劉 微，尚家發(fā)

(1. 中國船舶工業(yè)集團公司，北京 100044；2. 中國船舶工業(yè)綜合技術經(jīng)濟研究院，北京 100081)

智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀及我國發(fā)展策略研究

劉 微1，尚家發(fā)2

(1. 中國船舶工業(yè)集團公司，北京 100044；2. 中國船舶工業(yè)綜合技術經(jīng)濟研究院，北京 100081)

近年來，智能船舶的發(fā)展呈加速趨勢，智能船舶已成為未來船舶發(fā)展的主要方向。本文對當前國內(nèi)外智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀進行系統(tǒng)梳理與比較分析，為我國智能船舶的發(fā)展提出若干建議。

智能船舶；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展策略

0 引 言

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、信息技術、人工智能、模糊數(shù)學以及神經(jīng)網(wǎng)絡等技術和理論的快速發(fā)展，全球工業(yè)正朝著信息化、智能化的方向邁進。對于船舶工業(yè)而言，隨著網(wǎng)絡技術和信息技術的廣泛應用，船舶自動化、控制以及通信導航等電氣系統(tǒng)也正朝著分布型、網(wǎng)絡型和智能型的方向發(fā)展，船舶智能化水平快速提升，智能船舶的發(fā)展已具備技術可行性[1]。

除了技術因素外，船東對智能船舶的需求也是智能船舶發(fā)展的重要推動因素，船東的需求主要受到內(nèi)外2種因素的推動。內(nèi)因來自于船東對于船舶運營安全性、經(jīng)濟性提升的需求。在當前船舶市場低迷與長期運力過剩的現(xiàn)實下，世界各主流航運公司紛紛將其未來發(fā)展的重點轉(zhuǎn)移到提升其船隊運營效率和安全性上，以此在市場低迷的情況下求得發(fā)展。由于智能船舶在提升船舶的運營效率、安全性及管理決策效率、降低船舶油耗等方面具有突出優(yōu)點，正好滿足了當前船東的需求。

外因主要來自于國際節(jié)能減排規(guī)則規(guī)范的實施為船東帶來的壓力。2015年7月，歐盟推出的船舶CO2排放監(jiān)測、報告、驗證機制（MRV）生效，并將于2018年1月1日起實施，該機制的目的是在歐盟區(qū)域內(nèi)更有效地控制、監(jiān)管船舶排放，推進綠色船舶的發(fā)展。IMO也提出了船舶CO2排放MRV機制，并在2016年10月召開的MEPC 70會議上獲得通過。該機制將通過監(jiān)測和收集船舶的CO2排放數(shù)據(jù)，為確定減排控制手段和目標、明確CO2稅及碳交易等提供數(shù)據(jù)支撐。此外，目前的MRV機制主要是針對CO2排放，未來將有可能將船舶的所有排放物納入其中。因此，未來的新造船、甚至營運船都可能被要求安裝船舶能耗及排放污染物的監(jiān)測和報告系統(tǒng)。上述新規(guī)則規(guī)范的出臺，都對船舶的信息化、智能化程度提出新的要求，智能船舶成為未來船舶發(fā)展的必然方向。

1 智能船舶的定義

智能船舶的發(fā)展已經(jīng)成為船舶行業(yè)的共識，各主要船舶建造企業(yè)及研究機構均已對智能船舶開展了大量的研究，并對智能船舶給出了各自的定義[2]。但是，由于目前國內(nèi)外的智能船舶研究還處于平臺規(guī)劃搭建和功能模塊驗證階段，還沒有能夠建成完整的智能船舶，因此對于智能船舶的詳細定義還沒有形成統(tǒng)一的結(jié)論。在眾多的智能船舶研究中，挪威船級社、勞氏船級社及中國船級社的研究成果具有一定的代表性。

表 1 主要研究機構對智能船舶的定義Tab. 1 The main research institute defines the intelligent ship

