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船舶智能化研究新邏輯

2019-06-29 07:26:42
來源:中國船檢 編輯: 國際船舶網 我有話要說

近來,船舶工業領域不斷涌出各種智能新概念、新技術、新成果,讓人眼花繚亂。例如我國自主研制的全球首艘智能集裝箱船舶“中遠海運荷花”號正式交付運營,國內首創船舶數字空間解決方案正式發布,世界首家數字航運公司準備啟航等等。這些新成果、新概念刺激著業界興奮神經的同時,也使大家陷入迷茫,面對這么多選擇,不知該選擇哪條道路。這時,大家開始認真思考船舶工業智能化的下一步發展方向。

 “智”從何來

自2008全球金融危機以來,全球航運市場整體態勢持續低迷,全球航運業運力過剩及市場競爭力的加劇也使得航運造船企業身心俱疲。然而,這還不是全部。近年來,隨著人們環保意識的增強,環境法規不斷加碼,讓本已負重不堪的航運造船業更加苦不堪言。2016年10月,國際海事組織(IMO)下屬海上環境保護委員會第70次會議通過決議,自2020年1月1日起,將船用燃料的硫含量上限從當前的3.5%大幅降至0.5%;自2015年1月1日起,波羅的海、北海及加勒比海硫排放控制區(ECA)內船用燃料硫含量不超過0.1%;我國交通運輸部發布的《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》已于2019年1月1日生效,方案明確了我國指定海域內硫氧化物和顆粒物排放、氮氧化物排放等控制要求。溫室氣體排放和減排監測方面,歐盟推出的船舶CO2排放監測、報告、驗證(MRV)機制已于2018年1月1日開始實施,該機制的目的是在歐盟區域內更有效地控制、監管船舶排放,推進綠色船舶的發展;作為海運節能減排戰略“三步走”的第一步,IMO第70屆環保會278號決議通過的關于燃油數據收集系統的MARPOL附則VI修正案,于2018年3月1日起正式生效。該機制將通過監測和收集船舶的CO2排放數據,為確定減排控制手段和目標、明確CO2稅及碳交易等提供數據支撐。值得注意的是,目前的MRV機制主要針對CO2排放,未來是否會將檢測目標擴展至船舶的所有排放物,我們不得而知。

此外,隨著各種新興技術的快速發展和應用,以及應對日趨嚴格的法規,當下的船舶及其操作正變得越來越復雜,這也就提升了對高素質人才的需求。而現實情況卻不樂觀,專業人才市場明顯供不應求。

而這一切的一切,最終都將體現在公司的運營成本上,無限擠壓企業利潤。為了生存與發展,全球各大航運企業不得不將其發展重點轉移至提升船隊運營效率和安全性等方向上。就在業界苦苦尋覓未來轉型之路時,大數據、互聯網+等數字技術叩響了這個傳統行業的大門。緊接著,互聯網+、信息技術、人工智能等紛至沓來,為船舶工業后期的智能化轉型提供了基礎,指明了方向。

智能船舶在提高安全性、提升船舶能效及降低成本等方面所具備的突出優勢,正好滿足了行業當前需求,因此,船舶智能化是未來船舶制造與航運領域發展的必然趨勢很快在行業取得共識。“智能船舶”瞬時躥升為業界最熱關鍵詞。

但是,就在業界對其無比向往的同時,也有一個現實問題擺在大家面前——鮮有人知道到底該怎么做。2015年,中國船級社(CCS)發布了全球首部《智能船舶規范》,填補了這一空白,為船舶智能化的發展提供了參考與依據。

根據《智能船舶規范》的定義,智能船舶是指利用傳感器、通信、物聯網、互聯網等技術手段,自動感知和獲得船舶自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據,并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理和分析技術,在船舶航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行的船舶。以使船舶更加安全、更加環保、更加經濟、更加可靠。這里的“智能”可以理解為“會思考”,能夠綜合考慮具體任務和獲取的各種信息,制定出一系列符合船舶航行安全、經濟、環保要求的最優決策。

