李若皙

摘要：現(xiàn)代船舶自動(dòng)化機(jī)的發(fā)展充分印證了現(xiàn)代科技的進(jìn)步，其中學(xué)科的交叉和技術(shù)的不斷更新值得關(guān)注。針對(duì)國內(nèi)船舶自動(dòng)化不能滿足本土船舶工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，引進(jìn)消化國際先進(jìn)技術(shù)是必需的；同時(shí)，應(yīng)該擬定切實(shí)而積極措施，自行研制有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，開展先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用研究，以加速我國航運(yùn)技術(shù)和造船技術(shù)的科技進(jìn)步。本文主要探討船舶化建設(shè)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：船舶與海洋工程；自動(dòng)化建設(shè)；發(fā)展趨勢

21世紀(jì)后，我國的船舶工業(yè)在不斷地學(xué)習(xí)、借鑒以及研發(fā)中，在自動(dòng)化性能、程度、理念以及技術(shù)水平等方面都得到了一定程度的進(jìn)步，其中一些設(shè)備通過引進(jìn)國際上先進(jìn)的技術(shù)，再由我國自行消化、吸收，已經(jīng)成功地運(yùn)用到船舶業(yè)的方方面面，可以說當(dāng)前的船舶自動(dòng)化已經(jīng)基本能夠滿足市場的運(yùn)作需求。近些年來，隨著我國科技實(shí)力的不斷增長以及我國對(duì)于相關(guān)人才的大力培育，船舶自動(dòng)化技術(shù)有了更進(jìn)一步的重大突破。然而我國目前的船舶自動(dòng)化還有很大的上升空間，在研究與管理方面還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)，因此，在新時(shí)期的新形勢下，只有加強(qiáng)對(duì)于船舶自動(dòng)化的科學(xué)研究，把握自動(dòng)化發(fā)展的新趨勢，才能增強(qiáng)我國的船舶自動(dòng)化的綜合實(shí)力[1]。

1船舶自動(dòng)化概述

船舶自動(dòng)化包括：1、駕駛自動(dòng)化，如自動(dòng)舵，自動(dòng)定位，自動(dòng)選擇最佳航線和自動(dòng)避碰等；2、裝卸和壓載的自動(dòng)化，如郵輪裝卸、壓載艙注排水自動(dòng)化、冷藏艙溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)等；3、行政管理、醫(yī)療、生活方面的自動(dòng)化；4、各種設(shè)備的自動(dòng)化，如軍艦武備、觀通的自動(dòng)化；5、動(dòng)力裝置的自動(dòng)化。伴隨著通信技術(shù)、控制技術(shù)以及微處理技術(shù)而不斷發(fā)展。電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)、集成電路的投入使用以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，這些良好的技術(shù)條件促使船舶自動(dòng)化發(fā)展得到了前所未有的新突破。

2 船舶自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通訊的數(shù)據(jù)總線。采用現(xiàn)場總線技術(shù)的系統(tǒng)具有開放性、互操作性、互用性及高度分散性的特點(diǎn)，而現(xiàn)場設(shè)備一般擁有智能化程度較高、功能自治性好、及對(duì)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能充分體現(xiàn)“分散控制、集中管理”的分布式監(jiān)控理念。國際上，總線和總線標(biāo)準(zhǔn)有幾百種，其中應(yīng)用較多的總線有 CAN、Profibus、LonWorks、WorldFIP 等。它們的性能各不相同。

2.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)

PLC 和上位機(jī)軟件進(jìn)行通信的協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)主要有五種方式：驅(qū)動(dòng)程序包、OPC、Modbus、Modbus/TCP 以及總線橋。利用現(xiàn)場設(shè)備廠家提供的驅(qū)動(dòng)程序包，例如西門子公司的 PRODAVE 軟件包，其特點(diǎn)是使用簡單方便，編程人員不需熟悉復(fù)雜的通信協(xié)議。OPC（OLE for process control）規(guī)范是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以 COM（組件對(duì)象模型）和 DCOM（分布式組件對(duì)象模型）技術(shù)為基礎(chǔ)。OPC 定義了一套標(biāo)準(zhǔn)接口，在監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設(shè)備之間增加一個(gè)抽象層，監(jiān)控軟件降低監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設(shè)備之間的耦合，增強(qiáng)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設(shè)備的獨(dú)立性，同時(shí)向監(jiān)控軟件屏蔽了設(shè)備細(xì)節(jié)。

