浅析智能船舶系统.pdf

相关 举报
资源描述
工作与研究 船舶标准化与质量 2016 年第 1 期 36 浅析智能船舶系统 中远船务工程集团有限公司 贾锐 曹凯 徐秀龙 赵志坚 摘 要:本文探讨了智能船舶的概念和现状,重点阐述了智能船舶应具备的系统配置以及智能船 舶研究的意义。 关键词:智能船舶 系统 引言 船舶智能化已经成为当今船舶制造与航运领域 发展的必然趋势,有关智能船舶的定义,目前尚无 定论。一种较为普遍的说法是,所谓智能船舶的概 念,即是以“大数据”为基础,运用先进的信息化 技术,如实时数据传输和汇集、大计算容量、数字 建模能力、远程控制、传感器等,实现船舶智能化 的感知、判断分析,以及决策和控制,从而更好地 保证船舶的航行安全和效率以及经济性。 1 智能船舶的概念 挪威船级社对“智能船舶”的目前理解,指的 是实时数据传输的汇集、大计算容量、数字建模能 力、远程控制、传感器等,这些新的信息化技术将 对船舶安全产生显著影响。 中国船级社对智能船舶的定义是系指利用传感 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,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。 英国劳氏船级社也对智能船舶做了充分的调研, 并对智能船舶的分类和特征进行了相关定义。第一 代智能船舶应包括人为代理系统;第二代智能船舶 应包括人为监控系统,给出决策支持建议;第三代 智能船舶将包括数据分析,以进行处理运作和通过 互联其他“事物” 来实现情景感知。这三代船舶仍 需要人在船上,不管船舶是半自动的还是全自动的, 可能与一个离岸中心建立连接。第四代智能船舶将 实现全自主化的无人驾驶。 其它船级社也都对智能船舶的技术现状和未来 发展趋势展开了大量的研究工作,并展开相应讨论。 中远船务是国内大型航运公司中远集团旗下的 船舶建造企业,和相关的设备制造商、船东、船级 社及一些高等院校联合开展了智能船舶的相关研究 工作。智能船舶应包括船舶系统及设备的感知、思 维、学习、行为等方面,以“大数据”为基础,运 用先进的信息化技术,如实时数据传输和汇集、大 计算容量、数字建模能力、远程监控、传感器等, 实现船舶智能化的感知、判断分析、决策、控制及 成长,从而更好地保证船舶的航行安全性和经济性。 核心技术是网络和实体融合、岸海一体的智能信息 服务体系。通过船东和船厂、船舶设计方和设备制 造商之间的信息共享,构建一个网络和实体融合架 构,实现从设计、生产、运营到最后服务的全流程 体系的融合。智能船舶不仅需要自身智能,而且还 需要船岸一体,岸上的支撑建设同样不可少,否则 也就谈不上信息支撑、远程遥控了。智能船舶的设 计与运营还包括相关机构、船级社、船东、船舶的 营运商以及港口国,而大数据支持下的船舶智能化 发展将改变传统的商业模式。比如对船级社来说, 可以借助大数据获取安全和船舶入级的数据,或者 双月刊 / 总第 262 期37 其他额外的服务以及客户可能想要的数据信息;而 船东能够获得船舶全部的物料状态信息;船旗国则 能够获取全部的法规遵守信息;船员能够获取管控 的全部运行数据和性能数据;港口国能够获取安全、 货物和人员信息。 因此,智能船舶涉及的领域十分广泛,内涵极 其丰富,涉及到设计院所、船厂、设备制造商、航 运企业、货主等不同单位。不仅要考虑船舶本身的 智能性,还要考虑船岸一体;不仅要考虑船舶的智 能化,更要理解和明确智能化的最终目的是提高船 舶的安全性、运营经济性和航行的清洁性要求。 2 智能船舶的现状 智能船舶的发展并不是一蹴而就的,而是一个 循序渐进的过程,从局部到整体,从海上到岸上。 就目前的技术情况来看,在船舶设计、建造和运营 方面,尚是从个体考虑智能船舶的技术,而没有一 个系统的集成的智能船舶的技术系统。 目前状况是多种原因造成的。 1) 智能船舶系统的开发和设计需要强大的技术 支持,上个世纪和本世纪初,在系统控制智能化和 无线通讯方面的技术发展还不足以引领或者支撑智 能船舶从个体向系统集成化的技术层面发展。 