这艘VLOC将开启中国智能船舶1.0新时代

国际金属加工网 2018年11月26日

2016年,工业和信息化部设立“智能船舶1.0专项”,组织船舶行业顶级总体院所、智能系统研制单位、造船集团、高等院校等,合力开展智能船舶的研究。中船集团是该项目的组织实施者和重要参与者。该集团旗下的上海船舶研究设计院、外高桥造船、中国船舶工业系统工程研究院,会同招商局能源运输股份有限公司、北京海兰信数据科技股份有限公司、上海船舶运输科学研究所、CCS、哈尔滨工程大学等业界领军单位,发挥各自优势,全力推进“智能船舶1.0专项”的研发。

2018年11月14日,全球首艘40万吨智能超大型矿砂船(VLOC)在中国船舶工业集团有限公司所属上海外高桥造船有限公司成功完成试航。在外高桥造船的精心组织下,该智能船项目团队克服了恶劣的海况、繁琐的海试,以及许多不确定性因素带来的困难,经过10天的海上试航,成功实现了既定目标。航行试验结果表明,该船所有智能系统的功能均达到科研任务要求。其成果获得船东、中国船级社(CCS)和DNV GL的一致认可。

作为我国智能船舶1.0研发专项首艘示范船,该船通过构建服务智能系统的网络平台和信息平台,实现辅助自动驾驶、能效管理、设备运维、船岸一体通信、货物液化监测等五大智能模块功能。该船获得CCS i-ship(N,M,E,I)和DNV GL Smart Ship 船级符号,是同时获得这两家船级社认证的首艘智能船舶,也是DNV GL认证的全球第一艘智能船舶。

“一个团队,一个策略,一个目标”

国际海事组织(IMO)近年来大力推动实施“E-航海”战略,韩国、日本、欧洲企业纷纷提出智能船舶概念,推出相关产品并实现接单,且制定了相关的标准。智能船舶研究已经成为全球造船业的“必争之地”。

2016年,工业和信息化部设立“智能船舶1.0专项”,组织船舶行业顶级总体院所、智能系统研制单位、造船集团、高等院校等,合力开展智能船舶的研究。中船集团是该项目的组织实施者和重要参与者。该集团旗下的上海船舶研究设计院、外高桥造船、中国船舶工业系统工程研究院,会同招商局能源运输股份有限公司、北京海兰信数据科技股份有限公司、上海船舶运输科学研究所、CCS、哈尔滨工程大学等业界领军单位,发挥各自优势,全力推进“智能船舶1.0专项”的研发。

在项目实施过程中,项目参与者本着“一个团队,一个策略,一个目标”的宗旨,通力合作,攻坚克难。

研发团队职责清晰,分工明确,围绕共性技术、关键系统和示范应用三大课题,全力协同、协调、协作,明确了项目总体目标,即搭建统一的网络平台和信息平台,实现全船信息的采集、处理、存储和交互;实现辅助自动驾驶、综合能效管理、设备运维、矿物液化监控、船岸一体化通信等五大智能功能模块的实船应用;获得CCS智能船舶附加标志 i-Ship(N,M,E,I),同时获得DNV GL Smart Ship入级符号。

外高桥造船作为智能系统的实船示范应用单位,从首艘示范船设计之初,就梳理原船改造方案及感知布局综合设计。历经1年多的艰苦努力,该公司完成了设备改造、设计改造、信号改造、大纲编制工作,解决了智能系统研发与示范船建造同步带来的各项建造与调试问题。为了让智能系统与原船完美融合,外高桥造船和智能系统研发单位通力协作,以计划为导向,将生产排程保障理念融入船舶的整个设计、安装、调试环节,有效促进了该示范智能船开工、下坞、半船起浮、出坞、试航等所有重大建造节点全部按计划完成。

