張繼光，高 陽，陶子健，陳 旺

（1. 中國船舶集團(tuán)有限公司, 北京100097；2. 中船航?？萍加邢挢?zé)任公司，北京100070；3. 上海外高橋造船有限公司，上海200137；4.中船動(dòng)力研究院有限公司，上海201206）

0 前 言

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，人類開啟以智能為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命，傳統(tǒng)裝備制造業(yè)正在發(fā)生深刻的變革，大型無人機(jī)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、自動(dòng)駕駛高鐵應(yīng)勢(shì)而出，逐步走向商業(yè)應(yīng)用；作為水上運(yùn)輸?shù)妮d體，傳統(tǒng)船舶向智能船舶發(fā)展勢(shì)不可擋，并將重構(gòu)未來航運(yùn)及船舶工業(yè)體系，對(duì)全球航運(yùn)整體經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、安全性提升產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，智能船舶成為全球航運(yùn)、船舶工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新焦點(diǎn)，終極目標(biāo)是什么以及如何發(fā)展成為行業(yè)熱議話題。

1 智能船舶概念

智能船舶不僅是一艘船舶，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)智能的海洋運(yùn)輸工具，由智能船舶支撐的未來航運(yùn)將是智能的海洋運(yùn)輸系統(tǒng)。 因此，要將智能船舶放在航運(yùn)的背景下，從系統(tǒng)的角度去理解智能船舶。 航運(yùn)涉及船舶營運(yùn)、港口、海事監(jiān)管、船舶制造、船舶檢驗(yàn)等多部門、多層次運(yùn)行要素，以智能船舶為核心的智能航運(yùn)必將發(fā)生重構(gòu)，貨物自動(dòng)裝卸、無人駕駛、自主避碰，自主?？?、自動(dòng)通關(guān)、數(shù)字檢驗(yàn)等新技術(shù)將不斷催生智能航運(yùn)的新應(yīng)用、新業(yè)態(tài)。 作為核心的智能船舶目前有狹義和廣義兩種概念提法。 狹義來講，從船本身出發(fā)，智能船舶是綜合運(yùn)用感知、通信、控制、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)，具備復(fù)雜環(huán)境下自身感知、智能決策、多等級(jí)自動(dòng)控制，比傳統(tǒng)船舶更加安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的新一代船舶。 廣義來講，智能船舶是以船舶為載體，以信息為紐帶，縱向貫穿船舶工業(yè)上下游，橫向連接行業(yè)生態(tài)價(jià)值鏈，形成設(shè)備、系統(tǒng)、平臺(tái)、體系、生態(tài)相融合的產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展新業(yè)態(tài)。 一般研究智能船舶聚焦狹義范疇討論，如果談到智能船舶催生的新模式，則從頂層體系工程角度考慮研究，支撐智能航運(yùn)體系，兩者相輔相成，相互促進(jìn)，相互發(fā)展。

2 智能船舶國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

韓國造船企業(yè)致力于研制自主航行船舶，建設(shè)營運(yùn)服務(wù)體系。 韓國目標(biāo)研制全船自動(dòng)化程度達(dá)90%的LEVEL 4 級(jí)智能船舶，開發(fā)建立自航船舶試航中心、港內(nèi)自航船舶遠(yuǎn)程航行控制中心，形成智能船舶應(yīng)用服務(wù)及制度，并計(jì)劃2024 年在1 700 TEU集裝箱船上實(shí)現(xiàn)實(shí)船應(yīng)用（定員4 人不干預(yù)航行操作）。 日本企業(yè)機(jī)構(gòu)重點(diǎn)研究船-岸、航運(yùn)業(yè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化， 日本企業(yè)通過智能船舶應(yīng)用平臺(tái)研制項(xiàng)目（SSAP 1/SSAP 2），建立智能船舶數(shù)據(jù)中心，致力于制定ISO 標(biāo)準(zhǔn)，搶占先發(fā)優(yōu)勢(shì)。 歐盟研發(fā)以無人自主控制技術(shù)及遠(yuǎn)程控制技術(shù)為核心的控制系統(tǒng)， 計(jì)劃2034 年前完成無人船的研制和自主航行的可行性驗(yàn)證。 英國Rolls Royce 公司計(jì)劃分步實(shí)施智能船舶研制，2020 年實(shí)現(xiàn)船舶航行遠(yuǎn)程支持和操作，2025 年實(shí)現(xiàn)近海航區(qū)船舶的遠(yuǎn)程控制，2030 年實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海航區(qū)船舶的遠(yuǎn)程控制，2035 年完成無人自主控制船舶研制。 挪威Kongsberg 公司通過無人自主控制系統(tǒng)研發(fā)， 計(jì)劃2018年下半年實(shí)現(xiàn)有人船操作，2019年實(shí)現(xiàn)遙控操作，2020 年實(shí)現(xiàn)完全自主操作并實(shí)施世界上第一艘全電推、零排放、自主航行的120 TEU無人集裝箱船“YARA BIRKELAND”號(hào)研發(fā)設(shè)計(jì)，2019年交付開始營運(yùn)驗(yàn)證。智能船舶法規(guī)方面，英國勞氏船級(jí)社、挪威船級(jí)社都形成了智能船舶入級(jí)指導(dǎo)文件，IMO也開展了有關(guān)海上自主水面船舶（MASS）立法工作。

