船舶智慧潤滑現狀及展望

馮濤，高潔，閆洪振，鄧軍禮，王海峰，袁學軍，王子堅

(1.中國石油潤滑油公司特種油事業部，上海 201800；2.中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116031；3.中國石油潤滑油公司特種油事業部，北京 100028)

0 引言

現階段，船舶運輸依舊是世界上最高效的運輸方式，隨著國際貿易的進一步擴大，環保法規及地區性要求對船舶運營要求越來越高，因此如何提升船舶運營效率，增加在航時間，壓縮人員管理水平，成為一項重大的研究課題[1-2]。而節能減排等疊加因素影響，讓人們更加關注船舶實際的運營能力提升[3]，特別是在COVID-2019的影響下，碼頭作業時間受限，船員更替受到不同程度影響，這導致船舶在運營時間保障上需要花費更多精力，同時對船舶管理公司而言，需要更高的管理水平，以保障船舶可適應多種復雜的外部情況，并保持船舶的正常運營。

正是基于上述特點，近年來，“無人船舶”、“智能船舶”等概念受到的關注也越來越多，其在我國的發展也處于遍地開花階段[4-5]，但是多在船體設計，多集中在船舶航線制定、自動裝卸、自主駕駛等相關技術上。柳晨光等結合傳感、通信、信息、計算機等技術進步的基礎上，提出了智能化船舶的特征[6]，特別是在船舶智能化管理與服務方面，未來智能船舶應適應船舶智能化管理要求，包括但不限于貨物裝卸、航線優化、能耗監控、個性化維修等方面。

但對于船舶運營管理中最關鍵、最重要的一環，即潤滑管理，目前在智能船舶的發展上并沒有太多發展。船舶潤滑管理，作為船舶管理中最關鍵、最易實現智能化的環節，也隨著智能船舶的發展而逐漸被提上日程。船舶潤滑管理所涉及的內容多，鏈條長，因此如何進行系統化的管理，并最終實現“無人化”管理，成為船舶走向智慧非常關鍵的一步。

1 船舶潤滑技術現狀

船舶潤滑管理一直以來都是船舶運營管理中的重點工作，由于船舶特點，其設備價值高，設備種類繁多且不可替代，因此對其做好潤滑管理就顯得尤為重要[7]。其中船舶最主要的設備是船舶主機，使用的油品是氣缸油與系統油；其次是船舶輔機，使用船用中速機油；其他關鍵設備還有空壓機(使用空壓機油)、分油機(使用齒輪油)、舵機(使用液壓油)、艉軸(使用系統油或液壓油)。因此需要系統性的對船舶上設備按類別進行區分，并將油品進行細化，確保油品的正確加注。良好的潤滑管理，將會為船舶安全運營帶來極大的保障。而合適的潤滑管理，可有效提升船舶生命周期(見圖1)。

圖1 船舶生命周期與安全運營

船舶潤滑管理的關鍵點之一是船舶的供應、庫存管理。由于船舶流動性特點，隨著船舶庫存油品的消耗，船舶時常性面對油品的補充。特別對于消耗量大的主機氣缸油及系統油和中速機油，需要提前確定供應港口、供應數量及供應時間，并精確計量供應數量。對于集裝箱船舶而言，相對較為固定的航線與主機運行時間，為供應的預測提供了一定的便利，但對于工程作業船、散貨船及油輪等，其航線不確定和供油操作的特殊要求(特別是油輪)，讓潤滑油的供應成為船舶潤滑管理中最難的點。現階段，不少船舶由船上輪機長定期上報加油計劃，由陸地機務管理者與滑油供應公司溝通加油計劃，需要確定的內容包括供應時間、供應數量，以確定具體的供應計劃。但若遇到港口變動，或信息溝通不暢，就會導致供應不暢，從而導致船舶油品數量不夠而出現影響船舶營運的事故。

船舶潤滑管理另一關鍵點便是油品檢測管理。船舶由于其特殊性，需要定期對船舶主機、輔機及艉軸等部位油品進行取樣分析，以滿足船級社對船舶檢查的要求。通常船舶會定期(通常按季度)進行取樣，待船舶靠泊碼頭時將油樣送下，并交由實驗室進行分析檢測，完成檢測后，檢測結果會通過電話、郵件的形式反饋給船上。整個流程耗時較長，從取樣到拿到檢測報告，耗時大致10～60 d不等。由于時間的不可控，這對船舶安全運營無形帶來了較大的隱患。

