船舶机舱自动化在中国的发展回顾

陆嘉明， 李承祖

（上海船舶运输科学研究所，上海200135）

0 引 言

改革开放以来，我国的航运业、造船业从规模上而言，取得了举世瞩目的成就，已跃居世界前列。作为一个重要的方面，船舶机舱自动化技术也同步得到显著发展。

按照一般的概念，船舶机舱自动化系统主要包括主机遥控系统、机舱监测系统和电站监控系统，是当代船舶的基本配套设备。延伸开发的相关系统，如主机工况检测系统等，广义地说，也可归入船舶机舱自动化范畴，但使用的船舶较少，通常并不相提并论。因此，所提及的船舶机舱自动化系统仅限于上述三系统。

中国船舶机舱自动化的发展可归纳为学习尝试阶段、实船应用阶段、技术提高阶段和产业落地阶段，基本保持与世界技术水平的同步发展，并在自建船舶核心装备的配套中具有代表性。值此建所50周年之际，回顾总结我国船舶机舱自动化的演进历程，以促进今后更好更快地发展。

1 学习尝试阶段

自动控制技术在船舶上应用的历史相当长远，但严格意义上的船舶机舱自动化技术的出现则在20世纪60年代。当时德国和日本先后提出全船自动化的概念并进行了实船开发。1961年11月，日本建成了8 000吨级的“金华山丸”，首次装备机舱集中监视报警和主机遥控装置，机舱只需1人值班，船员总数减少到37人。此船起了很好的示范作用，带动了船舶机舱自动化技术研发的热潮。20世纪60年代中期以后，船舶机舱自动化进一步向无人值班机舱发展，形成了比较完善的自动检测、监视、报警、故障保护、自动切换、自动调节、自动控制、驾驶台主机遥控以及驾驶台、居住舱与机舱之间的呼唤、通信报警等系统，进一步减少了船员的配置，装备此类系统的船舶一般只要配备22～30名船员即可。这一时期，机舱自动化技术已经能够实船使用，因而世界各主要船级社开始将其相关内容纳入入级规范。

1966年法国建造了汽轮机推进的油轮Dollabella号首次使用了电子计算机，开创了船舶机舱自动化技术的新局面。

20世纪70年代中期，市场上出现了商品化的船舶机舱自动化系统，标志着船舶机舱自动化技术开始进入实船推广阶段。

在交通部的领导和支持下，我国航运部门和相关科研部门密切关注国际船舶机舱自动化技术的发展动向，并自20世纪60年代中后期起步研发船舶机舱自动化系统。虽然当时的基础条件比较差，但研发工作还是取得了显著的成果。

1978年，上海船舶运输科学研究所成功研制了我国首套船舶主机遥控系统，并安装在万吨级货轮“长顺”轮实船使用。此后又于1982年将“长顺”轮成功改造为36 h机舱无人值班自动化船，标志着我国已经掌握了船舶机舱自动化系统的核心技术。“长顺”轮机舱自动化系统研制期间，我国基础工业和元器件水平与国外有很大差距，保证系统性能的突破遇到很大挑战，所以该项成果充分体现了我国科技人员不怕困难、勇于创新，赶超国际先进水平的创新精神。该项成果曾荣获国家科技进步二等奖和交通部优秀科技成果一等奖。

微型计算机于20世纪70年代中期出现，预示了控制技术新时代的到来。到了80年代，微机的处理能力达到了空前的高度，已经能够适应船舶机舱自动化的要求，开始取代小型计算机承担系统处理和控制任务。我国的船舶机舱自动化研发人员紧跟技术的发展潮流，出现了船舶机舱自动化系统微机化的开发热潮。然而事情并非预想的那么顺利。当时国内生产销售的微机用于船舶机舱监控系统，虽然在实验室里能够正常运行，但到了船上却常常失去控制，无法实际使用。为了解决这个难题，我国的研发人员进行了多方努力并取得突破。1985年由上海船舶运输科学研究所研制的CJBW型船用中文CRT（Cathode Ray Tube）机舱监测报警系统通过交通部主持的技术鉴定并先后获得国家科技进步三等奖、交通部优秀科技成果二等奖和上海市优秀新产品一等奖，该系统为中国首套符合实船条件的微机机舱监控系统。该系统是根据船舶机舱的环境特点和机舱监控的规范要求专门开发，硬件系统和软件系统都加入了有力的抗干扰措施和容错技术，保证了系统在强干扰情况下的稳定运行。此外，该系统在结构和工艺上还采取了多项措施以满足船舶电气设备的规范要求，其技术性能指标在国内处于领先地位，达到同时代的国际先进水平，使我国船舶机舱自动化技术前进了一大步。

