李國祥 王海燕

（上海海事大學 商船學院 上海201306）

引 言

2018 年5 月國際海事組織（IMO）海上安全委員會第99 屆會議（MSC 99）對“海上自主航行水面船”（MASS）的術語、定義、目標和自主等級進行了討論。同年12 月召開的海上安全委員會第100 屆會議（MSC 100）成立了相關強制性文件修正案的起草工作組，包括海上自主水面船（maritime autonomous surface ships，MASS）工作組。2019 年6 月海上安全委員會第101 屆會議（MSC 101）圍繞“海上自主水面船”（MASS）的自主等級、與MASS 的海上安全和安保有關的強制性文件以及《MASS 試航暫行指南》進行了討論。MSC 101 以MSC.456 （101） 決議通過了包含MASS內容的SOLAS 修正案（2019 年6 月14 日通過），預計2024 年1 月1 日生效。

MASS船舶理念對涉及船舶建造、檢驗、維護、運營和船員配置等相關公約和規則的內容展示了全新的視野，并要求盡快修改所涉及的內容以適應MASS 的新要求。根據IMO的MSC 100會議提出的MASS概念，將MASS分成4個等級：等級一、等級二、等級三和等級四，這4個等級不代表其級別的次序。對于以內燃機作為主推進系統的商船，其機艙的配置和自動控制方案也應按等級的不同提出相應的要求。

中國船級社（CCS）也于2018年10月發布了《自主貨物運輸船舶指南（2018）》，對MASS商船提出了指導性意見。該指南對輪機裝置的目標為：在預期工況及應急狀態下為船舶提供及時、有效和持續可靠的動力。對輪機裝置的功能要求指出，自主船輪機裝置及自動化系統應具有如下功能：

（1）為船舶航行提供安全、可靠、持續的推進動力；

（2）為船舶航行方向控制提供安全、可靠、持續的操縱動力；

（3）接收、執行和響應航行控制系統的指令；

（4）向航行控制系統反饋運行狀態，向遠程控制中心報告系統異常狀況；

（5）具備執行指令所要求的自主操作，并能通過遠程控制中心對重要設備進行遙控操作；

（6）實時監測推進及操縱相關設備與系統的工作狀態，并根據狀態監測進行自我健康管理；

（7）采取有效措施防止機艙進水風險。

由于IMO和CCS均對MASS提出了整個輪機裝置的要求。為避免討論范圍過于寬泛，本文僅對MASS主動力系統的要求進行一些探討。

1 基于等級一的MASS船舶對主動力系統要求

IMO的MSC 100文 件對 等 級 一MASS船舶的定義是：提供自動化流程和決策支持的船舶，海員在船上操作和控制船上系統和功能。有些操作可能是自動化的，有時還是無人監督的，但船上的海員可以隨時準備接管（Ship with automated processes and decision support. Seafarers are on board to operate and control shipboard systems and functions.Some operations may be automated and at times be unsupervised but with seafarers on board ready to take control）。

根據以上IMO對等級一的定義，結合目前自動化船舶（含智能船舶、綠色船舶）的現狀，認為要符合等級一的MASS，在主動力系統方面應至少滿足以下幾個方面的要求：

（1）主動力系統的故障診斷能力方面

主動力系統應提供故障庫，能根據當前監控數據，通過算法、模型比對，判斷故障發生概率，預判故障發生部件及故障原因；能定期積累實船數據與全生命周期設備標準數據對比，根據比對數據定期修正故障庫。

（2）主動力系統的自身健康評估方面

主動力系統應提供合理的全生命周期設備標準數據，根據當前監測數據，通過算法、模型比對，確認當前處于生命周期哪種健康水平，根據當前數據模型給出設備可靠性評估意見，定期生成評估報告。靠港時，人員進行設備實際檢查評估并與評估報告進行比對。

（3）主動力系統輔助決策方面

主動力系統應能根據當前數據模型給出設備管理、維護和操作要求的輔助決策建議。

（4）基于專家診斷的主動力系統維護計劃方面

主動力系統應包含專家診斷功能，能根據健康評估結果給出維護計劃。

（5）柴油機動力設備及其系統的要求方面

裝置在運行時發生單個故障（如某一缸不發火）、或為其服務的管系發生單點故障（如單段管路的爆裂）、或遙控系統發生單個故障（如遙控系統失電）時不至于使整臺柴油機動力裝置癱瘓，至少仍能使柴油機動力裝置可以低速運行。該類故障發生時應及時作出反應（如降速運行）并報警，直至船舶人員到現場接管相關控制系統。

（6）主動力系統的應急反應方面

當船舶發生重大應急情況時（如機艙進水、機艙火警、觸礁或撞船等）相關控制系統應能作出應急情況的冗余判斷、確認和報警，并對此應急情況應能與主動力系統一起作出適當反應（如減速、停車等），直至船舶人員接管相關控制系統。

