面向智能船舶岸基控制技术人才培养的产教融合实训教学平台构建

马理胜，刘文科，宋庆庆，王红涛

(江苏海事职业技术学院，南京 211106)

一、引言

2018年，工业和信息化部、交通运输部、国防科工局三部门联合印发《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》(工信部联装〔2018〕288号)[1]，2019年，国务院印发《交通强国建设纲要》[2]，发改委等七部门联合印发《智能航运发展指导意见》[3]，中国船级社(CCS)发布《智能船舶规范》(2020)[4]，均明确提出要进一步强化我国智能船舶的自主设计建造能力和人才培养。智能船舶面临着千载难逢的发展机遇，开展虚实结合、岸海结合的智能船舶岸基控制技术创新基地建设已迫在眉睫，这将直接保证我国智能船舶发展能否处于世界先进水平。此外，为满足智能船舶技术发展的需求，应加速改变传统航海人才培养模式，尽早为智能航运培养急需的高素质技术技能人才。

针对上述需求，马强[5]提出了“人工智能+”的人才教育培养体系；庄一凡[6]提出了科研与教学相渗透的人才培养新方法；魏立队[7]给出了面向智能船舶的高等航海教育变革途径；薛文涛[8]构建了“船舶+控制+人工智能”多学科交叉融合的课程体系，探索了基于“大工程观”的教学模式；吴博[9]、吕红光[10]分别给出了面向智能航海的复合型人才实践教学改革的不同路径；冯娜[11]从高职院校人才培养角度，采用“AI+航海”思路对智能船舶时代航海类人才培养发展路径进行了分析；王捷[12]从制订人才培养方案、注重提升人才综合素质等方面提出适应智能航运发展的人才培养新策略；贾广付[13]从人才培养体系、航海类师资培养、校企合作及培训和发证制度等方面对人才培养策略进行研究。

综上分析可见，大多学者主要关注面向智能船舶航海人才培养的宏观研究，主要包括人才培养体系、课程体系、教学改革路径等研究内容。而针对智能船舶某一特定领域的实训教学平台构建等微观研究较少。本文开展面向智能船舶岸基控制技术领域的产教融合实训教学平台构建研究，为智能船舶岸基控制技术人才培养和技术创新服务等提供参考。

二、智能船舶岸基控制技术产教融合实训平台总体思路与主要内容

依照《智能船舶标准体系建设指南》，智能船舶标准体系分为3层框架、7个部分、38个专业及领域。岸基服务为F部分，包含远程监控服务、信息交互服务和岸基信息平台等共三个领域。岸基控制技术的服务标准用于对船舶远程监控与信息服务、岸基信息平台系统的建设与应用要求进行规定，主要包括远程监控服务、信息交互服务、岸基信息平台标准。根据国际海事组织(IMO)发布的海上自主水面船舶(MASS)的四个层级，MASS的发展将经历系统辅助决策、岸基控制技术、完全自主三个发展阶段[14]，其发展路线如图1所示。

图1 智能船舶发展路线

岸基控制技术将在未来较长时间内占据智能船舶发展的主导地位，因此应加快推进面向智能船舶岸基控制技术的人才培养，建立适应智能船舶岸基控制技术人才培养的实践教学平台。

(一)总体思路

智能船舶岸基控制技术产教融合实训平台应聚焦智能船舶，面向智能航运，将虚拟现实技术、数字孪生技术、大数据、人工智能等新兴信息技术与职业教育实训教学深入融合，推动职业教育实训综合改革，服务智能船舶国家战略需求、区域经济发展需求、智能船舶产业链需求，建成虚实结合、船岸结合、产学研用创结合的智能船舶岸基控制技术产教融合实训基地和区域共享型技术应用创新服务平台。

(二)主要内容

面向现代航运、智能船舶领域的人才培养不仅需要传统航海领域的教学实训，还要适应面向未来不同等级智能船舶航运产业链相关的实验实训。为更好地服务于面向智能船舶岸基控制技术产业链人才培养，需要开展智能船舶认知实习、智能船舶船基环境物联网实训、智能船舶虚拟仿真实训、智能船舶虚实交互实训、智能船舶遥测遥控实训、智能船舶大数据实训等相关实训。

