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日本船舶智能化策略

新闻来源:中国船检    浏览量:543 王思佳 2021-04-12
        1978年前后,曾经的世界第一造船大国日本便开始江河日下。21世纪初,更是被韩国造船业赶超而退居次席。之后在中日韩三国角逐中,始终再无力重回巅峰。智能技术在船舶行业的应用与发展显然为日本东山再起提供了绝佳机会。那么,曾经的造船巨擘在新的发展机遇面前,有哪些不同寻常的做法?智能之火是否能助力日本船舶行业照亮复兴之路?
日本智能化突围
        作为老牌的造船强国,日本在船舶智能化方面一直按照自己的方式和节奏暗暗发力,以期抢占市场先机,重塑日本造船新的核心竞争力。
        2012年,日本启动了“日本智能船舶应用平台”(SSAP)项目,旨在建立船舶和岸端获取船舶设备数据的标准化方法,为智能航运所要求的船-岸高效信息交互奠定基础。该项目的根本目标在于解决智能导航问题,研发包括综合船舶航运系统、陆上保障系统、恶劣条件航行系统、异常事态处理系统等智能系统,通过这些系统自选最合适的航线、速度,航行中自我判断风暴,避免撞船危险。该计划2014年开始实施,研发周期为2014年1月至2017年3月期间,日本当时计划向该项目投入120万美元研究经费。该项目由日本船舶机械与设备协会(JSMEA)牵头,三菱重工(MHI)、川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)、日本大发柴油机株式会社、东京计器株式会社、日本邮船(NYK)、商船三井(MOL)和日本船级社(Class NK)等27家造船、配套、航运和检验单位共同参与。
        同时,该项目团队也在推动智能船舶应用平台成为国际海事组织(IMO)E-Navigation 的测试版,并在IMO、国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)等层面积极推动关于系统模型、系统安全、数据结构等内容的标准化工作。
        日本船级社也将研发智能船舶作为重点工作,创设了“海事业大数据中心”,与IBM联合开发有关软件,对收集机舱内的实时数据加以处理、分析,进而为设备维护、优化等提供合理的建议。此外,日本船级社还与NAPA联合研制了船舶航行路线优化支持系统,该系统有助于船舶运行企业改善航行规划及航行路线,当前该系统已成功运用于日本的智能船舶上。
        2015 年8 月,日本在(ISO/TC8)主导提出的《船载海上工况数据服务器》和《船载机械和设备标准数据》两项国际标准正式立项,依托承担的单位有国际标准化组织船舶与海洋技术委员会导航与船舶营运分委会(ISO/TC8/SC6)秘书处。2019年10月,日本邮船公司宣布完成了全球首次符合IMO《水面自主船舶试航暂行指南》规定的自主航行系统海上试验。根据统计,日本先后主导提出并推动了10 余项国际标准研制,覆盖了船舶通导、航向控制、航行记录、信息传输等船舶智能化领域。日本已经将“智能船舶”(Smart Ship)上升为该国国际海事立法发展战略的核心目标之一(国际标准化),作为其振兴造船工业的重要举措之一。
        同时,为了支持与引导本国的船舶智能化发展,日本政府也给予了极大支持。日本政府在2016年推出了一项新的船舶产业创新政策——“i-Shipping”,计划从提升产品和服务能力、开拓商业领域、提升船舶制造能力和加强人力资源储备等四个方面助推日本船舶工业进一步创新做强,以扩大产品出口量,提升产业价值。日本政府计划通过改革生产现场,建设稳定高效的生产体系,提高效率。具体的任务和措施包括:
        1、利用数字化技术加强现场工人生产管理。利用传感设施将个人动作和作业数据化,实现作业实绩实时监控与管理;优化基础设施,运用互联网及大数据等技术打造可视化船厂。通过革新相关软件及技术,将工人的工作内容可视化、数据化。
        2、减少生产过程中零部件及材料在订货、制造、交货等环节中的浪费。推动地区配套供应商之间的订货、制造、采购实现网络化、一站式化;推进“智能造船集群”建设,并将零部件及材料的设计、订货、制造、采购等环节纳入其中。