在该智能船项目实施过程中,外高桥造船设计部门在促进整个智能系统与船舶的融合设计方面开展了卓有成效的工作,梳理了大量智能系统感知信号需求清单,优化了感知布局,并完成了500多份图纸的设计。针对国内设备与国外设备信号不相匹配的问题,外高桥造船设计部门先后组织开展了多次实船与实验室的信号测试与匹配工作,重点协调了智能系统系泊与航行大纲整理及智能设备的安装等工作。由于智能系统研发人员与实船建造人员在概念和认知方面信息不对称,如何编制出适用于实船验证的大纲成为对外高桥造船与各参研单位的严峻考验。经过多轮研讨,外高桥造船设计部门终于牵头落实了可指导生产的试验大纲,为实船联调与验证的整体推进创造了良好的条件。

作为该项目的牵头单位,上海船院召集各参研单位组成专业团队,全面展开智能船专项的前期论证工作,并依据CCS于2016年制定的《智能船舶规范》,编制了《智能船舶1.0研发专项指南》,完成了智能船舶总体设计技术(网络平台)、功能设定、船岸一体通信系统等一系列研发工作。

作为船东方,招商局能源站在国家战略的高度,以中央企业的责任感、使命感和大局感,全面认可总体研究思路和内容,同意在40万吨VLOC上开展智能船实船示范应用,全力支持并参与了该示范船的研发工作。

系统工程研究院发挥专业特长,牵头构建了智能系统总体技术及信息平台、设备运行及维护智能系统。

哈工程全力完成了智能船舶仿真验证评估工作。

海兰信和上海船研所完成了船舶辅助自动驾驶系统研究、船舶综合能效智能管理系统研发工作。

这是一个群英荟萃、善于创新的团队,也是一个不畏艰难、敢于突破的团队,更是一个全力以赴、勇往直前的团队。

“一艘船,一群人,一段情”

可以说,该示范船项目是我国产学研精诚合作的结晶。外高桥造船在整个船舶建造过程中,既要确保按照既定大节点推进生产,又面临着智能船边建造、边研发带来的压力。在船舶建造过程中,面对设备供货延期、封舱滞后、原船调试与智能系统调试交错进行等各种状况,该公司创新工作方法,优化工作流程,实现了智能系统调试与原船调试的协同。特别是在系泊与调试阶段,外高桥造船人不辞辛劳,不分日夜工作,建立健全了一套智能船监造流程。

从研发初期到最后示范船进行实船联调,上海船院实验室岸上联调各单位人员开展了长期的高强度工作。尤其是在后期软件联调时,外高桥造船与上海船院组成智能系统团队,经常工作到深夜。

海兰信派出了以公司副总裁带队的9人研发团队参加实船试航。他们白天报验项目,晚上针对发现的问题修改程序,驾驶室成为了他们的研发室。

系统工程研究院负责船岸一体通信的科研人员,在实际调试中发现实验室通信与实船通信效果差距很大:试验室内各种测试结果完美,但是实船调试时就出现了信号衰减、各家信号格式不匹配、卫星通信效果不理想等问题。他们不畏困难,一一解决问题,保证了测试工作的圆满完成。

上海船研所船舶能效工作负责人因工作安排原因未能在试航之初随船出航,但在完成工作后,即在11月7日凌晨搭乘拖船,经过6小时的海上颠簸到达锚地,稍作休整即开始软件修改与报验及培训工作。

CCS、DNV GL的有关人员,始终在调试现场出谋划策,指导作业。CCS有关人员表示,该智能船舶虽然仅是智能船舶1.0的示范应用,但其设计、建造、配套系统、信息集成等都处于较高水平。该船舶的建成,不仅可以加速我国自主编写的智能船舶规范走向国际的进程,还有可能推动整个船舶市场甚至国家信息安全方面的变革。一同参加试航的DNV GL监造负责人表示,通过参与这一项目,他们深刻感受到中国船舶工业在智能船舶领域的竞争力。中国设备生产厂家正从提供较低端产品扩展到高技术含量、高附加值产品,那些曾经被欧美和日本企业垄断的产品逐步实现了中国替代。同时,能在这么短的时间内把立项变成现实,也充分体现出中国船企卓越的协调总包能力。

“大块头”有“大智慧”

