日本船舶智能化策略

王思佳

智能船舶，能否帶領曾經的造船巨擘重回昔日巔峰？

1978年前后，曾經的世界第一造船大國日本便開始江河日下。21世紀初，更是被韓國造船業(yè)趕超而退居次席。之后在中日韓三國角逐中，始終再無力重回巔峰。智能技術在船舶行業(yè)的應用與發(fā)展顯然為日本東山再起提供了絕佳機會。那么，曾經的造船巨擘在新的發(fā)展機遇面前，有哪些不同尋常的做法？智能之火是否能助力日本船舶行業(yè)照亮復興之路？

日本智能化突圍

作為老牌的造船強國，日本在船舶智能化方面一直按照自己的方式和節(jié)奏暗暗發(fā)力，以期搶占市場先機，重塑日本造船新的核心競爭力。

2012年，日本啟動了“日本智能船舶應用平臺”（SSAP）項目，旨在建立船舶和岸端獲取船舶設備數據的標準化方法，為智能航運所要求的船-岸高效信息交互奠定基礎。該項目的根本目標在于解決智能導航問題，研發(fā)包括綜合船舶航運系統(tǒng)、陸上保障系統(tǒng)、惡劣條件航行系統(tǒng)、異常事態(tài)處理系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)自選最合適的航線、速度，航行中自我判斷風暴，避免撞船危險。該計劃2014年開始實施，研發(fā)周期為2014年1月至2017年3月期間，日本當時計劃向該項目投入120萬美元研究經費。該項目由日本船舶機械與設備協(xié)會（JSMEA）牽頭，三菱重工（（MHI）、川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）、日本大發(fā)柴油機株式會社、東京計器株式會社、日本郵船（NYK）、商船三井（MOL）和日本船級社（Class NK）等27家造船、配套、航運和檢驗單位共同參與。

同時，該項目團隊也在推動智能船舶應用平臺成為國際海事組織（IMO）E-Navigation的測試版，并在IMO、國際標準化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）等層面積極推動關于系統(tǒng)模型、系統(tǒng)安全、數據結構等內容的標準化工作。

日本船級社也將研發(fā)智能船舶作為重點工作，創(chuàng)設了“海事業(yè)大數據中心”，與IBM聯(lián)合開發(fā)有關軟件，對收集機艙內的實時數據加以處理、分析，進而為設備維護、優(yōu)化等提供合理的建議。此外，日本船級社還與NAPA聯(lián)合研制了船舶航行路線優(yōu)化支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于船舶運行企業(yè)改善航行規(guī)劃及航行路線，當前該系統(tǒng)已成功運用于日本的智能船舶上。

2015年8月，日本在（ISO/TC8）主導提出的《船載海上工況數據服務器》和《船載機械和設備標準數據》兩項國際標準正式立項，依托承擔的單位有國際標準化組織船舶與海洋技術委員會導航與船舶營運分委會（ISO/TC8/SC6）秘書處。2019年10月，日本郵船公司宣布完成了全球首次符合IMO《水面自主船舶試航暫行指南》規(guī)定的自主航行系統(tǒng)海上試驗。根據統(tǒng)計，日本先后主導提出并推動了10余項國際標準研制，覆蓋了船舶通導、航向控制、航行記錄、信息傳輸等船舶智能化領域。日本已經將“智能船舶”（Smart Ship）上升為該國國際海事立法發(fā)展戰(zhàn)略的核心目標之一（國際標準化），作為其振興造船工業(yè)的重要舉措之一。

同時，為了支持與引導本國的船舶智能化發(fā)展，日本政府也給予了極大支持。日本政府在2016年推出了一項新的船舶產業(yè)創(chuàng)新政策——“i-Shipping”，計劃從提升產品和服務能力、開拓商業(yè)領域、提升船舶制造能力和加強人力資源儲備等四個方面助推日本船舶工業(yè)進一步創(chuàng)新做強，以擴大產品出口量，提升產業(yè)價值。日本政府計劃通過改革生產現(xiàn)場，建設穩(wěn)定高效的生產體系，提高效率。具體的任務和措施包括：

1、利用數字化技術加強現(xiàn)場工人生產管理。利用傳感設施將個人動作和作業(yè)數據化，實現(xiàn)作業(yè)實績實時監(jiān)控與管理；優(yōu)化基礎設施，運用互聯(lián)網及大數據等技術打造可視化船廠。通過革新相關軟件及技術，將工人的工作內容可視化、數據化。

2、減少生產過程中零部件及材料在訂貨、制造、交貨等環(huán)節(jié)中的浪費。推動地區(qū)配套供應商之間的訂貨、制造、采購實現(xiàn)網絡化、一站式化；推進“智能造船集群”建設，并將零部件及材料的設計、訂貨、制造、采購等環(huán)節(jié)納入其中。

3、升級現(xiàn)有設備進一步優(yōu)化建造流程，提升模塊精度、舾裝效率。包括引進激光電弧焊接技術、船體分段3D激光掃描，引入適合造船工作的可穿戴式機器人技術提高舾裝等復雜環(huán)節(jié)的工作效率。

