陸嘉明， 李承祖

（上海船舶運輸科學研究所，上海200135）

0 引 言

改革開放以來，我國的航運業(yè)、造船業(yè)從規(guī)模上而言，取得了舉世矚目的成就，已躍居世界前列。作為一個重要的方面，船舶機艙自動化技術也同步得到顯著發(fā)展。

按照一般的概念，船舶機艙自動化系統(tǒng)主要包括主機遙控系統(tǒng)、機艙監(jiān)測系統(tǒng)和電站監(jiān)控系統(tǒng)，是當代船舶的基本配套設備。延伸開發(fā)的相關系統(tǒng)，如主機工況檢測系統(tǒng)等，廣義地說，也可歸入船舶機艙自動化范疇，但使用的船舶較少，通常并不相提并論。因此，所提及的船舶機艙自動化系統(tǒng)僅限于上述三系統(tǒng)。

中國船舶機艙自動化的發(fā)展可歸納為學習嘗試階段、實船應用階段、技術提高階段和產(chǎn)業(yè)落地階段，基本保持與世界技術水平的同步發(fā)展，并在自建船舶核心裝備的配套中具有代表性。值此建所50周年之際，回顧總結我國船舶機艙自動化的演進歷程，以促進今后更好更快地發(fā)展。

1 學習嘗試階段

自動控制技術在船舶上應用的歷史相當長遠，但嚴格意義上的船舶機艙自動化技術的出現(xiàn)則在20世紀60年代。當時德國和日本先后提出全船自動化的概念并進行了實船開發(fā)。1961年11月，日本建成了8 000噸級的“金華山丸”，首次裝備機艙集中監(jiān)視報警和主機遙控裝置，機艙只需1人值班，船員總數(shù)減少到37人。此船起了很好的示范作用，帶動了船舶機艙自動化技術研發(fā)的熱潮。20世紀60年代中期以后，船舶機艙自動化進一步向無人值班機艙發(fā)展，形成了比較完善的自動檢測、監(jiān)視、報警、故障保護、自動切換、自動調節(jié)、自動控制、駕駛臺主機遙控以及駕駛臺、居住艙與機艙之間的呼喚、通信報警等系統(tǒng)，進一步減少了船員的配置，裝備此類系統(tǒng)的船舶一般只要配備22～30名船員即可。這一時期，機艙自動化技術已經(jīng)能夠實船使用，因而世界各主要船級社開始將其相關內容納入入級規(guī)范。

1966年法國建造了汽輪機推進的油輪Dollabella號首次使用了電子計算機，開創(chuàng)了船舶機艙自動化技術的新局面。

20世紀70年代中期，市場上出現(xiàn)了商品化的船舶機艙自動化系統(tǒng)，標志著船舶機艙自動化技術開始進入實船推廣階段。

在交通部的領導和支持下，我國航運部門和相關科研部門密切關注國際船舶機艙自動化技術的發(fā)展動向，并自20世紀60年代中后期起步研發(fā)船舶機艙自動化系統(tǒng)。雖然當時的基礎條件比較差，但研發(fā)工作還是取得了顯著的成果。

1978年，上海船舶運輸科學研究所成功研制了我國首套船舶主機遙控系統(tǒng)，并安裝在萬噸級貨輪“長順”輪實船使用。此后又于1982年將“長順”輪成功改造為36 h機艙無人值班自動化船，標志著我國已經(jīng)掌握了船舶機艙自動化系統(tǒng)的核心技術?！伴L順”輪機艙自動化系統(tǒng)研制期間，我國基礎工業(yè)和元器件水平與國外有很大差距，保證系統(tǒng)性能的突破遇到很大挑戰(zhàn)，所以該項成果充分體現(xiàn)了我國科技人員不怕困難、勇于創(chuàng)新，趕超國際先進水平的創(chuàng)新精神。該項成果曾榮獲國家科技進步二等獎和交通部優(yōu)秀科技成果一等獎。