本文提出服务智能船舶岸基控制技术人才培养的“1+5+1”实训生态系统，即构建1个服务体系、建设5个实训中心、建成1个共享平台。

三、智能船舶岸基控制技术产教融合实训平台具体构建

1.构建智能船舶岸基控制技术试验、实训、验证与评估服务体系

依据国际海事组织(IMO)海上安全委员会(MSC)第100届会议关于MASS自主等级的划分标准和《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》，采用“平台+应用”的理念：面向智能船舶岸基控制技术领域，建立涵盖智能器件、智能设备、智能系统及整船的多层级综合测试验证基地，构建虚实结合、岸海一体的综合测试与验证能力，建成智能船舶岸基控制技术实验实训基地平台；应用于智能船舶岸基控制技术人才培养所需的实验实训教学、平台试验研究、岸基控制技术验证、岸基控制技术质量评估等方向。打造集教学实训、技术研究、平台试验、社会服务为一体的岸基控制技术服务体系，实现智能船舶岸基控制技术智能教学与实训、功能示范、智能试验与研究。智能船舶岸基控制技术服务体系如图2所示。

图2 智能船舶岸基控制技术服务体系

2.建设智能船舶岸基控制技术5个实训中心

5个实训中心的建设体系框架如图3所示。依托5个实训中心建设，通过实船机电设备智能化改造，开发与实船映射的数字虚拟船舶，建成智能船舶船端应用平台；通过开展智能船舶机电设备虚实结合的数字孪生研究，实现船岸机电设备信息互联互通；通过开展智能船舶遥测遥控，实现智能船舶的远程监控、船岸结合，并通过数据挖掘实现船舶机电设备智能运维。现代航海类人才经过上述实训中心的学习，能较好地胜任面向现代智能船舶岸基控制技术产业链的岗位，更好服务于我国智能船舶产业链的快速发展。

图3 智能船舶岸基控制技术5个实训中心建设框架

(1)智能船舶船基环境综合自动化实训中心

以航海院校智能化机舱或实际运营船舶为实训平台，通过对机舱中器件、设备及系统进行自动化、数字化、智能化和物联网升级，建立智能船舶岸基控制技术所需的船基环境，打造智能船舶船基环境综合自动化实训中心。开展智能船舶机舱发电系统、配电系统、主推进装置，以及辅助设备系统智能化改造实训项目，用于培养面向船基环境的应用型高素质技术技能人才。具体内容可包括以下系统和设备的显示与远程控制实验实训：主推进器、主柴油发电机组、应急发电机组、燃油系统、滑油系统和冷却水系统等。

智能船舶船基环境综合自动化实训中心支持分析结果与岸基中心双向推送，通过船岸数据交互模块传输至岸基控制中心，实现远程监控和管理。该实训中心可为智能船舶船基环境教育教学与高素质应用型人才培养提供平台支撑。

(2)智能船舶虚拟仿真实训中心

以全任务轮机模拟器、航海模拟器为依托，以智能船舶机舱虚拟仿真实训项目为主体，以智能船舶岸基控制技术“驾+机+电”合一为建设思路，以达成智能船舶仿真实训、过程智能评估为目标，建设智能船舶虚拟仿真实训中心。

建设后的智能船舶虚拟仿真实训中心应包含智能船舶全任务轮机二维模拟器实训平台、智能船舶大型全任务轮机三维仿真实训平台、智能船舶机舱虚拟仿真实训平台、智能船舶驾驶仿真实训平台、智能船舶电站仿真实训平台等。

(3)智能船舶机电设备虚实交互实训中心

基于智能船舶船基环境和智能船舶虚拟仿真系统，采用船舶数字孪生技术框架，如图4所示。基于虚实交互框架开展智能船舶机电设备虚实交互研究，开发虚实交互实训项目，服务于智能船舶机电设备虚实交互技术人才培养。

图4 智能船舶机电设备虚实交互框架

通过智能船舶船基环境采集船舶设备传感信息(温度、压力、流量、液位)，实现船基环境的热工、油液、转速、振动加速度等多种特征参数的信息融合，将其信息呈现到具有沉浸感的智能船舶虚拟仿真系统中，采用实际场景的虚拟呈现及动态演化技术，实现船基环境与虚拟船舶虚实自适应融合，解决虚实智能船舶机舱设备运转状态的一致性呈现问题。

开发智能船舶各类机电设备虚实交互实训项目，学员通过利用传感器数据驱动的虚拟船舶机电设备进行船舶实际设备运转状态的实时监控，该虚拟机舱可看作真实船舶机舱的数字化再现，通过实时的传感器数据更新，保持跟真实船舶设备一致的状态。与此同时，通过操作虚拟机舱可以映射到实际船舶机舱设备进行动态响应，为远程遥测遥控奠定基础。智能船舶各类机电设备虚实交互实训项目可培养面向智能船舶机电设备，具备虚拟船舶状态监测、智能船舶状态监控、船舶机电设备智能运维等能力的复合型管理人才。

