智能船舶集成平台的研究与设计

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

党的十八大以来，习近平总书记提出了建设海洋强国的宏伟蓝图，掀起了我国新一轮海洋船舶设计建造高潮。《中国制造2025》把“海洋工程装备和高科技船舶”作为重点领域，大力发展集成化、智能化、模块化的设备和造船技术。中国船级社编制的《智能船舶规范（2015）》也于2016年出台生效。规范划分了智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理、智能集成平台六大主体功能及相应具体内容［1］。该划分方式具有较强的领域应用性特点，在项目实施与考核评价方面具有较强指导意义。

智能船舶的发展是利用现有条件，在传感、通信、信息等技术的发展上，从能源、机械、导航、物联网、大数据等领域建立实体和虚拟设施，实现航行系统、设备运行、货物管理等功能的智能化，逐步在船舶平台上实现信息与实体智能融合的过程［2］。

智能集成平台是船舶在智能化方面应用实现的高级形式，具有较为复杂的体系结构。因此，智能化集成平台的设计建造应采用高适用可借鉴的软硬件设计开发框架及接口标准，采用高复用可扩展的网络资源、平台条件，采用高通用可推广的软硬件技术、应用组件、实现模式，采用分系统、分层级的设计规划、实现方式，以保证相应的分系统设计、分项目实施能够具有相对较小的体系粒度，以具有更强的可操作性、低风险性、通用性、经济性和健壮性等要求。

1 智能集成平台概述

1.1 定义和基本功能

船舶智能集成平台集成智能航行、智能机舱等系统的数据，形成船上数据与应用的统一集成平台。集成平台应具备开放性，能够整合现有船上信息管理系统及后续新增系统，以实现对船舶的全面监控与智能化管理， 并与岸基实现数据交互。智能集成平台基本功能如下：

（1）统计分析、综合评估，能够根据用户定制实现自动和标准化的分析报告；

（2）根据用户设置的多维度边界条件，为航行、安全、经济性等相关指标提供综合预报预警；

（3）利用船舶历史运行状态及相关参数，为当前的船舶操作及管理方案提供趋势预测；

（4）支持良好的辅助决策，提高船舶性能，并减少人为因素的失误，并能根据评估及预测结果，为事故响应、风险反应规划、环境保护措施、事故察觉和预防、经济性能提升、资源管理和通信等提供综合管理及操作方案；

（5）能够实现船岸数据交互［1］。

1.2 特点和技术基础

信息物理系统（cyber-physical systems， CPS）通过嵌入式计算机和网络，实现对物理进程的检测以及控制，并将物理进程反馈到计算进程中［3-4］。智能船舶正好符合CPS所针对的复杂、异构、可靠性要求高的应用系统。船舶航行状态、周围环境、设备状态，以及船舶间、船岸间交互等多源异构信息是船舶智能化的基础。CPS体系结构的一般形式如图 1 所示［3-5］。

图1 CPS 体系结构的一般形式

智能集成平台可认为是“基于计算机网络平台及其控制层、叠加层等通用化的可扩展资源，以数据中心作为信息汇聚、转换、应用的中间平台，以面向服务的Web应用作为平台开发的关键内容，构筑可实现泛在接入、快速扩展、敏捷开发、持续集成、长期演进的平台、环境及条件，进而实现对基础网络及其资源的高效复用、对智能化装备网络接口及信息化功能的充分运用、对智能化领域系统二次集成及体系间的有效融合，为用户提供更为系统全面、便捷可靠、经济高效、开放稳定、安全可控的服务方式及内容，为相关业务、领域系统、使命任务等提供业务支持、辅助决策、平台支撑。”

智能集成平台的建设是基于以下几项技术：

（1）基于TCP/IP基础网络、链路转换及相互接入技术、加解密及隧道技术、内容管理及镜像同步等，可以实现对前端异构网、领域局域网、后端客户网、天基通信网在物理链路上的泛在接入、空间扩展、虚拟延伸、有效管控，并可以使得各类型计算机网络资源及上层应用服务得到快速高效的部署及扩展。