4、加強產研結合，提高先進生產設備應用率。鼓勵企業(yè)與研究機構合作開發(fā)、引進自動化程度高的設備，如焊接機器人等，稅收上支持船舶企業(yè)設備更新。

5、加強技能工人培訓。進一步擴大技能培訓的范圍以及建設技能評價系統(tǒng)；通過采取適合的監(jiān)管措施，增加外國人就業(yè)率。日本國土交通省(MLIT)把當年定為生產性革命的元年，對“i-Shipping”給予了大力支持。“i-Shipping”計劃即將物聯(lián)網、大數據技術運用到船舶運營和維修中，通過及時反饋信息達到設計、建造、運營和維護一體化的效果，全面提升產品的競爭力。

利用標準占先機

日本基于自身船舶制造技術的領先優(yōu)勢，結合近年來的前沿科技成果，例如大數據等，制定出了具有日本特色的船舶智能化之路。這些行動計劃將對保持和提升日本造船業(yè)綜合競爭力發(fā)揮積極作用，日本對此充滿信心。

日本在開展船舶智能化相關研究時，除了研究如何將大數據和智能制造等新興技術融入傳統(tǒng)船舶制造業(yè)領域，促進新技術的驗證、應用和產業(yè)的升級之外，也很注重智能船舶相關標準的構建。“通過日本的船舶智能化路徑不難看出，日本的智能船舶研究比較注重智能船舶數據平臺建設，推動船岸一體化建設。其智能船舶的研發(fā)過程中格外重視智能船舶標準建設，旨在通過項目研發(fā)搶占國際話語權，利用標準占據先機。例如SSAP項目，商船三井‘ISHIN NEXT’智能船舶項目等。”中國船舶集團經濟研究中心許攸表示。

近年來，各主要造船國家在智能船舶領域的國際標準化活動中呈現(xiàn)出“占位置、搶布局、重競爭”的態(tài)勢。其中，較為活躍的韓國雖然也在利用其在信息通信技術領域的優(yōu)勢和技術積累大力推進相關標準的研究，但在整體影響力上略遜于日本。

日本于2012年啟動的其船舶智能化研究的旗艦項目SSAP在設計階段便已明確了國際標準與技術研發(fā)同步推進的策略。當時，日本將發(fā)展智能船舶的重心擺在智能導航等相關系統(tǒng)方面，SSAP項目便是其研制核心，SSPA項目旨在開發(fā)船舶智能信息與控制系統(tǒng)，結合常見的船載監(jiān)控系統(tǒng)，如主機遙控、壓載水管理、船載電力管理、電子海圖等，利用遠程數據傳輸技術，研制出可以存儲船舶監(jiān)控系統(tǒng)運行數據，并向智能船舶各種應用系統(tǒng)提供接口的統(tǒng)一數據交互平臺，實現(xiàn)氣象導航、縱傾優(yōu)化、主機監(jiān)測、狀態(tài)監(jiān)測、能效管理、遠程維護等功能。該平臺已經在日本的一艘渡船和一艘原油運輸船上安裝應用。

商船三井‘ISHIN NEXT’智能船舶項目

值得注意的是，在項目研究過程中，日本還積極推進相關核心設備及技術的全球標準化。由日本主導的“船載設備和系統(tǒng)用船舶通信網絡裝置導則”（ISO 16425）的發(fā)布，幫助日本在數據聯(lián)通技術和標準方面搶占了先機。2015年8月，日本在ISO/TC8會議中提交的《船載機械和設備標準數據》《船載海上工況數據服務器》正式被審核通過，以上兩項標準是SSAP項目的重大研究成果。

日本在推進基于SSAP項目成果的船舶和航運數字化系列標準之后，繼續(xù)對其標準進行升級，后來便形成了圍繞“Ship DC”架構的標準族群，成為了航運數字化國際標準事實上的參考基準。

此外，日本許多創(chuàng)新性的前瞻性研究也為其提升國際標準話語權提供了有利支撐。比較有代表性的項目是商船三井于2016年11月宣布推出的“智能船舶項目（ISHIN NEXT - MOL SMART SHIP PROJECT）”。該項目是商船三井基于2009年推出的Senpaku ISHIN項目又推出的新技術研發(fā)項目。通過該項目，商船三井將同用戶和其他股東共享其技術發(fā)展策略，從而收集更多樣的需求和各種技術起源。通過將它們進行匹配，商船三井計劃開發(fā)船舶安全操作和減少環(huán)境影響這兩個技術領域的智能船舶。根據該項目理念，商船三井將在新造船上采用“安全操作船舶先進的支持技術”和“降低環(huán)境影響的技術”。在船舶投入運營后，每年定期驗證這些技術的實際效果。

商船三井旗下的“Sunflower”號客船

由此可以看出，讓實際用戶，如商船三井等航運公司參與甚至主導是日本發(fā)展無人船舶、智能船舶的另一個重要特點，這些公司參與并開展了大量研究開發(fā)工作，最大程度地確保了技術開發(fā)的可行性和實用性，同時為標準的制定提供了有保障的基礎和輸入，很大程度上推動了日本在科研和標準化領域的協(xié)同發(fā)展。