2017年12月,全球首艘通過中國船級社認證的38800 噸智能散貨船“大智”輪正式發布,該船擁有110 余個智能數據分析模型以及34 項專利,能夠實現智能航行、智能機艙、智能能效管理等強大功能。該船的發布標志著中國在智能船舶設計建造和規范標志制定等領域均已走在世界前沿,成為我國智能船舶發展的里程碑事件。這同樣也預示著智能船舶時代的到來。

“智”在四方

顯然,智能船舶已經成為國際海事界新熱點。智能船舶猶如瑯琊榜之“麒麟才子”,被業界視為未來船舶領域的必爭之地。因此,各方紛紛摩拳擦掌,準備在這場智能競賽中大展身手。然而,對于這個新興領域,大家都知其重要,卻誰也不知道具體該怎么做。于是,為了在這一市場占據先機,智能船舶領域一時間冒出一大批勇于試吃螃蟹的探險者。

近年來,中日韓及歐洲等國家和地區對智能船舶的研發不斷加快,且已取得可喜成果。例如,2019年5月,我國自主研制的13500標箱集裝箱船“中遠海運荷花”號智能船舶交付運營。該船可利用船舶狀態感知、大數據和人工智能等先進技術手段為船員操作提供輔助決策支持,實現船岸聯動的智能管控,提高航運安全,降低船舶能耗,提升運營效率。“中遠海運荷花”號智能船舶率先提出了“1+N”智能應用體系框架,通過搭建匯集各類功能系統的集成平臺,實現智能機艙、智能能效、智能航行等功能,面對船舶遠航出現的復雜海況與氣候變化,具備智能應對能力;2018年4月,挪威Yara集團以及Marin Teknikk公司聯手開展了全球首個采用電力推進的零排放無人船舶項目。該項目試驗船舶“YARA Birkeland”號利用自身安裝的全球定位系統、雷達、攝像機和傳感器等,能夠在航道中實現自行避讓其他船舶。船上還配有一套自動停泊系統,使船舶的停泊和起航都無需人力介入。該船除了不用配備船員之外,船上還采用電池作為動力,設計也不需要壓載水艙。2018年12月初,全球無人船行業領導者——羅爾斯羅伊斯公司(羅羅)和芬蘭國有渡輪運營商Finferries在芬蘭圖爾庫市南部的群島成功展示了世界上第一艘全自動渡船,這艘載有80名乘客的“Falco”號汽車渡船采用羅羅智能船舶技術,在芬蘭帕爾加斯和瑙沃之間完成了無人駕駛航行,并在遙控操作下順利返航;2018年1月,商船三井與Rolls-Royce共同開展船舶智能識別系統的測試工作,首先在三井公司的客運輪渡上安裝測試;2018年5月,韓國大宇造船、Naver Business Platform(NBP)及英特爾韓國公司進行合作,共同建立智能船舶4.0服務基礎設施(Smart Ship 4.0 Service Infrastructure)。智能船舶4.0是基于云計算、物聯網等技術,實時收集數據并基于數據分析來管理船舶的架構體系。據此,船東和航運公司可以基于收集的數據保障船舶處于最佳航行狀態,同時還能對船舶進行高效的診斷和維護保養。

隨著各國船舶智能化步伐的不斷加快,該領域的發展明顯進入提速期。據上海國際航運研究中心最新發布的《2018版全球港航信息化發展報告》顯示,2017年以來,各大船級社聯手造船企業、船舶管理公司以及船舶研究所等機構,不斷探索智能船舶領域新規則的制定、新技術的應用和新趨勢的走向,在智能船舶發展的初級階段取得值得肯定的成果,對未來智能船舶的進一步研究奠定了基礎。然而發展必然會產生問題,尤其是智能船舶的認定規則不統一、法律制定脫節、智能化設備和系統不夠完善等問題。因此,智能船舶的發展仍然有很長的路要走,我們想要走的快一點,就需要各方求同存異,通力合作。

