智能SOMS在某散货船上的应用

孙 坚

(中国船级社 江阴办事处，江苏 江阴 214431)

0 引言

2006年，国际海事组织提出c-Navigation概念，即通过电子信息手段，在船上和岸上收集、综合和显示海事信息，实现船—船、船—岸、岸—岸之间信息的相互沟通，以达到船舶安全、经济航行和环境保护的最终目标。目前，大多数船舶由于设备自身原因或人为管理因素，导致油耗较大，运营成本较高，在航运市场不够景气的情况下缺乏竞争力，难于生存。为了解决上述问题，利用现代化的信息技术手段研发了船舶智能化运行与维护系统。研究智能船舶运行与维护系统(SOMS)目的是为了保障船舶安全、提高船舶能效，减少设备自身或人为因素造成的安全事故和燃油消耗，提供基于本船自身数据分析的运行维护优化方案、降低运营成本，并通过岸海一体服务手段，向用户提供船舶与公司之间实现无缝信息交流及协同管理的可能性。本文将SOMS系统应用于某散货船，对智能船舶节能降耗的关键技术进行了研究。

1 系统组成

SOMS系统是一款针对船舶运行与维护过程的智能信息分析与决策支持系统，由船端和岸端两部分组成。船端是通过传感器、数据端口来集成全船的导航系统、轮机设备(包括主机、电站、液位遥测、压载水、电子海图、航行数据记录仪等全船已有的监控信息)，以及包括燃油流量、轴功率、主机瞬时转速、轴振动等SOMS专用信息的，进而形成集成信息运行平台，并在平台中统一数据标准，实现信息共享，包括船上系统之间、船岸之间均可通过卫星数据通讯进行收发传输。本文阐述某散货船船端的配置情况。

在本船中，系统除采集导航设备、监测报警、主机遥控等信号之外，还包含自带气象站、能见度仪、盐温计、主机和辅机燃油消耗流量计、轴功率等传感器。所有外部信号和传感器信号通过5个数据端口采集进入系统，各数据端口通过6类高速网线与多端口集线器连接，再与系统集成信息运行平台服务器和显示计算机连接，并将数据包通过船舶卫星通讯与岸端系统集成运行平台通讯，实现数据的收发传输。

2 系统功能

2.1 智能集成信息平台

智能集成信息平台搭建智能船舶基础架构，主要实现船舶数据多元信息感知、多元信息存储、数据同步、数据分析加工、报警事件处理、趋势预测、结构化数据轻量级压缩与船岸数据交换等技术。集成信息平台产品满足一个智能系统所必备的三大要素，即智能感知、智能分析、智能决策。

2.1.1智能感知

SOMS拥有一个集成的信息平台系统。该系统能够收集全船设备信息，形成信息集中平台，并统一数据标准，实现数据存储。

2.1.2智能分析

SOMS平台搭载专用数据分析模型库。目前在SOMS平台上已形成110多个智能数据分析模型，可搭载支持各项功能的专用模型库，定义数据关联、基准建立、对比分析、优化输出的统一调用流程，将数据来源与功能要求自动匹配，形成SOMS的每一个特色功能(如设备安全预警、燃油消耗优化、岸海传输压缩等)，并以数据分析模型的自学习能力，随航行过程进行自动模型训练与优化(效果通常在投入使用后3～6月逐步见效)。

2.1.3智能决策

SOMS为一个集成平台+多个定制化应用模式。SOMS有统一的信息平台与专用模型库，能像智能手机的“平台+APPs”模式一样，满足船东在船舶运维过程的各项需求，以低成本、快速响应形式提供从船端到岸端的多个定制化应用。

2.2 船舶能效管理

系统基于SOMS信息平台中主机、辅机和锅炉等设备的油耗等数据，调用涉及船舶能效分析的专用模型库，实时分析评估船舶海上航行能源消耗状态、设备性能和能源效率状态，找到能源消耗方向，并提供船舶航行及设备使用的优化方案，旨在将全船的整体能源成本降到最低。

运用SOMS特有的能耗数据分析与优化模型，基于自身航行数据，建立能耗基准与优化目标，并在航行过程中实时计算分析，结合当前主机转速、航行环境、燃油效率因素给出可供微调的转速优化范围(转速优化工具)，指导船员尽可能降低船舶能耗，并直观看到降耗效果。

2.2.1能效状态评估

能效状态评估优化主要功能是对于船舶总体航行过程中的能源消耗进行监测，并评估消耗是否合理，监测重要耗能设备状态信息，是对能效参数统一的分析功能。

2.2.2全船耗能设备状态监控

系统对采集到的船舶重要设备状态信息进行分析。重要设备状态信息主要包括：主机总体状态、发电机组总体状态、锅炉总体状态，以参数曲线形式，全面直观地显示出重要设备状态信息。

2.2.3综合转速优化

能效优化功能包括综合优化指示仪表展示、转速优化工具功能。该功能为辅助决策功能，帮助船员根据船舶状态采用合理的主机转速，达到降低燃油消耗的目的。

2.2.4能效数据分析管理

船舶能效分析管理功能包括船舶能效监测、耗能设备评估、能效分布分析、燃料信息管理功能。

2.2.5ECA监控管理

基于全球排放监控区域的划分，ECA监控管理能够根据当前船舶航向、航速，在距离排放控制区一定范围内，进行剩余海里、剩余时间预警，帮助船员及时调整航行。

2.2.6MRV数据报告

按照MRV碳排放监测核算/报告/核查体系数据报告要求，系统可提供能效数据的记录和存储表格，便于船员提供相应文件资料。

2.3 SOMS健康管理系统

基于船舶运行的真实工况，不报警并不意味着设备一切正常，设备运行中的状态变化可能暗示着安全隐患。因此，SOMS健康管理系统特有的实时健康状态评价与预警分析工具，可以通过实时对比设备的健康基准模型、结合趋势预测模型，将发现的安全隐患(缓变型)及时告诉用户，并直观给出问题原因与关键变化参数，帮助用户高效排除安全隐患，使未来期望达到“近零故障”运行目标。本船主要对主机、发电机组和轴系等重要设备健康状态进行评估。

