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智能船舶先行者(Z.2015.12)

新闻来源:中国船检    浏览量:1333 杨培举 2017-07-31
        |► CCS《智能船舶规范》的出台,是CCS技术能力的体现,它的出台填补了国际海事界在智能船舶方面没有规范标准的历史,将引领智能船舶向着规范化、标准化方向发展。
        近年来,“智能船舶”是业界的热门关键词之一, 深受业界关注。最近,甚至有研究机构放言,几年之后无人船可能就会面世。然而,有一个现实问题横亘在业界面前,即当前尚无引领和指导“智能船舶”发展的《智能船舶规范》,这对行业发展极为不利。2015年12月1日, 在上海举办的第18届中国国际海事会展期间,业界终于听到了一个期盼已久的重大消息。这一天,中国船级社(CCS)高调向业界发布了全球首部《智能船舶规范》。
       “全球首部”意义非凡
        今年在上海举办的中国国际海事会展,给业界留下的印象是,虽然航运业和船舶工业正处于市场寒冬期,但“智能船舶”还是带来了一抹新绿,尤其是CCS在今年展会期间的高调亮相,让业界更加深了这种印象。CCS在发布全球首部《智能船舶规范》的同时,还举办了新技术发布研讨会,介绍了CCS在智能船舶、新船型技术、航运与造船业热点问题及CCS解决方案等几个方面的最新成果,此举充分展示了CCS在船舶规范标准领域正由昔日跟随者的角色逐渐向引领者过渡。
        CCS《智能船舶规范》的横空出世,让业界震惊。但对CCS而言,其惊艳亮相的背后,与其之前的未雨绸缪密不可分,是多年在智能领域不断积淀的结果。为了更好地助力中国航运业和船舶工业的智能化发展,CCS近几年在“智能船舶”研究领域不断加大研发力度,相继启动开展了智能化船舶相关设计指标、规范标准、验证模式及相关数据库与应用平台的研究开发工作,指导相关设计并提供相关验证手段;同时,还开展了以三维船体维护保养体系和机械设备维护保养体系为基础的船舶全生命周期在线监控及船岸一体化研究工作;完成了与智能船舶相关的智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物控制、智能船舶信息管理等方面的规范研究等一系列工作,努力为智能船舶的发展做好技术储备。通过近几年的科研和实践,CCS在智能船舶领域已积累了大量的实船数据和经验,并完成了多项研究成果。比如,船舶能效管理系统、船体结构健康管理系统、船体结构建造监控系统、船舶建造质量管理系统、船员培训系等,都收到了良好的效果。
        另外,对于业界普遍关注的智能船舶的安全问题,CCS更是很早就启动了相应的研究工作。多年来,CCS一直致力于智能船舶及安全系统的研究,注重船舶智能系统和船用软件的研究、开发、验证以及测试等。早在1999年CCS就发布了《综合安全评估应用指南》。2013年CCS上海分社启动《船用计算机控制和报警系统软件评估研究》,该项目的立项,使CCS在船用控制系统软件评估领域迈出了重要一步。2015年,CCS又发布《船用软件安全及可靠性评估指南》,该指南于2015年7月1日起已生效。
        CCS副总裁孙峰表示,CCS《智能船舶规范》的出台,是CCS技术能力的体现,它的出台填补了国际海事界在智能船舶方面没有规范标准的空白,将引领智能船舶向着规范化、标准化方向发展。
        为智能船舶发展导航
        近年来,虽然航运界和船舶工业界对于智能船舶一直都很关注,但在CCS没有发布《智能船舶规范》之前,对于智能船舶如何定义,因涉及新技术的运用,企业和研究机构的理解不尽相同,因此,业界希望能够有权威机构对智能船舶有一个基本的定义,能够给行业未来发展做出指引。可以说,CCS发布全球首部《智能船舶规范》,为全球船舶智能化的发展奠定了一个良好的基础。
