問(wèn)題如何破局成為制約船舶行業(yè)發(fā)展的瓶頸。另一方面，環(huán)境保護(hù)壓力的增加迫使航運(yùn)業(yè)必須對(duì)船舶排放做出調(diào)整以滿(mǎn)足日益嚴(yán)苛的排放要求。同時(shí)，出于運(yùn)營(yíng)安全和改善運(yùn)力以應(yīng)對(duì)低迷市場(chǎng)的需求，船東也在積極思考尋求變化。上述原因使得船舶智能化、智能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化成為行業(yè)發(fā)展的必由之路[1]。

1國(guó)外智能船舶現(xiàn)狀

目前世界各國(guó)、船級(jí)社、設(shè)備商對(duì)智能船舶研發(fā)如火如荼。在亞洲，日本對(duì)智能船舶的研發(fā)已經(jīng)被列為該國(guó)船舶界未來(lái)5年發(fā)展的重點(diǎn)。日本政府則在即將推出的國(guó)家復(fù)興戰(zhàn)略中加入無(wú)人駕駛船的開(kāi)發(fā)。日本航運(yùn)業(yè)希望依靠政府支持，幫助日本在無(wú)人駕駛船開(kāi)發(fā)中占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)未來(lái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。除了成立大數(shù)據(jù)中心，日本船級(jí)社還與歐美企業(yè)合作開(kāi)發(fā)了相關(guān)軟件，通過(guò)采集船舶主要設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為其提供優(yōu)化和維護(hù)保養(yǎng)等建議;日本船級(jí)社還與NAPA 合作研發(fā)了航路優(yōu)化支持系統(tǒng)，幫助船舶運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化航線及航行計(jì)劃，該系統(tǒng)已在船舶上得到應(yīng)用[2]。韓國(guó)現(xiàn)代重工是智能船舶研發(fā)的先導(dǎo)者。2016年，在以前合作研發(fā)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代重工宣布與英特爾、SK航運(yùn)、微軟等企業(yè)合作開(kāi)發(fā)智能船舶。韓國(guó)現(xiàn)代重工先后于2010年、2013年分別實(shí)施基于船舶綜合管理網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和以“經(jīng)濟(jì)、安全、高效航行服務(wù)”為主旨的智能船舶1.0及2.0計(jì)劃。其提出的“船舶互聯(lián)”概念主要思想就是講船、岸信息融合并提供給船舶運(yùn)營(yíng)。目前，現(xiàn)代重工的集成智能船舶解決方案能根據(jù)導(dǎo)航員的技能水平和經(jīng)驗(yàn)水平不同，對(duì)導(dǎo)航方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化收集和分析導(dǎo)航實(shí)時(shí)信息，從而在提高船舶效率和安全性方面發(fā)揮作用。

在歐洲，芬蘭宣布在2025年研制第一艘無(wú)人自主航行運(yùn)輸船舶。馬士基旗下施維策拖輪業(yè)務(wù)，已開(kāi)發(fā)一艘無(wú)人駕駛拖輪。全球最大的船舶設(shè)備供應(yīng)商之一的英國(guó)羅爾斯羅伊斯公司已開(kāi)展無(wú)人駕駛貨船項(xiàng)目的研究，據(jù)稱(chēng)10年內(nèi)將有第一艘無(wú)人駕駛貨船投入使用。2015年9月，英國(guó)勞氏船級(jí)社（LR）、奎納蒂克集團(tuán)和南安普敦大學(xué)合作推出了《全球海洋技術(shù)趨勢(shì)2030》（GMTT 2030）報(bào)告，把智能船舶列為18個(gè)關(guān)鍵海洋技術(shù)之一。DNV GL與日本郵船聯(lián)合開(kāi)展的海事數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目于2015年11月啟動(dòng)，并且得到了曼恩公司的支持。雙方基于日郵的4艘集裝箱船的運(yùn)營(yíng)參數(shù)，提出了 “數(shù)字孿生”概念。Kongsberg與Yara聯(lián)手將共同打造全球首艘純電動(dòng)自動(dòng)駕駛集裝箱船“YARA Birkeland”號(hào)，將是世界上第一艘實(shí)現(xiàn)零排放、全電推、自主航行的集裝箱船。挪威威爾森集團(tuán)和康士伯聯(lián)手建立全球首家無(wú)人船航運(yùn)公司——“Massterly”，將接收和運(yùn)營(yíng)包括全球首艘無(wú)人集裝箱船“Yara Birkeland”在內(nèi)的多艘無(wú)人船。Kongsberg收購(gòu)了Rolls-Royce商業(yè)船舶業(yè)務(wù)部門(mén)，全球兩大智能船領(lǐng)導(dǎo)者聯(lián)合在了一起，將在智能船舶方面有更大作為。目前Kongsberg的智能船系統(tǒng)KognifAI融合了兩家公司優(yōu)勢(shì)資源，將在船舶智能航行、無(wú)人駕駛、網(wǎng)絡(luò)安全、節(jié)能減排等方面提供解決方案。