跨行業(yè)攜手促發(fā)展

不同于韓國龍頭企業(yè)扛大旗的組織方式，日本在智能船舶方面所開展的大量研究工作主要由相關企業(yè)和科研機構主導和承擔。“在組織方式上，日本開展智能船舶研究的特點在于，主要以具有國土交通省背景的社會團體組織牽頭智能船舶應用平臺開發(fā)工作，聯(lián)合業(yè)內企業(yè)、船級社、船東等利益相關方。”許攸表示。

商船三井聯(lián)合三井造船株式會社、國家海事研究所、港口和航空技術協(xié)會、東京海洋大學、日本船級社、日本船舶技術研究協(xié)會以及昭島實驗室(三井造船)等單位組成了研究聯(lián)合會，于2017年開展了“自主遠洋運輸系統(tǒng)技術概念項目”的研究，該項目入選了日本國土交通省(MLIT)的“FY2017交通運輸研究和技術推廣計劃”。該研究聯(lián)合會利用各參與公司的優(yōu)勢，發(fā)展自主海運的技術理念，為實現(xiàn)可靠、安全、高效的海運自主船舶提供所需的技術基礎。其中，商船三井從船舶運營的角度進行分析，以便在操作中提高船舶性能；三井造船株式會社從造船的角度對船舶進行系統(tǒng)集成；日本船舶技術研究協(xié)會負責對該合作研究項目進行協(xié)調；東京海洋大學負責開展船舶導航研究；日本船級社則從船舶分類法規(guī)的角度定義自主船舶的入級規(guī)則和有關產業(yè)化實施不可或缺的規(guī)定；國家海事研究所從評估的角度開展自主船的安全技術評估等。研究聯(lián)合會通過各公司的優(yōu)勢發(fā)展自主船舶技術概念，并力爭明確自主船舶技術的發(fā)展路徑，促進自主遠洋運輸系統(tǒng)技術的發(fā)展。此外，該項目還分析有關無人自主遠洋運輸的商業(yè)理念、系統(tǒng)、基礎設施以及產業(yè)化實施之間的關系。

同年6月，商船三井還與三井造船就共同開發(fā)基于實時數據的下一代船舶監(jiān)測和支持系統(tǒng)達成合作。該系統(tǒng)基于實時數據構建，數據來源包括導航信息數據和由三井造船制造的設備機械信息數據等。雙方還將就短周期數據和采集的大數據分析方法進行研究。

12月，商船三井與羅爾斯羅伊斯公司達成協(xié)議，進行智能感知系統(tǒng)（IAS）合作。羅爾斯羅伊斯公司表示，該智能感知系統(tǒng)通過為船員提供對船舶周圍環(huán)境的感知，使船舶能夠更安全、輕松、高效運行。該系統(tǒng)將一系列傳感器的數據與現(xiàn)有船舶系統(tǒng)，如自動識別系統(tǒng)（AIS）和雷達信息融合實現(xiàn)。同時，其他來源的數據，包括全球數據庫的信息也將發(fā)揮作用。這項合作選擇在商船三井旗下的“Sunflower”號客船上進行。

作為最新“智能船舶項目”的一部分，商船三井于2017年11月與旭化成株式會社(AEC)達成協(xié)議，合作進行振動傳感器預測船用設備異常情況的驗證研究。該研究將利用分析軟件和振動傳感器，對正在建造的汽車運輸船和VLCC上的關鍵輔助機械，如泵和凈化器狀況進行監(jiān)測。作為船舶物聯(lián)網系統(tǒng)(IoT system)的一部分，項目參與者預計該項目將不僅創(chuàng)造一個獨立的船載監(jiān)控系統(tǒng)，而且有助于將數據與船岸之間的實時通訊監(jiān)控平臺合并，以便一旦發(fā)生異常就進行分析。此外，日本船級社將開展產業(yè)和學術合作伙伴聯(lián)合研發(fā)計劃，使用商船三井技術研究中心擁有的發(fā)電機發(fā)動機，對船舶推進主機、電力發(fā)電機和螺旋槳軸承振動傳感器進行磨損試驗。

當然，除了商船三井和日本船級社，日本郵船(NYK)、東京計器株式會社、日本古野電氣株式會社等相關單位也開展了很多工作。如日本郵船與MTI公司、日本電報電話公司（NTT）和NTT數據公司合作，利用NTT公司的邊緣計算技術通過融合SIMS系統(tǒng)，開發(fā)了新一代船載物聯(lián)網平臺，從而使得在岸上實現(xiàn)對船上應用程序的遠程分發(fā)和管理，該平臺符合由日本船舶機械和設備協(xié)會制定的船載物聯(lián)網國際標準。東京計器株式會社與MTI、日本海洋科學株式會社、海上安全技術研究所、古野電氣株式會社、日本無線株式會社在內的共7家單位開展了“船舶自主導航碰撞風險的確定研究”，該項目為“先進安全船舶技術研發(fā)支持項目”中的一個子項，由日本國土交通省支持。