试论船舶智能制造技术现状及发展趋势

试论船舶智能制造技术现状及发展趋势

胡星

扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225200

摘要：在现如今历史背景下,进入重塑时期的全球造船贸易局势将重建,全球社会对我国寄予较多期望,现代化造船已是必行之举。我国造船企业必须客观判断自己在全球造船价值链上的位置,依靠智慧造船科技加速突破和转型升级,形成共生互补的价值链体系和路径,促进自身产品与技术走向世界价值链高端。智慧造船在中国航运界获得了很大成功,已经成为中国造船优先发展的重点领域。对我国船舶智能发展的关键技术进行分析,海运是我国最重要的交通手段之一,随着运输量的增加,对航运安全提出了更严格的要求。

关键词：船舶智能；制造技术；技术现状；发展趋势

今天,我国海运业继续吸收和借鉴西方国家在船舶智能制造的经验,继续开发创新模式,有效提高我国船舶智能化水平。船舶智能化要求不仅在技术层面上,而且在船舶管理和服务方面都需要改进。智能船舶系统将传统的人工智能技术、现代通讯技术以及传统制造技术进行有机融合,大大增强了航行环境以及船舶设备的自动化与智能化程度。

1.船舶智能制造技术概述

船舶工业属于劳力、资本双密集的离散式工业,其生产对象具备多类型、变批量(大批量和小批量并存)的特点,但是目前的工业智能化生产方式面临缺乏技术标准与技术规范、基础装备配套技术薄弱、绿色制造工艺不足的困难。船舶建造企业发展,走过了由以"系统"和"区域"为基础的第1代、第2代传统造船方式向采用成组和信息化生产的第3代、第4代现代造船方式的演变过程。在科技的革新下,以智能建造方式为基础的第五代现代造船方式兴起,船舶建造企业也由传统数字化厂房逐渐向智慧厂房、智能生产方式的转变。

船舶智能制造技术是新一代计算机技术的集成,其将感知人、物体、环境、将数据信息贯通于产品设计、制造、管理技术和整个生产过程中的各个环节,并可以对生产全要素、全过程、整个价值链实施控制与改造,如在研究开发智能的造船技术与海洋工程产品、进行各种涉海特种材料的开发与研究、舰船智能控制系统研究,以及舰载智能电子设备国产化研究等诸多领域中都需要运用到舰船智能制造技术。

2.智能船舶的技术发展与应用

智能船舶设计和建造的过程中,还结合运用了物联网、通讯科技、感知科技和计算机等前沿科技,以高度智能化的手段对船舶本身、航运货物、海洋环境,甚至港口管理等方面有关信息的认知和收集,在智能造船中还运用了大数据信息技术、主动控制技术和计算机,以完成对船舶的高智能养护、维修、控制和操作。

2.1信息感知技术

采用感应系统和传感设备,可以实时收集船舶以及所在位置的资料和数据,从而做出导航判断,提高船舶行驶的稳定性。可以全面了解船舶机舱状态、所在区域的情况和行驶航速、货舱内的所有设备工作状态和驾驶室的具体航向。当对船舶周围信息进行感知后,可以有效的感知目标情况、水流速率、水域的深浅、天气状况及其周围障碍物的情况。

2.2航线规划技术

智能船舶设计系统采用的信息技术可以帮助船舶提出航运质量更高、环境更为安全的航道设计方法。智能控制系统可以对船舶所属海域进行即时的监控,收集周边行船信息、水流情况和水上交通状况,以便帮助船舶避开航海环境中的障碍,通过人工智能技术帮助船舶驾驶人员进行合理决策。

2.3能效控制技术

为了实现绿色航行目标,应挖掘能效控制技术的应用价值,以最大限度提升船舶的能效,并有效控制航行期间的各种温室气体的总排放量。将绿色船舶技术与绿色船舶理念进行了有机结合,依靠智能平台系统掌握了船舶本身重量、海洋环境、EEOI、转速以及吃水深度等因素之间的相互关系,并结合了经济效益、燃料消耗情况以及航线特征,提供了优化航速的方案。