船舶潤滑管理的另一要點，是設備在用油品的更換與添加。對于需要定期進行更換油品(如船舶分油機、空壓機等設備)，油品使用到期后應及時更換，如果船舶上人員管理不到位，極易導致油品超期使用從而出現設備故障。由于存在定期的船舶操作人員輪換，輪換時設備潤滑信息易出現因人員交接不當而出現缺失，這對下一位上船的管理人員來講就會出現信息空白，同樣會給設備潤滑帶來隱患。而對于需要及時補充油品的設備，當設備因消耗而出現油品存量減少時，應及時添加，否則將會出現缺油的問題。對于該及時換油或補充新油的情況不了解同樣會造成不良潤滑。

船舶潤滑檔案管理，也是船舶潤滑管理的重點工作。船舶潤滑檔案包括了船舶相關設備信息、設備用油信息、配油表等相關內容。由于船舶運營特點，船舶上船員會定期進行人員更換，每次人員更換時，均需要對現行船舶潤滑情況進行交接，以便下一批上船的船員可以依據實際情況對船舶潤滑進行相關管理。

船舶潤滑管理的另一要點是船舶舊油的回收工作。由于海事法律法規的相關要求，污油不能直接排入水中，需要交由具備環保資質的單位進行處理。對于部分船舶，一些污油可以進行焚燒處理，而大部分時間需要待船舶靠岸后交由專業的廢油處理單位進行處理。因此在廢棄舊油處理上，船舶同樣需要提前做好規劃，需要提前溝通好廢油回收單位，做好接收處理。

殷勇勤[8]等早在2017年就開發了一套船舶智能潤滑系統。其技術特點是使用在線監測+凈化的技術，實現油品使用潤滑管理。通過對水分、顆粒度、滑油溫度、壓力的監測，進行在線干預及校正，可實現較為初級的船舶潤滑管理。

總之，船舶運營過程中所涉及的潤滑油的供應、庫存、檢測、在用油的更換、添加及廢舊油品的回收，均是船舶潤滑管理所涉及的內容。上述內容因其工作內容較為繁多，管理要求高。但現階段，船舶潤滑管理在大多數船東公司，對潤滑管理還停留在較為初級的水平，很多人的認知還處于“設備可以運轉即可”的狀態，相關管理水平已經不能滿足現階段的發展需要。

2 船舶智慧潤滑關鍵技術

船舶運營要求高，對油品的供應、使用、售后等方面均有要求。因船舶所涉及設備眾多，潤滑點比較復雜，所使用的油品種類多，性能要求高，同時對檢測及服務要求較多，這對船舶潤滑的智慧化提出了較高的要求。船舶智慧潤滑需要基于油液在線檢測技術、船舶檔案動態管理技術，以及基于固定端和移動端的程序設置，實現實時在線管理。因此，為實現“智慧潤滑”，需要進行一系列的頂層設計，引入現代化的大數據、物聯網等先進技術[6]，并讓大部分功能實現自主化操作，減少人員干預，而讓船舶實現智慧潤滑。

2.1 油液在線監測技術

油液在線監測技術，是實現智慧化潤滑的第一步。目前廣州機械科學研究院公司設備潤滑與檢測研究所在這一領域做的工作較為成熟。陶輝[9]等介紹了其對中海油深圳分公司海上鉆井平臺上開展了一系列的在線實時監測工作。通過對現在設備附以油液監測傳感器，將收集的數據進行實時收集，并通過互聯網技術，將相關結果實時呈現于本地檢測及云端數據中心，可以實時了解油品信息。具體的檢測項目包括黏度、水分、介電常數、油液溫度、鐵磁及非鐵磁數量等參數，可實現在線智能監測。

楊慧云[10]等介紹了中國石油潤滑油公司于大慶某油田注水泵上應用的在線監測系統。通過對黏度、水分、污染度等關鍵指標的在線監測，可有效及早發現問題，防止設備潤滑出現更大故障。

