未來技術將如何影響海洋裝備產業

曾曉光中船重工經濟研究中心海洋裝備技術研究部部長

近日，Marine Elenctornics發表的一篇文章列出了2018年將震動海事界的十大技術。近年來，對影響未來發展的技術預判活動越來越多，說明世界范圍內對技術發展愈發重視。近期，筆者與同事共同研究總結了有關國家技術預判結論中與海洋裝備產業發展相關的技術情況，并對其可能產生影響進行了分析。

通過對《美國國家創新戰略》報告、美國《國防2045：為國防政策制定者評估未來的安全環境及影響》報告、《2025年前可能改變生活、企業與全球經濟的12項顛覆性技術》報告、日本第十次技術預見報告、《技術與創新未來：英國2030年的增長機會》報告、《俄羅斯聯邦至2030年科技發展預測》報告、聯合國《未來展望》報告等報告中有關內容和結論進行綜合分析發現，未來最能夠影響海洋裝備產業發展主要有12個技術方向，包括機器人技術、清潔能源和節能技術、人工智能技術、可再生能源技術、遠程遙控技術、儲能技術、自動駕駛技術、納米技術、物聯網技術、增材制造技術、SolarCity的超級工廠和新材料技術。

這其中很多技術相信讀者并不陌生，筆者在此不一一贅述。這12項技術將對海洋裝備產業發展產生哪些影響呢？通過分析，筆者認為主要包括以下幾個方面：

智能機器人將替代人類

未來，機器人將廣泛應用到海洋裝備領域中，替代人類完成工作。工業機器人可滿足人所不及的精密可靠裝備的生產要求，完成“超越人”的使命；可應用于對人類存在較大風險的危險、惡劣環境中，完成“代替人”使命；可將人類從簡單、重復、繁重的體力勞動中解放出來，促使人類從事更高級腦力勞動的工作，或者干脆不工作。長期發展來看，我國海洋裝備領域要推進兩化深度融合，實現造船強國，采用以工業機器人為代表的海洋裝備智能制造是最為可行的方式，如果僅依靠人類勞動力無法完全滿足要求。

從船上來看，未來一艘船上僅需少量人員，大部分裝備的運營、檢修維護的工作將由機器人承擔。例如，維護機器人能夠輔助一些繁重的工作，如在船舶的不同區域焊接、切割等；迷你機器人能夠在小區域范圍內從事較為危險的工作；消防機器人能夠在船上實施消防作業；施工機器人帶有安裝、維修與建造功能的多功能工具，可用于安裝重件等；家政機器人能夠為船員的日常生活提供服務等。

海洋裝備物聯網

未來所有的海洋裝備、生產制造裝備之間通過物聯網技術將實現互聯，構建出智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的物聯網系統，任何裝備的運行狀態都可隨時被掌握，裝備間能夠實時進行信息交換和通訊。

在海洋裝備制造方面，基于物聯網技術，企業通過構建物聯網系統，將實現人與物的識別、定位、跟蹤和監控。同時，通過搭建覆蓋海洋裝備制造過程的制造信息感知網，將實現信息的有效采集和有效傳輸。此外，通過聯通船廠生產裝備物理系統，企業將實現運行設備的實時感知和能源管理的實時管控與優化。

建立船舶物聯網系統對于船舶營運的意義則更加深遠，利用物聯網能夠實現人-船舶-環境-貨物的更為廣泛的互聯，從而最大限度地提高船舶航行、裝卸貨物和港口作業的經濟性、高效性和安全性。此外，傳統的船舶維修工作不能實時監控船舶的狀態，構建船舶物聯網系統，使得對船舶故障的預測和預報變為可能，通過岸與船、船與船之間數據傳輸，完成咨詢、設備維護、故障診斷等活動，提高船舶使用效率，延長船舶使用壽命。

海洋裝備全壽命周期管理

未來，日益成熟的人工智能系統將應用到海洋裝備領域，通過深度學習算法，實現類似于人類大腦的“思考”過程。在突發環境變化等特殊環境狀況下，人工智能系統通過深度學習進行判斷，輔助人類或者自主完成決策及操作。

全球范圍內已開展了多個智能船舶和無人駕駛船舶項目，如中國的“大智”號、歐盟資助研發的代號為“MARS”的無人駕駛船項目、DNV-GL的無人運輸船設計項目、韓國現代重工的智能船舶項目等。無人駕駛的“MARS”號預計在2020年駛向大西洋；DNV-GL在設計無人運輸船之前已經開發出全新的無人操作FLNG（浮式液化天然氣裝置）概念。

人工智能在船舶上的應用，除了運營方面，還有設計和建造。目前，船舶的設計和建造普遍應用軟件、機械臂等，這是一種最初級的人工智能。在這方面走在前面的韓國和日本，目前都已擁有較為完善的智能化設計、生產運行和運營管理系統，以及從船舶設計、研發到建造的智能化控制體系。同時，由于船舶產品的非標準化和定制化特點，船廠應用機器人生產還存在一定的困難，未來具有深度學習能力的人工智能機器人很有可能是解決這一問題的突破口。