2.4通信导航技术

在国际无线通信联网的技术支持下,在船上助航系统与导航系统、水上岸站和船舶的导航系统、通讯装置和传感装置等各种设备间,可以开展数据交换业务。移动通信网、海洋通信卫星和专用型海洋航行通讯系统都是智能船舶所采用的主要通讯航行手段。在通讯航行活动中,船舶可以根据航天器预定的路径实现航行,导航信息技术在航迹引导、判断航行目标、测定轨道曲线和确定路径等领域都得到很大广泛应用。

2.5监测诊断技术

船舶上的设备工作情况对船舶航行的安全具有至关重要的作用,所以必须充分利用监测技术,实现对船舶上设备的监控,了解设备的工作情况,适时对其设备加以干预。船舶设备遭受不良工作环境的干扰也容易产生失效情况,针对出现异常情况的设备,可以采用智能识别方法,在不分解装置的情况下,进行失效判断的工作。根据装置载荷变化以及常年情况特点,解耦有关信息,分离和筛选有用数据,智能船舶可以对信噪比很差的失效信息加以捕获,通过损伤信息和噪声规律,可以确定失效情况的范围,预报事故的状态。

2.6预警救助技术

水上事故的危害性很高,特别是搁浅、相撞的情况,不但可能带来损失,而且还可能造成人员伤亡。在危急情况发生时,智能控制系统即可检测船舶当前的行驶状态,并对船舶的人员发送警告信息,并把求救信号送到附近船舶,以此提高搜救效果。这些新型的救援报警功能不需过多的依靠人工,可以有效对事件作出反应。

3智能船舶的发展趋势分析

3.1发展阶段

智能船舶的成长历程中,对智能技术的使用要求也在逐渐提高,在最初成长时期,智能技术还只是在大数据分析和远程控制等方面起到了关键性作用,而随着智能技术逐步成熟化,它在智能船舶上的使用领域也在不断拓展,如与岸线中心技术进行了相互连接,这样就可以提高船上航运的节能化、安全化和安全化；步入第三阶段时,将可以在上一阶段的平台上与船岸系统进行实时衔接,由零点五自动化航行逐渐扩展至完全有序化的全球导航,并且也可以在港口作业、船期管理等作业中起到关键作用；最后一个时期,将要完成无人驾驶的全面智能化运输和装卸货物。

3.2发展趋势

3.2.1航行智能化

智能船舶在未来的开发过程中,将不断提高航海系统的智能水平,对当前的环境传感装置、航海仪器和各类智能化装置进行全面提升。以物联网和大数据技术为依托,建立了信息系统,并提供了自动控制和自主导航等的功能,即便不是由工作人员进行操作,它也可以按照预定命令,进行环保监控和工作情况监控等的操作,这样减少了人工成本,提高了安全性保证,同时也为未来的无人驾驶技术开发与推广以及使用,提供了科技保障。

3.2.2船舶设备智能化

当前远洋和近海舰船的智能和信息化开发步伐较快,但内河舰船智能化仍受通讯设备和岸基配套技术的制约,系统本体的集成化和网联化水平仍有提高空间。所以在未来的智能船开发进程中,必须针对技术进行一定的提升和完善的,根据船岸数据的要求,推出更多智能产品。

3.2.3新能源船舶智能化

低碳化、环保化一直是现代造船的重点方向,在进行智能造船时,必须针对新能源的舰船进行有针对性的提升和改善。例如使用蓄电池驱动的混合动力的船舶本身的排放量很小,采用动力提升工艺时,其安全性有所提升,动力冗余也将得以解决,而且也将具备良好的运行稳定性。人工智能技术和新能源技术结合也是智慧造船的重点研究方向。

结束语

在船舶建设整个生命周期中,构建舰船智慧生产关键共性工艺系统,完成生产过程高级化和生产线信息化。这种企业自主控制的智慧集成可以极大提高船舶制造企业的制造效率、产品质量和安全性,将为最后完成我国船舶工业的全面改造提升打下坚实基础,助力全国碳中和达标。

参考文献

[1]王娜娜.《船舶智能制造》[J].船舶工程,2019,41(9):4.

[2]丁杰.船舶智能制造技术现状及发展趋势[J].船舶物资与市场,2020(10):2.