2 基于等級二的MASS船舶對主動力系統要求

IMO的MSC 100文件中對等級二 MASS船舶的定義是：船上有海員的遙控船，船舶是從另一個地方控制和操作的。海員可在船上控制和操作船上的系統和功能（Remotely controlled ship with seafarers on board. The ship is controlled and operated from another location. Seafarers are available on board to take control and to operate the shipboard systems and functions）。

根據以上對等級二的定義，結合自動化船舶（含智能船舶、綠色船舶）的現狀，認為要符合等級二的MASS，至少應滿足以下幾個方面的要求：

（1）主動力系統的故障診斷能力方面

相比MASS一的要求，MASS二除滿足如提供故障庫，定期積累實船數據，根據比對數據定期修正故障庫外，對虛警率應有較高的要求。根據GJB 3385-1998《測試與診斷術語》標準，對虛警和虛警率的定義為：機內測試（BIT）或其他監控電路指示有故障而實際上不存在故障的情況稱為虛警。虛警率（false alarm rate，FAR）是指在規定時間內發生的虛警數和同一時間內故障指示總數之比，用百分數表示。漏警是指實際存在故障，而機內測試（BIT）或其他監控電路不指示故障的情況稱為漏警（或稱漏報）。漏警率（missing alarm rate，MAR）是指在規定時間內發生的漏報警數和同一時間內實際故障總數之比，也用百分數表示。通常FAR和MAR都要求在1%以內，故此MASS二的虛警率應低于1%，漏警率應低于1%。

（2）主動力系統的自身健康評估方面

MASS二與MASS一的要求基本一致，即主動力系統應提供合理的全生命周期設備標準數據，確認當前處于生命周期哪種健康水平，然后根據當前數據模型給出設備可靠性評估意見，定期生成評估報告。靠港時，技術人員進行設備實際檢查評估并與評估報告進行比對。

（3）主動力系統輔助決策方面

同樣地MASS二也應能根據當前數據模型給出設備管理、維護、操作要求的輔助決策建議。

（4）基于專家診斷的主動力系統維護計劃方面

MASS二系統也應包含專家診斷功能，能根據健康評估結果給出維護計劃。

（5）柴油機動力設備及其系統的要求方面

裝置在運行時發生單個故障（如某一缸不發火）、或為其服務的管系發生單點故障（如單段管路的爆裂）、或遙控系統發生單個故障（如遙控系統失電）時不致于使整臺柴油機動力裝置癱瘓，至少仍能使柴油機動力裝置可以低速運行。該類故障發生時，應及時作出反應（如降速運行）并報警，船舶人員可以在現場或船舶另一個地方接管相關控制系統。

（6）主動力系統的應急反應方面

MASS二與MASS一的要求基本一致。當船舶發生重大應急情況時，相關控制系統應能作出應急情況的冗余判斷、確認和報警，主動力系統一起作出適當反應（如減速、停車等），直至船舶人員接管相關控制系統。

3 基于等級三的MASS船舶對主動力系統要求

同樣地，IMO的MSC 100文件中對等級三MASS船舶的定義是：無海員的遙控船。船舶是從另一個地方控制和操作的，船上沒有海員（Remotely controlled ship without seafarers on board. The ship is controlled and operated from another location. There are no seafarers on board）。

根據以上對等級三的定義，結合自動化船舶（含智能船舶、綠色船舶）的現狀，認為要符合等級三的MASS，至少應滿足以下幾個方面的要求：

（1）主動力系統的故障診斷能力方面

MASS三除滿足如提供故障庫，定期積累實船數據，根據比對數據定期修正故障庫外，對虛警率應有更高得要求，比如：要求虛警率（FAR）低于1‰，漏警率（MAR）低于1‰。

（2）主動力系統的自身健康評估方面

MASS三的主動力系統也應提供合理的全生命周期設備標準數據，能確認當前處于生命周期哪種健康水平，根據當前數據模型給出設備可靠性評估意見。因MASS三船上無船員在船，此時系統應能定期向岸基發送評估報告；靠港時，再由人員進行設備實際檢查評估并與評估報告進行比對。

（3）主動力系統輔助決策方面

主動力系統應能在無限航區開闊水域、根據當前數據模型給出設備管理、維護、操作要求的自主決策建議，近海航區提供設備操作輔助決策；根據故障診斷給出設備操作輔助決策。

（4）主動力系統維護保養方面

因MASS三船上無船員在船，在船舶發生故障而無備用設備可接替工作的情況下，主動力系統應能確保具有自我修復的能力。所謂故障的自我修復能力，是指主動力系統內發生某些常規故障時，系統能自動啟動修復程序，在停車后（甚至不停車），進行故障部件的修復或更替，待修復完成后再次自動啟動主動力系統至正常運行，同時記錄相關事項的能力。比如：主機某缸排氣溫度過高時，可自動檢測該缸排溫過高的原因，如檢測結果是因某一噴油器霧化不良引起的，可在自動停車后，進行自動更換備用的噴油器后，再自動恢復運行。如無這種自我修復能力，船舶應配備其他智能設備（如機器人）在遠程人員的監視下進行故障設備的修復。同時，主動力系統也應能根據系統的健康評估結果給出靠岸維護計劃。

