日韩欧智能船舶的研究现状及对我国的启示

魏 梅 潘 放 张大蕾

（1.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 200011；2.中国船舶工业贸易有限公司 上海 200120）

0 引 言

随着数字化、信息化、智能化等新技术的不断发展进步，整个工业领域在智能化方面的发展有了大幅提升，新技术的发展也逐渐开始影响到船舶行业。世界主要造船国相继开始投入到智能船舶的相关研究中。近年来，随着航运业对环保、安全和经济等方面需求的不断地提升，智能船舶更加受到了中日韩欧主要造船国的广泛关注。

2017 年，国际海事组织（IMO）提出了自主水面船舶（Maritime Autonomous Surface Ships，MASS）的定义及分级，指在不同程度上可独立于人员干预运行的船舶，按照船舶自主化程度将MASS 分为4 个层级。在此基础上，基于不同国家地区船舶行业的不同背景和发展理念，智能船舶的技术路线和发展特点也不尽相同。对于主要造船大国，由于其造船业的历史背景和发展现状，政府机构的支持度和侧重点不同，典型智能船舶项目的牵头单位不同，致使智能船舶的发展方向与产业化落地程度不同；同时由于各国智能技术或者船舶产业发展背景不同，导致智能船舶研究路线也不相同。

我国既是造船大国也是航运大国，近年来智能船舶技术发展非常迅猛。分析不同国家以及地区的智能船舶研究现状及其主要特点，将对我国智能船舶发展具有重要启示意义。

1 日韩欧智能船舶研究现状

1.1 日本智能船舶研究现状

日本曾是世界第一造船大国，不过随着韩国造船业的崛起以及中国造船业的日渐强大，日本逐渐失去了在造船行业的优势地位。不过作为航运大国，其船舶需求量仍然巨大。面对目前的市场环境以及各国之间激烈的竞争，日本政府出台了政策指引，并设置了相应的科研补贴制度。在一系列制度刺激下，日本造船业涌现了一大批智能船舶创新项目，这给日本造船业带来了非常积极的影响。目前，日本国内船舶行业各相关方积极致力于物联网和人工智能等先进技术，大力推进智能船舶技术的发展，试图探索一条通过技术革新推动船舶行业快速发展的路径。与此同时，在智能船舶的相关重点研究项目中，日本非常重视技术标准的建立，推动其智能船舶技术在国际上的话语权和影响力。

1.1.1 日本典型的智能船舶项目

日本是较早进行智能船舶技术研究的国家，并基于自身船舶制造技术的领先优势，结合近年来的前沿智能科技成果，规划了具有日本特色的船舶智能化之路。从最早由政府机构引导而开始的智能船舶应用平台（Smart Ship Application Platform，SSAP）项目，到各航运公司主导的智能系统研究，这些典型项目均有效推进了日本智能船舶技术的发展和产业化进程。

表1 日本智能船舶部分典型项目

续表1

1.1.2 智能船舶的研究特点

在智能船舶领域，日本的发展思路是以航运公司主导，从船载和船岸通信网络相关的信息基础等局部功能推进，“自下而上”推动行业智能化转型，同时注重参与国际规则制定，对国内资源进行整合。

1.1.2.1 航运公司主导

大部分智能船舶项目由航运公司（如商船三井、日本邮船）牵头并主导其研究开发工作。日本的造船业虽呈现下滑趋势，但其船舶总运力仍居全球前列，是航运强国。一方面，因为航运公司作为利益方，非常关注智能船舶技术带来的经济、安全和环保效益；另一方面，航运公司的大量船队能以最高效方式进行技术的验证和迭代，将智能船舶的研究成果快速产业化。这种研究模式最大程度地确保了技术开发的可行性和实用性并快速推动了日本在智能船舶新技术的实施和产业化。

日本邮船牵头开发的船舶信息管理系统（SIMS）可以收集、监测船舶状态数据，使船岸之间即时共享详细的运行数据（如航行状态、燃料效率和机器状态等），日本邮船旗下的200多艘船均安装有SIMS系统。这种研究模式有效推动并加快了智能技术从研发到产业落地的过程。