由中国造船人自主研发建造的全球首艘40万吨智能VLOC,开创了中国“智能船舶1.0”新时代。该船配备了综合网络信息平台,具备船舶综合能效管理、机舱设备运行及维护、货物状态监控、自动驾驶辅助决策和船岸一体化通信管理等五大智能功能,符合CCS《智能船舶规范》,符合国际船舶监控—报告—验证(MRV)规则要求,可显著提升实船运营中的能效和运维管理水平。

该智能船在“大智”号的基础上,实现了六方面的突破。一是首次提出并实船应用了“平台+应用”的理念,即网络信息平台统一完成全船感知信息的采集、处理、分析,并向各智能系统提供操作环境数据,解决了全船信息重复采集、信号标准不统一、船舶系统扩展性不足等一系列问题。二是首次具备开阔水域辅助避碰决策功能,可向船员提供避碰建议,帮助解决船员误操作、漏操作等影响船舶航行安全的问题,为下一步实现船舶自主避碰奠定技术基础。三是首次实现船船通信,解决了海上船与船之间直接通信的问题,为将来实现实船避碰铺平道路。四是首次实现矿物液化监控功能,通过监测货舱内矿物的液化程度,向船员提供建议,解决铁矿、镍矿等易液化矿物影响船舶稳性等问题,提升船舶航行安全性。五是实现船岸一体通信的轻量化传输等功能,将数据压缩加密后回传岸上,为未来岸基数据中心建设提供了可靠的数据来源。六是同时获得了CCS与DNV GL两家船级社的智能船符号。

业内专家表示,开展智能船舶技术研究是我国船舶工业调整产业结构、抢占船舶技术发展制高点、提升国际竞争力的重要途径之一。“智能船舶1.0专项”的开展,将系统提升我国智能船舶设计、建造、营运、维护、管理等方面的能力,以及核心产品的自主、安全和可控能力。同时,以散货船和油船为应用载体,对相关智能功能模块及系统的研究,将带动全产业链协同发展,提升我国船舶工业的综合竞争力。

迎接智能船舶带来的新变革

相对传统船舶来说,智能船舶属于新生事物,虽然难言可以取代传统船舶,但必将是未来船舶发展的一个重要领域。其出现可能改变未来航运业业态,其研发建造也会在一定程度上为我国船舶工业带来变革。

智能船舶的研发建造极具特点。首先,智能船舶的各项数据紧密关联、高度共享,通过监控船舶系统数据并回传至信息平台,可在完成量化积累的同时进行质化分析。这些数据成为船舶测试、检修、报验的依据。全球首艘智能超大型矿砂船(VLOC)打破了原有船舶的系统架构和理念,摆脱从感知层的传感器到处理层的控制箱所有单个系统各自为战的传统模式。其核心在于将现有设备进行系统整合,强调系统间的交互。这种从前端的设计、建造、应用到后端的运营、维护、物流,打造船舶数据完整生态链的工作,将促进我国船舶工业由劳动密集型向技术密集型转变,并向大数据时代迈进。

其次,智能船舶的研发建造将促进船舶配套业发生变化。智能船舶以智能导航与能效管理等核心技术为中心,信息技术、大数据等应用多,其配套内容与传统船舶有较大区别。

再次,在智能船舶的研发建造中,团队合作更加重要。智能船舶项目从立项到理论建设,再到示范应用,团队协作在其中起到举足轻重的作用。此次全球首艘40万吨智能VLOC项目的研发建造就是产学研三方合作的结晶:上海船舶研究设计院首先提出整体框架,结合中国船级社(CCS)提出的智能船舶规范,联合DNV GL、哈尔滨工程大学、上海外高桥造船有限公司等企事业单位,从研发、设计、建造到实现整体协作,共同推动该项目的完成。

未来10~20年是船舶智能化发展的关键时期,智能船舶的发展方向、船型变化以及船员能力要求的变化都将逐渐清晰,我国船舶工业应掌握其中特点,大力开展相关研发,在智能船舶领域抢占先机。


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