智能船舶發展新態勢

曾曉光中船重工經濟研究中心海洋裝備技術研究部部長

最近，全球首艘通過中國船級社認證的智能船舶“大智”號散貨智可謂風光無限。它的精彩亮相，更是掀起了業界對于智能船舶的高度關注。毫無疑問，利用先進的網絡技術和信息技術，推動船舶向數字化、網絡化、智能化方向發展，從而提高船舶營運的安全性和效率，幫助航運業降低成本、提升競爭力，是造船業獲得發展新動力的必由之路。在這種情況下，智能船舶決定了各國船舶工業在未來船舶市場的地位，因而成為各大造船國家的“必爭之地”。

日韓的“智能雄心”

為在智能船舶市場搶占先機，日本、韓國的船級社、造船及配套企業均積極投身于智能船舶的研制。

首先，讓我們來先看看日本。2012年12月，由日本船舶配套協會和日本船級社等在內的29家企業和單位聯合組織開展了“智能船舶應用平臺”項目研究，項目研究周期為2012年12月至2015年3月，項目研究經費120萬美元。該項目旨在開發船舶智能信息與控制系統，結合常見的船載監控系統，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控系統運行數據，并向智能船舶各種應用系統提供接口的統一數據交互平臺，實現氣象導航、縱傾優化、主機監測、狀態監測、能效管理、遠程維護等功能。

目前，該平臺已經在日本的一艘渡船和一艘原油運輸船上實現安裝應用。同時，項目團隊也在推動智能船舶應用平臺成為國際海事組織E-航海戰略的一個測試版，并在國際海事組織、國際標準化組織、國際電工委員會（IEC）等層面積極推動關于系統模型、系統安全、數據結構等內容的標準化工作。

此外，日本船級社已將研發智能船舶作為未來5年的重點工作，成立了海事業大數據中心，與IBM開發了相關軟件，能通過收集機艙發動機、泵及溫度傳感器的實時數據進行分析，從而提供設備優化和維修等建議；與NAPA合作研發了航線優化支持系統，幫助船舶運營商優化航線及航行計劃，該系統也已在實船上得到應用。

韓國方面，近幾年也是對智能船舶高度重視，尤其是三大造船巨頭，更是競相加大對智能船舶的研發。

現代重工在2010年至2012年實施了“智能船舶1．0”計劃，其主題是基于有/無線船舶綜合管理網通訊技術（SAN：Ship Area Network）的船舶主機遠程監控系統。有/無線船舶綜合管理網通訊技術為現代重工與韓國電子通訊研究院（ETRI）共同開發，被國際電工委員會選為國際標準（IEC 61162-450），其最大優點就是利用IT技術對船內原本獨立管理的460余種部件進行了綜合管理，從而使主機等與航行有關的裝置更便于管理，同時也可在陸地利用遠程技術對船舶狀態進行實時監管，此外還可進行遠程維修。至2015年8月，該項目成果已獲得超過200份訂單，其中已有80多艘船舶完成了交付。其實，早在2013年，現代重工就開啟了以“經濟、安全、高效航行服務”為主旨的“智能船舶2．0”計劃。與此同時，現代重工還提出了“Connected Ship”的新概念，基于“智能船舶2．0”，把船舶，港口，陸上物流信息一并提供給船舶運營。目前，現代重工正在與埃森哲合作等企業合作，通過應用數字技術幫助船舶運營商更好地管理船隊，充分挖掘潛能，節約運營成本。借助嵌入新建船舶中的傳感器網絡，船舶運營商能夠獲取各種航行信息，包括位置、天氣及洋流數據，以及所裝載設備和貨物的狀態數據。利用互聯網技術，還可對船隊運營的新數據和歷史數據進行實時分析，并通過數據可視化技術呈現分析結果，使船舶運營商能夠實時監控其船舶狀態和航行條件，并根據數據做出妥善決策，支撐高效運營?，F代重工還計劃推出實時預警、預測性維護和更高效的航期規劃等服務。