（2）基于数据中心、知识策略、计算资源、认证中心、身份管理、权属配置等，实现对装备信息的有效汇聚、分析、挖掘等数据转化工作，以及相应的存储、访问、控制、安全等数据管理工作，并可以使得上层应用服务与底层智能化前端设备、智能化领域系统等仅具有松耦合关系，降低了系统开发的难度，并保证系统间仍具有较好的独立性与安全性、稳定性、可靠性。

（3）基于网络应用的设计开发框架、测试与布署环境、专属终端及通用化的移动设备等，可以实现对相关Web应用的敏捷开发、快速布署及高效使用，实现对相关数据产品、知识文档、软件应用的高效聚合、积极融合及消费促进，并使得相应的应用开发具有较小的体系粒度，易于开发、扩展与变更，也便于大系统的分步实现、持续集成、长期演进。

1.3 智能集成平台设计的基本原则

（1）行业规范性：满足行业规范要求；

（2）技术先进性：尽可能采用最新的通信、信息、计算机、自动控制、人工智能等方面的技术；

（3）标准规范性：尽可能采用最新的公开技术标准与规范，特别是开源系统的标准，同时制定一套针对瑞特智能船舶开发、生产、检验、调试的规范标准；

（4）平台开发性：能兼容原有的技术积累，能够整合现有及新增的船舶综合管理系统，并能与岸基实现数据交互；

（5）耦合性：目前阶段设计智能化系统的增设和加装，以不影响船舶原有系统正常运营为前提，尽量降低智能系统与常规系统耦合性；后续随着智能化系统技术和工程应用的成熟，逐渐融合和取代常规系统，提升整船各类系统耦合性，进一步提高系统效率和交互速度。

1.4 国内外现状及趋势分析

1986年，日本多家大学对基于陆上保障系统、船舶状态监测系统，通过智能算法做出决策，实现智能航行、生活保障等功能；2012年，由Fraunhofer CML等几家公司合作对无人散货轮展开研究，船舶通过雷达、自动识别系统实现有效规避；2013年，英国罗尔斯·罗伊斯公司开展无人驾驶货船项目的研究，并预计10年内投入使用；2015年，韩国现代重工集团与埃森哲合作设计智能船舶，以节约运营成本；2016年，我国开展了无人艇研发工作，包括高速识别、神经元网络芯片、远程侦查等技术［6-7］；2017年12月，我国自主研发的全球首艘智能船舶“大智”号正式交付使用，该船拥有首个具有自主学习的船舶智能运行和维护系统。

随着船舶底层设备越来越多，设备各厂家的接口也各不相同，因此，构建一个统一的集成平台成为了当务之急。通过集成平台，所有设备厂家的设备都可以无缝动态加入整个船舶系统，而无需再考虑设备接口问题；对于船员来说，通过集成平台，可以在船上任意一个舱室监控任意一个系统的数据并做相应的控制；通过虚拟化技术，可以最大限度地提升系统资源利用率，将系统性能发挥到最大，给予用户最佳体验。

2 智能集成平台的系统架构

规范将智能集成集成平台系统结构划分为：数据采集、数据资源、数据整合、信息应用、信息展示、标准规范体系、信息安全体系，如图2所示。

图2 智能集成平台系统结构示意图

智能集成平台利用标准采集模块收集各类型采集设备向外发送的不同格式的数据，并将其转化为符合OPC UA统一标准的数据，通过以太网将OPC UA格式的数据发送至系统基础平台，保存在集群数据库中。系统管理员及系统用户可以在船上任何地点通过访问不同虚拟机及安装在虚拟机中的应用软件实现监测底层设备数据、控制底层设备等功能。利用虚拟化技术，可以实现资源利用率的最大化，增强用户体验。智能船舶集成平台的建设架构如图3所示。