2.3.1主机健康状态评估

主机健康状态评估提供主机整体性能状态评估、主机组成系统及部件报警评估、主机核心部件的健康评估，以及健康异常的决策提醒和维护辅助决策支持建议。

(1)主机整体性能状态评估

实时跟踪分析主机平稳运行工况下的主机燃油效率状态，针对主机每一个稳定转速下的燃油效率状态进行评价，识别异常燃油效率消耗和发展趋势，并能够计算异常状态下的额外燃油消耗。

(2)主机组成系统状态评估

根据主机实时的运行工况，对主机的附属系统工作状态进行评价，识别滑油系统、燃油系统、淡水冷却系统、海水冷却系统等，主要识别其在使用工况下的性能表现异常和报警信号异常。

(3)主机核心部件健康状态评估

对主机核心部件气缸、轴承、增压器、空冷器、辅助系统进行针对性的健康状态监视。健康状态监视以工况追踪为牵引，分析每一个工况下的各个健康状态表征参数的表现，并识别异常状态，提供对于该参数异常的解释以及关联分析。

(4)主机异常及报警事件智能分析与维护辅助决策支持

该功能对监测报警系统提供的主机报警事件进行分析，给出引起该报警事件的关联数据，并能够自动匹配机理性知识的维修活动建议，同时支持相似报警案例的快速匹配检索功能。

2.3.2发电机组健康状态评估

发电机能效趋势评估是对发电机能效参数实时数据趋势走向的展示，以及实时数据和基线数据对比情况的分析、不同参数实时数据走向的对比分析，并通过趋势曲线的方式展示，同时可展示能效参数的实时数据和合理区间。

(1)发电机组整体性能状态评估

针对发电机组的柴油机与发电机部分，结合输出的功率和燃油消耗及状态监测参数，SOMS健康管理系统能够实时给出整体健康状态评价并对健康异常偏移进行提示。

(2)发电机核心部件健康状态评估

按照发电机序号分别进行柴油机和发电机健康状态的评估监控。对于单台发电机组，SOMS健康管理系统提供对应工况下的柴油机部分健康状态评估(对气缸状态、增压器、滑油供给、燃油供给系统整体状态的评估)。

2.3.3锅炉健康状态评估

针对船舶的燃油锅炉和废气锅炉进行整体运行状态评价，并提供锅炉能效状态评价、锅炉燃油消耗以及趋势、锅炉主要报警状态、锅炉主要参数的健康态势评价等。

2.3.4轴系健康状态评估

轴系健康状态评估通过对振动、温度、滑油液位的监测，评估船舶轴系整体状态、轴承状态。基于振动的轴系健康状态评估以振动数据特征值进行分析后的评估，同时结合追踪轴承温度、滑油液位变化以确保船舶轴系安全性。

2.3.5辅助设备健康状态评估

对于重要辅助设备，如空压机、泵组、风机等，结合监测数据和振动分析进行健康状态评估，实现对设备运行状态的掌握。

2.3.6健康状态分析工具

(1)经济性分析工具

经济性分析工具提供一段时间内设备(主机、发电机、锅炉)运行经济的评价，包括当前稳定状态下的燃油效率等经济曲线以及偏离正常区间程度。

(2)气缸压力分析工具

气缸压力分析工具结合在线转速数据以及离线设备采集并上传的气缸压力数据，开展相应的数据分析和曲线再现。

(3)部件衰退分析工具

部件衰退分析工具提供了针对设备运行状态下的各个工况以及核心主要部件表现的性能衰退分析方法。使用者可以统计并查看指定时间区域内设备运行工况分布情况，为分析不同工况下设备核心部件的衰退情况以及性能变化情况提供数据基础。

(4)振动分析工具

振动数据采集分析工具是对振动数据分析的专用分析工具，具有振动类的特征分析功能和离线的机舱重要设备振动监测分析功能。

(5)油液分析工具

油液分析工具分析船舶机械设备使用油液的物理、化学性能以及油液中所含磨屑杂物等。

(6)设备运行分析工具

设备运行分析工具主要从设备使用维度方面和设备使用的强度和频度方面进行统计。

(7)设备报警分布分析工具

设备报警分布分析工具主要分析设备的报警信号数据。通过全船分布的设备与系统的链接线图关系，直观展示报警发生的态势以及集中程度，同时进行事件的发生频率统计，从中找到频发事件。

2.3.7健康事件处理

(1)预警事件分析管理

预警事件分析管理是从全船设备和部件的状态监测为出发点，提供对预警事件的处理机制。根据辅助指导提示、运行状态曲线、预警参数趋势曲线、固定参数趋势曲线，对运行状态异常预警做出决策以及状态分析。

(2)报警事件分析管理

报警事件分析管理是从全船设备和部件的状态监测为出发点，提供对报警事件的处理机制。根据辅助指导提示、运行状态曲线、报警参数趋势曲线、固定参数趋势曲线，对运行状态异常报警做出决策以及状态分析。

3 结语

综上所述，不难看出智能SOMS系统能带来更好的节能效果。可以预见，随着船舶航行大数据的不断累积，智能专业模型将不断扩展，船东可根据需要定制相应的服务模型。相应的专业模型将为船员提供科学决策支持，提升航行经济效益，减少船员工作量，降低维保成本。