微型計算機于20世紀70年代中期出現(xiàn)，預示了控制技術新時代的到來。到了80年代，微機的處理能力達到了空前的高度，已經(jīng)能夠適應船舶機艙自動化的要求，開始取代小型計算機承擔系統(tǒng)處理和控制任務。我國的船舶機艙自動化研發(fā)人員緊跟技術的發(fā)展潮流，出現(xiàn)了船舶機艙自動化系統(tǒng)微機化的開發(fā)熱潮。然而事情并非預想的那么順利。當時國內生產(chǎn)銷售的微機用于船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)，雖然在實驗室里能夠正常運行，但到了船上卻常常失去控制，無法實際使用。為了解決這個難題，我國的研發(fā)人員進行了多方努力并取得突破。1985年由上海船舶運輸科學研究所研制的CJBW型船用中文CRT（Cathode Ray Tube）機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)通過交通部主持的技術鑒定并先后獲得國家科技進步三等獎、交通部優(yōu)秀科技成果二等獎和上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品一等獎，該系統(tǒng)為中國首套符合實船條件的微機機艙監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是根據(jù)船舶機艙的環(huán)境特點和機艙監(jiān)控的規(guī)范要求專門開發(fā)，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都加入了有力的抗干擾措施和容錯技術，保證了系統(tǒng)在強干擾情況下的穩(wěn)定運行。此外，該系統(tǒng)在結構和工藝上還采取了多項措施以滿足船舶電氣設備的規(guī)范要求，其技術性能指標在國內處于領先地位，達到同時代的國際先進水平，使我國船舶機艙自動化技術前進了一大步。

2 實船應用階段

適合船舶條件的專用微機的開發(fā)，成功打通了船舶機艙自動化系統(tǒng)推廣的瓶頸，我國船舶機艙自動化進入了大范圍推廣應用階段。

早期的船舶機艙自動化系統(tǒng)多采用小型計算機作為處理器，體積龐大，維護不便，可靠性也較低，且價格較高，應用范圍受到很大限制。而以我國當時的計算機工業(yè)水平，尚無法提供滿足船舶機艙自動化系統(tǒng)使用的小型計算機，所以前述的“長順”輪機艙系統(tǒng)都是基于通用邏輯電路的設計，并未采用計算機技術。因此具有自主知識產(chǎn)權的船用微機的成功開發(fā)，成為我國船舶機艙自動化系統(tǒng)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的轉折點。

20世紀80年代中后期，國產(chǎn)船舶的機艙自動化主要是把機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)批量應用于各類船舶，僅上海船舶運輸科學研究所的產(chǎn)品就裝備了數(shù)百艘船，為保障船舶運行安全與提高運行效率做出了貢獻。

另一方面，根據(jù)海軍新型艦艇建設的需求，上海船舶運輸科學研究所研發(fā)了一系列相關的關鍵技術，攻克了多項技術難點，包括：汽輪機發(fā)電機組與柴油機發(fā)電機組并車控制技術，解決了在并車運行時汽輪機與柴油機動力特性的協(xié)調問題；船舶多柴油主機并車控制技術，解決了柴油主機并車運行時的負載平衡問題等。極大地推動了機艙自動化系統(tǒng)的自主創(chuàng)新和完整配套，特別是主動力推進系統(tǒng)的控制技術和電站系統(tǒng)的控制技術等。

3 技術提高階段

20世紀90年代以來信息技術滲透到各個技術領域，船舶機艙自動化系統(tǒng)逐漸向網(wǎng)絡化發(fā)展。我國船舶機艙自動化領域的研發(fā)人員也在這方面作出了努力并且取得了一定的成果。

1993－1994年上海船舶運輸科學研究所率先研制了基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的船舶自動化系統(tǒng)，并成功運用于各類船舶。該系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡結構，較好地解決了實時性要求與多終端要求并存的需求。這種結構體系切合船舶實際，配置比較靈活，為其后的多種設計方案所沿用，幾乎成為“標準”架構。

