(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452)

根據智能船舶的發(fā)展動向分析[1]，目前，國內智能船技術水平還處在智能船發(fā)展的第一階段。即實現數據綜合應用、輔助決策的智能船舶1.0——“智能互聯船舶”階段?！昂Ｑ笫?01”智能化升級也是在現有的水平基礎上實現智能船舶1.0的功能。

這一階段的智能船擁有全船統(tǒng)一的網絡平臺，能夠實現全船以及船舶所處環(huán)境(例如海洋環(huán)境、天氣、港口等)數據的收集，擁有全船信息平臺和數據中心，實現船與岸的數據一體化[2]，能夠從船基和岸基對這些數據進行分析，提供船舶營運的輔助決策和優(yōu)化建議，提高船舶營運的安全性和經濟性；同時運用船舶專業(yè)知識及分析能力，對船舶的全壽命周期進行數據分析，提高船舶全壽期的營運效率，提升船隊的管理水平，進一步為船舶營運方創(chuàng)造價值。

1 智能化升級改造基礎

現有的系統(tǒng)及相關設備信息點布局見表1。

由表1可見，“海洋石油301”船可通過綜合自動化系統(tǒng)(IAS)采集船舶機艙、貨艙的相關信息，再加上尚未計入的VDR系統(tǒng)采集的航行設備如GPS、羅經等信息，全船信息點約5 000個，輸入點4 500個以上，最有分析價值的模擬量接近700個。巨量的信息點是海洋石油301智能化升級的基礎。

表1 “海洋石油301”IAS信息點

1.1 現有的集成平臺

中控系統(tǒng)(主要機艙自動化)采用Honeywell公司的IAS系統(tǒng)，貨艙自動化部分采用西門子公司的S7-400系列PLC系統(tǒng)(TGE打包)。兩個相對獨立的子網通過通信線路進行連接，貨艙數據發(fā)送至中控系統(tǒng)IAS，形成全船網絡平臺。

Honeywell的IAS系統(tǒng)和TGE的貨艙自動化系統(tǒng)各自具有數據的通用(監(jiān)測、報警、控制)功能。北京海蘭信提供的VMS系統(tǒng)(船隊管理系統(tǒng))，將IAS系統(tǒng)的數據篩選后進行保存，形成了“海洋石油301”船的初步的數據服務器。

Honeywell的IAS系統(tǒng)和海蘭信的VMS系統(tǒng)，綜合成了最接近智能船集成平臺的系統(tǒng)。

1.2 現有的數據中心

“海洋石油301”船在基本設計階段，就將一個艙室定義“數據中心”，該處所包括了Honeywell的IAS服務器以及海蘭信的VMS數據服務主機。數據中心的設計已經從布置上體現了智能化升級的準備。

1.3 現有的數據應用

“海洋石油301”船Honeywell的IAS服務器存儲了機艙和貨艙的所有歷史數據，可以提供歷史趨勢圖顯示?！昂Ｑ笫?01”船裝配的海蘭信VMS數據服務主機，采集機艙、貨艙、航行設備的數據，同時可提供一系列數據初級管理軟件，主要包括機務管理和燃料消耗監(jiān)控等。

1.4 現有的船岸通信

“海洋石油301”船采用了海蘭信公司提供的VMS船隊管理系統(tǒng)，同時為船東配備了岸基數據服務器，能夠實現將船基數據通過FBB/VSAT衛(wèi)星通信發(fā)回至岸基、船岸數據互通、視頻會議、遠程CCTV監(jiān)控等功能。因此，“海洋石油301”船已經具備船岸通信的最基本硬件條件。

2 智能化升級目標

考慮“海洋石油301”已有的基礎，確定智能化升級目標，并達到CCS《智能船舶規(guī)范》[3]要求。

1)增加CCS智能船集成平臺“I”、 智能導航“N”、 智能機艙“M”、 綜合能效“E”、智能貨物這4個智能船的基本符號，成為擁有CCS正式身份的智能船，見圖1。