(4)智能船舶遥测遥控实训中心

基于智能船舶机电设备虚实交互技术，搭建控制网络、任务网络为一体的基础设施架构，建立智能船舶岸基控制中心，实现智能船舶的驾、机、电合一遥测遥控。建设后的遥测遥控中心包含数据中心和综合显控中心。数据中心用于控制中心与船舶驾驶、船舶机舱设备、船舶电气设备的信息互联互通，综合显控中心能高质量、全面、多维地显示全船驾、机、电系统与设备的运行信息、状态信息、船舶运维管理信息，且能通过CCTV系统实时监测船舶舱室状态。

智能船舶遥测遥控中心可显示全船驾、机、电所有传感器的数据，如船舶机电信息的综合显控应包含机舱重要设备(如发电机组、空压机、泵、吊舱、艏侧推、配电板、变压器等)集成三维设备显示与监控功能；驾驶信息的综合显示能正确显示船舶航行所需的状态信息和环境信息(如电子海图的显示、集成各种雷达、GPS、计程仪、电罗经、测深仪、气象仪、AIS、风速风向仪、运动传感器的信息)，通过三维实现虚拟驾控、虚拟集控和机旁控制功能。

开发智能船舶遥测遥控实训项目，可培养处理船舶预警信息安全监控能力、船舶运行实时状态监测能力、船位航迹监控能力、应急状态处理能力等智能船舶驾、机、电合一的复合型高素质应用技术技能人才，该实训中心也可成为航运企业、船舶运输队伍、船舶管理部门的遥测遥控平台。

新疆电石、新疆托克逊等工程设有暖风器疏水箱和泵，暖风器布置在一次风机和送风机入口，属于高位布置。暖风器疏水能自流到暖风器疏水箱,疏水泵在充分考虑满足泵汽蚀的情况，水质合格后要排至除氧器，疏水还是很顺畅的。

(5)智能船舶大数据实训中心

智能船舶大数据实训中心将承担智能船舶岸基技术的数据存储、数据检索、数据筛选、数据分析、数据挖掘等实训项目。通过对智能船舶船基环境数据、船舶驾驶信息数据等全息数据去冗与抽象化处理，建立智能船舶岸基控制大数据数学模型；采用决策级信息融合方法，实现对全船运行状态进行评估、预警、故障诊断等，实现远程操作的智能辅助决策。

通过对船舶岸基控制大数据的挖掘和可视化分析，进一步应用于智能船体、智能能效研究。如船舶主机功率与船舶航速的关系变化，船舶主机油耗与航速的变化，风浪等对船舶航速和油耗的影响，船舶污底等对油耗的影响等。

该实训项目可培养面向智能船舶岸基数据分析领域，具备船舶航运管理能力、计算机综合运用能力、大数据分析处理能力的高素质技术技能型人才。

3.打造船舶岸基控制技术共享云平台

进一步统筹五大实训中心资源，建设智能船舶岸基控制云平台，用于实训资源的全域共享，实现航海类院校智能船舶岸基控制技术的协同发展。平台架构如图5所示。

图5 智能船舶岸基控制共享云平台架构

建设后的智能船舶岸基控制云平台将推进虚拟仿真实验实训教学资源共享和实训室管理一体化，实现具有虚拟实验实训教学综合运行管理、统一信息门户、统一身份认证、统一决策管理等功能。主要包括智慧门户、智慧实训、活动大赛、资源中心、大国工匠以及作为底层的公共基础支撑平台六个部分，应用之间可以进行灵活拔插与扩展，为未来应用的无限可能打下坚实的底层架构基础。该平台通过接入国家海事局船员终身教育服务平台、幸福船员、智慧校园等平台，实现平台最大化利用。

建设后的智能船舶岸基控制云平台将推进智能船舶船基环境综合自动化实训中心、智能船舶遥测遥控实训中心、智能船舶大数据实训中心在航运类院校、航运企业的全域共享，用于各协同单位基于云平台实现岸基控制技术控制模型测试、优化方法验证、智能控制技术实验等多层次、多通道智能船舶岸基控制技术测试与验证平台，实现远程通信、远程测试、远程交互、远程验证，从而实现智能船舶岸基控制技术的智能管理、全域共享、协同发展。

四、结语

智能船舶时代的到来正是我国航运业和造船业技术进步、赶超世界先进水平的难得机遇。建设虚实结合、船岸结合、产学研用创结合的智能船舶岸基控制技术产教融合实训基地和区域共享型技术应用创新服务平台迫在眉睫。通过打造体系完备、技术一流的智能船舶岸基控制技术产教融合生态系统，探索面向智能航海的船员培养新模式，是提升智能航海人才培养质量、推进航海职业教育高质量发展、服务区域经济发展和国家战略需求的重要举措。