2國(guó)內(nèi)智能船舶發(fā)展概況

《中國(guó)制造2025》作為我國(guó)“制造強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的行動(dòng)綱領(lǐng)，把“海洋工程裝備和高科技船舶”作為需要聚集資源并實(shí)現(xiàn)突破發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司通過(guò)組織相關(guān)單位和專(zhuān)家開(kāi)展專(zhuān)題研究，制定智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃，積極推動(dòng)我國(guó)智能船舶快速發(fā)展。

中國(guó)船級(jí)社在2015年12月就發(fā)布了全球首部 《智能船舶規(guī)范》 ，并于2016年3月1日正式生效。后期又陸續(xù)發(fā)布了與規(guī)范相對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)指南，為智能船舶設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。2020年3月中國(guó)船級(jí)社在上海發(fā)布了新版《智能船舶規(guī)范》，新規(guī)范中首次增加了“遠(yuǎn)程遙控”和“無(wú)人船”章節(jié)，為未來(lái)智能船舶研究指明方向。

各企業(yè)、單位成立“無(wú)人貨物運(yùn)輸船開(kāi)發(fā)聯(lián)盟”、“中國(guó)智能船舶創(chuàng)新聯(lián)盟”等多個(gè)智能船舶聯(lián)盟。其中中船集團(tuán)發(fā)布的“大智號(hào)”iDolphin 38800 噸智能散貨船，已于2017 年12月5日正式交付使用，成為我國(guó)自主研發(fā)的首艘智能船舶。中遠(yuǎn)海運(yùn)集團(tuán)旗下上海船舶運(yùn)輸研究所參與了智能船舶智能平臺(tái)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，并參與了工信部智能船舶方面的專(zhuān)項(xiàng)研究工作。目前上海船舶運(yùn)輸研究所研發(fā)的智能“1+3”平臺(tái)已成功應(yīng)用到210K噸散貨船等多型船舶產(chǎn)品上，取得了不俗的成績(jī)[3-4]。

3國(guó)內(nèi)外智能船舶發(fā)展對(duì)比、存在問(wèn)題和建議

3.1 國(guó)內(nèi)外智能船舶發(fā)展對(duì)比

雖然國(guó)內(nèi)智能船舶近期的發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛，但根據(jù)國(guó)際海事組織IMO提出的“E-航海”總體架構(gòu)，我們目前仍處于其定義的第一階段即具備船用設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析的智能船舶，同具備完全自主無(wú)人駕駛的船舶還有不小的距離。

與國(guó)內(nèi)智能船舶發(fā)展比較來(lái)看，國(guó)外智能船舶從發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展方式都是不同的。以韓國(guó)為例，其智能船舶發(fā)展是由韓國(guó)三大船廠主導(dǎo)，以生產(chǎn)建造為中心，以應(yīng)用帶動(dòng)研發(fā);日本則是走國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的路線，通過(guò)推出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)達(dá)到其引領(lǐng)智能船舶發(fā)展的目的;歐洲智能船舶發(fā)展以高技術(shù)企業(yè)引領(lǐng)，研究無(wú)人駕駛、網(wǎng)絡(luò)安全等前沿性課題。如Konsberg開(kāi)發(fā)的無(wú)人駕駛系統(tǒng)已應(yīng)用在“YARA Birkeland”號(hào)無(wú)人駕駛船舶。

國(guó)內(nèi)智能船舶發(fā)展采用分階段形式，現(xiàn)正處于《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019-2021年）》提到的三年目標(biāo)階段。該階段中需形成智能船舶發(fā)展的頂層規(guī)劃，初步建立智能船舶規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系，突破航行態(tài)勢(shì)智能感知、自動(dòng)靠離泊等核心技術(shù)，完成相關(guān)重點(diǎn)智能設(shè)備系統(tǒng)研制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、自主航行等功能的典型場(chǎng)景試點(diǎn)示范，擴(kuò)大典型智能船舶“一個(gè)平臺(tái)+ N個(gè)智能應(yīng)用”的示范推廣，初步形成智能船舶虛實(shí)結(jié)合、岸海一體綜合測(cè)試與驗(yàn)證能力[5]。

