“海洋石油301”智能化可行性分析

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

根據(jù)智能船舶的發(fā)展動(dòng)向分析[1]，目前，國(guó)內(nèi)智能船技術(shù)水平還處在智能船發(fā)展的第一階段。即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用、輔助決策的智能船舶1.0——“智能互聯(lián)船舶”階段。“海洋石油301”智能化升級(jí)也是在現(xiàn)有的水平基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能船舶1.0的功能。

這一階段的智能船擁有全船統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)全船以及船舶所處環(huán)境(例如海洋環(huán)境、天氣、港口等)數(shù)據(jù)的收集，擁有全船信息平臺(tái)和數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)船與岸的數(shù)據(jù)一體化[2]，能夠從船基和岸基對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提供船舶營(yíng)運(yùn)的輔助決策和優(yōu)化建議，提高船舶營(yíng)運(yùn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)運(yùn)用船舶專業(yè)知識(shí)及分析能力，對(duì)船舶的全壽命周期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提高船舶全壽期的營(yíng)運(yùn)效率，提升船隊(duì)的管理水平，進(jìn)一步為船舶營(yíng)運(yùn)方創(chuàng)造價(jià)值。

1 智能化升級(jí)改造基礎(chǔ)

現(xiàn)有的系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備信息點(diǎn)布局見表1。

由表1可見，“海洋石油301”船可通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(IAS)采集船舶機(jī)艙、貨艙的相關(guān)信息，再加上尚未計(jì)入的VDR系統(tǒng)采集的航行設(shè)備如GPS、羅經(jīng)等信息，全船信息點(diǎn)約5 000個(gè)，輸入點(diǎn)4 500個(gè)以上，最有分析價(jià)值的模擬量接近700個(gè)。巨量的信息點(diǎn)是海洋石油301智能化升級(jí)的基礎(chǔ)。

表1 “海洋石油301”IAS信息點(diǎn)

1.1 現(xiàn)有的集成平臺(tái)

中控系統(tǒng)(主要機(jī)艙自動(dòng)化)采用Honeywell公司的IAS系統(tǒng)，貨艙自動(dòng)化部分采用西門子公司的S7-400系列PLC系統(tǒng)(TGE打包)。兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子網(wǎng)通過通信線路進(jìn)行連接，貨艙數(shù)據(jù)發(fā)送至中控系統(tǒng)IAS，形成全船網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

Honeywell的IAS系統(tǒng)和TGE的貨艙自動(dòng)化系統(tǒng)各自具有數(shù)據(jù)的通用(監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制)功能。北京海蘭信提供的VMS系統(tǒng)(船隊(duì)管理系統(tǒng))，將IAS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)篩選后進(jìn)行保存，形成了“海洋石油301”船的初步的數(shù)據(jù)服務(wù)器。

Honeywell的IAS系統(tǒng)和海蘭信的VMS系統(tǒng)，綜合成了最接近智能船集成平臺(tái)的系統(tǒng)。

1.2 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心

“海洋石油301”船在基本設(shè)計(jì)階段，就將一個(gè)艙室定義“數(shù)據(jù)中心”，該處所包括了Honeywell的IAS服務(wù)器以及海蘭信的VMS數(shù)據(jù)服務(wù)主機(jī)。數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)已經(jīng)從布置上體現(xiàn)了智能化升級(jí)的準(zhǔn)備。

1.3 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)應(yīng)用

“海洋石油301”船Honeywell的IAS服務(wù)器存儲(chǔ)了機(jī)艙和貨艙的所有歷史數(shù)據(jù)，可以提供歷史趨勢(shì)圖顯示。“海洋石油301”船裝配的海蘭信VMS數(shù)據(jù)服務(wù)主機(jī)，采集機(jī)艙、貨艙、航行設(shè)備的數(shù)據(jù)，同時(shí)可提供一系列數(shù)據(jù)初級(jí)管理軟件，主要包括機(jī)務(wù)管理和燃料消耗監(jiān)控等。

1.4 現(xiàn)有的船岸通信

“海洋石油301”船采用了海蘭信公司提供的VMS船隊(duì)管理系統(tǒng)，同時(shí)為船東配備了岸基數(shù)據(jù)服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)將船基數(shù)據(jù)通過FBB/VSAT衛(wèi)星通信發(fā)回至岸基、船岸數(shù)據(jù)互通、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程CCTV監(jiān)控等功能。因此，“海洋石油301”船已經(jīng)具備船岸通信的最基本硬件條件。

2 智能化升級(jí)目標(biāo)

考慮“海洋石油301”已有的基礎(chǔ)，確定智能化升級(jí)目標(biāo)，并達(dá)到CCS《智能船舶規(guī)范》[3]要求。

1)增加CCS智能船集成平臺(tái)“I”、 智能導(dǎo)航“N”、 智能機(jī)艙“M”、 綜合能效“E”、智能貨物這4個(gè)智能船的基本符號(hào)，成為擁有CCS正式身份的智能船，見圖1。