在線監測技術，可有效擺脫取樣、送檢、分析等一系列常規耗時耗力的檢測流程，設備一旦出現異常立即可以發現，并依據在線數據分析系統給出設備操作建議，以調整設備運行狀態，避免出現眾大運行事故。而且在線監測應具備實時性，相關數據不僅應支持本地存在與顯示，還應及時與云端互聯，出現故障時及時引入人工進行干預，將設備故障降至最低。

油液在線監測技術不僅需要實時在線監測油液質量情況，并需要對油液質量變化情況進行預判。根據油液監測結果對設備的運行情況進行診斷，為輪機管理人員提供維修保養依據。通過互聯網云端數據共享，岸基管理人員也可以隨時查看油品及設備運行情況，并制定油品采購供油方案。

蔣元星[11]等對潤滑油檢測技術在船上的應用進行了研究，油液監測包括理化性能檢測和磨損顆粒檢測，通過理化分析將油品的使用情況進行了檢測，可以對油品質量進行判斷，為客戶按質換油提供參考。通過顆粒磨損檢測對設備的運行情況進行檢測，保障設備的安全運行。

2.2 船舶5G信息傳輸系統

5G技術是我國最近幾年實現的一種新型互聯網技術，因其速度快，功耗低等諸多優勢，為“萬物互聯”實現了可能。在實現設備端實時監測后，相應數據應具備云端保存、查閱及分析功能。而實現這一云端功能，則需要船舶具備基礎的互聯網功能。目前我國正在推行的“萬物互聯”+5G技術，為這一云端管理提供了可能。彭懿[12]等研究了5G技術在船舶建造中的應用，是一種實質的探索，也為運營船舶實現5G技術提供了一種可能。而現階段，對船舶實現5G接入，已經有相關研究[13-15]。因此將5G技術成功應用于船舶智慧潤滑已經具備可行性。

船舶5G技術的應用可以實現船上操作管理人員與岸基管理人員的互聯互通，通過云端數據的聯通實現船舶管理的智能化。通過數據互聯可以建立船舶運行數據庫，建立船舶數據模型預判船舶運行狀態并及時維護保養。

2.3 智慧潤滑管理系統

對于船舶潤滑管理來講，存在兩個層面：軟件管理系統與硬件系統。對于軟件管理系統，應滿足船舶、陸上機務人員、滑油供應商、檢測服務商、供應服務商等多方參與的一套軟件系統，并包含油液的在線監測功能、供應管理、庫存管理、檢測管理、換油管理等一系列模塊，而這一系列功能的合理配合，方能實現船舶的“智慧潤滑”。而一套相對完整的“智慧潤滑”管理系統，在軟件層面應包括以下相關功能。

(1)潤滑檔案管理：船舶配油表、檢測報告、加、換油記錄、供應記錄等全部信息進行電子化歸檔，同步云端存儲。

(2)油品庫存管理：油量不足時自動發送補油提醒，內容包括品種、數量信息。

(3)船舶供應管理：結合在岸庫存及碼頭供應規定，自動匹配最佳供油碼頭。

(4)設備換油管理：對于按期換油設備，到期即發送提醒；對于按質換油設備，依據在線監測結果進行油品添加或更換。

(5)船舶檢測管理：在未出現異常時，免去油品檢測步驟；出現異常時提醒取樣分析，并將檢測報告云端存儲，隨時備查。

(6)設備異常管理：設備運行狀態跟蹤，出現異常時及時發送指令并協助進行綜合分析。

(7)在線應答管理：滿足船舶技術服務需求。

而在硬件層面，需要對船舶關鍵設備提供一系列傳感器。具體需求見表1。

表1 船舶智慧潤滑管理硬件需求

表1(續)

總之，通過建立船舶智慧潤滑系統，并借助于現代5G互聯網技術，有效將船舶、碼頭、潤滑油倉庫等終端進行互聯，并將船舶設備用油、換油、加油、檢測等過程綜合納入潤滑管理系統，并將遠程管理與船舶端進行互聯網接入管理，整個系統硬件與軟件有效配合，即可實現船舶潤滑管理的智慧化。船舶智慧潤滑系統拓撲結構如圖2所示。

