丁 军,李 鑫,黄建涛
(1. 招商局能源运输股份有限公司,广东 深圳 518000;2. 上海船舶研究设计院,上海 201300)
近年来,随着物联网、大数据和人工智能技术的不断发展与应用,航运运营服务体系发生了一系列变化:
1) 产业链运营模式正在发生改变。产业链各方越来越重视数据的价值,并致力于数据的采集、价值挖掘和流转等方面的研究。这促使各方之间的服务模式和业务范围发生了一系列变化。
2) 航运业存在着高质量发展的内生需求[1-3]。2018年,习近平总书记在视察天津港时强调,“经济要发展,国家要强大,交通特别是海运首先要强起来”。2019年,中共中央国务院印发了《交通强国建设纲要》,为新时代我国海运业高质量发展指明了方向。当前国际形势复杂,贸易情况多变,在这一背景下,节能、增效、提质是行业的共同诉求。
3) 智能船成为关键推动力[4-5]。当前世界已进入“工业4.0”发展时期,我国于2015年5月发布了《中国制造2025》,将海洋工程装备和高技术船舶研制作为十大重点发展领域之一加快推进,这表明在大数据时代背景下,智能船已成为船舶制造与航运领域发展的趋势。随着智能船的设计、建造和投入使用,船舶运营数据库在不断充实,已具备一定量的数据基础。
在该背景下,如何推动航运运营服务体系转型得到越来越多人的关注。招商局能源运输股份有限公司作为国际领先的航运企业,一直致力于相关内容的研究和实践工作。本文对信息化、数字化和智能化[6-7]的具体内涵及意义进行介绍,并总结航运运营服务体系转型方面的一些具体实践,同时提出未来的发展展望。
信息化是指将现实中存在的物理事物通过0-1二进制编码在电子终端呈现。传统船舶在运营过程中存在着大量孤立数据、纸质数据等多源异构离散数据。信息化的目标是实现对所有数据的统一采集、存储和传输,使数据互联互通,是数字化和智能化的基础。船舶是运营数据的重要载体,智能船舶的应用和船岸信息化的构建对于促进航运信息化发展而言至关重要。
当前在使用信息化数据过程中面临着诸多挑战,例如:数据源不规范,数据加工耗时耗力;数据分布杂乱,有价值的数据长期遭受闲置;数据质量评估缺失,造成准确度有偏差;缺乏简易可用的管控工具等。
信息化是数字化转型的第一步,要使数据发挥价值,数字化必不可少。数字化是指基于大量的运营数据,对其进行清洗、处理和建模,通过加工形成数据资产,为数字应用的开发和智能化奠定基础。
智能化是数字化转型的最终目标,主要是指通过应用机器学习、专家知识和优化算法等手段,基于数据开展决策,促进企业节能、增效和提质。将决策机制模型化之后,直接指挥执行单元,执行单元接到指令之后可自动执行,从而降低管理人员决策的难度,提高决策效率。
国外很早就已开始进行信息化研究,同时在数字化和智能化方面也开展了一系列研究工作。2012年,日本船舶配套协会和日本船级社等多家单位联合开展了“智能船舶应用平台”项目研究,形成了产业联盟和智能船舶底层数据方面的国际标准。2018年,挪威康士伯公司推出了基于云的数字化平台Kognifai,该平台专注于优化数据资源、能源行业和海上作业中数据的分析,同时提供集成模块和子模块,是一种开放的生态系统,用户、供应商和开发商可根据自身需求获取不同的数据,并在现有平台的基础上开发出符合自身需求的新应用。
当前国内已具备信息化发展的能力,并已在数字化和智能化方面有所突破。例如,上海船舶研究设计院基于“智能船舶1.0研发专项”,研发了船岸一体化的数字化营运支持系统(Digital Operation Support System, DOSS),能为船东提供一套全新的船舶数字化解决方案,逐步实现面向营运管理的船岸协同数据分析服务。国内的大型航运公司(如招商局能源运输股份有限公司)已形成一定规模的智能船船队,正在建设船舶岸基管理平台,通过船端数据汇集打通船岸实时互通渠道,构建船岸协同的船队管理模式。
信息化、数字化和智能化是企业数字化转型的3个重要阶段。近年来,招商局能源运输股份有限公司致力于航运运营服务体系数字化转型研究,已全面完成信息化,初步实现了数字化,并在智能化方面开展了丰富的实践。下面就一些案例进行简单介绍。
基于“智能船舶1.0研发专项”,在船端完成了对数据的统一采集存储,实现了“平台+智能应用”的模式,形成了2型4艘示范船,促进了船端的信息化、数字化和智能化发展。岸基的数字化中心和应用中心与智能船舶相结合,形成智能船舶船岸信息系统(见图1),是助力岸基数字化转型,推动行业发展的关键一环。
图1 智能船舶船岸信息系统
智能船舶船岸信息系统在船基部署了网络信息平台系统,在岸基部署了岸基管理系统,能实现数据统一采集、存储、传输和可视化等功能,初步打通了各业务系统间的数据接口,可有效连接各环节的业务数据。该系统具有以下特点:
1) 数据采集。采用统一通信协议进行全船数据采集,采集维度涉及船体、设备、环境、货物和人员等,数据种类包括结构化数据和非结构数据等。
2) 船岸传输。面向船岸安全和节流传输的需求,针对结构化数据和非结构数据的特点进行船岸数据传输压缩和加密,打通船岸链路。
3) 数据存储。面向船队级结构化和非结构数据存储需求,以及数据应用查询计算需求,设计实现数据库,划分冷热数据,保障数据库的性能,实现数据高效存储。