2 实船应用阶段

适合船舶条件的专用微机的开发，成功打通了船舶机舱自动化系统推广的瓶颈，我国船舶机舱自动化进入了大范围推广应用阶段。

早期的船舶机舱自动化系统多采用小型计算机作为处理器，体积庞大，维护不便，可靠性也较低，且价格较高，应用范围受到很大限制。而以我国当时的计算机工业水平，尚无法提供满足船舶机舱自动化系统使用的小型计算机，所以前述的“长顺”轮机舱系统都是基于通用逻辑电路的设计，并未采用计算机技术。因此具有自主知识产权的船用微机的成功开发，成为我国船舶机舱自动化系统实现跨越式发展的转折点。

20世纪80年代中后期，国产船舶的机舱自动化主要是把机舱监测报警系统批量应用于各类船舶，仅上海船舶运输科学研究所的产品就装备了数百艘船，为保障船舶运行安全与提高运行效率做出了贡献。

另一方面，根据海军新型舰艇建设的需求，上海船舶运输科学研究所研发了一系列相关的关键技术，攻克了多项技术难点，包括：汽轮机发电机组与柴油机发电机组并车控制技术，解决了在并车运行时汽轮机与柴油机动力特性的协调问题；船舶多柴油主机并车控制技术，解决了柴油主机并车运行时的负载平衡问题等。极大地推动了机舱自动化系统的自主创新和完整配套，特别是主动力推进系统的控制技术和电站系统的控制技术等。

3 技术提高阶段

20世纪90年代以来信息技术渗透到各个技术领域，船舶机舱自动化系统逐渐向网络化发展。我国船舶机舱自动化领域的研发人员也在这方面作出了努力并且取得了一定的成果。

1993－1994年上海船舶运输科学研究所率先研制了基于现场总线网络的船舶自动化系统，并成功运用于各类船舶。该系统采用两层网络结构，较好地解决了实时性要求与多终端要求并存的需求。这种结构体系切合船舶实际，配置比较灵活，为其后的多种设计方案所沿用，几乎成为“标准”架构。

船舶信息系统与监控系统融合为一个系统的趋势逐渐明显，综合语音信息系统（Integrated Voice－Messaging System，IV MS）和人际传信系统（Inter－Personal Messaging System，IPMS）是典型的实例。带来的问题是系统信息流量的显著加大，对上层网络的容量提出新的要求。上海船舶运输科学研究所在研制某船的电力系统监控系统中实现了25 000个测点0.5 s刷新速率的数据传输，是我国船舶机舱自动化系统中结构最复杂、数据容量最大、技术难度最高的监控系统。该系统首次采用IPMS架构技术；首次采用双冗余高速交换式工业以太网与现场总线相结合的网络技术；首次采用集中式与分布式相结合的大容量实时数据库技术；首次采用标准的过程控制接口OPC（OLE f or Process Control）技术；首次采用嵌入式操作系统Vx－Wor ks与Windows操作系统相结合的跨平台技术等。该系统是国内首次通过第三方软件确认测试的机舱监控系统。该项成果为大容量IV MS和IPMS的开发打下了良好的基础。

4 产业落地阶段

近年来，我国船舶机舱自动化技术取得了较快的发展，但是与国际先进水平相比还有明显的差距，主要是产品的商品化程度不够，表现为结构的硬件模块化程度较低，软件基本上还停留在“一机一开发”的状态，且结构工艺不够完善，界面较为单调。因此系统的配置效率较低，客户端响应较慢，制造维护成本较高，且品牌效应差等。

为了推进商品化进程，需要强化系统设计的模块化和单元模块的系列化。软件也同样要建立通用的基本构架和基本的结构模块，建立资源库。一个可行的方案是开发专用的组态软件，使产品系统的软件开发简化为适应性的软件配置。

船舶机舱自动化技术的发展得到了国家的重视和支持。早在1996年国家发改委（原为国家计委）即批准依托交通部上海船舶运输科学研究所建设船舶运输控制系统国家工程研究中心。该项目利用世界银行贷款引进国际上的先进设计、制造设备，形成了比较完整的船舶机舱自动化系统研发和中试环境，并于2002年通过验收，近十年来为船舶机舱自动化系统的产业落地提供了基础。

工信部国防科工局为进一步提高我国船舶机舱自动化产品的配套能力，安排了科研资金开展专题攻关，主要用以解决船舶机舱自动化系统的主机遥控系统、机舱监测系统和电站监控系统的技术升级和产业落地问题。

5 结 语

在学习国外先进技术的基础上，走自主开发之路是我国船舶机舱自动化技术发展的显著特点。经过长期不懈的努力，取得的成果也是不容置疑的。然而迄今为止，国产的船舶机舱自动化系统虽有少量出口，但在大型远洋船舶市场上还未能与国外厂商形成竞争格局。究其原因是多方面的。技术上的差距是一个方面，但更多、更重要的还有商业上的原因。今后的目标是力争通过技术和商业的协同运作迎来我国船舶自动化的更大发展，为中国真正成为世界造船强国作出应有贡献。