智能管控技术在船舶辅机上的应用

贾广付

摘 要

智能管控技术在船舶辅机上的应用可以有效提高船舶的安全性和经济效益，并可以降低船舶能耗。明确发展方向并制定相应的措施才能促进智能管控技术在船舶辅机上的应用。

关键词

智能管控;船舶;辅机

中圖分类号： U671                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.003

船舶辅机是船舶的重要设备，其设备极其庞大，涉及机电技术众多。通过对船舶辅机智能管控应用的研究，有助于提高船舶设备的可靠性与经济性，降低船舶能源的消耗。

1 船舶辅机智能管控的意义

1.1 提高船舶的安全性

船舶的安全性直接取决于船舶设备的可靠性。在海上航行时，如果发生了安全事故，将给航运企业带来巨大的损失。根据某航运企业内部统计，其船队辅机设备人为安全事故高达75%。通过辅机智能管控系统替代或者辅助船员进行船舶辅机的操作，能够有效地降低船舶辅机事故的发生率。辅机智能管控系统可以在某些操作上完全替代船员操作，避免了因人员失误引起事故的发生。同时，当人工进行操作时，智能管控系统会自动监测有无发生危险的可能，并根据情况进行危险报警。同时，在如密闭舱室，高空作业等危险区域可以利用远程操控技术来保证人员安全。辅机智能管控系统的应用可以有效提高操作的安全性，保护船舶和人员的安全。

1.2 降低船舶能耗，提高经济效益

现有关于船舶节能的措施主要集中于主动力推进装置，但船舶辅机更多，节能措施手段却较少，通过智能管控系统可以有效地提高船舶辅机的使用效率，降低船舶能耗。船舶辅机主要为船舶各系统提供水、风及燃油、滑油等。辅机所消耗的能量和介质的特性与工作要求有很大的关系。现有辅机的设计是根据其功率满足系统最大工况要求的原则进行的，而其控制方式仅仅只有简单的启动与停止两种方式。设备在运转时其功率输出经常远大于实际工况的需求，致使很大一部分能量被浪费了。通过智能管控系统，可以根据辅机设备的实际工况进行实时调节输出功率的大小，避免不必要的功率损耗。智能管控系统具有自我学习能力，可以通过不断优化系统模型与算法来提高设备的效率。

2 船舶辅机智能管控的含义

智能管控是指在无人干预的情况下自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。系统如果过于复杂则很难构建有效的数学模型及现有的常规理论进行定量计算分析，而需要采取定量与定性的方法相结合进行控制。辅机智能管控技术则是通过智能管控技术对船舶辅机进行自动控制，通过建立合理的数学模型，通过定量与定性分析相结合的方式进行控制。定性与定量相结合相当于让机器拥有类似于人类的智慧与经验，并不是用确定的公式、方程对控制方式进行构建设计控制器，而是需要搭建合理的智能机器模型来管控辅机。船舶辅机智能管控技术的核心在于高层控制，通过对实际的情况进行组织策划，然后进行合理的规划来解决问题。随着人工智能和信息科学及自动控制等技术的发展，使得智能管控技术更加适合船舶辅机的实际工况，安全性与效率得到更好的提高。

3 船舶辅机智能管控关键技术

3.1 物联网技术

物联网是指将各种信息传感设备通过互联网技术相连接，使得人、机、物可以实时互联互通。物联网技术给予设备智能管控一个新的选择，物联网技术可以将信息感知技术、智能运算和网络技术等融合在一起，对设备状态信息进行采集的同时，还可以对数据进行处理，并对所得到的结果做出反应。一般物联网构建的辅机监测系统含有采集层、网络层以及应用层三级结构。采集层主要是通过布置在辅机设备上的传感器等元器件对设备的运行工况信息以及故障信号等进行获取。船舶设备的采集的信息主要注重关键设备、关键零部件的温度、震动、电流、电压等。采集层收集到的数据通过网络层至各船舶的服务器，然后在通过专用网络送至公司船舶设备故障检测诊断预测系统、与计算平台以及控制中心等。从而实现船舶设备信息数据的远程存贮，远程管理。船舶管理公司可以通过岸基终端实时对船舶进行远程检测、评估及操控。应用层主要是面向船舶设备管理人员与船舶管理公司主管人员提供检测信息的提取、故障诊断及预测功能。

3.2 大数据技术

船舶辅机安装大量的传感器，采集的数据多，时间长，并且通过物联网技术可以实时传输。大数据技术就可以对海量数据进行分析来管控辅机。尤其是快速做出管控操作更是其优势所在。通过前期收集的大量设备数据，采用数据挖掘算法对其进行分析、重组建立起智能操控的规则，进而形成辅机管控模型。根据建立起来的相关模型对实时采集到的数据进行研判。随着设备运行数据的增多，在不断完善模型。在船舶辅机进行工作时，智能管控系统就实时与操作数据库的数据进行匹配，寻找出最优操作方式给操作者。