1.1.2.2 从局部到整体的发展方式

日本的先进船舶技术研发最初以高效和节约能源为前提，从船舶的部分关键系统和关键技术展开，逐步实现整船的无人化和智能化。关键系统和技术包括船舶物联网技术、船岸一体化控制技术、船舶远程运维技术和自主航行技术等，逐渐向整体化的智能船舶推进。

2015年，日本邮船和MTI公司合作开发了船舶信息管理系统（SIMS）。2016年，商船三井宣布推出下一代智能船舶项目（Ishin Next - mol Smart Ship Project），同罗尔斯·罗伊斯等公司分别合作研究了包括气象定线技术系统、船舶监测和支持系统和AR技术航行信息显示系统等新一代智能船舶的关键技术。2017年，SIMS融合边缘计算技术，开发了船载物联网平台ACMS。2018年，在沿海船舶上进行了该平台的概念证明实验。2019年，日本船级社的全资子公司ShipDC推出船舶互联网开放平台（IoS-OP），IoS-OP分成coop网域及comp网域。在coop网域中，使用者收集数据，并将其安全地储存在ShipDC公司，再按照通用准则分配数据；在comp网域中，IoS-OP使用者可以使用数据，实现数据驱动创新。2021年初，日本邮船旗下的船队将共享航行数据到ShipDC公司开发的船舶互联网开放平台。

1.1.2.3 国际标准与技术研发同步

在智能船舶的研究发展过程中，日本保证技术研发和标准化工作同步进行，这既确保了标准的先进性，又保证了标准的实用性。同时，日本不断推进关键技术或装备的国际标准化，旨在通过项目研发抢占国际话语权，以期在智能船舶国际标准制定方面抢占制高点。

2012年，日本联合多家单位组织开展“智能船舶应用平台（SSAP）”项目研究。其中负责主导该项目的船舶配套协会（JSTRA），在日本船舶工业的标准化中发挥着举足轻重的作用。该项目对船舶信息系统的总体架构和其中的数据服务器、数据管理和标识、船-岸通信等问题进行了深入研究，并于2015年8月ISO/TC8会议中提出了《用于现场数据共享的船舶数据服务器》（ISO 19847）和《船载机械设备的标准数据》（ISO 19848）2项标准提案。

据统计，2013至2015年间，日本在ISO/TC8会议中牵头并发布的国际标准共计15项（包括船舶导航和信息传输等内容），牵头的在研标准共计10项（包括船舶航行控制、航行记录仪等内容）。由此可以看出，日本智能船舶的发展定位于国际标准化的战略。

1.2 韩国智能船舶研究现状

1.2.1 韩国典型的智能船舶项目

韩国造船业一直将中国船舶工业视为重要的国际竞争者，其中智能船舶领域的研究被韩国造船业作为提高自身竞争力，并超越竞争对手的战略手段。近年来，韩国各大船厂、船级社、韩国设备制造企业以及新兴技术企业，针对智能船舶领域开展了广泛深入的研究。

韩国智能船舶部分典型项目见表2。

表2 韩国智能船舶部分典型项目

续表2

1.2.2 智能船舶的研究特点

韩国国内航运规模较小、国内航运及造船需求不足，整个船舶行业的发展主要依靠造船企业对俄罗斯和欧洲市场的订单，因此欧洲市场的需求较大程度影响了韩国造船企业对智能船舶新技术的发展及应用。其智能船舶发展具有船企牵头、发挥信息产业优势、分级发展的特点。

1.2.2.1 船企牵头，重点项目“产、学、研”结合

现代重工在韩国智能船舶的发展中发挥重大作用，先后牵头多个智能项目。从2009年的智能船舶1.0，到2016年的OceanLink智能船舶平台，再到2020年的现代智能导航辅助系统Hi NAS，都是由现代重工牵头，结合其他行业的参研单位完成。

2019 年提出的韩国自主水面船舶项目（Korean Autonomous Surface Ships Project，KASS）是近年来韩国智能船舶的重要研究项目，发挥了产学研结合的特点。该项目由韩国海洋与渔业部和贸易工业能源部资助，韩国海洋工程研究所和韩国船级社牵头组织，成员包括高校、事业单位、研究所和企业。该项目着力于航运业和造船业两大方向研究船舶智能化的商用模式，进行自主船舶核心技术研发，通过阶段性示范奠定自主水面船舶的商业化基础。

