智能船舶创新发展思考

张继光，高 阳，陶子健，陈 旺

（1. 中国船舶集团有限公司, 北京100097；2. 中船航海科技有限责任公司，北京100070；3. 上海外高桥造船有限公司，上海200137；4.中船动力研究院有限公司，上海201206）

0 前 言

物联网、大数据、人工智能技术发展迅速，人类开启以智能为标志的第四次工业革命，传统装备制造业正在发生深刻的变革，大型无人机、智能网联汽车、自动驾驶高铁应势而出，逐步走向商业应用；作为水上运输的载体，传统船舶向智能船舶发展势不可挡，并将重构未来航运及船舶工业体系，对全球航运整体经济性、环保性、安全性提升产生深远影响。因此，智能船舶成为全球航运、船舶工业的技术创新焦点，终极目标是什么以及如何发展成为行业热议话题。

1 智能船舶概念

智能船舶不仅是一艘船舶，其实质是一个智能的海洋运输工具，由智能船舶支撑的未来航运将是智能的海洋运输系统。 因此，要将智能船舶放在航运的背景下，从系统的角度去理解智能船舶。 航运涉及船舶营运、港口、海事监管、船舶制造、船舶检验等多部门、多层次运行要素，以智能船舶为核心的智能航运必将发生重构，货物自动装卸、无人驾驶、自主避碰，自主停靠、自动通关、数字检验等新技术将不断催生智能航运的新应用、新业态。 作为核心的智能船舶目前有狭义和广义两种概念提法。 狭义来讲，从船本身出发，智能船舶是综合运用感知、通信、控制、人工智能等先进信息技术，具备复杂环境下自身感知、智能决策、多等级自动控制，比传统船舶更加安全、经济、环保、高效的新一代船舶。 广义来讲，智能船舶是以船舶为载体，以信息为纽带，纵向贯穿船舶工业上下游，横向连接行业生态价值链，形成设备、系统、平台、体系、生态相融合的产业协同发展新业态。 一般研究智能船舶聚焦狭义范畴讨论，如果谈到智能船舶催生的新模式，则从顶层体系工程角度考虑研究，支撑智能航运体系，两者相辅相成，相互促进，相互发展。

2 智能船舶国内外发展现状

韩国造船企业致力于研制自主航行船舶，建设营运服务体系。 韩国目标研制全船自动化程度达90%的LEVEL 4 级智能船舶，开发建立自航船舶试航中心、港内自航船舶远程航行控制中心，形成智能船舶应用服务及制度，并计划2024 年在1 700 TEU集装箱船上实现实船应用（定员4 人不干预航行操作）。 日本企业机构重点研究船-岸、航运业数据的标准化， 日本企业通过智能船舶应用平台研制项目（SSAP 1/SSAP 2），建立智能船舶数据中心，致力于制定ISO 标准，抢占先发优势。 欧盟研发以无人自主控制技术及远程控制技术为核心的控制系统， 计划2034 年前完成无人船的研制和自主航行的可行性验证。 英国Rolls Royce 公司计划分步实施智能船舶研制，2020 年实现船舶航行远程支持和操作，2025 年实现近海航区船舶的远程控制，2030 年实现远海航区船舶的远程控制，2035 年完成无人自主控制船舶研制。 挪威Kongsberg 公司通过无人自主控制系统研发， 计划2018年下半年实现有人船操作，2019年实现遥控操作，2020 年实现完全自主操作并实施世界上第一艘全电推、零排放、自主航行的120 TEU无人集装箱船“YARA BIRKELAND”号研发设计，2019年交付开始营运验证。智能船舶法规方面，英国劳氏船级社、挪威船级社都形成了智能船舶入级指导文件，IMO也开展了有关海上自主水面船舶（MASS）立法工作。

国内，中国船舶企业以顶层规划、总体设计为牵引，通过构建船舶基础数据平台，研制满足功能需求的智能设备及系统，从而实现智能船舶体系化协同发展。2017年，中船集团率先研发推出了iDolphin 38 800 DWT智能散货船“大智”号，获得英国劳氏船级社和中国船级社智能船舶附加符号，该船已交付使用。 通过智能船舶1.0 研发专项，完成网络信息平台及5 项智能功能应用的研制、实现船岸一体的通信， 并在400 000 DWT 超大型矿砂船（VLOC）和308 000 DWT 超大型原油船（VLCC）两型4 艘示范船上实现示范应用，建立了我国智能船舶“平台+应用”模式；同时，上海船舶研究设计院在2019 年上海海事展推出了满足L1 级（辅助决策） 的iSealion-D型、L3 级（有条件自主）的iSealion-C 型和满足L5 级（完全自主）的iSealion-F 型的700 TEU 集装箱船，其中，iSealion-F 型700 TEU 集装箱船采用混合动力模式，具备自主航行、自主靠离泊、自主锚泊、自主系泊、自主货物管理等能力， 能够实现泊位-泊位的全自动航行，满足船舶能效设计指数（EEDI） PhaseⅢ的要求，并可以通过集装箱模块拓展多种能源形式，进一步提升船舶的安全性、经济性和环保性。 另外珠海云州公司实施了“筋斗云”无人货物运输船开发，并于2019 年12 月份正式开启了自主航行船舶的探索和实践。 法规方面， 中国船级社2015 年颁布全球首部《智能船舶规范》，并出台了《船舶智能机舱检验指南》《船舶集成平台检验指南》《船舶网络系统要求及安全评估指南》等智能船舶检验文件。