3.2 國(guó)內(nèi)智能船舶發(fā)展存在問(wèn)題和建議

基于上述目標(biāo)，國(guó)內(nèi)智能船舶總體上發(fā)展還很順利，但也面臨諸多問(wèn)題，比如：

（1）個(gè)別配套設(shè)備發(fā)展相對(duì)落后，無(wú)法適應(yīng)智能船舶新規(guī)要求。從目前的研究可以看出，由于船舶配套國(guó)產(chǎn)化率較韓國(guó)和日本還很低，特別是主要設(shè)備如主機(jī)、發(fā)電機(jī)、軸系、鍋爐等市場(chǎng)的主流產(chǎn)品目前更多依賴(lài)國(guó)外產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化信息采集和關(guān)鍵控制邏輯不能夠很輕易拿到。目前智能船舶平臺(tái)的信息采集還基于監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)，無(wú)法從根本上對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行完全掌控。應(yīng)大力發(fā)展配套產(chǎn)業(yè)，加快配套產(chǎn)業(yè)升級(jí)，不斷優(yōu)化相關(guān)技術(shù)，開(kāi)發(fā)階段融入智能船舶相關(guān)技術(shù)為后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立還需要和廠家加深交流合作。目前中國(guó)船級(jí)社的《智能船舶規(guī)范》側(cè)重硬件配置和系統(tǒng)功能的細(xì)化，相比其他船級(jí)社的分等級(jí)取證方式要求更高、更嚴(yán)。但這樣也對(duì)一些設(shè)備廠家造成影響，很多設(shè)備的信號(hào)采樣點(diǎn)因?yàn)樵O(shè)備本身原因無(wú)法采集或者需要大量整改才能夠?qū)崿F(xiàn)，使得智能船符號(hào)取證工作變得較為困難。所以在標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范建立的過(guò)程中應(yīng)擴(kuò)大合作交流的范圍，將更多的設(shè)備廠家納入到規(guī)范研討范圍中，督促其產(chǎn)品升級(jí)以滿(mǎn)足未來(lái)規(guī)范要求。

（3）加大與船東、岸端的合作力度，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模式。目前智能船舶標(biāo)準(zhǔn)的制定更多是基于船級(jí)社、科研院所和設(shè)備廠家。對(duì)于船東運(yùn)營(yíng)、岸端連接的要求并未涉及太深，導(dǎo)致很多船舶出現(xiàn)為了取證而加裝智能平臺(tái)。應(yīng)深入了解客戶(hù)的需求，針對(duì)不同的客戶(hù)群體設(shè)定適合其運(yùn)營(yíng)和操作細(xì)則，真正做到以船東實(shí)際需求為導(dǎo)向的智能船舶標(biāo)準(zhǔn)。

（4）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)還在起步階段。目前國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)還未有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，在國(guó)際上還屬于跟從狀態(tài)。建議加強(qiáng)國(guó)際合作，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)制定工作融入到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和智能船舶建造過(guò)程中，同步推進(jìn)國(guó)內(nèi)智能船標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

4結(jié)語(yǔ)

智能船舶是未來(lái)船舶發(fā)展的趨勢(shì)，因此需要不斷進(jìn)行探索。雖然目前我們?nèi)〉昧艘欢ǖ某煽?jī)，但從全球智能船舶發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，依舊有很多問(wèn)題亟待解決，包括進(jìn)一步的船舶數(shù)字化、船舶安全性、船舶運(yùn)營(yíng)、船岸一體化、標(biāo)準(zhǔn)制定等等。應(yīng)主動(dòng)運(yùn)用5G、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，加快國(guó)內(nèi)智能船舶研發(fā)速度，推出環(huán)保、節(jié)能、高效、智能的新型船舶，并制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足船東對(duì)降低運(yùn)營(yíng)成本和船舶綠色環(huán)保方面的迫切需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳晨光，初秀民，謝朔，嚴(yán)新平.船舶智能化研究現(xiàn)狀與展望[J].船舶工程，2016，38（03）：77-84+92.

[2]范維，許攸.日本率先拉開(kāi)“智能船舶”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略序幕[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2015（04）：39-40.

[3] 翁雨波，劉碧濤，桂傲然.智能船舶發(fā)展優(yōu)勢(shì)及挑戰(zhàn)分析[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2019（01）：42-47.

[4] 劉微，尚家發(fā).智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及我國(guó)發(fā)展策略研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2017，39（21）：189-193.

[5] 王剛毅，秦堯，張文斌，顧一清.綠色和智能——船舶的未來(lái)[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2019（02）：1-7.