2)根據(jù)需求，選擇增加CCS智能船智能船體“H”入級(jí)符號(hào)。

3)根據(jù)需求，選擇增加CCS智能船智能貨物“C”入級(jí)符號(hào)。

4)根據(jù)需求，增加人員管理功能，未來可增加專門的入級(jí)符號(hào)。

5)海蘭信VMS系統(tǒng)岸基服務(wù)器升級(jí)為岸基智能管理平臺(tái)。

圖1 海洋石油301智能化升級(jí)示意

3 智能化升級(jí)方案

3.1 感知布局升級(jí)

根據(jù)CCS智能船船舶規(guī)范各個(gè)入級(jí)符號(hào)的要求，增加布置相應(yīng)的傳感器，見表2。

需要改造/增加信號(hào)輸出的原有系統(tǒng)包括：①TGE貨物系統(tǒng)(增加信號(hào)輸出端口，將內(nèi)部信號(hào)特別是模擬信號(hào)全部輸出至智能集成平臺(tái));②Honeywell的IAS系統(tǒng)(信號(hào)全部輸出至智能集成平臺(tái));③Highlander的VMS系統(tǒng)(改造升級(jí)為智能集成平臺(tái))。

表2 新增感知傳感器統(tǒng)計(jì)

3.2 現(xiàn)有的集成平臺(tái)升級(jí)

由于在全船各處增加了傳感器，需要相應(yīng)地增加信號(hào)采集箱，信號(hào)可以接入Honeywell的IAS系統(tǒng)或海蘭信的VMS系統(tǒng)，見表3。

表3 新增集成平臺(tái)設(shè)備統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)增加數(shù)據(jù)高級(jí)應(yīng)用軟件：①航路規(guī)劃及優(yōu)化軟件(智能導(dǎo)航N)；②機(jī)貨艙設(shè)備運(yùn)行與視情維護(hù)軟件(智能機(jī)艙M)；③全船能量管理軟件(綜合能效E)；④數(shù)據(jù)庫(kù)軟件(集成平臺(tái)I)；⑤貨物自動(dòng)配載軟件(智能貨物C)。

3.3 船岸通信補(bǔ)充

“海洋石油301” 船已經(jīng)配備了FBB/VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)，改造需補(bǔ)充以下設(shè)備：①4G/5G移動(dòng)數(shù)據(jù)接入系統(tǒng);②外部WIFI接入系統(tǒng);③衛(wèi)通/移動(dòng)數(shù)據(jù)套餐升級(jí)變更;④岸基管理平臺(tái)的升級(jí)。

4 結(jié)論

通過以上分析，認(rèn)為“海洋石油301” LNG運(yùn)輸船具備智能化升級(jí)的可行性。

1)設(shè)備視情維護(hù)提升作業(yè)率。通過振動(dòng)傳感器，輔之于溫度、壓力、噪音、電流、頻率等狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)船舶核心設(shè)備進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，通過一段時(shí)間的機(jī)器分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)設(shè)備各種故障模式，得到設(shè)備運(yùn)行的完整模型，可以在設(shè)備發(fā)出故障報(bào)警之前進(jìn)行預(yù)警，提早準(zhǔn)備備件、進(jìn)行維護(hù)，將極大減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的附加損失。同時(shí)，設(shè)備視情維護(hù)(精準(zhǔn)維護(hù))也減少了船員的工作量、優(yōu)化了備品備件的采購(gòu)調(diào)撥周期，可最大程度降低船東的營(yíng)運(yùn)成本。

2)綜合能效管理節(jié)省燃料。綜合能效管理智能系統(tǒng)，更加完整獲得全船的能量消耗分布以及消耗流程，建立能耗模型，定時(shí)/按需給出航速建議，最大程度節(jié)約燃料成本。

3)智能航行[4]提升航路安全。智能航行，通過氣象導(dǎo)航和能效模型進(jìn)行航前的路線規(guī)劃，航行過程中根據(jù)航路實(shí)時(shí)氣象和水文狀態(tài)調(diào)整局部的航路航線，狹窄水域的避碰決策建議。一方面可提升惡劣海況的航路安全，另一方面與能效管理耦合，可節(jié)約燃料成本。

4)透明管理提升安全性。基于全船的充分感知，船員在船上以及船東管理人員在岸基均可以更加清晰掌握船舶外部的大氣/海洋實(shí)時(shí)環(huán)境狀態(tài)、航行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、貨物狀態(tài)、能耗狀態(tài)、人員狀態(tài)以及相關(guān)趨勢(shì)。在岸基顯示數(shù)字化的全透明的船舶，一方面可以供岸基的船長(zhǎng)、輪機(jī)長(zhǎng)等提供專家支持；另一方面，如果輔之于船舶駕駛模擬器的使用，可以對(duì)船員進(jìn)行精確的培訓(xùn)。

5)海量信息有效利用提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)。從目前來看，船東越來越看重手中掌握的船舶數(shù)據(jù)資產(chǎn)。從原來的無(wú)用、不用、免費(fèi)提供、購(gòu)買數(shù)據(jù)服務(wù)，到現(xiàn)在的全部采集、持續(xù)保存、自主開發(fā)應(yīng)用。通過不斷累積，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為豐富的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。