      《智能船舶规范》是基于CCS近年来的科技研究成果,并充分考虑了国内外有关智能船舶的应用经验和未来船舶智能化的发展方向编制而成。根据CCS发布的《智能船舶规范》中定义:“智能船舶指利用传感器、通信、互联网等技术手段,自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据,并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术,在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶,以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。智能船舶的功能分为智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。”从CCS发布的《智能船舶规范》来看,其体系由智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台六大功能组成。智能化程度上,分别从船舶数据感知、分析、评估、诊断、预测、决策支持、自主响应实施等方面,对应不同的智能功能提出相应要求。智能船舶规范主要内容包括:(1)智能船舶的目的、应用范围;(2)智能船舶的定义、目标和功能要求;(3)新技术的应用原则;(4)计算机系统和软件开发要求;(5)智能船舶附加标志及功能标志:i-Ship(Nx,Hx,Mx,Ex,Cx,Ix);(6)智能船舶各智能功能的一般要求、功能要求、技术要求、检验要求及人员要求。
        据CCS专家介绍,随着现代科学技术的发展,特别是计算机技术、人工智能技术、模糊数学理论以及神经网络等技术的发展,为工业领域的自动化和智能化的发展提供了新的契机。纵观全球航运领域,智能化产品正不断涌现,无人值班机舱、电子海图显示系统、船舶自识别系统、全球定位系统以及陆续投入使用的自动舵、避碰决策支持等技术。船舶的营运环境比较复杂,通讯条件较特殊,加之船体结构和机器设备本身的复杂性等行业特点,决定了无人驾驶船舶乃至智能船舶的研发存在相应的技术难度。但是,随着近年来船岸网络带宽提高、资费成本降低,结合业界对人员、成本、安全性、环保性和经济性等方面的迫切需求,智能船舶已成为未来行业发展的必然趋势。
        但是,这位专家也指出,智能船舶的发展不是一蹴而就,而是一个循序渐进的过程。通过CCS多年来的跟踪、研究,他们认为智能船舶从发展路径上来看,按照从设备到系统、从船基到岸基,它可大体分为四个发展阶段:第一阶段是具有感知能力的船舶,通过一定数量的传感器获得相应的信号和设备运行的信息。感知系统是智能船舶获取内外部信息的基本途径, 在线监控是对设备运行最基础的数据获取手段, 船舶物联网和多传感器数据融合将是智能船舶发展的基础技术。第二阶段是具有辅助人工决策能力的船舶。它是基于前一阶段船舶设备传感器获得的设备运行信息,进行设备实时状态监控,利用工业数据分析、系统仿真等技术方法,构建船舶设备诊断决策知识库,快速识别故障源,并依据设备参数的挖掘与智能信息匹配,进行设备维修辅助决策,实现设备状况的健康评估诊断及预测、综合状态分析、远程诊断支持等一系列活动,并为维护工作提供智能决策,目前CCS在船体结构全生命周期管理、船舶最佳纵倾优化决策等方面的研究体现了智能船舶第二阶段的特点。第三阶段是具有自主决策能力的船舶。在这一阶段,船舶信息处理中心在收集各个设备的信息并进行处理后,采用知识工程的理论,对船舶航行、机舱设备、货物、能效管理问题进行知识获取和知识表示,建立智能的数学模型并用算法进行优化,完成知识推理过程,经智能判断后,系统给出建议和决策,并自动实施人工监督。第四阶段是基于远程岸基支持下自主运行船舶。基于岸基控制的船舶远程控制和分析系统应包括船基和岸基两大组成部分,其中在船基部分逐步形成感知、评估、预测、优化、控制、管理、远程支持等能力甚至实现无人操控、自组织、自重构的“会思考”的智能船舶。岸基控制中心可以通过对船舶设备健康状态的实时监控和趋势预测,提前制定维修计划,预先调配船舶备件至预定港口。同时,远程控制技术将会提高航运整体计划的效率,优化船舶靠港时间货物装卸流程,降低航运企业的成本。
