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智能化赋能船舶工业

2019-09-27 16:15:35 来源:中国水运报

近日,工信部装备工业司发布《智能船舶标准体系建设指南(征求意见稿)》,围绕智能船舶设计与建造、测试与验证、运营与管理等发展需要,明确了标准体系建设的原则、范围、方向和重点。

近年来,智能船舶融合了现代信息技术和人工智能,大力发展智能船舶成为了促进我国船舶工业产业结构调整、加快新旧动能转换、提升国际竞争力的重要途径之一,同时也成为了狗万官网、港口、物流等行业实现降本增效的重要手段。并且,随着自动化、智能化理念的兴起,以及市场需求和产业政策的推动,智能船舶技术与智能船舶概念都加速落地,船舶智能化成为了当前狗万官网发展的主流趋势

在此背景下,我国造船业开启了智能船舶领域的研究探索之旅……

当前,我国在智能船舶的研发中取得了什么样的进展?核心要素是什么?需要解决哪些方面的技术和问题?智能船舶的研发又将走向何方?对此,记者采访了武汉理工大学船舶与海洋工程学科首席教授吴卫国,他立足智能船舶研发实际,为行业发展提出了很好的建议。

摸索前行 智能船舶建造分步走

近年来,在市场需求和产业政策推动下,我国在智能船舶技术攻关、系统研发与实船建造等领域取得了积极进展,工程化应用成效初显,形成了一定的技术积累和产业基础。

据业内相关人士介绍,智能船舶发展技术水平可以通过对智能监控、智能运营维护、智能航行、智能遥控、无人驾驶等技术的发展情况比较来衡量。欧洲对于智能船舶技术的研究开展较早,在自主航行无人驾驶、智能船舶运输生态环境建设、智能船舶安全性、可行性及相关法规规范的制定方面处于领先地位;日本主要集中在对船舶智能导航的研究以及标准制定方面;韩国的智能船舶以产业化应用为主,研发了大量的智能船舶系统及通信网络,并具有大量的智能船舶建造经验。

“与国外相比,国内的智能船舶发展在技术研发与市场应用等方面均处于初级阶段,但是目前国内正在积极开展智能船舶领域的研究探索。”武汉理工大学船舶与海洋工程学科首席教授吴卫国介绍,中国智能船舶的“三步走”目标为:第一期(2017-2019年),开展总体设计、关键设备及系统开发,研制推出两型(四艘)智能示范船,实现船-船和船-岸互联和辅助决策;第二期(2019-2022年),突破智能控制等关键技术,实现部分自主操作和远程控制,减少船员配置的智能船舶的建造;第三期(2022-2026年),开展无人船舶总体研究和自主控制系统研制,实现无人自主船舶的建造。

吴卫国指出,对智能船舶的各个系统,要结合现有信息条件和船舶实际硬件,逐步配置具备船舶感知、分析、评估、预测、决策、控制、管理、远程支持等能力的智能船舶子体系,完成智能船舶应用的支撑系统,并在应用中逐步完善和整合,最终形成能够感知、评估、预测、重构的智能船舶。

智能船舶的船员将会沿着从“仅需少部分船员”到“岸上远程操控”再到“完全自动化驾驶”的路径发展,最终实现无人驾驶船舶。智能船舶带来的管理人员变化,需要更好适应和满足新的客户体验。伴随着智能化的提升,船舶上很多人工操作将被系统替代。对于船员的需求自然减少,也使得无人驾驶船舶将会是必然的趋势。今后船员的大部分时间并不是真的在操作船舶,而是用于智能系统的管理上。所以更需要智能船舶系统能进行无缝对接,方便实现船上用户与岸上用户之间的信息传输。

攻坚克难 突破国外技术垄断

智能船舶是指利用传感器、通信、物联网、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,它主要由信息感知技术、通信导航技术、能效控制技术、航线规划技术与智能船舶避碰系统、状态监测与故障诊断技术、遇险预警救助技术组成。

随着船舶日益大型化、快速化,船舶碰撞、搁浅等海难事故时有发生,研发基于国际海上避碰规则的智能避碰决策支持系统可大大降低海难事故的发生率,并提高我国自主产权综合船桥系统的研究水平和国产化程度。