國內(nèi)，中國船舶企業(yè)以頂層規(guī)劃、總體設(shè)計(jì)為牽引，通過構(gòu)建船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，研制滿足功能需求的智能設(shè)備及系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)智能船舶體系化協(xié)同發(fā)展。2017年，中船集團(tuán)率先研發(fā)推出了iDolphin 38 800 DWT智能散貨船“大智”號(hào)，獲得英國勞氏船級(jí)社和中國船級(jí)社智能船舶附加符號(hào)，該船已交付使用。 通過智能船舶1.0 研發(fā)專項(xiàng)，完成網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)及5 項(xiàng)智能功能應(yīng)用的研制、實(shí)現(xiàn)船岸一體的通信， 并在400 000 DWT 超大型礦砂船（VLOC）和308 000 DWT 超大型原油船（VLCC）兩型4 艘示范船上實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用，建立了我國智能船舶“平臺(tái)+應(yīng)用”模式；同時(shí)，上海船舶研究設(shè)計(jì)院在2019 年上海海事展推出了滿足L1 級(jí)（輔助決策） 的iSealion-D型、L3 級(jí)（有條件自主）的iSealion-C 型和滿足L5 級(jí)（完全自主）的iSealion-F 型的700 TEU 集裝箱船，其中，iSealion-F 型700 TEU 集裝箱船采用混合動(dòng)力模式，具備自主航行、自主靠離泊、自主錨泊、自主系泊、自主貨物管理等能力， 能夠?qū)崿F(xiàn)泊位-泊位的全自動(dòng)航行，滿足船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI） PhaseⅢ的要求，并可以通過集裝箱模塊拓展多種能源形式，進(jìn)一步提升船舶的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。 另外珠海云州公司實(shí)施了“筋斗云”無人貨物運(yùn)輸船開發(fā)，并于2019 年12 月份正式開啟了自主航行船舶的探索和實(shí)踐。 法規(guī)方面， 中國船級(jí)社2015 年頒布全球首部《智能船舶規(guī)范》，并出臺(tái)了《船舶智能機(jī)艙檢驗(yàn)指南》《船舶集成平臺(tái)檢驗(yàn)指南》《船舶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求及安全評(píng)估指南》等智能船舶檢驗(yàn)文件。

綜上，在智能船舶研發(fā)領(lǐng)域，我國與國外都處于初級(jí)階段：在頂層規(guī)劃和總體設(shè)計(jì)方面，我國略有領(lǐng)先；在關(guān)鍵技術(shù)和智能設(shè)備及系統(tǒng)研發(fā)方面，我國仍與國外存在較大差距。 因此，我國繼續(xù)發(fā)揮頂層規(guī)劃和總體設(shè)計(jì)的牽引作用，全面提升智能系統(tǒng)及設(shè)備研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)體系建立、測試驗(yàn)證等能力，實(shí)現(xiàn)智能船舶及產(chǎn)業(yè)鏈體系化協(xié)同發(fā)展十分必要。

3 智能船舶技術(shù)特征

智能船舶的發(fā)展必須滿足商業(yè)航運(yùn)對(duì)于船舶安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性方面的根本要求，智能船舶也將通過船舶技術(shù)與智能技術(shù)相互的融合創(chuàng)新，重構(gòu)常規(guī)船舶的技術(shù)體系，具備類似“耳朵、眼睛、大腦、四肢”等感知、決策、執(zhí)行能力，從而滿足智能航運(yùn)對(duì)于智能船舶的跨代要求。 綜上，智能船舶歸納為“全面信息感知、高度自主航行、超級(jí)節(jié)能環(huán)保、絕對(duì)安全可靠、群體智能協(xié)同”等五大技術(shù)特征：

1） 全面信息感知：智能船舶具有全面感知自身信息和所處復(fù)雜環(huán)境的能力。

2） 高度自主航行：智能船舶在控制方式上逐步具備全工況自動(dòng)駕駛、自動(dòng)避碰、自動(dòng)靠離泊能力。

3） 超級(jí)節(jié)能環(huán)保：智能船舶將是跨代的船舶產(chǎn)品，全壽期綜合運(yùn)營成本降低20%以上，滿足未來的環(huán)保要求。

4） 絕對(duì)安全可靠：智能船舶能夠預(yù)防船舶安全故障和抵御信息威脅，具備保障船舶航行和信息安全的能力，例如人為故障率降低到1%。

5）群體智能協(xié)同：智能船舶作為海上個(gè)體節(jié)點(diǎn)，具備個(gè)體之間相互智能經(jīng)驗(yàn)分享和借鑒，實(shí)現(xiàn)群體協(xié)同效能優(yōu)化提升的能力。