圖2 船舶智慧潤滑系統拓撲結構

通過船舶、碼頭、滑油倉庫等基礎單元與云端的智能結合，可為船舶實現智能供應、智能用油管理等一系列“無人化”操作，從而真正實現船舶的“智慧潤滑”管理。

3 昆侖潤滑構建的智慧潤滑管理系統

昆侖潤滑是國內最大的集潤滑油、潤滑油脂研發、生產、銷售于一體的專業化公司，擁有國內最全的產品線，其船用油是國內最早開始進行船舶供應服務的潤滑油供應商，市場占比近年來穩居國內首位。近年來，隨著5G技術的發展，昆侖船用油也一直推動船舶智慧潤滑服務。其首創的“船舶云科技二維碼”技術，通過將船舶潤滑管理與互聯網技術相結合，為船舶潤滑管理提供了一種新思路。

昆侖船用油為船舶專門搭建了“船用油管理平臺”(見圖3)，該平臺是昆侖船用油結合國內船舶供應實際情況，專門為船舶潤滑管理定制的，并可為船舶潤滑提供一系列智慧化管理的系統。該管理系統可為單船提供以下幾個模塊：檔案管理、供應管理、訂單管理、檢測管理、換油管理、在線問診等，其中船舶端的操作介面見圖4。

圖3 昆侖潤滑管理平臺

(a)PC端 (b)手機端

通過該管理平臺，可以為船公司提供一系列船舶管理便利，而通過開通單船帳號，潤滑管理功能可進一步下放到單一船舶。通過單船登陸平臺，可以更加方便地對船舶潤滑系統進行管理。

(1)檔案管理：對船舶設備及用油信息進行動態化管理：包括船舶設備信息、油品信息及船舶配油表等內容進行數字化記錄，并記錄在云端，通過云端數據共享技術，船上管理人員及船舶公司岸基管理人員可以隨時進行查閱并可對數據進行完善。管理平臺還可以實現技術資料的共享，對于船舶管理經常用到的技術資料(產品說明書，MSDS)等，可以在線下載，提高了技術服務的效率。

(2)供應管理：詳細記錄船舶供應情況，便于船舶進行數據統計，同時供應記錄便于船上辨別油品真假。通過船舶運行航線與潤滑油公司庫存的聯動管理，為船舶提供最優的供油推薦方案，可以最大限度的降低船舶的供油費用。

(3)訂單管理：船舶可以直接進行下單、查單等操作，方便陸上管理，同時方便船公司與油公司直接對接，避免出現假油問題。

(4)檢測管理：實現檢測提醒、取樣、送檢、檢測、報告全流程可見；檢測報告在線下載，并永久存檔。同時可提供數據分析功能，設備磨損情況隨時掌握。通過持續跟蹤檢測數據可以對船舶設備的運行情況進行預判，為船舶的維修保養提供依據。

(5)換油管理：對于定期需要更換油品的設備，提供到期提醒，避免人員交接時出現換油不及時而導致的油品超期使用。

(6)在線問診：單船可直接進行業務咨詢，遇到供應問題、油品技術問題時，可隨時聯系潤滑油廠家，方便進行故障排查。

通過該潤滑管理系統，一改過去只通過傳統模式進行潤滑管理的模式，極大地提升了船舶潤滑管理水平，壓縮了管理成本。在現階段船舶管理要求日益高的情況下，為船東客戶創造了價值。該管理系統功能如圖5所示。

圖5 單船潤滑管理系統功能(PC及手機端)

目前昆侖潤滑已為30多家使用昆侖船用油的客戶將近300條船開通了單船管理帳號，就目前的應用情況來看，已取得較好的使用效果。

4 結論及展望

可以預見，船舶行業的發展將會伴隨著5G技術的發展迅速起飛。隨著相關配套服務技術的發展，船舶潤滑管理將會越來越自主化與智能化。

船舶潤滑管理智能化的發展，已經由設想走向了現實。通過昆侖潤滑為船舶所建立的“管理平臺”，可以為船舶潤滑管理實現初步的智能化管理，但船舶潤滑由初步智慧潤滑走向成熟，還需要繼續進行5G技術的深入研發及應用，同時相關在線油液監測技術也應同步發展。通過智能化管理，船舶智慧潤滑帶來的不僅是管理上的提升，更多地是減少設備故障，提升船舶運營時間，并最終實現為船東創造價值。“無人船舶”的最終實現，離不開船舶設計、建造，到港口碼頭，航道規劃，船舶檢驗等多維度多部門的共同努力。而船舶潤滑管理作為“無人船舶”中最易實現的模塊，必定會走在前沿。