综上，在智能船舶研发领域，我国与国外都处于初级阶段：在顶层规划和总体设计方面，我国略有领先；在关键技术和智能设备及系统研发方面，我国仍与国外存在较大差距。 因此，我国继续发挥顶层规划和总体设计的牵引作用，全面提升智能系统及设备研发、标准体系建立、测试验证等能力，实现智能船舶及产业链体系化协同发展十分必要。

3 智能船舶技术特征

智能船舶的发展必须满足商业航运对于船舶安全性、经济性、环保性方面的根本要求，智能船舶也将通过船舶技术与智能技术相互的融合创新，重构常规船舶的技术体系，具备类似“耳朵、眼睛、大脑、四肢”等感知、决策、执行能力，从而满足智能航运对于智能船舶的跨代要求。 综上，智能船舶归纳为“全面信息感知、高度自主航行、超级节能环保、绝对安全可靠、群体智能协同”等五大技术特征：

1） 全面信息感知：智能船舶具有全面感知自身信息和所处复杂环境的能力。

2） 高度自主航行：智能船舶在控制方式上逐步具备全工况自动驾驶、自动避碰、自动靠离泊能力。

3） 超级节能环保：智能船舶将是跨代的船舶产品，全寿期综合运营成本降低20%以上，满足未来的环保要求。

4） 绝对安全可靠：智能船舶能够预防船舶安全故障和抵御信息威胁，具备保障船舶航行和信息安全的能力，例如人为故障率降低到1%。

5）群体智能协同：智能船舶作为海上个体节点，具备个体之间相互智能经验分享和借鉴，实现群体协同效能优化提升的能力。

4 智能船舶发展路径

发展智能船舶出现了两种思路。 第一种是电子信息、人工智能研究机构为主体推动的船舶智能化，第二种是以传统船舶设计制造企业提出的智能船舶。 前者针对常规船舶加装信息感知、决策设备，从而实现船舶设备互通互联、综合能效管控、设备健康管理、辅助驾驶等功能，通过船舶信息化提升了船舶经济性、安全性、环保性；后者以船舶水动力线型创新、设备系统重构、信息流程再造及人工智能技术为手段开发新一代船舶，实现船舶安全性、经济性、环保性大幅提升。 两种发展思路其实是智能船舶发展的两条技术路线。 第一条技术路线为船舶智能化，主要打通船舶设备之间的信息孤岛，建立统一的网络信息平台实现全船设备信息互联互通，同步增加传感器，获取船舶设备营运参数，在此基础上，通过数据分析决策提升现有船舶运行效率和降低全寿期运营成本。 目前“大智”号、400 000 DWT 智能VLOC和308 000 DWT 智能VLCC 即属于船舶智能化，侧重于系统设备智能化升级。 第二条技术路线为智能船舶，以船舶及设备系统运行数据为基础，以满足未来智能航运对安全性、经济性、环保性的最新跨代要求为目标，研究新的船舶总体布置和系统构成，将原有的船舶总体、结构、电气、舾装、轮机等专业重构为船舶总体、导航系统、动力能源系统、锚系泊系统、任务系统、安全保障系统等六大系统，依托船舶航行大数据和人工智能技术，构建更加耦合集成的船舶设计建造操作流程，实现设计制造闭环，满足商业航运对船舶的根本要求。 欧盟、韩国自主航行船舶以及国内iSealion-F 型智能船舶属于第二种技术路线，致力于研制完全融合智能技术的经济、安全、绿色的未来船舶。 当前两种技术路径相互共存，前者是后者的初级阶段，后者是前者最终的质变方向。

5 智能船舶发展重点任务

发展智能船舶重点要开展五方面重点工作：一是继续强化智能船舶顶层规划，梳理智能船舶产业生态体系、技术创新体系、营运服务体系和法规标准体系，开展智能船舶总体设计，推出原理概念船，健全法规完善标准；二是设立智能船舶专项，集聚行业优势企业研发机构，瞄准提升船舶经济性、安全性、环保性开展自主航行控制、信息安全、自主避碰等关键技术攻关，为智能船舶研制提供技术支撑，并开展实船技术验证，进一步提升技术成熟度，推动技术成果产业化；三是协同开展智能船舶设备系统研制，以整船研制带动配套设备发展；四是建立我国智能船舶海洋试验场，为智能船舶研发设计建造提供全体系标准化验证手段；五是积极构建智能船舶营运服务体系，形成基于云架构的船舶设计、制造、远程营运控制和配套设备检验的智能船舶服务体系，进一步提升和增强智能船舶效益。

6 结 语

智能船舶是船舶工业转型升级、实现高质量发展的重要着力点。近几年，我国船舶工业相继推出了“大智” 号智能38 800 DWT散货船、400 000 DWT超大型矿砂船、308 000 DWT 超大型原油船、13 500 TEU 智能超大型集装箱船等一批智能船舶，实现了智能船舶第一阶段发展目标。 国外日韩、欧洲在第一条技术路线基础上已启动部署高度自主集装箱船、Yara 无人船等研发项目，发力瞄准智能船舶，抢占技术发展高点。我国发展智能船舶与世界主要造船强国基本保持同步，国家相继出台了《智能船舶发展行动计划》《智能航运发展指导意见》推动我国智能船舶发展，一方面鼓励常规船舶的智能化升级，一方面指导企业加快科技创新，积极储备智能船舶，加快构建新的市场竞争优势，促进行业集聚共识，协同攻关，推动我国智能船舶发展。