        CCS专家向记者表示,智能船舶这四个阶段每个阶段都有其鲜明的特征,涉及的技术以及领域众多,面对的问题和需要解决的技术也不尽相同,因此多年来,CCS在智能船舶领域的科研投入非常大,旨在为航运界、造船界以及相关产业在未来的船舶智能化发展提供更有力的技术支撑,近年来国内信息化和互联网技术发展非常快,整个创新环境和产业基础都非常有利于智能船舶的发展,可以说,中国在智能船舶领域是机会的。
        从应对到引领
        据CCS专家介绍, 在国外,特别是欧洲、美国已率先在智能船舶领域展开研究,与此同时一些船业巨头甚至乐观预测:在不久的将来,发展成熟的“幽灵船”技术将改写全球远洋运输的面貌。美国海军正在测试有关“无人驾驶船舶”方面的新技术,搭载这些新技术的船舶除了能够在无人直接干预的情况下机动保护友船,甚至还能够群起而攻击敌方目标。劳斯莱斯公司公布了一项用遥控无人驾驶货船取代传统货船的大胆计划,借助该公司正在挪威研制的一种“虚拟平台”,船长可以在世界的任何地方遥控这些船舶。GTT所设计的薄膜式LNG加气驳船已获美国船级社(ABS)的原则性批准。英国制造的一艘代号为“MARS”的无人驾驶船舶,将计划在2020年横跨大西洋,纪念“五月花”号轮船首次登陆北美大陆400周年。在亚洲,两个超级造船大国,韩国和日本更是暗暗发力,欲借智能船舶提升自己的竞争力。
        面对国际海事界在智能化领域展开的竞争,中国早已有了紧急行动。近些年国内信息化和互联网技术的快速发展,为工业界在智能化领域的发展夯实了根基,尤其是“中国制造2025”战略和“互联网+”行动计划的提出,更是加速了中国工业智能化的进程。在这种背景下,中国船舶智能化发展也迎来了前所未有的契机,为中国造船业实现从“量”到“质”的转变创造了机遇。为此,工信部、交通运输部以及行业协会、学会、CCS、相关企业等纷纷加大对智能船舶的支持和研发力度。现阶段国内大型航运企业、造船企业、产品配套企业、CCS等方面已经注意到智能船舶技术对于未来航运发展的重要性,并展开了对智能船舶的研究与探索。其中,中船集团党组书记、董事长董强曾专门作出批示,要求集团与CCS联合研发智能船舶。同时,该集团还调动系统内部大量资源,研究开发智能船舶,中国远洋(运输)集团、招商局能源运输股份有限公司等航运巨头已加入中国船舶工业集团的工业4.0联盟。中海集运、中海网络与阿里巴巴签署合作协议,着力构建全球领先的电子商务综合物流信息服务平台。可以说,目前国内在智能船舶领域,大家已经达成了共识,认识到目前航运业、造船业以及相关产业走出困境的唯一出路,就是技术创新、产业升级。新一轮科技和产业革命将为中国船舶工业创造机遇,将推动船舶制造向设计智能化、产品智能化、管理精细化和信息集成化等方向发展,智能制造、智能船厂将成为世界造船强国发展的新趋势。
        据CCS专家介绍,目前国际上对于智能船舶基本还停留在概念和讨论阶段,CCS之所以能率先发布全球首部《智能船舶规范》,是与CCS早先布局智能船舶的研发密不可分。近年来,CCS承担和参与了工信部、交通运输部等政府主管部门委托的多项重大课题和任务,同时与业界也展开了广泛的合作,通过大量的课题研究和合作,CCS的综合技术能力得到迅速提升。可以说,多年来,在国际船舶标准规范的制定上,中国长期处于跟随和应对的被动地位,但经过了几十年的厚积薄发,在今天的智能船舶领域,终于迎来弯道超车的机会。
        CCS副总裁孙峰表示,CCS在智能领域的研发有长期的战略规划,发布全球首部《智能船舶规范》只是一个开始,在国内,未来CCS将继续与业界密切合作,加快船舶智能化相关技术的研究和应用推广,为航运业和造船业的健康可持续发展提供强劲动力。考虑到智能船舶技术在不断发展变化,智能船舶规范作为一种开放式规范,将与国际上智能船舶技术的发展和应用同步,不断纳入新的应用成果,完善和细化已有的技术要求。同时,未来CCS还将建立起与国际标准化组织长期合作机制,充分利用国际标准化组织的影响力,加快智能船舶的标准化工作,力争把中国在智能化领域所取得的成果奉献给全球海事界,让越来越多的中国标准变为世界标准。
        化挑战为机遇
        孙峰向记者强调,CCS能够率先发布全球首部《智能船舶规范》,不仅是CCS自身技术能力的体现,同时也是国内船舶工业界共同努力、协同创新的结果。从国家未来的发展政策、理念,以及当前国内工业界在智能化领域积累的技术积淀来看,中国船舶工业正迎来一次弯道超车的大好契机,而智能船舶就是很好的突破口。
