《全球 首艘 “ 会思考 的船 ”----“ 大智 ” 号 》 如果说无人驾驶汽车的概念已经为大家所熟悉,那么你有没有想象过无人驾驶干货船呢?鉴于目前远洋干货船海员的人力成本,以及人为操作难以避免的失误等因素,对智能化货船的需求应运而生。相比汽车在陆地上的行驶环境,干货船的工作过程与环境要复杂许多,所以无人化货船的发展要从智能化阶段开始。 智能船舶是更 “聪明”的干货船,它利用传感器、通信、互联网、物联网等技术手段,自动感知并获取内部各零部件及外部环境的数据和信息,包括航行相关的海洋环境、天气、物流、港口等方面,并基于自动控制技术和大数据处理、机器学习和分析能力,智能化地进行航行、管理和维修等工作。 虽然智能船舶的概念是近年来才提出的,但让干货船变得越来越聪明的尝试是船舶设计师们一直以来孜孜以求的。可以说,无人机舱和一人驾驶桥楼等技术就是智能船的最初尝试。 无人机舱是一个充满噪声、震动、高温和油气的场所。在无人机舱产生以前,无论船舶航行过程中如何摇摆颠簸,总需要有人员守在机舱中,按照驾驶室发来的指令操纵主机,另外还得经常巡视机舱,观察各种机器设备是否运转正常。 随着船舶自动化技术的发展,通过驾驶室遥控装置、集中监视系统、各种辅助的自动装置等,机舱中不再需要工作人员留守,大大改善了船上人员的工作环境。无人机舱在正常工作时不需要有人留守,旦岀现故障则就会自动报警,当故障消除后仍恢复自动运行。 一人驾驶桥楼就是由一位操作人员在驾驶室里既负责瞭望,又完成驾驶操作。一人驾驶桥楼设计中,航行工作站负责接收和处理各种信息,如主机转速、航行速度、船位、舵角、航向、风向风速、水深、雷达警戒等,并自动完成航行计划人驾驶桥楼需要配备的设备主要有电子海图、雷达、、操舵仪及主机控制监视报警等。除了设备,一人驾驶桥楼还对船舶桥楼结构有一定要求,桥楼的驾驶室需要设计成全封闭结构,从艏部一直到桥楼两翼,保证驾驶室 360 度环形全视野人驾驶桥楼最大的优点是减少船员数量,并通过电子海图自动航行和航迹保持,使实际航线与计划航线的误差越来越小,优化了航程,节省了燃料和时间。 如火如茶的全球智能船研发欧洲企业在船舶行业拥有传统优势,也最先开拓无人船市场。作为全球无人船技术领导者,罗尔斯 ·罗伊斯公司早在 2015 年就推出了无人船计划 - --- 通过岸上操作控制中心,远程监控无人驾驶船队。作为远程监控无人船的升级版,欧洲和日本企业在政府的支持下还在合作研发自主控制无人船,实现真正彻底的无人化。他们力图在波罗的海实现船舶完全遥控运营之后,到 2025 年实现商船海上运输的自主控制。 我国的智能船研发也紧随其后。全球首个《智能船舶规范》由中国船级社于 2015 年 12 月发布,从智能船体、智能机舱、智能航行、智能能效管理、智能集成平台和智能货物管理六个方面制定了相应 规范。中国无人船开发联盟于 2017 年成立, 16 家开发联盟成员单位共同建立起了无人船研究开发技术体系。 2017 年 12 月 4 日,全球首艘智能船舶“大智”号由广州中船黄埔文冲船舶有限公司制造完成。全球目前发布了智能船舶规范的船级社仅有英国劳氏船级社和中国船级社。之所以称“大智”号是全球首艘智能船舶,是因为它是世界上第一艘同时获得两家船级社认证的智能船。它由我国自主研制并投入商业化运营,标志着中国智能船舶、智能航运时代来临。 “大智”号总长约 180.0 米,型宽 32.0 米,设计吃水 9.5 米,载重吨约 38800 吨,航速 14 . 0 节。它是一艘“会思考的船”,拥有“大脑”、“心脏”和“神经系统”,可通过智能系统平台实时监控天气、海洋环境、障碍物、港口信息以及船内部设备。 “大智”号安装了全球首个船舶智能运行与维护系统( SOMS ),可自主学习,它相当于船舶的“大脑”;安装了全球首台智能应用低速主机(船舶的“心脏”);船舶的“神经系统”则是由我国自主研制的首套智能主机遥控系统。在功能上, SOMS 拥有智能机舱、智能航行、智能能效管理三套子系统。 细致入微 的智能机舱系统 智能机舱通过船舶健康管理系统,实时传递船舶设备健康状况,在设备出现故障前发出预警,并给出排除故障建议,比如系统分析出主机的一个喷油嘴需要更换,就会提示工程师提前进行检查更换,实现基本零故障、无忧管理的运营目标。 船舶的 “神经系统”由 500 个传感器组成,覆盖全船各处。在船舶实际航行过程中,这些传感器能迅速捕捉到人眼很难发现的设备微小故障,使机舱设备事故大幅减少,设备维护时间大大缩减,并且还可以收集各种内部和外部信息,丰富数据库。 “天生 老司机 ” - --- “智能 航行系统 ”模块 “大智”号的智能航行系统预设了 110 余个智能数据分析模型,这些模型将多种航运线路的船舶状况、海洋环境、卫星导航等信息进行计算分析,使得船舶会自行选择最安全的航向,避开洋流影响,免遭台风侵袭,给出省时、省油、舒适的综合路线建议。有了智能航行系统的“大智”号,一出生就像一位航行经验十分丰富的“老司机”。 可以通过一个例子来理解智能航行系统:首先,船东利用 APP 向船上智能系统下单,指示货船从上海港出发,航行到纽约港,同时给出规定的出发和到达时间。系统根据这些指令进行计算分析,找出最安全省时的线路,并开始执行任务。在航行过程中,系统还能根据实际的海洋、天气和沿途港岸信息,随时调整航行计划。 精打细算 “好管家”—智能能效管理 智能能效系统可以实时监控和分析评估船舶海上航行时的能源消耗、设备性能状态,提供能效分析结果,包括通过最佳配载、航线优化等决策优化能耗,以降低全船总的能源成本,并有助于使船舶保持最佳状态。数据显示,使用智能能效管理模块后,污染排放更少,推进效率提高约 3% ,相同航速日均油耗降低约 6% 。 诸如智能机舱、智能航行管理、智能能效管理等这些子系统以模块集成的形式嵌入智能船,如同智能手机上安装的一个个应用程序。这些子系统各司其职,自动感知、采集船舶自身和海洋环境中的各种数据信息,并通过计算分析给出决策优化建议。 期待更高版本的智能船 “大智”号开创了全新的智能船舶设计理念,实现了全船信息共享、自主评估与决策,向船东提供全方位的数字技术和决策优化服务,提髙船舶的安全、环保、经济、舒适性以及智能化水平,提升船队的能效和营运效率。智能船需要实现自我感知、自我分析、自我反馈、自我学习等能力,并相互贯通形成一个闭环。“大智”号属于智能船舶 1.0 版本,重点解决“辅助决策”。今后的智能船会向更高的版本升级,最终实现真正的无人化。