Modbus 協(xié)議是另一個(gè)通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與 OPC不同的是，Modbus 協(xié)議是一個(gè)公開協(xié)議，它定義了通信雙方采用的幀格式、尋址方式等，通過Modbus 協(xié)議，控制器之間、控制器和其它設(shè)備之間可以相互通信。Modbus 協(xié)議現(xiàn)已成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS 采用主從的方式進(jìn)行通信，即主設(shè)備發(fā)出詢問請求，從設(shè)備應(yīng)答響應(yīng)。Modbus 協(xié)議定義了兩種傳輸模式：ASCII 和RTU，兩者最主要的區(qū)別是前者每個(gè)字節(jié)作為兩個(gè) ASCII 字符，而后者將每個(gè)字節(jié)/作為兩個(gè) 4bit的十六進(jìn)制數(shù)值，前者可性更好（字符發(fā)送時(shí)間間隔 1 秒不產(chǎn)生錯(cuò)誤），后者在相同波特率下傳送數(shù)據(jù)更多[2]。

2.3人工智能

人工智能是研究使機(jī)器具備人所具有的智能功能的一門高新技術(shù)學(xué)科，其目的是模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，以實(shí)現(xiàn)某些腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化。人工智是適應(yīng)信息時(shí)代需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。人工智能在避碰、故障診斷等方法有著廣泛的應(yīng)用。

2.4標(biāo)準(zhǔn)模塊自動(dòng)配置

標(biāo)準(zhǔn)模塊自動(dòng)配置需要解決模塊地址主動(dòng)配置、尋址模式優(yōu)化、沖突消解、冗余容錯(cuò)、熱插拔、軟硬件接口協(xié)調(diào)等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。最終標(biāo)準(zhǔn)模塊自動(dòng)配置將實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)基本功能：

1）通過連接線將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和硬件標(biāo)準(zhǔn)模塊（I/O 模塊、基本控制模塊、輔助控制模塊）以及計(jì)算機(jī)連接，系統(tǒng)配置軟件啟動(dòng)后可以實(shí)現(xiàn)各模塊和設(shè)備 IP 地址等的主動(dòng)配置，并形成一個(gè)可以穩(wěn)定運(yùn)行的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，即系統(tǒng)配置軟件在不需要人員參與的情況下可以主動(dòng)按照設(shè)定的規(guī)則和生成策略配置系統(tǒng)，且具有故障自診斷、故障報(bào)警與簡單的故障隔離功能。

2）在系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，如果插入一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)模塊，該系統(tǒng)將根據(jù)新加入模塊的位置和系統(tǒng)與其他模塊之間的邏輯關(guān)系具備主動(dòng)接納該模塊并配置形成新的系統(tǒng)的能力，如果該模塊的功能或地址與在用系統(tǒng)出現(xiàn)沖突則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的沖突消解策略和冗余容錯(cuò)設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3、我國關(guān)于船舶自動(dòng)化發(fā)展的相關(guān)規(guī)劃和措施

依據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的任務(wù)要求，將提高我國船舶動(dòng)力、船舶自動(dòng)化兩大領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)為研究重點(diǎn)，重點(diǎn)突破船舶駕控自動(dòng)化技術(shù)，船舶導(dǎo)航自動(dòng)化技術(shù)，綜合船橋系統(tǒng)和船舶動(dòng)力、船舶自動(dòng)化平臺(tái)集成和支撐技術(shù)等一批關(guān)鍵技術(shù)。解決由于船舶動(dòng)力和自動(dòng)化技術(shù)落后制約我國成為造船強(qiáng)國的瓶頸問題，為實(shí)現(xiàn)我國本土化船用設(shè)備由目前的30%提高到60%以上提供技術(shù)支持。

