“海洋石油301”智能化可行性分析

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

根据智能船舶的发展动向分析[1]，目前，国内智能船技术水平还处在智能船发展的第一阶段。即实现数据综合应用、辅助决策的智能船舶1.0——“智能互联船舶”阶段。“海洋石油301”智能化升级也是在现有的水平基础上实现智能船舶1.0的功能。

这一阶段的智能船拥有全船统一的网络平台，能够实现全船以及船舶所处环境(例如海洋环境、天气、港口等)数据的收集，拥有全船信息平台和数据中心，实现船与岸的数据一体化[2]，能够从船基和岸基对这些数据进行分析，提供船舶营运的辅助决策和优化建议，提高船舶营运的安全性和经济性；同时运用船舶专业知识及分析能力，对船舶的全寿命周期进行数据分析，提高船舶全寿期的营运效率，提升船队的管理水平，进一步为船舶营运方创造价值。

1 智能化升级改造基础

现有的系统及相关设备信息点布局见表1。

由表1可见，“海洋石油301”船可通过综合自动化系统(IAS)采集船舶机舱、货舱的相关信息，再加上尚未计入的VDR系统采集的航行设备如GPS、罗经等信息，全船信息点约5 000个，输入点4 500个以上，最有分析价值的模拟量接近700个。巨量的信息点是海洋石油301智能化升级的基础。

表1 “海洋石油301”IAS信息点

1.1 现有的集成平台

中控系统(主要机舱自动化)采用Honeywell公司的IAS系统，货舱自动化部分采用西门子公司的S7-400系列PLC系统(TGE打包)。两个相对独立的子网通过通信线路进行连接，货舱数据发送至中控系统IAS，形成全船网络平台。

Honeywell的IAS系统和TGE的货舱自动化系统各自具有数据的通用(监测、报警、控制)功能。北京海兰信提供的VMS系统(船队管理系统)，将IAS系统的数据筛选后进行保存，形成了“海洋石油301”船的初步的数据服务器。

Honeywell的IAS系统和海兰信的VMS系统，综合成了最接近智能船集成平台的系统。

1.2 现有的数据中心

“海洋石油301”船在基本设计阶段，就将一个舱室定义“数据中心”，该处所包括了Honeywell的IAS服务器以及海兰信的VMS数据服务主机。数据中心的设计已经从布置上体现了智能化升级的准备。

1.3 现有的数据应用

“海洋石油301”船Honeywell的IAS服务器存储了机舱和货舱的所有历史数据，可以提供历史趋势图显示。“海洋石油301”船装配的海兰信VMS数据服务主机，采集机舱、货舱、航行设备的数据，同时可提供一系列数据初级管理软件，主要包括机务管理和燃料消耗监控等。

1.4 现有的船岸通信

“海洋石油301”船采用了海兰信公司提供的VMS船队管理系统，同时为船东配备了岸基数据服务器，能够实现将船基数据通过FBB/VSAT卫星通信发回至岸基、船岸数据互通、视频会议、远程CCTV监控等功能。因此，“海洋石油301”船已经具备船岸通信的最基本硬件条件。

2 智能化升级目标

考虑“海洋石油301”已有的基础，确定智能化升级目标，并达到CCS《智能船舶规范》[3]要求。

1)增加CCS智能船集成平台“I”、 智能导航“N”、 智能机舱“M”、 综合能效“E”、智能货物这4个智能船的基本符号，成为拥有CCS正式身份的智能船，见图1。

2)根据需求，选择增加CCS智能船智能船体“H”入级符号。

3)根据需求，选择增加CCS智能船智能货物“C”入级符号。

4)根据需求，增加人员管理功能，未来可增加专门的入级符号。

5)海兰信VMS系统岸基服务器升级为岸基智能管理平台。

图1 海洋石油301智能化升级示意

3 智能化升级方案

3.1 感知布局升级

根据CCS智能船船舶规范各个入级符号的要求，增加布置相应的传感器，见表2。

需要改造/增加信号输出的原有系统包括：①TGE货物系统(增加信号输出端口，将内部信号特别是模拟信号全部输出至智能集成平台);②Honeywell的IAS系统(信号全部输出至智能集成平台);③Highlander的VMS系统(改造升级为智能集成平台)。

表2 新增感知传感器统计

3.2 现有的集成平台升级

由于在全船各处增加了传感器，需要相应地增加信号采集箱，信号可以接入Honeywell的IAS系统或海兰信的VMS系统，见表3。

表3 新增集成平台设备统计

数据应用服务平台增加数据高级应用软件：①航路规划及优化软件(智能导航N)；②机货舱设备运行与视情维护软件(智能机舱M)；③全船能量管理软件(综合能效E)；④数据库软件(集成平台I)；⑤货物自动配载软件(智能货物C)。

3.3 船岸通信补充

“海洋石油301” 船已经配备了FBB/VSAT卫星通信系统，改造需补充以下设备：①4G/5G移动数据接入系统;②外部WIFI接入系统;③卫通/移动数据套餐升级变更;④岸基管理平台的升级。

4 结论

通过以上分析，认为“海洋石油301” LNG运输船具备智能化升级的可行性。

1)设备视情维护提升作业率。通过振动传感器，辅之于温度、压力、噪音、电流、频率等状态监测，对船舶核心设备进行持续监控，通过一段时间的机器分析、机器学习、深度学习设备各种故障模式，得到设备运行的完整模型，可以在设备发出故障报警之前进行预警，提早准备备件、进行维护，将极大减少因设备故障导致的附加损失。同时，设备视情维护(精准维护)也减少了船员的工作量、优化了备品备件的采购调拨周期，可最大程度降低船东的营运成本。

2)综合能效管理节省燃料。综合能效管理智能系统，更加完整获得全船的能量消耗分布以及消耗流程，建立能耗模型，定时/按需给出航速建议，最大程度节约燃料成本。

3)智能航行[4]提升航路安全。智能航行，通过气象导航和能效模型进行航前的路线规划，航行过程中根据航路实时气象和水文状态调整局部的航路航线，狭窄水域的避碰决策建议。一方面可提升恶劣海况的航路安全，另一方面与能效管理耦合，可节约燃料成本。

4)透明管理提升安全性。基于全船的充分感知，船员在船上以及船东管理人员在岸基均可以更加清晰掌握船舶外部的大气/海洋实时环境状态、航行状态、设备运行状态、货物状态、能耗状态、人员状态以及相关趋势。在岸基显示数字化的全透明的船舶，一方面可以供岸基的船长、轮机长等提供专家支持；另一方面，如果辅之于船舶驾驶模拟器的使用，可以对船员进行精确的培训。

5)海量信息有效利用提升数据资产。从目前来看，船东越来越看重手中掌握的船舶数据资产。从原来的无用、不用、免费提供、购买数据服务，到现在的全部采集、持续保存、自主开发应用。通过不断累积，将数据转化成为丰富的数据资产。