4 智能船舶發(fā)展路徑

發(fā)展智能船舶出現(xiàn)了兩種思路。 第一種是電子信息、人工智能研究機(jī)構(gòu)為主體推動(dòng)的船舶智能化，第二種是以傳統(tǒng)船舶設(shè)計(jì)制造企業(yè)提出的智能船舶。 前者針對(duì)常規(guī)船舶加裝信息感知、決策設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備互通互聯(lián)、綜合能效管控、設(shè)備健康管理、輔助駕駛等功能，通過船舶信息化提升了船舶經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性；后者以船舶水動(dòng)力線型創(chuàng)新、設(shè)備系統(tǒng)重構(gòu)、信息流程再造及人工智能技術(shù)為手段開發(fā)新一代船舶，實(shí)現(xiàn)船舶安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性大幅提升。 兩種發(fā)展思路其實(shí)是智能船舶發(fā)展的兩條技術(shù)路線。 第一條技術(shù)路線為船舶智能化，主要打通船舶設(shè)備之間的信息孤島，建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全船設(shè)備信息互聯(lián)互通，同步增加傳感器，獲取船舶設(shè)備營運(yùn)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)分析決策提升現(xiàn)有船舶運(yùn)行效率和降低全壽期運(yùn)營成本。 目前“大智”號(hào)、400 000 DWT 智能VLOC和308 000 DWT 智能VLCC 即屬于船舶智能化，側(cè)重于系統(tǒng)設(shè)備智能化升級(jí)。 第二條技術(shù)路線為智能船舶，以船舶及設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以滿足未來智能航運(yùn)對(duì)安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性的最新跨代要求為目標(biāo)，研究新的船舶總體布置和系統(tǒng)構(gòu)成，將原有的船舶總體、結(jié)構(gòu)、電氣、舾裝、輪機(jī)等專業(yè)重構(gòu)為船舶總體、導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力能源系統(tǒng)、錨系泊系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)等六大系統(tǒng)，依托船舶航行大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建更加耦合集成的船舶設(shè)計(jì)建造操作流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造閉環(huán)，滿足商業(yè)航運(yùn)對(duì)船舶的根本要求。 歐盟、韓國自主航行船舶以及國內(nèi)iSealion-F 型智能船舶屬于第二種技術(shù)路線，致力于研制完全融合智能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、安全、綠色的未來船舶。 當(dāng)前兩種技術(shù)路徑相互共存，前者是后者的初級(jí)階段，后者是前者最終的質(zhì)變方向。

5 智能船舶發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)

發(fā)展智能船舶重點(diǎn)要開展五方面重點(diǎn)工作：一是繼續(xù)強(qiáng)化智能船舶頂層規(guī)劃，梳理智能船舶產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系、技術(shù)創(chuàng)新體系、營運(yùn)服務(wù)體系和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，開展智能船舶總體設(shè)計(jì)，推出原理概念船，健全法規(guī)完善標(biāo)準(zhǔn)；二是設(shè)立智能船舶專項(xiàng)，集聚行業(yè)優(yōu)勢(shì)企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)，瞄準(zhǔn)提升船舶經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性開展自主航行控制、信息安全、自主避碰等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為智能船舶研制提供技術(shù)支撐，并開展實(shí)船技術(shù)驗(yàn)證，進(jìn)一步提升技術(shù)成熟度，推動(dòng)技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化；三是協(xié)同開展智能船舶設(shè)備系統(tǒng)研制，以整船研制帶動(dòng)配套設(shè)備發(fā)展；四是建立我國智能船舶海洋試驗(yàn)場，為智能船舶研發(fā)設(shè)計(jì)建造提供全體系標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證手段；五是積極構(gòu)建智能船舶營運(yùn)服務(wù)體系，形成基于云架構(gòu)的船舶設(shè)計(jì)、制造、遠(yuǎn)程營運(yùn)控制和配套設(shè)備檢驗(yàn)的智能船舶服務(wù)體系，進(jìn)一步提升和增強(qiáng)智能船舶效益。

6 結(jié) 語

智能船舶是船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要著力點(diǎn)。近幾年，我國船舶工業(yè)相繼推出了“大智” 號(hào)智能38 800 DWT散貨船、400 000 DWT超大型礦砂船、308 000 DWT 超大型原油船、13 500 TEU 智能超大型集裝箱船等一批智能船舶，實(shí)現(xiàn)了智能船舶第一階段發(fā)展目標(biāo)。 國外日韓、歐洲在第一條技術(shù)路線基礎(chǔ)上已啟動(dòng)部署高度自主集裝箱船、Yara 無人船等研發(fā)項(xiàng)目，發(fā)力瞄準(zhǔn)智能船舶，搶占技術(shù)發(fā)展高點(diǎn)。我國發(fā)展智能船舶與世界主要造船強(qiáng)國基本保持同步，國家相繼出臺(tái)了《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》推動(dòng)我國智能船舶發(fā)展，一方面鼓勵(lì)常規(guī)船舶的智能化升級(jí)，一方面指導(dǎo)企業(yè)加快科技創(chuàng)新，積極儲(chǔ)備智能船舶，加快構(gòu)建新的市場競爭優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)行業(yè)集聚共識(shí)，協(xié)同攻關(guān)，推動(dòng)我國智能船舶發(fā)展。