船舶智慧润滑现状及展望

冯涛，高洁，闫洪振，邓军礼，王海峰，袁学军，王子坚

(1.中国石油润滑油公司特种油事业部，上海 201800；2.中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116031；3.中国石油润滑油公司特种油事业部，北京 100028)

0 引言

现阶段，船舶运输依旧是世界上最高效的运输方式，随着国际贸易的进一步扩大，环保法规及地区性要求对船舶运营要求越来越高，因此如何提升船舶运营效率，增加在航时间，压缩人员管理水平，成为一项重大的研究课题[1-2]。而节能减排等叠加因素影响，让人们更加关注船舶实际的运营能力提升[3]，特别是在COVID-2019的影响下，码头作业时间受限，船员更替受到不同程度影响，这导致船舶在运营时间保障上需要花费更多精力，同时对船舶管理公司而言，需要更高的管理水平，以保障船舶可适应多种复杂的外部情况，并保持船舶的正常运营。

正是基于上述特点，近年来，“无人船舶”、“智能船舶”等概念受到的关注也越来越多，其在我国的发展也处于遍地开花阶段[4-5]，但是多在船体设计，多集中在船舶航线制定、自动装卸、自主驾驶等相关技术上。柳晨光等结合传感、通信、信息、计算机等技术进步的基础上，提出了智能化船舶的特征[6]，特别是在船舶智能化管理与服务方面，未来智能船舶应适应船舶智能化管理要求，包括但不限于货物装卸、航线优化、能耗监控、个性化维修等方面。

但对于船舶运营管理中最关键、最重要的一环，即润滑管理，目前在智能船舶的发展上并没有太多发展。船舶润滑管理，作为船舶管理中最关键、最易实现智能化的环节，也随着智能船舶的发展而逐渐被提上日程。船舶润滑管理所涉及的内容多，链条长，因此如何进行系统化的管理，并最终实现“无人化”管理，成为船舶走向智慧非常关键的一步。

1 船舶润滑技术现状

船舶润滑管理一直以来都是船舶运营管理中的重点工作，由于船舶特点，其设备价值高，设备种类繁多且不可替代，因此对其做好润滑管理就显得尤为重要[7]。其中船舶最主要的设备是船舶主机，使用的油品是气缸油与系统油；其次是船舶辅机，使用船用中速机油；其他关键设备还有空压机(使用空压机油)、分油机(使用齿轮油)、舵机(使用液压油)、艉轴(使用系统油或液压油)。因此需要系统性的对船舶上设备按类别进行区分，并将油品进行细化，确保油品的正确加注。良好的润滑管理，将会为船舶安全运营带来极大的保障。而合适的润滑管理，可有效提升船舶生命周期(见图1)。

图1 船舶生命周期与安全运营

船舶润滑管理的关键点之一是船舶的供应、库存管理。由于船舶流动性特点，随着船舶库存油品的消耗，船舶时常性面对油品的补充。特别对于消耗量大的主机气缸油及系统油和中速机油，需要提前确定供应港口、供应数量及供应时间，并精确计量供应数量。对于集装箱船舶而言，相对较为固定的航线与主机运行时间，为供应的预测提供了一定的便利，但对于工程作业船、散货船及油轮等，其航线不确定和供油操作的特殊要求(特别是油轮)，让润滑油的供应成为船舶润滑管理中最难的点。现阶段，不少船舶由船上轮机长定期上报加油计划，由陆地机务管理者与滑油供应公司沟通加油计划，需要确定的内容包括供应时间、供应数量，以确定具体的供应计划。但若遇到港口变动，或信息沟通不畅，就会导致供应不畅，从而导致船舶油品数量不够而出现影响船舶营运的事故。

船舶润滑管理另一关键点便是油品检测管理。船舶由于其特殊性，需要定期对船舶主机、辅机及艉轴等部位油品进行取样分析，以满足船级社对船舶检查的要求。通常船舶会定期(通常按季度)进行取样，待船舶靠泊码头时将油样送下，并交由实验室进行分析检测，完成检测后，检测结果会通过电话、邮件的形式反馈给船上。整个流程耗时较长，从取样到拿到检测报告，耗时大致10～60 d不等。由于时间的不可控，这对船舶安全运营无形带来了较大的隐患。