“国内在避碰系统方面还存在明显的不足,与美国、挪威等发达国家的智能船舶避碰系统相比,避碰的总体系统设计、智能避碰算法研究、最优避碰决策手段等方面,存在明显的技术短板;美国、挪威、以色列等已经将最先进的智能船舶自主避碰应用于实际各种型号的智能船舶当中,而我国目前这方面还处于研究初期阶段,没有很突出的研究成果和应用实例。”吴卫国认为,智能船舶避碰系统是未来智能船舶以及船舶无人化发展的核心保障之一,因此,为了更好的促进智能船舶的发展,完善智能船舶的自主避碰系统迫在眉睫,以此来实现智能船舶的自主化和无人化进程,提升国内智能船舶避碰系统的研究实力,为我国自主研发的智能船舶避碰早日应用于更加先进的智能船舶系统中。

“在船舶智能航行问题中,首要问题是确定外界如何对船舶构成干扰。通过无人艇与船舶的运动状态所对应的特征参数,求解干扰类型推理结果的概率分布,给船舶分配最优的干扰标签。其次,通过单船运动与干扰类型匹配,确定多艘船舶干扰的情况下,对其协同干扰意图进行判断,多船协同干扰存在目的上的协同和手段上的分工,要求分析协同方式,并对各船舶独立干扰轨迹进行预测。”吴卫国告诉记者,船舶在外界运动物体的复杂影响下的智能航行计算,实质上是建立在一系列约束的基础之上的最优化求解问题,各约束间存在相互重叠、相离、矛盾的拓扑关系,量纲、维度均存在差异,需要在问题求解时建立多约束与避碰脱逃规划的有效融合。

“针对目前国内在该领域研究成果相对较少,研究基础还较弱的情况,我们将在近五年重点开展相关研究,攻克技术难题,突破国外相关技术的垄断,着重研究外界船舶协同干扰情况下的船舶智能运动关键技术,实现具有我国自主知识产权的智能船舶自主避碰系统的研发,为智能船舶的海上安全航行提供有力的保障。”吴卫国表示。

加速研发

发展绿色智能船舶

智能化是未来船舶发展的重点方向,是船舶制造业国际竞争的新机遇和新挑战,是促进船舶工业供给侧结构改革和新旧动能转换的重要途径,如何推动智能船舶的发展是当今最大的课题。

“船东对智能船舶的需求是智能船舶发展的重要推动因素,船东的需求主要受到内外两种因素的推动。”吴卫国介绍,内因来自于船东对于船舶运营安全性、经济性提升的需求。在船舶碰撞事故中,89%-96%的事故可归因于人的自身原因,包括明显的和潜在的原因。船舶一旦发生安全事故,将会造成人员伤亡、危险品泄露、交通中断等严重后果。在当前船舶市场低迷与长期运力过剩的现实下,世界各主流狗万官网公司纷纷将其未来发展的重点转移到提升其船队运营效率和安全性上,以此在市场低迷的情况下求得发展。由于智能船舶在提升船舶的运营效率、安全性及管理决策效率、降低船舶油耗等方面具有突出优点,正好满足了当前船东的需求。

外因主要来自于国际节能减排规则规范的实施为船东带来的压力。2015年7月,欧盟推出的船舶 CO2排放监测、报告、验证机制(MRV)生效,并于 2018年1月1日起实施,该机制的目的是在欧盟区域内更有效地控制、监管船舶排放,推进绿色船舶的发展。为控制二氧化碳等温室气体的排放,国际海事组织建立的全球碳排放交易机制和船舶能效设计指数(EEDI)正在有序推进,狗万官网业减少温室气体排放成为必然的趋势。

同时,节能减排技术还可以有效降低能源消耗,降低运营成本。据介绍,目前船舶节能减排的措施主要包括:使用清洁能源(LNG、太阳能等)、设计阻力更小的船型、使发动机更节能、使用能效控制技术。

“未来的新造船、甚至营运船都可能被要求安装船舶能耗及排放污染物的监测和报告系统。”吴卫国表示,这些规则规范的出台,对船舶的信息化、智能化程度提出了新的要求。智能系统为船舶装上了会思考“大脑”,将有效解决船舶在节能减排、人力成本和船舶安全性等方面面临的主要问题,智能船舶成为未来船舶发展的必然方向。

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