2)根據需求，選擇增加CCS智能船智能船體“H”入級符號。

3)根據需求，選擇增加CCS智能船智能貨物“C”入級符號。

4)根據需求，增加人員管理功能，未來可增加專門的入級符號。

5)海蘭信VMS系統(tǒng)岸基服務器升級為岸基智能管理平臺。

圖1 海洋石油301智能化升級示意

3 智能化升級方案

3.1 感知布局升級

根據CCS智能船船舶規(guī)范各個入級符號的要求，增加布置相應的傳感器，見表2。

需要改造/增加信號輸出的原有系統(tǒng)包括：①TGE貨物系統(tǒng)(增加信號輸出端口，將內部信號特別是模擬信號全部輸出至智能集成平臺);②Honeywell的IAS系統(tǒng)(信號全部輸出至智能集成平臺);③Highlander的VMS系統(tǒng)(改造升級為智能集成平臺)。

表2 新增感知傳感器統(tǒng)計

3.2 現有的集成平臺升級

由于在全船各處增加了傳感器，需要相應地增加信號采集箱，信號可以接入Honeywell的IAS系統(tǒng)或海蘭信的VMS系統(tǒng)，見表3。

表3 新增集成平臺設備統(tǒng)計

數據應用服務平臺增加數據高級應用軟件：①航路規(guī)劃及優(yōu)化軟件(智能導航N)；②機貨艙設備運行與視情維護軟件(智能機艙M)；③全船能量管理軟件(綜合能效E)；④數據庫軟件(集成平臺I)；⑤貨物自動配載軟件(智能貨物C)。

3.3 船岸通信補充

“海洋石油301” 船已經配備了FBB/VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)，改造需補充以下設備：①4G/5G移動數據接入系統(tǒng);②外部WIFI接入系統(tǒng);③衛(wèi)通/移動數據套餐升級變更;④岸基管理平臺的升級。

4 結論

通過以上分析，認為“海洋石油301” LNG運輸船具備智能化升級的可行性。

1)設備視情維護提升作業(yè)率。通過振動傳感器，輔之于溫度、壓力、噪音、電流、頻率等狀態(tài)監(jiān)測，對船舶核心設備進行持續(xù)監(jiān)控，通過一段時間的機器分析、機器學習、深度學習設備各種故障模式，得到設備運行的完整模型，可以在設備發(fā)出故障報警之前進行預警，提早準備備件、進行維護，將極大減少因設備故障導致的附加損失。同時，設備視情維護(精準維護)也減少了船員的工作量、優(yōu)化了備品備件的采購調撥周期，可最大程度降低船東的營運成本。

2)綜合能效管理節(jié)省燃料。綜合能效管理智能系統(tǒng)，更加完整獲得全船的能量消耗分布以及消耗流程，建立能耗模型，定時/按需給出航速建議，最大程度節(jié)約燃料成本。

3)智能航行[4]提升航路安全。智能航行，通過氣象導航和能效模型進行航前的路線規(guī)劃，航行過程中根據航路實時氣象和水文狀態(tài)調整局部的航路航線，狹窄水域的避碰決策建議。一方面可提升惡劣海況的航路安全，另一方面與能效管理耦合，可節(jié)約燃料成本。

4)透明管理提升安全性?；谌某浞指兄瑔T在船上以及船東管理人員在岸基均可以更加清晰掌握船舶外部的大氣/海洋實時環(huán)境狀態(tài)、航行狀態(tài)、設備運行狀態(tài)、貨物狀態(tài)、能耗狀態(tài)、人員狀態(tài)以及相關趨勢。在岸基顯示數字化的全透明的船舶，一方面可以供岸基的船長、輪機長等提供專家支持；另一方面，如果輔之于船舶駕駛模擬器的使用，可以對船員進行精確的培訓。

5)海量信息有效利用提升數據資產。從目前來看，船東越來越看重手中掌握的船舶數據資產。從原來的無用、不用、免費提供、購買數據服務，到現在的全部采集、持續(xù)保存、自主開發(fā)應用。通過不斷累積，將數據轉化成為豐富的數據資產。