船舶润滑管理的另一要点，是设备在用油品的更换与添加。对于需要定期进行更换油品(如船舶分油机、空压机等设备)，油品使用到期后应及时更换，如果船舶上人员管理不到位，极易导致油品超期使用从而出现设备故障。由于存在定期的船舶操作人员轮换，轮换时设备润滑信息易出现因人员交接不当而出现缺失，这对下一位上船的管理人员来讲就会出现信息空白，同样会给设备润滑带来隐患。而对于需要及时补充油品的设备，当设备因消耗而出现油品存量减少时，应及时添加，否则将会出现缺油的问题。对于该及时换油或补充新油的情况不了解同样会造成不良润滑。

船舶润滑档案管理，也是船舶润滑管理的重点工作。船舶润滑档案包括了船舶相关设备信息、设备用油信息、配油表等相关内容。由于船舶运营特点，船舶上船员会定期进行人员更换，每次人员更换时，均需要对现行船舶润滑情况进行交接，以便下一批上船的船员可以依据实际情况对船舶润滑进行相关管理。

船舶润滑管理的另一要点是船舶旧油的回收工作。由于海事法律法规的相关要求，污油不能直接排入水中，需要交由具备环保资质的单位进行处理。对于部分船舶，一些污油可以进行焚烧处理，而大部分时间需要待船舶靠岸后交由专业的废油处理单位进行处理。因此在废弃旧油处理上，船舶同样需要提前做好规划，需要提前沟通好废油回收单位，做好接收处理。

殷勇勤[8]等早在2017年就开发了一套船舶智能润滑系统。其技术特点是使用在线监测+净化的技术，实现油品使用润滑管理。通过对水分、颗粒度、滑油温度、压力的监测，进行在线干预及校正，可实现较为初级的船舶润滑管理。

总之，船舶运营过程中所涉及的润滑油的供应、库存、检测、在用油的更换、添加及废旧油品的回收，均是船舶润滑管理所涉及的内容。上述内容因其工作内容较为繁多，管理要求高。但现阶段，船舶润滑管理在大多数船东公司，对润滑管理还停留在较为初级的水平，很多人的认知还处于“设备可以运转即可”的状态，相关管理水平已经不能满足现阶段的发展需要。

2 船舶智慧润滑关键技术

船舶运营要求高，对油品的供应、使用、售后等方面均有要求。因船舶所涉及设备众多，润滑点比较复杂，所使用的油品种类多，性能要求高，同时对检测及服务要求较多，这对船舶润滑的智慧化提出了较高的要求。船舶智慧润滑需要基于油液在线检测技术、船舶档案动态管理技术，以及基于固定端和移动端的程序设置，实现实时在线管理。因此，为实现“智慧润滑”，需要进行一系列的顶层设计，引入现代化的大数据、物联网等先进技术[6]，并让大部分功能实现自主化操作，减少人员干预，而让船舶实现智慧润滑。

2.1 油液在线监测技术

油液在线监测技术，是实现智慧化润滑的第一步。目前广州机械科学研究院公司设备润滑与检测研究所在这一领域做的工作较为成熟。陶辉[9]等介绍了其对中海油深圳分公司海上钻井平台上开展了一系列的在线实时监测工作。通过对现在设备附以油液监测传感器，将收集的数据进行实时收集，并通过互联网技术，将相关结果实时呈现于本地检测及云端数据中心，可以实时了解油品信息。具体的检测项目包括黏度、水分、介电常数、油液温度、铁磁及非铁磁数量等参数，可实现在线智能监测。

杨慧云[10]等介绍了中国石油润滑油公司于大庆某油田注水泵上应用的在线监测系统。通过对黏度、水分、污染度等关键指标的在线监测，可有效及早发现问题，防止设备润滑出现更大故障。