1.2.2.2 发挥信息和数字化产业优势

韩国的通信和信息技术发达，在智能船舶的发展过程中充分结合并发挥了信息和数字化产业的优势。

一方面相关重点项目中均有通信业机构和企业参与，以此构建远洋船舶和试航船舶的通信网络。其中韩国电子通信研究院参与研究开发了船舶综合管理网通信技术SAN，移动运营商SK电讯公司参与开发了基于LTE的陆海两用智能通信系统项目。

另一方面实现数字孪生技术在船舶行业的发展。2017年现代重工就成立了硬件在环仿真实验室，并将数字孪生技术应用于发动机、电力系统和控制系统等核心设备性能的验证。建成并实现了虚拟的网络试航技术，解决了极限条件下的试航，同时可以大幅度降低实际试航的成本。2021年1月现代重工宣布该LNG虚拟试航解决方案获得英国劳氏船级社颁发的AIP证书。

1.2.2.3 分级发展

韩国智能船舶的发展符合IMO提出的水上自主水面船舶（Maritime Autonomous Surface Ships，MASS）的定义及分级发展的特点。2009年智能船舶1.0项目实现了远程监控和维护，到2019年计划的自主水面船舶研究项目KASS突破国际海事组织IMO的2级、3级自主水面船舶。韩国的智能船舶发展基本按照IMO定义的分级标准分阶段发展。

2019年的KASS项目旨在通过研究自主船舶技术，突破智能航行、机械自动化、测试验证和规范标准等自主船舶核心技术，致力于在近海和远洋分别实现IMO定义的2级和3级水面自主船舶，即实现海员在船且可远程控制船舶以及无海员在船远程控制船舶2个分级的智能船舶分级发展。

1.3 欧洲智能船舶研究现状

1.3.1 欧洲典型的智能船舶项目

欧洲在智能船舶发展方面与亚洲国家不同。受地理环境影响，欧洲航运的区域内短途运输具有较广泛市场需求，其智能化实践多在拖轮、渡轮等小型船舶进行。由于人力成本较高，更关注无人化和少人化操作实践。在其智能船舶的发展过程中，主推小型船舶项目的自主化无人化航行。

欧洲智能船舶部分典型项目见表3。

表3 欧洲智能船舶部分典型项目

1.3.2 智能船舶的研究特点

欧洲船舶工业一直将技术要素作为产业发展的核心竞争力，船舶配套业在高技术、高附加值、尖端船用设备产品的研制中始终保持产品的先进性、可靠性和稳定性，长期在技术上保持着领先优势。同时，欧洲因地理环境影响，以短途点对点运输更为广泛，更多选择拖轮等小型船只开始智能化发展。另外,欧洲因其高企的人力成本，也更为关注减少人力，将自主航行技术作为重点考虑的方向。

1.3.2.1 船舶配套企业牵头

欧洲的多个重点智能化船舶项目中，企业主导的特性更强，同时注重对经济性、安全性、法律法规适用性和商业模式的研究；例如：2015 年AAWA 项目由Rolls-Royce 牵头；2019 年，Autoship 项目由康士伯牵头等。这些配套企业在自己的领域都具有领先的技术优势，例如Rolls-Royce的推进系统、康士伯的自动化和导航控制系统，以及瓦锡兰的船舶动力和能源市场。这些都确保了高新技术在整个智能船舶各系统中的应用和实施。

1.3.2.2 以无人化和自主化为整体目标

欧洲实施的多个项目均是以无人化、自主化为整体目标，应用场景聚焦在区域内沿海短途运输。一方面，欧洲近海范围内的航运市场的人力成本高企，使少人化、无人化成为其中一个重要诉求；另一方面，因为欧洲是原始创新策源地，船舶配套企业的核心技术发达，故采用激进的发展方式以确保技术引领。

1.3.2.3 以现有船舶改造为主

以现有船舶作为试验船，有利于核心技术的快速迭代。欧洲智能船舶相关项目中，实船试验的船舶均采用现役船舶，而后通过改装或添加新的设备进行实船测试。这是因为：一方面因为欧洲的造船业持续向外转移，不便于整船制造创新；另一方面且更重要的是由于低成本的船舶改造，更有利于核心技术验证迭代，以引领技术的快速发展。