图3 智能集成平台建设架构

3 智能集成平台方案设计

3.1 数据的采集和传输

3.1.1 数据采集终端设计

3.1.1.1 功能要求

数据终端采集各种传感器及设备的信息，进行协议转换，以统一的接口标准将数据加密上传到数据接口服务器，然后由数据接口服务器统一存入数据库。同时，终端也能接收控制命令，以实现设备一定程度的配置与控制。

对于数据采集，根据软硬件设计架构，针对特定的设备进行研发，如机舱管理系统中发电机系统、电力推进系统、机舱辅助设备等系统的信号标准特性，并形成文档，定义采集接口标准方法，通过对信号数据采集与分析，完成数据采集、协议转换及终端显示。

对于船用设备来说，采集终端需要根据接口及协议进行针对性的协议转换，并以统一的接口标准将数据加密上传到数据接口服务器上，再由数据接口服务器统一存入数据库。涉及到的接口可能包括CAN、RS485、RS232、RS22向以太网转化等，涉及到的协议包括Modbus RTU 、OPC DA、串口自定义、CAN open、各类以太网向标准内部以太网协议转换等。

终端硬件模块采用嵌入式系统，通过软件实现各种不同的数据采集功能。

对数据采集终端软件要具备以下功能要求：

（1）硬件：嵌入式系统终端；

（2）数据采集硬件接口标准：RS232/485，CAN，Ethernet等；

（3）数据采集软件接口标准：ModBus-RTU、NMEA-0183、串口自定义、ModBus-TCP、CAN Open、CAN自定义等；

（4）信息建模：采用标准OPC UA的信息建模方式对终端设备的元数据进行封装和建模；

（5）信息传输：采用标准OPC UA的信息传输方式，构建数据传输服务器软件，实现数据的加密传输。

3.1.1.2 功能设计

为了实现标准化的数据采集和传输，拟采用OPC UA标准进行加密传输。终端内部通过软件将不同的协议转换成统一的元数据描述方式，再通过OPC UA标准将数据从采集终端传输到数据接口服务器，最后由数据接口服务器统一将数据存储到数据库。数据采集、传输、存储、访问的总体框图见图4。数据采集终端对数据接口服务器来说是一个OPC UA服务器。

图4 数据采集、传输、存储、访问的总体框图

系统设计时考虑无线接口的提前设计与实现，为今后机器人巡视以及全船范围的数据定时采集提供技术途径；同时，考虑现场控制器的数据存储功能，以满足定时数据打包上传等功能要求，需要时可配置实时数据库。

在数据终端设计过程中，对数据通信、数据链路安全进行设计，可从以下两种方案入手：

（1）通过软加密方式对采集信号进行加密传输，可保证数据上传不被干扰；

（2）增加一个硬件加密模块，对部分需要应用加密的场景加装模块。

以上两种方式均包含接收端的解密部分（软件或硬件）。

所开发的数据采集终端是一个功能演示系统，可以接入一个采用Modbus协议的设备采集数据，以及采集传感器的模拟与数字量信息，将上述信息进行建模，包括协议转换和打包处理，转换成OPC UA协议的不同结点进行传输。

终端作为一个OPC UA Server等待OPC UA Client的连接请求。终端硬件应具有数据加密传输功能和简单的基于Web的配置界面。

终端操作系统可以有两种选择，如采用Windows系统，则用Visual Studio.Net C#语言和微软的OPCUA SDK开发。如采用Linux操作系统，则可以用Flask和python-opcua开源库，或者Node.js和node-opcua开源库。

本地数据库考虑采用SQLite（或MySQL），SQLite是一种嵌入式数据库，它的数据库就是一个文件，本身是用C写的，体积非常小，经常被用于嵌入式端的应用。

3.1.2 数据通信标准及数据库设计

3.1.2.1 功能要求

在研究常用船用硬件及软件接口的基础上，针对船用数据的特点，选择数据库系统，设计数据结构、数据表、索引方式等，并构建一个实验数据库。在此基础上构建数据接口服务器以提供数据采集、设备控制、数据入库、数据查询等功能。内容包括：