在线监测技术，可有效摆脱取样、送检、分析等一系列常规耗时耗力的检测流程，设备一旦出现异常立即可以发现，并依据在线数据分析系统给出设备操作建议，以调整设备运行状态，避免出现众大运行事故。而且在线监测应具备实时性，相关数据不仅应支持本地存在与显示，还应及时与云端互联，出现故障时及时引入人工进行干预，将设备故障降至最低。

油液在线监测技术不仅需要实时在线监测油液质量情况，并需要对油液质量变化情况进行预判。根据油液监测结果对设备的运行情况进行诊断，为轮机管理人员提供维修保养依据。通过互联网云端数据共享，岸基管理人员也可以随时查看油品及设备运行情况，并制定油品采购供油方案。

蒋元星[11]等对润滑油检测技术在船上的应用进行了研究，油液监测包括理化性能检测和磨损颗粒检测，通过理化分析将油品的使用情况进行了检测，可以对油品质量进行判断，为客户按质换油提供参考。通过颗粒磨损检测对设备的运行情况进行检测，保障设备的安全运行。

2.2 船舶5G信息传输系统

5G技术是我国最近几年实现的一种新型互联网技术，因其速度快，功耗低等诸多优势，为“万物互联”实现了可能。在实现设备端实时监测后，相应数据应具备云端保存、查阅及分析功能。而实现这一云端功能，则需要船舶具备基础的互联网功能。目前我国正在推行的“万物互联”+5G技术，为这一云端管理提供了可能。彭懿[12]等研究了5G技术在船舶建造中的应用，是一种实质的探索，也为运营船舶实现5G技术提供了一种可能。而现阶段，对船舶实现5G接入，已经有相关研究[13-15]。因此将5G技术成功应用于船舶智慧润滑已经具备可行性。

船舶5G技术的应用可以实现船上操作管理人员与岸基管理人员的互联互通，通过云端数据的联通实现船舶管理的智能化。通过数据互联可以建立船舶运行数据库，建立船舶数据模型预判船舶运行状态并及时维护保养。

2.3 智慧润滑管理系统

对于船舶润滑管理来讲，存在两个层面：软件管理系统与硬件系统。对于软件管理系统，应满足船舶、陆上机务人员、滑油供应商、检测服务商、供应服务商等多方参与的一套软件系统，并包含油液的在线监测功能、供应管理、库存管理、检测管理、换油管理等一系列模块，而这一系列功能的合理配合，方能实现船舶的“智慧润滑”。而一套相对完整的“智慧润滑”管理系统，在软件层面应包括以下相关功能。

(1)润滑档案管理：船舶配油表、检测报告、加、换油记录、供应记录等全部信息进行电子化归档，同步云端存储。

(2)油品库存管理：油量不足时自动发送补油提醒，内容包括品种、数量信息。

(3)船舶供应管理：结合在岸库存及码头供应规定，自动匹配最佳供油码头。

(4)设备换油管理：对于按期换油设备，到期即发送提醒；对于按质换油设备，依据在线监测结果进行油品添加或更换。

(5)船舶检测管理：在未出现异常时，免去油品检测步骤；出现异常时提醒取样分析，并将检测报告云端存储，随时备查。

(6)设备异常管理：设备运行状态跟踪，出现异常时及时发送指令并协助进行综合分析。

(7)在线应答管理：满足船舶技术服务需求。

而在硬件层面，需要对船舶关键设备提供一系列传感器。具体需求见表1。

表1 船舶智慧润滑管理硬件需求

表1(续)

总之，通过建立船舶智慧润滑系统，并借助于现代5G互联网技术，有效将船舶、码头、润滑油仓库等终端进行互联，并将船舶设备用油、换油、加油、检测等过程综合纳入润滑管理系统，并将远程管理与船舶端进行互联网接入管理，整个系统硬件与软件有效配合，即可实现船舶润滑管理的智慧化。船舶智慧润滑系统拓扑结构如图2所示。