雖然各研究機構對于智能船舶的定義存在一定的差異，但是總體來看各研究機構對智能船舶的定義均具備以下4個特征：全船信息融合、自主評估與決策、船岸一體化、面向全生命周期服務。

全船信息融合：即利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術手段建立了全船綜合網(wǎng)絡系統(tǒng)與信息智能感知系統(tǒng)，并實現(xiàn)船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的全船信息和數(shù)據(jù)的融合。數(shù)據(jù)是實現(xiàn)智能船舶的基礎，對主輔機、槳軸等設備狀態(tài)信息，船舶航行速度、航向等航行狀態(tài)信息，風浪流等航行環(huán)境信息，以及載貨量、班次計劃等營運信息等船舶大數(shù)據(jù)的獲取是智能船舶的最基本的特征。

自主評估與決策：以全船信息為對象，以大數(shù)據(jù)分析和處理為手段，實現(xiàn)船舶的自主分析、評估、預測及決策優(yōu)化能力[3]。自主評估與決策能力反映了智能船舶的智能化程度。智能船舶的自主評估與決策能力將從狀態(tài)監(jiān)測、輔助決策、自主控制、遙控，再到局部水域自主航行，最后實現(xiàn)高級自主航行的過程中不斷提升。

船岸一體化：以船岸數(shù)據(jù)通信技術為手段，具備船岸一體化信息平臺，實現(xiàn)船岸信息交互[4]。船岸一體化是智能船舶區(qū)別于普通船舶的重要標志。智能船舶的應用與船隊的管理密切相關，必須依靠岸基支持才能完成全部功能。岸基智能支持中心的完善必將推動整個智能船舶的發(fā)展，直至無人船營運和管理完善[5]。

面向全生命周期服務：通過船岸一體化平臺，利用岸上資源對遠程的船舶進行監(jiān)控、支持、管理、控制，能夠為船東提供單船乃至整個船隊的全壽命周期的創(chuàng)值服務。智能船舶不僅僅是船舶本身的智能化，而是整個船舶運營環(huán)境的智能化。這也是智能船舶與普通船舶的根本區(qū)別，也是實現(xiàn)智能船舶的最終標志。

2 智能船舶國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀

2.1.1 韓國智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀

韓國智能船舶的研究主要由現(xiàn)代重工、大宇造船海洋、三星重工三大船廠實施，其中現(xiàn)代重工在智能船舶研究領域取得了較大的進展。

現(xiàn)代重工的智能船舶以實際應用為主，且取得了大量的實船業(yè)績?，F(xiàn)代重工于2009年開始與韓國電子通信研究院（ETRI）合作將信息技術運用到船舶中，共同開發(fā)智能船舶1.0，并于2011年建成世界上第1艘“智能船”。此后，現(xiàn)代重工的智能船舶獲得大量訂單，2011年現(xiàn)代重工共獲得70多艘智能船訂單，其中40多艘智能船訂單來自于丹麥的穆勒-馬士基集團。在2011年建造第1艘智能船舶之后，現(xiàn)代重工與韓國能源貿(mào)易通商部及韓國中小型IT技術企業(yè)合作在蔚山建立了造船業(yè)IT創(chuàng)新中心，并合作研發(fā)升級版智能船舶——智能船舶2.0。2013年，現(xiàn)代重工發(fā)布了智能船舶2.0的研究成果及推廣計劃。截止2015年，現(xiàn)代重工共獲得了195艘智能船訂單，交付104艘。