2 对我国智能船舶发展的借鉴意义

我国是造船和航运大国，在智能船舶的研究方面，科研院所、航运企业和造船企业等都进行了众多探索和研究。智能船舶技术在我国得到迅猛发展，先后有大智号、凯征号、智飞号等多个示范项目船，并得到了船东的良好反馈，但从提升智能船舶技术成熟度和自主可控水平、提高市场吸引力与国际竞争力的角度分析，仍有不少问题亟待解决。日韩欧在智能船舶方面的发展将带给我们很多重要启示。

2.1 制定适合我国的智能船舶发展路线

研究制定智能船舶的发展路径，是把握国际航运智能趋势、实现我国船舶行业转型升级和长足发展的必然要求。

相比于韩国和欧洲清晰的分级发展路径特点，我国的船舶行业尚未形成统一且广泛认可的智能船舶技术发展路线图。对智能船舶的技术体系和发展路径进行研究，将有助于理清智能船舶的关键技术体系框架，建立广泛认可的评估方法，理清下一阶段智能船舶研究的重点和方向等问题。借鉴参考交通行业如智能汽车、智能航空、工业4.0 对于自主化的分级及发展特点，在IMO 的分级发展路径框架下结合我国的智能船舶应用现状、航运业的行业需求以及我国当前的工业能力现状，制定适合我国的技术发展路径，明确当前的发展重点难点，为我国未来智能船舶的发展指明方向，为推动我国智能船舶高质量发展提供支撑。

2.2 紧密结合需求，重视示范验证

紧密结合航运企业的发展目标和核心需求，依托示范船型，加快智能关键技术研究和核心系统设备研制，以实现技术快速迭代和设备的自主可控。

航运企业的需求是智能船舶技术发展的主要源动力，同时也是检验技术和设备是否符合市场需要的有效工具。深层挖掘航运市场的核心需求（如减员诉求、极限情况下的安全问题和绿色环保法规要求等），并在此基础上结合智能技术的发展来研究智能船舶技术。此外，在智能技术实船应用的初期，要通过示范验证推动技术的快速更新迭代，解决智能系统的易操作性，让智能船舶上的船员能更积极地参与系统和装备的实际验证中；同时应结合航运企业的近期和长期发展目标和国际环境，建立典型船型的工程示范效应，快速实现关键装备的自主可控，形成产业化能力。

2.3 重视标准和知识产权

重视智能船舶相关标准和知识产权，提升我国智能船舶国际标准话语权，提高我国智能船舶产业的国际影响力。

智能船舶基于当前的数字化和智能化技术，其特点是技术更迭迅速，因此智能船舶技术标准的制定工作应与技术本身的研发同步开展，及时有效地满足市场需求。结合相应的示范项目和工程，开展相关标准研究与验证，在充分调研各方需求的基础上，研究制定与国际接轨、符合产业和技术发展特点的标准，同时积极参与国际标准制定，为我国智能船舶的未来发展提供有效的标准支撑，提高我国智能船舶的国际影响力。在知识产权的布局上，培育智能船舶核心关键技术的高价值专利，突破国外知识产权壁垒，助力提升我国智能船舶技术和设备发展的产业化能力，增强我国智能船舶的竞争力。

2.4 造船业和信息产业强强联合

船舶行业应充分利用我国信息产业的优势，把握“新基建”的规划机遇，积极调动船舶行业、信息行业的资源和力量，进行强强联合，打造高水平的智能船舶产业平台。

我国的信息产业快速发展，大数据、物联网等信息技术的成熟度高，船舶行业应充分利用我国信息行业的优势，实现对船舶数据资源的精细化管理和集约化利用，突破智能船舶的关键技术，提升智能船舶的发展水平，推动智能船舶的实际化应用和推广。与此同时，我国自2020 年以来大力推进“新基建”建设。船舶行业应抓住机遇，在政策和投资的带动下，充分利用新型基础设施中的数字转型、智能升级和融合创新等方面建设，为我国的船舶工业数字化专项补齐短板，实现产业的快速升级。

3 结 语

世界主要造船国的智能船舶技术发展迅速，在技术标准化、信息和数字化、自主航行等方面具有显著的发展特点。分析日韩欧等造船强国智能船舶的发展现状和优势，将有助于促进对我国智能船舶发展现状的反思，有效推动我国智能船舶的快速发展。