图2 船舶智慧润滑系统拓扑结构

通过船舶、码头、滑油仓库等基础单元与云端的智能结合，可为船舶实现智能供应、智能用油管理等一系列“无人化”操作，从而真正实现船舶的“智慧润滑”管理。

3 昆仑润滑构建的智慧润滑管理系统

昆仑润滑是国内最大的集润滑油、润滑油脂研发、生产、销售于一体的专业化公司，拥有国内最全的产品线，其船用油是国内最早开始进行船舶供应服务的润滑油供应商，市场占比近年来稳居国内首位。近年来，随着5G技术的发展，昆仑船用油也一直推动船舶智慧润滑服务。其首创的“船舶云科技二维码”技术，通过将船舶润滑管理与互联网技术相结合，为船舶润滑管理提供了一种新思路。

昆仑船用油为船舶专门搭建了“船用油管理平台”(见图3)，该平台是昆仑船用油结合国内船舶供应实际情况，专门为船舶润滑管理定制的，并可为船舶润滑提供一系列智慧化管理的系统。该管理系统可为单船提供以下几个模块：档案管理、供应管理、订单管理、检测管理、换油管理、在线问诊等，其中船舶端的操作介面见图4。

图3 昆仑润滑管理平台

(a)PC端 (b)手机端

通过该管理平台，可以为船公司提供一系列船舶管理便利，而通过开通单船帐号，润滑管理功能可进一步下放到单一船舶。通过单船登陆平台，可以更加方便地对船舶润滑系统进行管理。

(1)档案管理：对船舶设备及用油信息进行动态化管理：包括船舶设备信息、油品信息及船舶配油表等内容进行数字化记录，并记录在云端，通过云端数据共享技术，船上管理人员及船舶公司岸基管理人员可以随时进行查阅并可对数据进行完善。管理平台还可以实现技术资料的共享，对于船舶管理经常用到的技术资料(产品说明书，MSDS)等，可以在线下载，提高了技术服务的效率。

(2)供应管理：详细记录船舶供应情况，便于船舶进行数据统计，同时供应记录便于船上辨别油品真假。通过船舶运行航线与润滑油公司库存的联动管理，为船舶提供最优的供油推荐方案，可以最大限度的降低船舶的供油费用。

(3)订单管理：船舶可以直接进行下单、查单等操作，方便陆上管理，同时方便船公司与油公司直接对接，避免出现假油问题。

(4)检测管理：实现检测提醒、取样、送检、检测、报告全流程可见；检测报告在线下载，并永久存档。同时可提供数据分析功能，设备磨损情况随时掌握。通过持续跟踪检测数据可以对船舶设备的运行情况进行预判，为船舶的维修保养提供依据。

(5)换油管理：对于定期需要更换油品的设备，提供到期提醒，避免人员交接时出现换油不及时而导致的油品超期使用。

(6)在线问诊：单船可直接进行业务咨询，遇到供应问题、油品技术问题时，可随时联系润滑油厂家，方便进行故障排查。

通过该润滑管理系统，一改过去只通过传统模式进行润滑管理的模式，极大地提升了船舶润滑管理水平，压缩了管理成本。在现阶段船舶管理要求日益高的情况下，为船东客户创造了价值。该管理系统功能如图5所示。

图5 单船润滑管理系统功能(PC及手机端)

目前昆仑润滑已为30多家使用昆仑船用油的客户将近300条船开通了单船管理帐号，就目前的应用情况来看，已取得较好的使用效果。

4 结论及展望

可以预见，船舶行业的发展将会伴随着5G技术的发展迅速起飞。随着相关配套服务技术的发展，船舶润滑管理将会越来越自主化与智能化。

船舶润滑管理智能化的发展，已经由设想走向了现实。通过昆仑润滑为船舶所建立的“管理平台”，可以为船舶润滑管理实现初步的智能化管理，但船舶润滑由初步智慧润滑走向成熟，还需要继续进行5G技术的深入研发及应用，同时相关在线油液监测技术也应同步发展。通过智能化管理，船舶智慧润滑带来的不仅是管理上的提升，更多地是减少设备故障，提升船舶运营时间，并最终实现为船东创造价值。“无人船舶”的最终实现，离不开船舶设计、建造，到港口码头，航道规划，船舶检验等多维度多部门的共同努力。而船舶润滑管理作为“无人船舶”中最易实现的模块，必定会走在前沿。