        3、升级现有设备进一步优化建造流程,提升模块精度、舾装效率。包括引进激光电弧焊接技术、船体分段3D激光扫描,引入适合造船工作的可穿戴式机器人技术提高舾装等复杂环节的工作效率。
        4、加强产研结合,提高先进生产设备应用率。鼓励企业与研究机构合作开发、引进自动化程度高的设备,如焊接机器人等,税收上支持船舶企业设备更新。
        5、加强技能工人培训。进一步扩大技能培训的范围以及建设技能评价系统;通过采取适合的监管措施,增加外国人就业率。日本国土交通省(MLIT)把当年定为生产性革命的元年,对“i-Shipping”给予了大力支持。“i-Shipping”计划即将物联网、大数据技术运用到船舶运营和维修中,通过及时反馈信息达到设计、建造、运营和维护一体化的效果,全面提升产品的竞争力。
利用标准抢占先机
        日本基于自身船舶制造技术的领先优势,结合近年来的前沿科技成果,例如大数据等,制定出了具有日本特色的船舶智能化之路。这些行动计划将对保持和提升日本造船业综合竞争力发挥积极作用,日本对此充满信心。
        日本在开展船舶智能化相关研究时,除了研究如何将大数据和智能制造等新兴技术融入传统船舶制造业领域,促进新技术的验证、应用和产业的升级之外,也很注重智能船舶相关标准的构建。“通过日本的船舶智能化路径不难看出,日本的智能船舶研究比较注重智能船舶数据平台建设,推动船岸一体化建设。其智能船舶的研发过程中格外重视智能船舶标准建设,旨在通过项目研发抢占国际话语权,利用标准占据先机。例如SSAP项目,商船三井‘ISHIN NEXT’智能船舶项目等。”中国船舶集团经济研究中心许攸表示。
         近年来,各主要造船国家在智能船舶领域的国际标准化活动中呈现出“占位置、抢布局、重竞争”的态势。其中,较为活跃的韩国虽然也在利用其在信息通信技术领域的优势和技术积累大力推进相关标准的研究,但在整体影响力上略逊于日本。
        日本于2012年启动的其船舶智能化研究的旗舰项目SSAP在设计阶段便已明确了国际标准与技术研发同步推进的策略。当时,日本将发展智能船舶的重心摆在智能导航等相关系统方面,SSAP项目便是其研制核心,SSPA项目旨在开发船舶智能信息与控制系统,结合常见的船载监控系统,如主机遥控、压载水管理、船载电力管理、电子海图等,利用远程数据传输技术,研制出可以存储船舶监控系统运行数据,并向智能船舶各种应用系统提供接口的统一数据交互平台,实现气象导航、纵倾优化、主机监测、状态监测、能效管理、远程维护等功能。该平台已经在日本的一艘渡船和一艘原油运输船上安装应用。
        值得注意的是,在项目研究过程中,日本还积极推进相关核心设备及技术的全球标准化。由日本主导的“船载设备和系统用船舶通信网络装置导则”(ISO 16425)的发布,帮助日本在数据联通技术和标准方面抢占了先机。2015年8月,日本在ISO/TC8会议中提交的《船载机械和设备标准数据》《船载海上工况数据服务器》正式被审核通过,以上两项标准是SSAP项目的重大研究成果。
        日本在推进基于SSAP项目成果的船舶和航运数字化系列标准之后,继续对其标准进行升级,后来便形成了围绕“Ship DC”架构的标准族群,成为了航运数字化国际标准事实上的参考基准。
        此外,日本许多创新性的前瞻性研究也为其提升国际标准话语权提供了有利支撑。比较有代表性的项目是商船三井于2016年11月宣布推出的“智能船舶项目(ISHIN NEXT - MOL SMART SHIP PROJECT)”。该项目是商船三井基于2009年推出的Senpaku ISHIN项目又推出的新技术研发项目。通过该项目,商船三井将同用户和其他股东共享其技术发展策略,从而收集更多样的需求和各种技术起源。通过将它们进行匹配,商船三井计划开发船舶安全操作和减少环境影响这两个技术领域的智能船舶。根据该项目理念,商船三井将在新造船上采用“安全操作船舶先进的支持技术”和“降低环境影响的技术”。在船舶投入运营后,每年定期验证这些技术的实际效果。