現(xiàn)代重工的智能船舶主要是以智能系統(tǒng)應用為主?，F(xiàn)代重工在智能船舶的發(fā)展過程中主要采用的是將智能船舶系統(tǒng)應用于實船的模式，因此其建造的智能船舶還不是真正意義上的智能船舶。例如，現(xiàn)代重工開發(fā)的智能船舶1.0與智能船舶2.0均是通過在實船上配備其與ETRI開發(fā)的“有/無線船舶綜合管理網(wǎng)通訊技術”（SAN）系統(tǒng)及其他船舶智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的，這種智能船舶只是實現(xiàn)了船舶狀態(tài)的遠程監(jiān)控功能，船舶的智能化程度比較低。但是，在此后的智能船舶發(fā)展過程中，現(xiàn)代重工通過與埃森哲、SK航運、英特爾、微軟等國際知名公司的合作，智能船舶水平不斷提升。2015年，現(xiàn)代重工與埃森哲合作開發(fā)互聯(lián)智能船舶，并于2016推出OceanLink智能船舶系統(tǒng)。該系統(tǒng)整合了現(xiàn)代重工開發(fā)的基于船舶數(shù)據(jù)模型的船舶數(shù)據(jù)平臺與埃森哲的互聯(lián)服務平臺，可以為船東提供更多的船舶航行信息，同時也創(chuàng)造了一個收集分析利用船舶大數(shù)據(jù)的環(huán)境，并運用大數(shù)據(jù)連接船東、航運公司、港口運營商為用戶提供全價值鏈船舶運營優(yōu)化服務。

2.1.2 日本智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀

日本智能船舶發(fā)展重點關注于智能導航等船舶智能系統(tǒng)的研發(fā)。日本的智能船舶研究主要是智能船舶應用平臺研制項目（SSAP）。該項目于2014年開始實施，由日本船舶機械與設備協(xié)會（JSMEA）牽頭，包括三菱重工等27家企業(yè)共同參與。SSAP項目主要是解決智能導航問題，研發(fā)了多種智能船舶系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)能自選最合適的航線、速度，避免撞船危險。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在2艘船舶上完成了實船測試。此外，日本船級社還成立了海事業(yè)大數(shù)據(jù)中心，與IBM開發(fā)了相關軟件，能通過收集機艙的實時數(shù)據(jù)并進行分析，從而提供設備優(yōu)化和維修等建議；日本船級社還與NAPA合作研發(fā)了航路優(yōu)化支持系統(tǒng)，幫助船舶運營商優(yōu)化航線及航行計劃，該系統(tǒng)已在船舶上得到應用。

日本在智能船舶的研發(fā)過程中格外重視智能船舶標準建設。在開展項目研究的同時，日本不斷推進關鍵技術或設備的國際標準化。2015年8月2日，日本在國際標準化組織船舶與海洋技術委員會（ISO/TC8）發(fā)起的關于《船載海上工況數(shù)據(jù)服務器》和《船載機械和設備標準數(shù)據(jù)》2項國際標準立項正式獲得通過，這2項標準是SSAP項目的研究成果[6]。

2.1.3 歐洲智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀

歐洲的智能船舶研究開展時間最早。歐洲智能船舶的發(fā)展始于2006年歐洲開發(fā)的內(nèi)河航運綜合信息系統(tǒng)（RIS），該系統(tǒng)最先將信息技術、通信技術、電子控制技術和計算機處理技術等集成應用于傳統(tǒng)的內(nèi)河航運系統(tǒng)，為內(nèi)河航運提供交通管理、物流信息、應急救援等8大信息服務功能，實現(xiàn)了高效、安全、環(huán)保的內(nèi)河航運，并引起了航運界對于船舶智能化的關注。此后，芬蘭與歐盟先后開展了COAST WATCH國家水上交通管理平臺與蒙娜麗莎工程（MONALISA），對智能船舶的發(fā)展進行探索。