3.1船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)

主要目標(biāo)為研制滿足出口船需要的船舶低速和中高速主機(jī)遙控系統(tǒng)、全船監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)、船用閥門控制系統(tǒng)和機(jī)艙自動(dòng)化數(shù)字平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船舶機(jī)艙自動(dòng)化產(chǎn)品。并以一下幾個(gè)方面為研究方向：

1）低速和中高速主機(jī)遙控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究。

2）全船監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究。

3）閥門遙控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究。

4）機(jī)艙自動(dòng)化數(shù)字平臺(tái)綜合管理系統(tǒng)。

3.2綜合船橋系統(tǒng)

研究方向主要是突破船舶導(dǎo)航信息化技術(shù)和船舶駕控自動(dòng)化技術(shù)，完成船舶導(dǎo)航、駕控、避碰、通信一體化集成，構(gòu)建高度信息化、自動(dòng)化的全船統(tǒng)一操控和管理平臺(tái)，通過系統(tǒng)核心技術(shù)攻關(guān)和系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化設(shè)計(jì)，開發(fā)出功能和性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)技術(shù)水平的完全國產(chǎn)化的綜合船橋系統(tǒng)。研究內(nèi)容主要為：

1）綜合船橋總體設(shè)計(jì)研究。

2）綜合導(dǎo)航分系統(tǒng)信息化、智能化關(guān)鍵技術(shù)研究。

3）綜合駕控系統(tǒng)信息化、智能化關(guān)鍵技術(shù)研究。

4）導(dǎo)航、操舵與主機(jī)遙控集成關(guān)鍵技術(shù)研究。

3.3船舶動(dòng)力自動(dòng)化公共支撐平臺(tái)

以提出船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)的體系框架，從技術(shù)發(fā)展頂層戰(zhàn)略設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)以及成果推廣應(yīng)用等方面全方位構(gòu)建船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展支撐平臺(tái)為目標(biāo)，研究以下一個(gè)方面的內(nèi)容：

1）船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2）船舶動(dòng)力、自動(dòng)化示范運(yùn)行和推廣應(yīng)用。

3）船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術(shù)研究：船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術(shù)的特點(diǎn)、作用和意義，船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術(shù)的體系框架，國外船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，我國船舶工業(yè)戰(zhàn)略技術(shù)發(fā)展思路、目標(biāo)、方向、政策與措施等。

4）船舶動(dòng)力和自動(dòng)化前沿技術(shù)發(fā)展研究：國內(nèi)外船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展跟蹤比較研究，國外船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，我國船舶動(dòng)力、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展思路、目標(biāo)、方向等

4、船舶自動(dòng)化未來的發(fā)展趨勢

在新時(shí)期的新形勢下，我們必須要加強(qiáng)對(duì)于船舶自動(dòng)化的研究，時(shí)時(shí)把握國際船舶發(fā)展的大體趨勢，加強(qiáng)科研力度，始終以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)為指導(dǎo)思想，在技術(shù)升級(jí)的同時(shí)，輔助以先進(jìn)的管理，對(duì)于維修管理?xiàng)l例等，要不斷地完善和改進(jìn)。船舶自動(dòng)化技術(shù)將朝著數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向迅速發(fā)展，這是未來國際船舶自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展總趨勢。

結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更加先進(jìn)的船舶導(dǎo)航儀器（設(shè)備）將用于船舶導(dǎo)航，必將有效地提高船舶自動(dòng)化導(dǎo)航的程度和可靠性，提高船舶管理的數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化水平，確保船舶的航行安全，降低企業(yè)成本，提高企業(yè)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張會(huì)霞，郭廷良. 船舶與海洋工程導(dǎo)論教學(xué)模式創(chuàng)新實(shí)踐與研究[J]. 科技資訊，2013，03：181.

[2] 曹慧軍. 芻議海洋工程項(xiàng)目建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)管理[J]. 科技與企業(yè)，2013，16：66.