（1）数据通信标准：包括信息模型、数据传输、数据库访问等标准；

（2）数据库及数据表设计与构建，根据业务需求采用SQL或NoSQL；

（3）数据接口服务器构建：通过中间件的形式提供各种数据采集、设备控制、数据入库、数据查询等功能。

数据接口标准规范数据终端与数据库服务器之间的数据接口方式，实现数据双向实时通信，包括数据和功能接口，分别用技术元数据与业务元数据来描述。在接口标准基础上，通过数据接口服务器收发数据终端的现场数据，将数据实时存入数据库服务器，也可接收其他应用系统发来的查询和设备控制命令，所有对数据库的访问通过数据库接口服务器进行。

对数据采集传输存储规范及数据库设计详细要求：

● 数据采集传输存储规范

（1）总体架构设计：数据采集、传输、存储、访问的总体架构；

（2）信息建模标准规范；

（3）数据传输标准规范；

（4）数据库访问接口标准规范；

● 数据库设计与构建

在研究常用船用硬件及软件的基础上，针对船用数据的特点，选择数据库系统，设计数据结构、数据表、索引方式等，并构建一个实验数据库。

3.1.2.2 功能设计

数据采集及通信采用美国OPC基金会发起的OPC UA标准［8］。它以语义和面向服务为架构，既实现底层设备的横向信息集成，还能实现从设备经SCADA、MES到云端的垂直信息集成。

OPC UA特性定义基于TCP的二进制通信协议，通过最小的开销提供最快的性能，也支持Web服务和HTTP通信。另外它可以用不同编程语言进行开发并适用于多种操作系统。

对于设备实时控制所涉及到实时数据库，鉴于其与设备监控系统密切相关，这部分由设备自带监控系统或数据采集终端解决，平台解决上层的大数据采集和智能分析，以关系数据库为主，辅以必要的NoSQL数据库。

3.1.3 数据接口服务器软件设计

3.1.3.1 功能要求

基于OPC UA标准，本软件实现向OPC UA Server（数据采集终端等）接收数据，并向数据库服务器读写实时数据，实现数据的采集入库；构建面向数据分析的数据库访问接口。

系统达到的功能为：

（1）能够连接多个数据采集终端（OPC UA Server）；

（2）B/S模式的用户操作界面，可视化的终端及数据显示；

（3）可以配置不同的数据采集参数，如加密方式、采集时间间隔等。

数据接口服务器有以下功能要求：

（1）OPC UA客户端程序；

（2）接收数据的入库；

（3）数据库访问接口。

3.1.3.2 功能设计

软件实现数据的采集和入库功能。本程序拟基于OPC UA的Python开源SDK开发包，采用Python语言开发客户端程序，连接多个不同的OPC UA服务器；整体程序采用基于HTML5、CSS3、Python的B/S模式开发，功能包括OPC UA客户器、数据库读写和软件界面等部分。

3.2 网络方案

3.2.1 功能要求

智能船舶网络分为外网和内网两部分。外网即标准采集模块与基础平台通信网络，内网即服务器与服务器、服务器与存储之间的通信网络。各网络之间均要求冗余，使网络达到高度可靠。

3.2.2 功能设计

在硬件选择上，外网选择千兆交换机，内网选择光纤交换机。其网络部署方式如图5所示。

图5 网络架构图

存储服务器和平台服务器中通过光纤交换机连接，任意一台交换机宕机情况下，均可保证系统正常使用。云平台和外部平台网之间采用4台千兆交换机并采取全连接方式，保证服务器和平台网之间的网络高可用性。

交换机选择：

（1）H3C：千兆交换机H3CS5500-52C-EI；

（2）IBM B24：24口光纤交换机，激活16口带模块，16条5M光纤线。

3.2.3 功能设计

（1）H3C：48个10/100/1000Base-T以太网端口，4个复用的1000Base-X千兆SFP端口；支持全双工；可堆叠；支持所有VLAN；支持GVPR/QinQ。