2) 智能船舶的发展需要相关国际规则、规范和 相关主管机构的协作,目前国际上还没有智能船舶 方面的相关标准和规范。没有统一标准,无法实现 智能船舶的国际范围内的系统兼容性和通用性,这 也大大制约了智能船舶系统的发展。反过来讲,相 关国际标准的制定又需要一定的实际技术支撑和实 践应用,不断修订完善。举个例子:如果要实现船 岸通讯、监测、控制、诊断,那么实现这些功能的 系统的设计和制造就需要有相应的国际规范、规则。 如果要实现无人驾驶,目前国际上还没有相应的规 范、规则的要求,并且无人驾驶本身就和现有的规 范规则相矛盾,无论是国际海事组织(IMO) 还是相 关的船级社都不允许和接受。这些实现智能船舶系 统的大数据系统和相应的操作系统的软件,目前国 际上也无相应的规范规则要求,也就无法取得相关 证书或者认证。 3) 智能船舶系统的研发,需要船东、船厂、设 备制造商以及其它相关研究单位协作开发。主要体现 在:船东根据运营情况,提出相关涉及到船舶安全和 经济性等方面的技术要求,这些要求包括船舶本身的 安全、节能减排、物流调度、装卸货控制等;船舶设 计和建造单位根据船东要求,提出满足船东要求的技 术方案,这些技术方案包括:船舶本身系统的智能控 制以及远程的船岸控制系统(这里面不但包括船舶本 身的控制,也包括其它比如港口和物流等调度系统的 控制) 。这些方案的实施,还需要具体的硬件和软件 来实现,需要相关的设备制造商开发出适合一定规模 市场需求的系统和产品,并且形成规模化,最起码要 保证全球的售后服务等的标准化。 4) 智能船舶的开发和研究,需要由一个主管部 门牵头组织和协调各个相关环节的参与者一起进行 开发。目前,国际上的一些船舶智能控制系统或者 产品,基本上都是满足船东的个性要求来进行设计, 基本上不是IMO或者相关船级社的强制要求。比如: 集中桥楼控制系统,虽然有一定的船级符号和相应 的国际规则要求,但是,并不是 IMO 和船级社的强 制要求。 人类对未知世界的探索从未停止,科学技术的 发展也是与时俱进。如上所述,智能船舶现在虽然 没有形成完整的系统,但是很多船东和设备制造商 已经开发出各种船舶智能控制系统。 目前国际上应用的船舶智能系统都是相对比较 独立,按照系统来分类的,比如:综合桥楼系统, 船舶集中控制系统,动力定位系统和船舶性能监测 系统。从船东方面的应用来讲,一些船东已经在应 用比较智能的船舶调度和控制系统,如智能装载系 统和物流信息等智能系统,但是功能相对比较单一, 无法达到智能船舶的技术要求,无法实现对于船舶 的完全监测和控制。因此,目前在船舶上还没有实 现从设计、建造到运营、物流到港口等完整的智能 控制系统。 脱离了一个完整的智能系统(包括港口、物流 贾锐 曹凯 徐秀龙 赵志坚 浅析智能船舶系统 工作与研究 船舶标准化与质量 2016 年第 1 期 38 和船队运营管理监督等) 的船舶,是无法称其为智 能船舶的。智能船舶我们应当理解为是一个系统, 而不是船舶本身。 3 智能船舶系统 本文所阐述的智能船舶的技术方案将重点就船 舶的系统配置和相关联系统进行论述,从而给相关 船东提供相应的备选方案。关于智能船舶系统内的 港口、物流和船队运营管理等方面本文不展开论述。 3.1 船舶的综合桥楼控制系统 综合桥楼控制系统(IBS) 是一种集海上综合导 航(包括各种分导信息测量、采集、优化处理和分 发使用,航行状态监视、预报、航线计划、航路导 航、航海作业管理、综合航务管理等) 、操纵驾驶、 机舱监测和遥控、自动避碰、航行控制、综合通信 管理以及舰船安全、消防、自动监测和报警等众多 功能为一体的高度信息化、自动化的集成系统。 在 IBS 中,船舶所有的航行传感器和系统(包 括雷达、电子海图显示及信息系统、电罗经、测深 仪、测速仪、差分全球定位系统(DGPS) )以及自 动舵合并成为一个综合的成套设备,并由船用航行 管理系统软件进行管理。船用航行管理系统软件能 提供简捷、准确的航线计划并且与雷达目标和自动 识别系统一起,在电子海图显示及信息系统上给出 船舶的准确位置和移动的清晰画面。