三星重工于2011年開發了VPS（Vessel Portal Service）船舶門戶服務系統，該系統可以在岸上監控船上設備的運行狀態，判斷船舶故障狀態，遠程支持船舶運營。此外，三星重工還開發了船舶能效管理系統（SEEMS： Ship Energy Efficiency Management System）。船舶能效管理系統（SEEMS）是三星重工以國際海事組織（IMO）發布的船舶能效管理計劃（SEEMP）為指導，開發的智能化船舶能效監控工具。船舶能效管理系統也是實施船舶能效管理計劃的載體，同時也是三星重工智能船舶的重要組成部分。船舶能效管理系統利用數據采集技術、遠距離數據傳輸技術、軟件技術、數據庫技術使船舶能效管理高度智能化、集成化。

據三星重工消息，該套系統至少可以節省約15%的能源消耗，整套系統投入費用平均3．8年內可以收回。三星重工還與韓進船運合作，從2013年5月至2016年底的時間內在該公司4600TEU級集裝箱船收集實船數據進行分析研究。

大宇造船中央研究所與韓國SK通信社聯合開發了基于LTE網絡的陸海兩用智能通信系統。SK通信社擁有世界最高水準的LTE網絡基礎設施和豐富的運營經驗，而大宇造船則具備遠程船舶通信技術，兩者聯合后開發出了世界首套以民用LTE網絡為基礎，海上最大通訊距離為100千米的語音通話系統。該系統現階段主要應用于新造船舶陸上建造和海試階段，可以實時監控匯總各階段的數據，并處理和分析。該套系統省去了使用衛星通信的昂貴費用，還可以提高網絡接入速度，減少了原本在海試階段投入的大量人力和物力，對提高企業自身競爭力有重要幫助。

歐洲開啟智能海事

在歐洲方面，國際海事組織推動的E-航海和挪威康士伯（Kongsberg Maritime）海事信息管理系統（K-IMS）是航運和造船智能化之路的集中體現。

E-航海（E-Navigation）概念于2006年在第十六屆上海國際航標協會（IALA）大會上正式提上議程，并引起了國際海事組織（IMO）的高度重視。自2006年國際航標協會初步提出E-航海的概念并得到國際海事組織的采納后，E-航海得到了不斷發展和完善。

E-航海是指通過電子的方式，在船上和岸上，收集、綜合、交換、顯示和分析海事信息，以增強船舶泊位到泊位的全程航行能力，增強相應的海上服務、安全和保安能力，以及海洋環境保護的能力。E-航海主要包括三部分內容：船端導航系統、岸端船舶交通和其他相關的服務系統以及船岸通信系統。E-航海并不是一種新的技術，而是一個概念，一個框架，更為具體的，可以理解為一個平臺。在這個平臺上，船舶自動識別系統（AIS）、電子海圖顯示和信息系統（ECDIS）、綜合船橋系統（IBS）和綜合航行系統（INS）、自動雷達標繪（ARPA）、無線電及衛星導航系統、船舶遠程識別和跟蹤（LRIT）、船舶交通管理系統（VTS）、無線數字數據通訊網絡和全球海上遇險和安全系統（GMDSS）等都將融入。另外，國際海事組織的E-航海戰略，可以理解為一個全球范圍的海上信息化合作戰略，其目的就是為了促進各國在海上信息和數據之間的交換，在統一架構和技術標準的前提下，消除技術障礙和壁壘，最終達到增強海上安全，提高海上安保、環境保護和海上搜救能力。

挪威康士伯海事公司是歐洲企業在船舶智能化領域中表現突出的典型代表。據悉，其開發的信息管理系統K-IMS，能夠為船東和設備供應商的決策提供一個通用解決方案，并且船東可以控制船只運行數據的信息流，增加運營安全性。該系統把傳統上各設備供應商獨立的數據和通信基礎設施統一起來，實現數據記錄和通信單一的、安全的、可維護的解決方案中。該系統可在船上操控，也可進行遠程控制，并可以從2．1萬個輸入/輸出點提供數據，可儲存數據7年，能很好地協助船員完成船舶日常運營、維護并幫助降低能耗。