智能新邏輯

歷史經驗告訴我們,每當某一新興技術領域呈現出快速發展趨勢時,所有人都應放慢腳步,認真思考未來的發展方向,避免陷入“蒙眼狂奔”的尷尬。

業界有觀點提出,下一步的智能化研究需要轉變觀念,因為更加關注船舶智能化的并不是船東,而是貨主。國際標準化組織船舶與海洋技術委員會(ISO/TC8)主席李彥慶對此觀點表示認同,他認為:“智能的問題,本質上是互聯條件下的問題,只要談到‘連接(CONNECTED)’,就會讓我們的思想從單一的傳統工業圈子跳出來,即船舶、船東、港口的模式等。因為無所不聯,所以參與者從傳統極為垂直的分層(如船舶總體與各分系統、設備商,船東與貨主,運輸者,服務者)變得更為扁平,即各參與者的身份更為接近,擺脫了簡單上下游的關系,而是更強調平行合作關系。這種情況讓貨主有更多的理由去關心全運輸鏈成本,貨主如果可以選擇,就可以創造新的產業鏈。這就好比傳統的郵政業與現在的快遞業,只要資本足夠,在尚無管制或者門檻不高的情況下,便可創造出新的業態。”

嚴格來講,船東就是承運人,比較關心經營船舶和航線的收益。而貨主關心的是貨物本身所帶來的利益,例如,如果貨量規模很小,情況又緊急,只要在即定時間下的成本有所保障,貨主完全可以選擇其他運輸方式,例如鐵路、航空,甚至是公路,不一定非得選擇航運。李彥慶說:“所有的創新都要與最終關心成本的那個群體發生關系。如果你打造一個全新的高成本交通運輸系統,誰會去用呢?船東已在這個傳統的交通系統中運營多年,如果重塑一個與他有競爭關系的運輸系統,他肯定會反對。所以,船東當前很在意智能問題,但是因為沒有強制的法規,所以,他會選擇按兵不動。只有那些貨主或者船東中的先行者,才會去主動創新。”

 “當然,這并不是說,船東無所作為。傳統的大船東在面對顛覆性技術變化時,如果要采取措施進行跟隨,將面臨著十分沉重的資產轉型壓力。因此,一般而言,在創新生態鏈環節上,先鋒型企業不會來自大船東,而是中小船東在局部的實踐開辟出希望之門,從而為其它進入者,當然也包括大船東提供進一步重塑生態的可能。歐洲目前在智能船全產業鏈實踐最典型的國家是挪威,該項目的啟動者便是貨主而不是船東,因為他更關注全產業鏈的成本。然而,當前是貨主,不等于未來只此一家。如同中國的快遞一經出現,便如雨后春筍般發展開來。”他補充道。

船舶智能化轉型的核心價值在于利用數字化技術解決行業痛點,為業界創造更多價值。因此,弄清業界各方的需求、痛點是下一步轉型發展的基石。在李彥慶看來,對造船而言,智能的概念分為兩種。一是從設計制造過程看,這就涉及智能制造的問題,實現少人、高質量、高效率。這與智能航運是一回事,由于西方人工較貴,船員越來越難招、難培養,制造工業日益缺少吸引力等原因導致鮮有人愿意在該領域就業。質量和效率方面,從西方來看,主要是通過自動化、網絡化、信息化,包括未來的智能化,使制造過程能夠在無人或者少人的情況下重塑,減少環節,更改模式,更加精益和敏捷,從而在效率和成本方面進一步提高。如果能夠做到對顧客的響應、定制方面有更大的進步的話,就可以在很大程度上解決定制、小批量、單件的效率問題。在這一方面,當前的研究和討論的熱點是CPS(即信息物理系統)。

二是智能船舶。分為三個層次,一是船本身具有一定的智能化,如船舶對航行、安全、操作本身的自動化、信息化,如果加上部分自主決策,其實就是智能船。二是船與船、船與岸通信、數據交互的自動化。三是船、岸、服務的信息化。前兩個具有很強的技術和工程特點,而后者是航運生態系統進一步構建的問題。

他表示:“關于智能,站在造船的角度,會關注智能船舶,站在航運角度會聚焦智能航運,站在港口角度則考慮智能港口,站在物流的角度會構建智能物流,站在支持服務的角度會重塑信息服務。其實,叫什么詞并不重要,重要的是它的前提,即網絡化下萬物互聯,信息暢通,利益相關方進一步關心利益,包括安全、經濟、環保、效率等。如果不從最終使用者角度看這個智能生態系統,各個環節也難以找到自己的方位,造船界這一點要十分注意。”

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