歐洲開展了大量的前瞻性智能船舶研究，研發(fā)水平較高。2014，英國羅羅公司發(fā)起智能船舶應用項目（AAWA），該項目以實現(xiàn)無人駕駛船舶為目標，計劃到2020年實現(xiàn)船舶遠程支持和操作以減少船員，2025年實現(xiàn)近海航區(qū)船舶的遠程控制，2030年實現(xiàn)遠海航區(qū)船舶的遠程控制，2035年實現(xiàn)無人船舶。歐盟也實施了MUNIN計劃，目的是驗證自動航行和無人船的可行性，并研究與之相關的前沿技術和標準，并為法規(guī)的修訂提供支持，計劃在2034年之前完成無人船的研制和自主航行的可能性研究。此外，芬蘭也發(fā)起智能無人駕駛船舶研發(fā)計劃，旨在創(chuàng)造一個“智能船舶運輸生態(tài)環(huán)境”，并在2025年之前在波羅的海創(chuàng)造一個完全智能的航運系統(tǒng)。

歐洲開展了大量的智能船舶研發(fā)項目，且項目的參與方眾多。歐洲的政府機構、企業(yè)以及研究機構對智能船舶的發(fā)展給予了極大的關注，紛紛推出了大量的智能船舶研發(fā)項目，這些項目對智能船舶發(fā)展的各方面展開了研究。在研究的過程中，多方參與、多領域合作成為重要的項目開展方式。歐洲智能船舶研發(fā)項目情況見表2。

表 2 歐洲主要智能船舶研發(fā)項目情況Tab. 2 The situation of intelligent ship research project in Europe

2.2 國內(nèi)智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀

與國外相比，國內(nèi)的智能船舶發(fā)展在技術研發(fā)與市場應用等方面均處于初級階段，但是目前國內(nèi)正在積極開展智能船舶領域的研究探索。

2015年12月1日，中船集團發(fā)布了38 800 t iDOLPHIN智能船型設計，該船已于2016年9月開工建造，2017年交付。上海船舶研究設計院，中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院、中船黃埔文沖船舶有限公司等單位將參與該船的研發(fā)建造。目前，38 800 t 智能船的合同設計和全船技術規(guī)格書、智能管理和控制系統(tǒng)訂貨技術規(guī)格書已經(jīng)完成，部分模塊已經(jīng)實現(xiàn)了實船試用試裝，并確定了建造智能示范船的商業(yè)模式。

中國船級社于2015年12月1日正式發(fā)布《智能船舶規(guī)范》，并于2016年3月1日生效[7]。該規(guī)范是全球首個智能船舶規(guī)范，發(fā)布后在中國乃至國際船舶界產(chǎn)生了積極的影響，多家客戶積極申請智能船舶附加標志[8]。此外，上海船舶運輸科學研究所、中船重工701研究所等科研機構也開展了智能船舶的研發(fā)。其中，上海船舶運輸科學研究所參與了2015年工信部“智能船舶頂層設計及部分智能系統(tǒng)應用示范專項”的研究工作。

表 3 各主要研究機構智能船舶發(fā)展路線圖Tab. 3 The development roadmap for intelligent ship of all major research institutions

2.3 國內(nèi)外智能船舶發(fā)展現(xiàn)狀比較

2.3.1 發(fā)展路線圖比較

對于未來智能船舶的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)一致認為智能船舶的發(fā)展是一個循序漸進的過程，并給出了各自的智能船舶發(fā)展路線圖，其中IMO的“E-航?！表椖俊谑洗壣?、中國船級社以及羅羅公司的智能船舶發(fā)展路線圖具有一定的代表性。

雖然各機構制定的智能船舶發(fā)展路線圖存在一定的差異，但也存在很多的共同點。首先，具備全自主化無人駕駛船舶是公認的智能船舶發(fā)展的最終目標，這也為智能船舶的發(fā)展指明了方向。其次，智能船舶的發(fā)展將采取循序漸進、分階段發(fā)展的方式，并且在各階段的劃分上各機構基本保持了一致。最后，整體來看，目前世界智能船舶的發(fā)展正處于由階段1向階段2過渡的階段。