（5）柴油機動力設備及其系統的要求方面

裝置在運行時發生單缸故障（如某一缸不發火）、或（和）為其服務的管系發生單個故障（如單段管路的爆裂）、或（和）遙控系統發生單個故障（如遙控系統失電）時，進行冗余判斷、確認，并仍能使整臺柴油機動力裝置維持最低安全要求的運行（如降速運行），以使船舶駛抵最近的港口。

（6）在主動力系統的應急反應方面

因MASS三船上無船員在船。當船舶發生重大應急情況時，相關控制系統應能作出應急情況的冗余判斷、確認和報警處理，此時，主動力系統應一起作出適當反應（如減速、停車等）。同時，船舶應配備一定數量的智能設備（如機器人），對該應急情況進行拯救性處理，能保證船舶以最低安全要求駛抵最近的港口，以便岸上人員上船作業。

4 基于等級四的MASS船舶對主動力系統的要求

IMO的MSC 100文件中對等級四 MASS船舶的定義是：完全自主的船舶，船舶的操作系統能夠自己做出決策并確定其具體行動（Fully autonomous ship. The operating system of the ship is able to make decisions and determine actions by itself）。

根據以上對等級四的定義，由于目前完全自主的船舶還處于討論階段，要真正實現船舶的完全自主，探索前進之路還很漫長。在此，對等級四的MASS要求只做一下預期，即至少應滿足以下幾個方面的要求：

（1）MASS四船舶的主動力系統應同樣具有自動診斷故障的能力；同時對診斷出的故障，能根據重要性等級進行自我修復或替代。

（2）MASS四船舶的主動力系統也應提供合理的全生命周期設備標準數據，確認當前處于生命周期哪種健康水平，并根據當前數據模型給出設備可靠性評估意見。因MASS四船為完全自主船舶，船上無船員在船，此時系統也應能定期向岸基發送評估報告，供岸上人員參考。

（3）主動力系統輔助決策方面，應能根據當前數據模型給出設備管理、維護、操作要求的自主決策建議；根據故障診斷給出設備操作自主決策。

（4）主動力系統維護保養方面，因MASS四上無船員在船，在船舶發生故障而無備用設備可接替工作的情況下，主動力系統應能確保具有自我修復能力。若不具備此自我修復能力，船舶應配備其他的智能設備（如機器人）進行故障設備的修復。同時，主動力系統應根據健康評估結果給出最優維護地點、最經濟維護方案，供岸上管理人員參考。

（5）柴油機動力裝置及其系統的要求方面，裝置在運行時發生故障（如不發火），或（和）為其服務的管系發生故障（如單段管路的爆裂），或（和）遙控系統發生故障（如遙控系統失電）時，進行冗余判斷、確認并修復。如不能修復，至少仍能使整臺柴油機動力裝置維持最低安全要求的運行（如降速運行），以使船舶駛抵岸上人員指定的港口。

（6）主動力系統的應急反應方面，因MASS四船上無船員在船。當船舶發生重大應急情況時，相關控制系統應能作出應急情況的冗余判斷、確認和報警處理，此時，主動力系統應一起作出適當反應（如減速、停車等）。此外，應配備一定數量的智能設備（如機器人），對該應急情況作出恰當判斷和處理，能保證船舶的安全并駛抵岸上人員指定港口，以便岸上人員上船作業。

5 結 語

IMO的MSC 100文件特別強調，其所列的4個等級并不代表其等級的次序（The above list does not represent a hierarchic order. It should be noted that MASS could be operating at one or more degrees of autonomy for the duration of a single voyage）。也就是說，4個等級之間并沒有上下級的關系，也沒有絕對的級別隔離，各級之間可能有部分的重疊內容。應當指出的是，在一次航程中，MASS可以是以1個或多個自主等級下運行的。

MASS因其高度的自動化、智能化、集成化、物聯化，由此產生船舶高度的可靠性、快捷性和經濟性，是對傳統商船的顛覆性挑戰，也是航運業一場新技術革命。其對以往所有的公約、規則、規范都提出了挑戰，故需要從法規制定、船舶的設計和制造、營運管理以及保險等各個領域重新進行框架和體制的設計。上述若干建議，只是對當今MASS發展要求的初步探討，隨著MASS技術的逐漸成熟，定會有更加嚴格的技術要求。