船舶信息系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)融合為一個系統(tǒng)的趨勢逐漸明顯，綜合語音信息系統(tǒng)（Integrated Voice－Messaging System，IV MS）和人際傳信系統(tǒng)（Inter－Personal Messaging System，IPMS）是典型的實例。帶來的問題是系統(tǒng)信息流量的顯著加大，對上層網(wǎng)絡的容量提出新的要求。上海船舶運輸科學研究所在研制某船的電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)了25 000個測點0.5 s刷新速率的數(shù)據(jù)傳輸，是我國船舶機艙自動化系統(tǒng)中結構最復雜、數(shù)據(jù)容量最大、技術難度最高的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)首次采用IPMS架構技術；首次采用雙冗余高速交換式工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結合的網(wǎng)絡技術；首次采用集中式與分布式相結合的大容量實時數(shù)據(jù)庫技術；首次采用標準的過程控制接口OPC（OLE f or Process Control）技術；首次采用嵌入式操作系統(tǒng)Vx－Wor ks與Windows操作系統(tǒng)相結合的跨平臺技術等。該系統(tǒng)是國內首次通過第三方軟件確認測試的機艙監(jiān)控系統(tǒng)。該項成果為大容量IV MS和IPMS的開發(fā)打下了良好的基礎。

4 產(chǎn)業(yè)落地階段

近年來，我國船舶機艙自動化技術取得了較快的發(fā)展，但是與國際先進水平相比還有明顯的差距，主要是產(chǎn)品的商品化程度不夠，表現(xiàn)為結構的硬件模塊化程度較低，軟件基本上還停留在“一機一開發(fā)”的狀態(tài)，且結構工藝不夠完善，界面較為單調。因此系統(tǒng)的配置效率較低，客戶端響應較慢，制造維護成本較高，且品牌效應差等。

為了推進商品化進程，需要強化系統(tǒng)設計的模塊化和單元模塊的系列化。軟件也同樣要建立通用的基本構架和基本的結構模塊，建立資源庫。一個可行的方案是開發(fā)專用的組態(tài)軟件，使產(chǎn)品系統(tǒng)的軟件開發(fā)簡化為適應性的軟件配置。

船舶機艙自動化技術的發(fā)展得到了國家的重視和支持。早在1996年國家發(fā)改委（原為國家計委）即批準依托交通部上海船舶運輸科學研究所建設船舶運輸控制系統(tǒng)國家工程研究中心。該項目利用世界銀行貸款引進國際上的先進設計、制造設備，形成了比較完整的船舶機艙自動化系統(tǒng)研發(fā)和中試環(huán)境，并于2002年通過驗收，近十年來為船舶機艙自動化系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)落地提供了基礎。

工信部國防科工局為進一步提高我國船舶機艙自動化產(chǎn)品的配套能力，安排了科研資金開展專題攻關，主要用以解決船舶機艙自動化系統(tǒng)的主機遙控系統(tǒng)、機艙監(jiān)測系統(tǒng)和電站監(jiān)控系統(tǒng)的技術升級和產(chǎn)業(yè)落地問題。

5 結 語

在學習國外先進技術的基礎上，走自主開發(fā)之路是我國船舶機艙自動化技術發(fā)展的顯著特點。經(jīng)過長期不懈的努力，取得的成果也是不容置疑的。然而迄今為止，國產(chǎn)的船舶機艙自動化系統(tǒng)雖有少量出口，但在大型遠洋船舶市場上還未能與國外廠商形成競爭格局。究其原因是多方面的。技術上的差距是一個方面，但更多、更重要的還有商業(yè)上的原因。今后的目標是力爭通過技術和商業(yè)的協(xié)同運作迎來我國船舶自動化的更大發(fā)展，為中國真正成為世界造船強國作出應有貢獻。