我國智能船舶的發(fā)展目前也采取分階段循序漸進的思路，但由于起步相對較晚，目前處在相當于階段1和階段2合一發(fā)展的階段。按照604院等國內(nèi)主要智能船舶科研機構的設想，我國的智能船舶發(fā)展將分3個階段：在2020年之前，實現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合應用、輔助決策的第1代智能船；在2025年之前，實現(xiàn)遠程控制、部分自主的第2代智能船；在2035年之前，實現(xiàn)完全自主的第3代智能船。

2.3.2 研發(fā)模式比較

在智能船舶研發(fā)模式方面，各國的研發(fā)模式各具特點，但也存在著一些共同點。多方參與、產(chǎn)學研聯(lián)合研發(fā)是各國在智能船舶發(fā)展過程中共同采取的研發(fā)模式，很多項目的參與方遍及全球、涵蓋多個專業(yè)領域，這一模式在歐洲的智能船舶研發(fā)中尤為明顯。國內(nèi)企業(yè)在智能船舶發(fā)展的過程中雖然也采取了聯(lián)合研發(fā)的模式，但是合作的范圍、深度與國外還存在一定差距。

除了共同點，各國的發(fā)展模式也各具特點。由于韓國的智能船舶發(fā)展由三大船廠主導，船廠更加重視智能船舶技術的實際應用，因此韓國的智能船舶發(fā)展具有明顯的以應用帶動研發(fā)的特點。現(xiàn)代重工的智能船舶發(fā)展始終以生產(chǎn)為中心，其研發(fā)成果都應用于實船建造，并在應用的過程中不斷推進智能船舶的研發(fā)；日本則更加注重智能船舶研發(fā)過程中的標準制定問題，不斷推進關鍵技術或設備的國際標準化，以期在智能船舶國際標準制定方面搶占制高點；歐洲始終是智能船舶技術發(fā)展的引領者，其研究具有較強的前瞻性。羅羅的AAWA項目以自主航行無人駕駛船舶為目標，在無人駕駛船舶研究方面取得較大進展。同時，歐洲在智能船舶安全性、可行性及標準制定等方面也開展了研究。

2.3.3 技術水平比較

智能船舶發(fā)展技術水平可以通過對智能監(jiān)控、智能運營維護、智能航行、智能遙控、無人駕駛等技術的發(fā)展情況比較來衡量。歐洲對于智能船舶技術的研究開展較早，在自主航行無人駕駛、智能船舶運輸生態(tài)環(huán)境建設、智能船舶安全性、可行性及相關法規(guī)規(guī)范的制定方面處于領先地位；日本主要集中在對船舶智能導航的研究以及標準制定方面；韓國的智能船舶以產(chǎn)業(yè)化應用為主，研發(fā)了大量的智能船舶系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡，并具有大量的智能船舶建造經(jīng)驗。相較之下，我國的智能船舶發(fā)展還處于初級階段，技術水平還較低。

3 對我國智能船舶發(fā)展的相關建議

通過對國內(nèi)外智能船舶發(fā)展的對比研究發(fā)現(xiàn)，目前我國的智能船舶發(fā)展還處于初級階段，相對于歐洲、日本、韓國等國家與地區(qū)還處于落后地位。因此，大力發(fā)展智能船舶將成為未來我國船舶行業(yè)的重要任務之一。對于如何發(fā)展智能船舶，歐洲、韓國、日本的做法對于我國具有一定的借鑒意義，因此本文在對歐洲、日本、韓國智能船舶發(fā)展情況研究的基礎上，為我國智能船舶的發(fā)展提出以下建議：

1）在智能船舶的發(fā)展過程中，應采取研發(fā)與應用并重、分步實施的發(fā)展模式。由于目前智能船舶的發(fā)展尚處于初級階段，智能船舶也將隨著技術的發(fā)展不斷的更新變化，因此各國在智能船舶的發(fā)展過程中均采用了分步實施的策略，在分步實施的過程中再根據(jù)技術的發(fā)展不斷更新其智能船舶的發(fā)展計劃與目標。同時，借鑒現(xiàn)代重工以應用為主的發(fā)展模式，建議我國企業(yè)在推進目前已有的智能船舶建造研發(fā)項目的過程中，加強與船東的合作力度，加快智能船舶設計推廣和應用示范，推動智能船舶產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并在應用中不斷優(yōu)化智能船舶相關技術，為下一步研發(fā)夯實基礎。