4) 数据可视化。运用一系列计算分析工具和报表工具等,实现所有接入数据可视化。
智能船舶船岸信息系统的建设和应用使得船岸数据实现了互联互通,同时实现了我方与第三方之间的数据分发,以及信息化建设。目前招商局能源运输股份有限公司已形成一定规模的智能船队,为后续数字化、智能化工作的推进奠定了基础,为营运模型转型提供了基础技术条件。
信息化实现了数据的汇集和存储,而要使数据真正发挥价值,使其与物理世界一一对应,具备较强的可信度和可靠度,数字化是必不可少的一环。对此,构建营运数据中台,通过开展数据管理,保障数据的可信度和可靠度,并处理得到有价值、有信息的数据;通过面向业务构建相应的数据模型,为业务的开展和分析奠定基础。
3.2.1 数据管理[8-13]
数据管理的目的是使数据的使用者能清楚地认识数据与数据之间的关系,进而用好数据;使数据应用的管理者能洞察数据、应用和系统之间的复杂依赖关系,进而管理好数据。数据管理涉及的主要内容见图2。
1) 数据标准管理:保障数据的内外部使用和交换一致性的规范性约束。
2) 元数据管理:元数据是描述数据的数据,可根据用途的不同分为技术元数据、业务元数据和管理元数据。
3) 主数据管理:协调和管理与企业的核心业务实际相关的系统记录数据。
4) 数据质量管理:保障数据应用的基础,包括完整性、规范性、一致性、准确性、唯一性和时效性。
5) 数据安全管理:制订体系化的安全策略、措施,全方位进行安全管控。
6) 数据备份:定期对数据进行压缩备份。
3.2.2 数据模型
构建面向业务分析和应用开发使用的数据模型,满足联机事物处理(On-Line Transaction Processing,OLTP)和联机分析处理(On-Line Analytical Processing, OLAP)的使用需求,使得数据具有业务属性,能更加高效地得到应用。该数学模型包括概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型。
数据中台的构建打通了业务与数据之间和虚拟世界与物理时间之间的通道。通过构建数据中台,能不断地提升数据质量,实现数据互联互通,提高获取数据的效率,保证数据安全合规,实现数据价值持续释放。
招商局能源运输股份有限公司在智能化方面开展了一系列实践工作,有力推动了营运管理的节能、增效、提质。下面以运用智能化手段实现脱硫塔安装前后电力负荷和辅机油耗优化为例进行说明。
为满足MARPOL公约附则VI条款14.1.3的要求(即从2020年1月1日起,全球范围内实施船用燃油硫含量不超过0.50% m/m的规定,或采用满足等效要求的替代措施),招商局能源运输股份有限公司的2艘40万t船“明远轮”和“明卓轮”分别于2019年10月和2019年11月加装了脱硫塔,以达到去除废气中的硫化物的目的。并于2020年1月1日起长期使用脱硫塔。
船舶加装脱硫塔之后势必会对船舶的电力负荷和辅机油耗产生影响。为降低船舶在脱硫塔运行期间的能耗,关键是调整脱硫塔相关参数,在确保满足排放的各项指标要求的前提下,维持最佳的除硫洗涤水量。
依靠数据分析技术,可准确统计实际的运营数据。图3为优化前后辅机总负荷对比。以脱硫塔初次安装运行之后的1月份航次和优化完成之后的3月份航次的数据为例,经过对比,辅机总负荷由原先的平均约1100kW降至平均930kW,辅机运行数量也由2台变为1台。不仅如此,减少辅机运行之后的维护保养费用也大幅减少,包括每年可节省辅机滑油约2000L,每年可减少辅机吊缸检修次数0.7次。由此可看出,经过优化之后,船舶在航行过程中能大幅度减少电力负荷消耗和辅机保养工作,在节省燃油的同时减少备件消耗,有效实现节能减排、开源节支的目标。表1为脱硫塔优化前后的效益对比。
图3 优化前后辅机总负荷对比
表1 脱硫塔优化前后的效益对比
当前,航运业对信息化、数字化和智能化的应用及相应运营模式的转型还处在探索和试点实践阶段。对于未来的发展趋势,提出以下展望。
1) 智能船的应用规模将不断扩大,自主化能力将得到不断提高。智能船作为数据链路中的关键一环,将得到更多的重视,应用规模将不断扩大。同时,智能船的智能化水平和自主化能力将得到不断提高。
2) 推广数据共享、应用集成标准形成行业标准。产业链内各方的联系将更加紧密,数据共享和应用集成等一系列行业标准的形成将更有助于行业的健康有序发展。
3) 产业链的营运模式将重塑。基于数据和智能化技术,产业链营运模式将重塑,船东、设计方、建造方、配套厂家、营运公司和检验机构等相关利益方依托营运数据形成各自的技术迭代及应用服务,逐步构建和完善智能船舶发展生态体系。
本文对信息化、数字化和智能化推动航运运营服务体系转型进行了讨论,系统性地介绍了信息化、数字化和智能化的内涵及区别,介绍了国内外的研究和招商局能源运输股份有限公司在信息化、数字化和智能化方面的一些具体实践案例,包括智能船舶船岸信息系统、营运数据中台及脱硫塔安装前后电力负荷和辅机油耗的优化等。同时,就未来航运运营服务体系的发展给出了展望。
信息化、数字化和智能化是未来航运运营服务体系实现高质量发展的必由之路,须业内从业者共同推动。