        在强调机遇的同时,孙峰还指出,智能化船舶的发展,将为航运业满足社会性需求和经济性需求提供可靠保障,同时也将极大地改变航运业和造船业现有的行业生态和运营模式。因此,国内业界在期待智能化船舶到来的同时,也需要对它给行业所带来的深刻变革给予足够重视。多年来,CCS在这方面也一直给予了持续关注和研究,从目前的情况来看,智能船舶的信息采集和分析手段的可靠性,管理模式与规范、法规的矛盾,以及信息安全方面,需要业界给予更多关注和研究。
        在信息采集和分析手段的可靠性方面,需要研究和突破的地方还有很多。首先,当前信息融合系统应用的环境比较复杂,在信息的获取、处理、描述和融合过程中存在许多不确定因素,从而导致了最终的融合结果与真实情形有很大差别。在许多应用场合,如机动目标跟踪、船舶自主导航等,对多源信息融合系统的融合精度提出了更高的要求。其次,故障诊断本身是一门涉及信息检测技术、信号处理技术、计算机应用技术、自动控制理论、模式识别理论、机械工程学和人工智能等多学科综合的新兴边缘学科,目前业界对非线性系统缺乏一般性的控制器综合方法,非线性系统的故障检测与诊断问题还没有得到完全解决,非线性时滞系统的容错控制能力还非常差,高维、时变多变量系统的完整性控制问题还有待提高,这些问题都是制约智能船舶发展的重要制约因素。再次,虽然当前数据挖掘技术的研究与应用已取得了很大的成果,然而还面临着许多问题,比如,各种数据挖掘问题及挖掘方法基于不同的模型和技术,彼此互相孤立, 联系很少;数据挖掘处理高维数据的能力有待提高;数据挖掘系统仅提供孤立的知识发现功能,难于嵌入大型应用;数据挖掘中的具体算法在解决具体问题时还需完善。另外,基于不同平台、不同应用或不同开发主体开发的各种智能化设备,可能存在技术标准输入上的差异,不同智能化应用系统之间如何做到准确、稳定、兼容、协调和标准统一,也是亟待解决的问题。
        管理模式与规范、法规的矛盾亟待破解。船舶智能化将对现有劳工关系、运营管理模式产生影响,而船员管理制度、管理模式的改变,有可能导致与现有公约、规则要求相冲突,需要及时开展对相关公约、规则进行修订的前期研究工作;尽管提升价值链效率所需的众多系统技术和解决方案均已问世,但由于利益相关者数量庞大,传统系统依然在使用,故价值链各主体不愿放弃现有惯例,导致全面推行阻碍重重。从监管的角度看,行业似乎并没有涉及全面的数字革命。通过联合利益相关者的努力将有可能达成协议,另外需要IACS和IMO设立专家委员会(小组)为技术发展提供立法支持。同时,为使无人船能够在世界海域上航行,相关国际法和成员国的法律也亟需修订。
        船舶涉及的系统众多,随着智能技术在航运业的推广,会出现许多不确定因素,从而带来系列安全性问题。而信息安全将是未来智能船舶安全工作的重中之重。智能船舶依托于网络的完善,而网络的完善和可靠地运行很大程度取决于通讯,所以在船舶内部设备间的通讯以及船舶与船舶、船舶与岸基之间通讯的安全性显得尤为重要。怎样避免网络病毒,避免恶意入侵和窜改数据,为未来船舶安全防范的重要一项工作,因此,在未来的智能船舶和无人驾驶船舶研发过程中,应该提出相关的要求,包括通讯数据的完整性、通讯配置和设备授权验证、信息和加密以及安全保密管理等方面。
        毫无疑问,随着船舶智能化程度越来越高,它给整个产业链带来的影响也会越来越大,涉及的范围也会越来越广泛,其中会涉及到技术、规则、安全、节能减排、法律法规、成本控制、人才结构、社会其他问题等等。对此,孙峰认为,国内业界需要有一个更加积极的心态去看待这个问题,近几年中国业界通过不断地携手合作、协同创新,在船舶智能化发展上取得了很好的成效,中国有能力做得更好。可以说,未来船舶工业的发展,智能无限、空间无限。因此,业界应采取积极行动,为迎接船舶智能化时代的到来做好准备。而对于CCS而言,未来将继续加大对智能船舶的投入,以提升自己的技术能力和服务水平,为智能船舶的发展提供强劲动力。
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