2）加大產(chǎn)學研合作廣度，優(yōu)勢互補推動智能船舶發(fā)展。在各國智能船舶的發(fā)展過程中，廣泛、深入的多方合作成為重要的方式。同時，合作的對象不僅僅局限于船舶行業(yè)，大量的互聯(lián)網(wǎng)、通信等不同領域企業(yè)也紛紛加入智能船舶的研發(fā)項目中。目前我國企業(yè)在智能船舶發(fā)展過程中采用了多方合作的方式，但合作方大多還局限在船舶及其相關行業(yè)，建議國內(nèi)企業(yè)加大智能船舶研發(fā)的合作廣度，在加強行業(yè)內(nèi)合作的基礎上，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、通信、大數(shù)據(jù)等領域相關企業(yè)的優(yōu)勢，開展更加廣泛的合作，推進智能船舶發(fā)展。

3）建立船岸一體綜合服務模式，由單純船舶制造向綜合服務模式轉(zhuǎn)變。智能船舶不僅僅是船舶自身的智能化，而是船舶運營、服務模式的智能化。真正的智能船舶將實現(xiàn)船舶、港口、船東、船廠之間的信息共享，建立一體化的船舶運營服務模式。同時，船廠的運營模式也將改變，船廠不再是單純的制造船舶，而是融入到船舶運營的全價值鏈中，為船舶運營提供服務。建議我國船舶企業(yè)在智能船舶研發(fā)的過程中也要加強岸基服務能力的建設，建立覆蓋全球的智能船舶及配套設備服務網(wǎng)絡，以適應智能船舶發(fā)展的新模式，實現(xiàn)由單純船舶制造向綜合服務模式的轉(zhuǎn)變。

4）重視智能船舶標準建設，推進智能船舶關鍵技術與設備的國際標準化。歐洲、日本、韓國在智能船舶的發(fā)展過程非常重視智能船舶標準的制定，尤其是日本將標準化工作貫穿于智能船舶項目發(fā)展的始終。目前我國在智能船舶領域還沒有任何國際標準，建議國內(nèi)企業(yè)在加大智能船舶技術研發(fā)的同時，積極推進智能船舶關鍵技術與設備的標準化。

5）大力發(fā)展智能船舶配套系統(tǒng)。智能船舶系統(tǒng)的發(fā)展應用是現(xiàn)階段實現(xiàn)船舶智能化的主要方式。因此，除整船外，建議國內(nèi)企業(yè)重視各種智能船舶系統(tǒng)的研發(fā)，并實現(xiàn)其實船應用，這一方面有利于我國船舶企業(yè)延伸智能船舶產(chǎn)業(yè)鏈，同時也有利于提升我國船舶配套業(yè)競爭力、促進我國船舶配套業(yè)發(fā)展。

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The study of the development of intelligent ships and China's development strategy

LIU Wei1, SHANG Jia-fa2
(1. China State Shipbuilding Corporation, Beijing 100044, China;2. China Institute of Marine Technology and Economy, Beijing 100081, China)

In recent years, the development of intelligent ship has been accelerating, and intelligent ship has become the main direction of ship development. This paper analyzes the current situation of intelligent ship development at home and abroad and puts forward some suggestions for the development of intelligent ship in China.

intelligent ship；current development situation；development strategy

U664.8

A

1672-7649(2017)11-0189-05

10.3404/j.issn.1672-7649.2017.11.036

2017-07-27

劉微(1986-)，女，主要從事船舶技術發(fā)展研究工作。