        由此可以看出,让实际用户,如商船三井等航运公司参与甚至主导是日本发展无人船舶、智能船舶的另一个重要特点,这些公司参与并开展了大量研究开发工作,最大程度地确保了技术开发的可行性和实用性,同时为标准的制定提供了有保障的基础和输入,很大程度上推动了日本在科研和标准化领域的协同发展。
跨行业携手促发展
        不同于韩国龙头企业扛大旗的组织方式,日本在智能船舶方面所开展的大量研究工作主要由相关企业和科研机构主导和承担。“在组织方式上,日本开展智能船舶研究的特点在于,主要以具有国土交通省背景的社会团体组织牵头智能船舶应用平台开发工作,联合业内企业、船级社、船东等利益相关方。”许攸表示。
        商船三井联合三井造船株式会社、国家海事研究所、港口和航空技术协会、东京海洋大学、日本船级社、日本船舶技术研究协会以及昭岛实验室(三井造船)等单位组成了研究联合会,于2017年开展了“自主远洋运输系统技术概念项目”的研究,该项目入选了日本国土交通省(MLIT)的“FY2017交通运输研究和技术推广计划”。该研究联合会利用各参与公司的优势,发展自主海运的技术理念,为实现可靠、安全、高效的海运自主船舶提供所需的技术基础。其中,商船三井从船舶运营的角度进行分析,以便在操作中提高船舶性能;三井造船株式会社从造船的角度对船舶进行系统集成;日本船舶技术研究协会负责对该合作研究项目进行协调;东京海洋大学负责开展船舶导航研究;日本船级社则从船舶分类法规的角度定义自主船舶的入级规则和有关产业化实施不可或缺的规定;国家海事研究所从评估的角度开展自主船的安全技术评估等。研究联合会通过各公司的优势发展自主船舶技术概念,并力争明确自主船舶技术的发展路径,促进自主远洋运输系统技术的发展。此外,该项目还分析有关无人自主远洋运输的商业理念、系统、基础设施以及产业化实施之间的关系。
        同年6月,商船三井还与三井造船就共同开发基于实时数据的下一代船舶监测和支持系统达成合作。该系统基于实时数据构建,数据来源包括导航信息数据和由三井造船制造的设备机械信息数据等。双方还将就短周期数据和采集的大数据分析方法进行研究。
        12月,商船三井与罗尔斯罗伊斯公司达成协议,进行智能感知系统(IAS)合作。罗尔斯罗伊斯公司表示,该智能感知系统通过为船员提供对船舶周围环境的感知,使船舶能够更安全、轻松、高效运行。该系统将一系列传感器的数据与现有船舶系统,如自动识别系统(AIS)和雷达信息融合实现。同时,其他来源的数据,包括全球数据库的信息也将发挥作用。这项合作选择在商船三井旗下的“Sunflower”号客船上进行。
        作为最新“智能船舶项目”的一部分,商船三井于2017年11月与旭化成株式会社(AEC)达成协议,合作进行振动传感器预测船用设备异常情况的验证研究。该研究将利用分析软件和振动传感器,对正在建造的汽车运输船和VLCC上的关键辅助机械,如泵和净化器状况进行监测。作为船舶物联网系统(IoT system)的一部分,项目参与者预计该项目将不仅创造一个独立的船载监控系统,而且有助于将数据与船岸之间的实时通讯监控平台合并,以便一旦发生异常就进行分析。此外,日本船级社将开展产业和学术合作伙伴联合研发计划,使用商船三井技术研究中心拥有的发电机发动机,对船舶推进主机、电力发电机和螺旋桨轴承振动传感器进行磨损试验。
        当然,除了商船三井和日本船级社,日本邮船(NYK)、东京计器株式会社、日本古野电气株式会社等相关单位也开展了很多工作。如日本邮船与MTI公司、日本电报电话公司(NTT)和NTT数据公司合作,利用NTT公司的边缘计算技术通过融合SIMS系统,开发了新一代船载物联网平台,从而使得在岸上实现对船上应用程序的远程分发和管理,该平台符合由日本船舶机械和设备协会制定的船载物联网国际标准。东京计器株式会社与MTI、日本海洋科学株式会社、海上安全技术研究所、古野电气株式会社、日本无线株式会社在内的共7家单位开展了“船舶自主导航碰撞风险的确定研究”,该项目为“先进安全船舶技术研发支持项目”中的一个子项,由日本国土交通省支持。
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