3.3 数据挖掘技术

该技术是从原有庞大已知的数据信息中得出以前未知，并且含有应用价值的数据的一种技术。该技术是一种较为新颖的技术，其涵盖了多种不同领域的交互学科。其包含了机器学习、高等数学、数据库、知识获取等众多学科，是目前智能研究的前沿。数据挖掘技术为信息数据获取的一条全新的道路。对各行各业所产生的数据进行不断地深入挖掘，从而找到以往所没有找到的规律，这就是信息挖掘的含义。根据智能船舶发展的趋势，岸基支持是智能船舶发展的必然方向，因此辅机智能管控系统必然要能与岸基系统相结合。再利用数据分析挖掘、大数据技术等对数据进行优化仿真，再把数据传输给岸上，实现船岸数据同步。当数据超出设定值的正常范围时，就会发出预警。然后根据相关法规与规则的规定对需要的数据进行记录并形成报表，进行上传，以备查看。还要能够在使用过程中，让系统具有智慧，从获取的数据中进行深度学习，不断优化自己。船舶辅机智能管控系统是否成功需要通过效果验证。对船舶的能耗是否降低、安全性是否提高以及船舶是否获得了更高的经济效益都需要反复验证。同时船舶辅机智能管控系统进行数据分析的算法公式以及模型是建立在历史数据参数基础上的，随着船舶的运行，新的数据参数出现以及数据挖掘出新的联系，智能船舶会据此建立新的模型与算法。新的算法与模型是否有效还需要再次验证，以此来建立最合理的辅机智能管控系统。

4 船舶辅机智能管控应用发展方向及措施

4.1 船舶辅机智能管控发展的方向

辅机智能管控需要大量數据作为支撑，辅机设备的感知技术是智能管控的基础。因此，如何准确有效的采集船舶辅机的设备参数与环境信息是研究的方向之一。获取到的数据如何分析成需要的结果，如何对所获信息进行判断、决策以实现辅机的自动管控是非常重要的。发展辅机的信息分析技术是研究的方向之二。智能化是智能管控系统的标志之一，意味着辅机智能管控系统具备一定的智能。通过系统能对辅机设备的故障进行预测以及修复。发展辅机设备的自我学习及决策技术是研究的方向之三。无人船舶是未来智能化船舶的发展方向，船舶辅机的智能管控技术将是决定无人化程度的重要指标。因此，船舶辅机智能管控未来发展的方向将是能够无人船的需求。

4.2 船舶辅机智能管控技术发展措施

4.2.1 制定发展规划，统一技术标准

船舶辅机智能管控系统如何发展，需要从行业规范、国家层面实行统一的发展纲要。分步骤、分阶段的实行船舶辅机智能管控技术的应用。同时也能指导与引导相关企业单位研究辅机智能管控技术。同时由于船舶辅机种类较多，生产技术标准千差万别，造成智能管控设备通用性很低。为了辅机智能管控技术的更好发展，应该对技术标准进行统一。技术标准统一主要有以下三个方面：一是智能管控系统的硬件标准应该统一。各个种类的传感器类型与标准需要统一，建立起船舶辅机专用的压力传感器、温度传感器、流量传感器等的选型目录。传感器输出信号的格式需要统一，硬件接口需要规范，其安全可靠性有具体指标进行量化。二是辅机智能管控的软件标准相统一。船舶公司所拥有的船舶时间跨度大、船型多，如果每条船舶的软件标准不统一，岸基如果要与每条船相对接，就需要为每条船专门设计软件系统。未来船舶的数据分析很大一部分都是要转移到岸基数据中心来，只有对相应的软件系统统一了，岸基中心才能更好地对每艘船进行调度分析。三是，系统的指令标准相统一。由于不同国家、不同船舶公司的指令标准是不同的，如果指令标准不统一，进行操作时可能就会误操作，造成安全事故。

4.2.2 开发研制新型智能辅机

智能管控型的辅机需要具备故障自检与自我修复的能力。传统的辅机大多只具备功能异常报警功能，还不具备提前预测与修复的功能。同时，设备基本功能通常也只包含启动、待用、停止三种状态，也不能根据实际情况进行很好的调节工况。通过研制新型智能辅机，开发出具备智能操作的相应功能，才能发挥出智能调控的优势。新型智能辅机的建造需要参照主流的先进技术，并且需要符合国家及行业标准以便使用。

参考文献

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