（2）IBM B24：24个8G FC端口；支持热插拔。

3.3 基础平台方案

3.3.1 基础平台硬件

智能集成平台2台机柜中共有4台云计算服务器，1台为主管理服务器，另外3台均为节点服务器。另有2台数据库服务器互为备份，每台数据服务器中配置600 G硬盘40块。每个机柜中还包含2台供平台网使用的H3C千兆交换机，1台供服务器内部使用的IBM B24光纤交换机。

3.3.2 基础平台软件

3.3.2.1 功能要求

设计云平台系统，由数据库集群、云计算平台和网络组成。要求如下：

（1）云服务器

1台管理服务器、3个节点服务器，当管理服务器死机或者物理毁灭时，软件可实现自动将其中一台节点服务器转成管理服务器继续，保证系统可靠性。

（2）云计算平台

支持最大可支持同时运行50台虚拟机，管理员可配置分配各不同虚拟机资源，支持Docker容器，管理员可配置虚拟机路由器，支持统一登录功能。

（3）云存储

由2台及以上物理数据库服务器；1台中间件服务器；1台数据接口服务器构成；存储有效容量大于20 T（至少提供双冗余备份）；MySQL Server；MyCat分布式数据库中间件。

（4）数据终端

支持100台及以上，终端由其他项目实现。

（5）云网络

云平台内部采用2台光纤交换机，采用双冗余，物理服务器之间通过交换机连接，外部交换机采用4台交换机部署全连接方式，外部设备通过外部交换机连接。

3.3.2.2 集群数据库设计

研究表明数据库集群化方法能够低成本地把本地数据库和应用传输到“云”端，有效解决了业务规模飞速增长下带来数据存储的难题。本方案拟采用多台数据库服务器，构成虚拟数据库逻辑映像，为客户端提供透明、高效、安全的数据服务。

数据库系统：SQL、NoSQL，能平滑迁移原有系统。集群方案：能融合内存缓存技术、SQL技术、Nosql技术、HDFS大数据、中间件技术。

关系型数据库系统采用开源MySQL，NoSQL数据库采用MongoDB，数据库集群方案采用MyCat构建［9］。MyCat是一个开源分布式数据库中间件，如图6所示。

图6 MyCat架构设计图

3.3.2.3 云计算平台设计

云计算平台通过软件手段将服务器集群化，并进行统一管理和调度，对外提供具有可弹性伸缩、高可用、高安全等特性服务。应用、Web、数据接口等服务器均可构建在不同的虚拟云服务器中，基于资源需求和业务优先级灵活部署虚拟机，节约硬件资源。

本方案拟基于分布式集群搭建虚拟化服务器，将原有的服务器设备与虚拟服务器融合，并统一管理。客户端方面，传统物理服务器和虚拟服务器的访问模式是一样的。

本方案利用OpenStack建立私有云，它是一个开源的云计算管理平台项目，支持多种云环境，结构如图7所示，通过各种互补的服务提供了基础设施的解决方案。OpenStack是一个中间层，可以创建、管理和销毁虚拟机，但要依赖第三方的Hypervisor，如默认Linux 内核虚拟机［10］。

图7 OpenStack云平台架构

研究采用Docker技术实现应用系统的快速便捷部署和运维。Docker提供一个高效、敏捷和轻量的容器方案，能动态适应各种规模的系统部署需求。Docker整个生命周期包含三部分：镜像（Image）、容器（Container）、仓库（Repository）。镜像和容器的关系就像程序和进程——镜像是容器运行的一大前提，而容器是镜像的一个运行实例，仓库则是镜像的管理中心。