包括实时海图 更新和燃油管理,可根据航行时的天气状况等自动 规划航线以及优化油耗,并能提供远程诊断、软件 更新和其他技术支持。该模块可集成在 IBS 中,通 过企业网关,既能与同系列的任何产品进行无缝对 接,又能通过海事卫星实现船上用户与岸上用户之 间的信息传输。 从船队管理的角度出发,该系统模块试图从根 本上改变船队原有的单线运营模式,建立船队之间 更紧密的联系和合作。从资产管理的角度出发,该 模块分为三个子模块,分别为:节能优化、海图显 示,以及船舶远程管理。从使用者的角度,该模块 有船用界面和公司管理人员界面,并能通过企业网 关互通信息。 开航前,管理人员将船舶货物积载和挂靠港等 信息输入后,使用航行计划功能得到一份航行计划 和燃油计划。 航行中,既可以自动执行最佳航速计划,又保 留了手动设定航速的功能;根据实时的天气和洋流 预测、抵离港时间和实际航行路线偏离情况等,对 比航行计划,自动调整航速、航线计划以及发动机 模式;向管理人员报告航程信息、燃油计划和航行 计划的执行情况等。 航行中记录的信息在经过计算后得出船舶累积 节省的燃油量,并在管理人员界面生成一份报告, 通过直观的图表显示当次航程的燃油量与历史数据 的对比以及实际的燃油量与计划的燃油量的对比。 另外,该系统还集成了设备远程诊断的功能。 通过船舶远程管理功能模块,将设备状态报告给岸 上管理人员进行远程诊断、在线维修以及软件的升 级,能有效减少设备维护和维修费用,提高维修工 作的执行效率,延长设备寿命周期。 系统可以将船舶的参数,如风速、风向、航速、 气象信息、以及驾驶室进行的相关操作等信息,实 现船岸通讯,从而实现远程监测功能。 综合桥楼控制系统是智能船舶的必要组成部 分,但是,目前阶段提供的系统还无法完成远程对 船舶的自动控制功能,当然,远程的语音通讯,通 过船舶的操作者来实现控制目前是可以达到的。该 系统主要功能是可以将导航和船舶的一些环境参数 等信息远程传输。如果不装备该系统,就需要安装 其它单独系统收集相关信息(例如风速风向、航速 等) 然后远程传送到岸。中远天河轮加装的 SOMS 系统,就是实现综合桥楼控制系统的部分功能,因 此,如果新造船系统,可以直接考虑安装综合桥楼 控制系统。 3.2 船舶的综合控制系统 船舶的综合控制系统(ICS/VMS) ,是实现对船 舶的设备和系统(除了 IBS 系统外)进行控制、监 测和报警的综合控制系统。 VMS/ICS 主要包括:电站管理系统(PMS) 、主 双月刊 / 总第 262 期39 推进控制系统、监测报警系统、货物控制系统、轮 机系统控制和其它船舶系统和设备控制和监测。 目前机舱监测报警系统、主机遥控系统和电站 管理系统几乎在所有的远洋船舶上都已经安装,并 且有相应的规范和规则要求。但是,这些要求都是 IMO 和相关船级社对于自动化船舶的最基本的安全 性要求(如主机的 SHUTDOWN 和 SLOWDOWN 等 安全功能) ,以及其它一些报警要求(如舱底水高位 报警等) 。只安装常规的机舱监测报警系统、主机遥 控系统和电站管理系统,仅仅是实现了船舶的安全 性要求,对于智能船舶系统要求的数据收集(如设 备状态等) ,并没有完全实现。因此,如果要实现智 能船舶功能,就必须收集船舶相关系统和设备的状 态,比如运行时间、负载大小等,并且实现远程传 输,从而为智能船舶控制的数据分析和采集提供硬 件支持。 本系统除了实现船级社和 IMO 要求的基本安全 和控制监测功能外,还需要采集其它船舶设备和系 统相关的信息,比如所有设备的运行状态、报警状 态等。值得注意的是一些重要设备(如主机) ,需要 设备厂家提供性能监测系统,并
展开阅读全文
温馨提示:
文档分享网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
相关搜索

当前位置:首页 > 论文 > 船舶与海洋论文


版权所有:www.WDFXW.net 

鲁ICP备14035066号-3