早在2012年8月，康士伯海事就與美國太平洋鉆井（Pacific Drilling）公司簽訂了一份為其新建的鉆井船提供K-IMS的供貨合同。2013年7月，康士伯海事與Attunity公司簽訂協議，將Attunity復制技術嵌入K-IMS，嵌入Attunity技術后能實時通過廣域網和衛星連接，在海上和陸上的K-IMS系統之間高效傳送數據，幫助船東提高性能和降低成本。2014年2月，皇家加勒比郵船公司宣布旗下的巨型豪華郵輪“海洋魅力”號采用該系統。去年，康士伯海事公司和挪威技術推廣組織PILOT-E簽署了一份研究與革新合同，將共同推動零污染排放、全電力、自動無人駕駛渡船概念的發展。PILOT-E計劃是由挪威研究協會、Innovasjon Norge和Enova共同發起，設計用于加快推進前端技術概念的市場化發展，同時確保新方案具有可行性和可持續性。據悉，挪威Yara與康士伯海事共同打造的全球首艘純電動自動駕駛集裝箱船，預計2018年下半年啟航。

中國迎來彎道超車之機

目前，中國造船業正處于關鍵發展時期，面臨著亟須建立創新優勢的嚴峻挑戰。智能船舶作為船舶未來的發展方向，完全可以作為中國船舶工業實現轉型升級、建立創新優勢的突破口。

近年，中國對智能船舶的研制步伐不斷加快。2015年12月，中國船級社（CCS）發布了全球首部《智能船舶規范》，該規范是基于中國船級社近年來的科技研究成果，并充分考慮了國內外有關智能船舶的應用經驗和未來船舶智能化的發展方向編制而成。主要內容包括：智能船舶的目的、應用范圍；智能船舶的定義、目標和功能要求；新技術的應用原則；計算機系統和軟件開發要求；智能船舶附加標志及功能標志；智能船舶各智能功能的一般要求、功能要求、技術要求、檢驗要求及人員要求等。

2017年12月，全球首艘通過中國船級社認證的智能船舶“大智”號交付，該船由中船工業集團旗下上海船舶研究設計院牽頭，中國船舶工業系統工程研究院、中船黃埔文沖船舶有限公司、中船動力研究院有限公司、滬東重機有限公司等單位參與研發建造，實現的主要智能功能包括船舶總體性能及狀態監測，船舶狀態安全評估，船舶能效監測、分析、評估及優化，機艙重要設備及系統的運行狀態監測，機艙重要設備運行安全及性能分析，機艙重要設備智能維護包括健康衰退預測與可靠狀態評估及維修決策優化，基于水文和氣象信息的航線規劃，船舶航行安全評估、航行操控信息分析、航行環境影響分析、航行決策優化及航行操控優化等。

從目前國內外相關企業和機構針對智能船舶開展的研究來看，主要集中在智能航行、智能機艙、智能能效管理和智能集成平臺中的相關產品和技術上?？梢韵胂蟮降氖?，未來的智能船舶肯定不止于此，除了自主航行、遠程遙控等主要關鍵技術，其他部分同樣可以智能化，譬如自動靠泊/離岸、自主維修、自動清洗（如海底門濾器）、自動更換設備部件、自我防護（針對海盜等）、自動補給等。

再從另一方面來看，未來人與船舶的關系也許會從人服務于船變為船服務于人。比如，由于船上配置人員減少，那么考慮到船員情緒，就可以家庭為單位上船，此時就要考慮人員的健康和教育問題，如遠程醫療診斷、機器人手術、遠程教育和娛樂等，甚至是船上生態循環系統。

預計至2030年，隨著傳感器技術、數據驅動的智能系統、計算機科學和數據分析方法等方面的技術進步，船舶將更加智能化，能夠完全實現網絡的無線連接，可在全球范圍內進行數據實時傳輸，這也將促使其設計、建造、運營及供應鏈管理模式隨之發生根本性改變。

目前，中國在互聯網、信息化、大數據應用等方面已走在了世界前列，這給中國智能船舶發展創造了良好的條件，“大智”號的橫空出世，無疑是對中國造船實現彎道超車的巨大提振。