3.3.3 基础应用软件

3.3.3.1 功能要求

将各应用软件部署在虚拟机上，用户访问虚拟机能够运行应用软件以达到如监测报警、配电监控、统一登录等功能。

（1）平台应用软件框架要求与原型软件要求

应用软件开发框架：

（a）软件系统架构设计；

（b）统一用户认证方案设计；

（c）大数据分析系统接口规范；

（d）子系统间的数据交互规范。

功能原型集成监控软件实现：

（a）实时监控界面，能动态显示实时监控状态数据、异常报警等；

（b）统一用户认证，调用统一用户认证系统接口实现统一的用户认证和授权；

（c）通过WebService接口实现子系统间的数据交互。

（2）统一用户认证软件

统一用户认证是智能船舶系统中的基础性的平台功能，对用户登录进行授权和集中管理。具体要求包括：

支持Web方式认证，提供单点登录服务功能：

（a）提供基于LDAP开放标准的统一用户管理功能；

（b）支持基于改进Kerberos认证机制，加强应用安全。

3.3.3.2 应用软件框架设计

在研究最新软件开发技术的基础上，针对船用工控及管理软件的实际需求，提出整体的系统软件架构，要在技术的先进性、成熟度、发展趋势等方面进行综合考虑，选取最佳的技术方案。

除特殊的应用场合（如嵌入式端的数据采集程序），系统的高层软件采用B/S架构。软件设计采用MVC（Model View Controller）典范，如图8所示。MVC 模式同时提供了对 HTML、CSS 和JavaScript 的完全控制。

图8 MVC 软件设计模式

开发语言要兼顾考虑军船和民船的需求特点，为了使系统能够实现跨平台互联和兼容，可以采用Python、Java、JavaScript等语言。鉴于船用系统的实时性特点，研究采用Node.js运行环境或Django和Falsk框架、WebSocket技术等实现显示页面的动态更新和即时相应。

功能原型软件针对某一特定设备进行设计和实施，基于B/S架构实施，包括几个功能：

（1）实时监控界面，能动态显示实时监控状态数据、异常报警、设备健康状况等；

（2）统一的用户认证，调用统一用户认证系统接口实现统一的用户认证和授权；

（3）制定大数据分析的WebService接口，通过大数据分析中间件实现特定的智能处理功能；

（4）通过WebService实现系统间的数据交互。

3.3.3.3 统一用户认证软件设计

现在目录服务技术是许多新型技术实现信息存储、管理和查询的首选方案［11］。建立基于轻量级目录访问协议（LDAP）技术的统一身份认证系统，用目录服务数据库存储用户和和应用系统的信息，实现对用户认证、授权和管理，以及访问控制，如图9所示。

图9 统一用户认证体系结构

3.4 用户管理使用方案

3.4.1 功能要求

通过统一用户管理及认证系统，对智能船舶信息网络系统中的所有用户身份进行统一管理，其中功能要求如下：

（1）统一用户管理

统一用户管理为各级管理员提供一个统一的用户管理入口，由各级管理员对机构、组群、用户、应用进行相应的管理维护。

（2）统一管理员管理

由超级管理员为各级管理员进行相应的机构、人员、组群、应用等管理权限的管理维护。

（3）用户应用授权

系统界面将向管理员展现出一棵机构树方便管理员对相应人员或组群应用授权。

（4）分级分权管理

通过集中管理人员信息，企业各级管理员可为各级机构人员进行分级委托授权。

（5）统一用户数据管理

所有用户信息、机构信息和授权信息都归于统一用户管理系统

（6）统一身份认证

包含UAM系统认证、应用系统认证。UAM系统支持用户名/口令、数字证书两种方式登录；与UAM结合的应用系统可通过DAS分布认证系统组件进行用户名/口令、数字证书两种方式登录。

（7）安全审计

对所有操作行为进行的安全日志记录。提供全面、可靠的安全审计功能。可以记录用户登录的时间、具体操作行为等。

用户通过用户名/口令或数字证书的登录虚拟机，可以通过运行该虚拟机中的应用软件实现对底层设备的数据监控和控制功能，不受地点限制。

3.4.2 功能设计

通过虚拟机访问，无功能设计。

4 极地科考船智能船舶集成平台实例

4.1 项目背景及其需求牵引

极地科考船是到达极地海洋目标区域、开展冰区海洋调查作业必备的基本条件和重要保证，是我国实施两级战略布局、拓展战略空间的关键。本项目为极地科考船进行智能机舱加装，在具有特殊性和代表性的极区科学考察船上的应用尚属首次，通过该项目工作的研发与实施，建成之后的极地科考船将成为世界上最先进的极地科考破冰船之一。