3D打印廣泛應用

未來，3D打印技術將廣泛應用到海洋裝備制造過程中，逐步成為海洋裝備制造的重要方式。3D打印具有高精度、高自由度、用料省、成型便捷、經濟環保等優勢，并且已對海洋裝備的設計、制造、運營、維修等各個階段產生了一定影響，在海洋裝備領域有著較好的發展前景。例如，在船舶設計階段制作用于驗證和改進設計的模型；船舶發動機的許多關鍵零件，如葉輪這種復雜薄壁件，傳統加工難以實現，加工難度大，成品率低，材料利用率低，采用3D打印的方法可以有效改善上述問題；大型的船舶在遠洋航行時，可以通過船上的3D打印機，打印自身損壞零件，達到自我修復的效果。

裝備的動力來源

未來，新能源、清潔能源將席卷能源消費的各個領域。相對于傳統能源，新能源具有污染少、儲量大等特點，對于解決當今世界嚴重的環境污染問題和資源枯竭問題具有重要意義。儲能技術和清潔能源技術、可再生能源技術的融合將共同推動海洋裝備動力向新能源方向發展。

現代船舶特別是遠洋船舶因使用傳統的化石燃料，導致對環境污染嚴重。未來，船舶航行動力、控制系統、警戒防務系統、照明系統等都有望采用新能源驅動。新能源目前已經在海洋裝備領域得到初步應用發展，例如風帆助航技術已經有了很大發展并在實船上有了應用，且取得了很好的效果，未來依然是風能利用的主要方向。SolarCity研發的太陽能電池板，太陽能轉化率高達22%，對于推廣船舶綠色航行具有巨大推進作用。對于海洋深潛器而言，蓄電池容量、放電能力等是制約深潛器航行作業時間的瓶頸，而新能源電池（如燃料電池）具有較高的比能量和安全性，將大幅改善深潛器的航行作業性能。

裝備趨于環境友好型

未來，海洋裝備自身從設計、制造、運營到報廢處理的全壽命周期中，都將做到廢棄物和有害排放物最少，減小對環境的影響。

例如，在船舶設計階段，將廣泛采用綠色材料、標準化和模塊化零部件或單元，在充分考慮加工制造過程中的材料利用率的同時，還必須滿足船舶產品在營運壽命終止后，報廢、拆解等階段對環境不造成負面影響，并實現部分材料、零部件和設備再生利用；在船舶制造階段，近年來綠色高效焊接方式得到了廣泛的應用，FAB法、自動立腳焊、垂直氣電焊、自動橫焊及焊機機器人等在船舶制造中的應用充分體現了其高效性，促進了焊接質量的提高，為改善環境、提高能源利用率起到了關鍵作用。

先進材料的使用

未來，海洋裝備本身將更多的使用先進材料，先進材料將具有更好的強度、韌性和耐久性，并具備智能、自我修復等能力，從而使海洋裝備整體性能得到大幅提升。

船用先進材料的研發將成為提高未來船舶性能的關鍵，未來的先進材料會具備一些新特性并具有多功能用途。如，石墨烯材料的應用可降低一些目前在用的產品的重量，從而減輕船舶的整體重量。此外，石墨烯的特定應用會增強熱傳遞性，將來可用在機艙的某些部件上，包括熱交換管、過濾器、海水箱、冷凝器和鍋爐。

陶瓷作為一種應用于水下耐壓罐的新型耐壓材料，越來越受到人們的重視。美國的新型無人深潛器“海神號”HROV的耐壓罐即使用了此種新型的耐壓材料。據國際載人潛水器委員會稱，碳纖維增強材料、陶瓷耐壓材料、低密度、玻璃微珠可加工浮力材料等一大批新材料將越來越多地用于深海載人潛水器的制造中。

制造業向服務型方向轉型

隨著海洋開發裝備制造與互聯網、通信、計算機等信息化手段與現代管理思想和方法的融合，未來海洋裝備制造業將由生產制造轉變為服務型制造。

船舶作為在海洋從事運輸、作業的特殊產品，船東對設備商的服務能力十分看重，因此船舶設備運行與應用狀態報告的自動生成與推送、在線監測、遠程診斷、云服務等業務正迅速發展。此外，海洋裝備及配套系統和設備的工程總包、整體解決方案服務也處于快速發展階段，如船用主機，先進企業逐步形成了船舶主機、軸系、齒輪箱、螺旋槳、推進控制系統、主推進系統控制及監測系統、SCR/廢氣洗滌器等后處理設備為一體的集成設計、成套供貨能力。

最后，筆者想說，未來技術發展一定是跨領域、跨學科、跨專業的融合，雖然有些技術目前我們能夠看出端倪，但更多的技術及其帶來的影響是無法預見的，需要我們走出自己熟悉的領域，聯合行業外的優勢力量，共同推動海洋裝備技術的進步。