目前主机、辅机、轴系等关键设备的运行状态监测技术已非常成熟，而没有对柴油机燃烧室温度、增压器性能方面的精细化监测，没有主要设备健康评估模型，也缺乏主要设备性能评估模型。

因此，需要利用现有的自动化技术对柴油机、发电机、轴系等主要机械设备及其辅助设备进行持续状态监测，要求主动力设备按照《规范》对机舱主要设备进行更加细致的监测和更加精确的控制，并给出比较详细的能耗和性能参数或者曲线，供上位优化控制。系统根据各种机舱设备的监测数据，进行系统健康评估和辅助决策技术，包括维护保养的决策。［12］

4.2 智能机舱集成平台方案实施

4.2.1 工作目标

对本船机舱柴油机系统、电力推进系统、辅助设备进行系统化集成，在各系统达到故障预警、健康分析的前提下，对系统进行整合达到机舱设备间的信息融合和联动功能，并在此基础上为船舶操作和管理人员提供实时船舶运行数据、健康状态等信息，帮助船员进行辅助决策建议。集成柴油机健康管理系统、电力推进健康管理系统、辅助设备健康管理系统并申请CCS智能机舱（i-ship M）附加标志。

4.2.2 平台功能

（1）机舱各系统数据信息集中显示、处理；

（2）系统数据融合与集中化显示，根据后续船东要求预留关联性分析接口；

（3）机舱整体设备辅助决策；

（4）为柴油机健康管理系统、电力推进健康管理系统、辅助设备健康管理系统提供上层硬件支持；

（5）为柴油机健康管理系统、电力推进健康管理系统、辅助设备健康管理系统提供数据导出及备份接口；

（6）提供统一的破冰/清水工况设置功能；

（7）为智能船舶其他部分提供机舱设备数据与健康状态（预留）。

4.2.3 初始化数据及来源

（1） 柴油机数据来源于柴油机健康管理系统；

（2） 电力推进数据来源于电力推进健康管理系统；

（3） 辅助设备数据来源于辅助设备健康管理系统；

柴油机健康管理系统、电力推进健康管理系统所需的IAS数据由平台统一采集后提供给所需设备。

4.2.4 平台搭建

硬件由三台安装在集控室的工控机，UPS模块、信息采集箱I型、显示器、键盘鼠标等组成。软件则包括人机交互界面、通信接口模块、数据管理模块、报警管理模块、权限管理模块组成。

三台工控机分别连上信息采集箱I型中的KVM，操作员可在集控室通过KVM视频切换器切换柴油机健康管理系统、电力推进健康管理系统和辅助设备健康管理系统，各子系统接口如表1所示。

表1 各子系统接口

柴油机健康管理系统、电力推进健康管理系统、辅助设备健康管理系统的故障数据通过信息采集箱I型中的交换机统一存入智能机舱集成平台内。智能机舱集成平台系统框图如图10所示。

图10 智能机舱集成平台系统框图

5 结 语

在“建设海洋强国”和“大力发展海洋工程装备和高科技船舶”的时代背景下，以CCS《智能船舶规范（2015）》开始生效为契机，从功能特点、技术基础、系统架构等方面对智能船舶集成平台进行了研究，探索其实现路径和技术手段，提出一种通用的智能船舶集成平台的设计思路，包括系统架构和实施步骤，最后以新型极地科考船的智能机舱加装方案为实例，说明智能集成平台设计与搭建方法。通过集成平台建设、数据分析实现机舱智能化，为船员提供机舱状态、健康情况、辅助决策，降低船员劳动强度，提高本船运营效能。