薛佳

基于技術(shù)進(jìn)步視角研究艦船機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展方向

薛佳

（南通太平洋海洋工程有限公司，江蘇南通226000）

計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于更多的領(lǐng)域范圍之中，衡量艦船先進(jìn)程度的一個(gè)重要的標(biāo)志，已經(jīng)成為了艦船的智能化和自動(dòng)化，并且艦船的管理也漸漸地趨向于自動(dòng)化、智能化以及合理化。艦船機(jī)艙的自動(dòng)控制，艦船數(shù)據(jù)顯示和采集，發(fā)展成為了自動(dòng)化研究的主要方向。文章針對(duì)船艦機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展階段、船艦機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展總的技術(shù)要求及機(jī)艙自動(dòng)化、以及如何實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)艙云計(jì)算監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探究。

船艦機(jī)艙；技術(shù)進(jìn)步；自動(dòng)化

整個(gè)船艦控制系統(tǒng)的核心，是機(jī)艙監(jiān)控，船艦機(jī)艙提供了船艦航行中幾乎所有的動(dòng)力支持。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，船艦機(jī)艙的監(jiān)控技術(shù)逐漸更新，船艦的現(xiàn)代化程度也逐漸的提升，集中自動(dòng)控制系統(tǒng)促使船員只需在監(jiān)控室就可以判斷機(jī)艙的各項(xiàng)指標(biāo)是否正常。

1 船艦機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展階段

自動(dòng)化船艦機(jī)艙興起于上世紀(jì)50、60年代之前，那時(shí)只有機(jī)艙的個(gè)別設(shè)備進(jìn)行了單機(jī)自動(dòng)控制。隨后，船艦自動(dòng)化技術(shù)取得了較為快速的發(fā)展，可靠性指數(shù)逐漸提升，系統(tǒng)功能也逐漸完善，在很大程度上顯示它在船艦上所具有的重要作用。模擬控制系統(tǒng)階段及分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)階段，就是之前經(jīng)歷的主要階段。之后，各主要的航運(yùn)國(guó)家建立船艦管理中心和操縱中心，發(fā)展集成駕駛系統(tǒng)，組成船岸一體化網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)船隊(duì)控制系統(tǒng)。前些年出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)型船艦集中控制系統(tǒng)，體現(xiàn)出了當(dāng)下世界上先進(jìn)的技術(shù)水平，近幾年實(shí)現(xiàn)了機(jī)艙監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

2 船艦機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展總的技術(shù)要求及機(jī)艙自動(dòng)化

2.1 船艦機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展總的技術(shù)要求

應(yīng)當(dāng)具有完善的自診斷和自檢的能力，要方便使用、設(shè)計(jì)、培訓(xùn)和管理，要采用統(tǒng)一系列的微機(jī)控制，電子元件應(yīng)該盡可能多的采用高質(zhì)量的元器件，以及發(fā)規(guī)模的集成電路，采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟件可便于修改，硬件可視需要結(jié)合、便于更換、擴(kuò)展和維護(hù)。如螺距、轉(zhuǎn)速等重要的參數(shù)，要采用雙傳感器，要滿足有關(guān)軍用規(guī)范和國(guó)家，以及艦船環(huán)境條件的要求，要采用高質(zhì)量的不間斷的電源，要軟件固化，盡可能的用硬件支持軟件，中心站和分站都應(yīng)該是帶有人機(jī)對(duì)話插座的，從而方便修改、調(diào)整報(bào)警設(shè)定值，以及控制程序曲線等。

2.2 機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)

在上世紀(jì)80年代的時(shí)候，無人值班機(jī)艙已經(jīng)成熟，在此之后的十多年的時(shí)間中，機(jī)艙自動(dòng)化只是在器件上進(jìn)行了更新，并沒有在其功能上發(fā)生多大的變化。從上世紀(jì)90年代以來，網(wǎng)絡(luò)化就是機(jī)艙自動(dòng)化所取得的最大的進(jìn)步，機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)所采用的是分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要的依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制方面的成功應(yīng)用，并且出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這樣混合式的機(jī)艙自動(dòng)化。關(guān)于柴油機(jī)故障與診斷以及工況分析和檢測(cè)系統(tǒng)方面的研究，雖然有各式各樣的產(chǎn)品，但是技術(shù)難度大、系統(tǒng)復(fù)雜，很難會(huì)見到實(shí)用的產(chǎn)品。伴隨著專家系統(tǒng)和人工智能技術(shù)的引入，就有了非?？斓难芯窟M(jìn)展。而由硬件和軟件所組成的艦船機(jī)艙檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，監(jiān)控機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控軟件模塊，以及智能節(jié)點(diǎn)模塊內(nèi)部和處理和采集程序模塊，就是系統(tǒng)軟件的組成部分；而硬件部分的組成，主要是通信電纜、主服務(wù)器、打印機(jī)、專用鍵盤、監(jiān)控顯示計(jì)算機(jī)、延伸報(bào)警板等組成。

2.3 艦船機(jī)艙自動(dòng)化存在難題

2.3.1 艦船故障分析和預(yù)報(bào)管理系統(tǒng)

對(duì)于艦船設(shè)備故障，人工智能技術(shù)的應(yīng)用在其中起到了很大的價(jià)值作用，而其故障的表現(xiàn)是錯(cuò)綜復(fù)雜的，但是人工智能技術(shù)仍然沒有解決艦船故障預(yù)報(bào)的問題。

2.3.2 艦船航跡控制

因?yàn)榕灤容^容易受到風(fēng)浪流和模型參數(shù)攝動(dòng)對(duì)其所產(chǎn)生的干擾影響，而艦船運(yùn)動(dòng)又呈現(xiàn)出長(zhǎng)時(shí)滯、大慣性以及非線性等特征，并且艦船動(dòng)力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)又具有著典型的不完全驅(qū)動(dòng)特性，所以控制艦船航跡是非常困難的。

2.3.3 岸船一體化系統(tǒng)

這樣系統(tǒng)的真正實(shí)現(xiàn)，需要海上通訊衛(wèi)星的問題得到解決，全船自動(dòng)化技術(shù)相當(dāng)?shù)某墒?，以及航運(yùn)公司的艦船管理和其相互的適應(yīng)。除此之外，此系統(tǒng)還要和國(guó)內(nèi)外有關(guān)業(yè)務(wù)公司信息相通，和信息高速公路相連。

2.3.4 艦船自動(dòng)避碰決策系統(tǒng)

近些年自動(dòng)避碰決策系統(tǒng)，還沒有真正的進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)，雖然取得了一定的進(jìn)展，而尚沒有有效解決的，特別是在受限水域中多船的避碰問題。

3 實(shí)現(xiàn)艦船機(jī)艙云計(jì)算監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

3.1 艦船機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的需求

整個(gè)艦船控制系統(tǒng)的中心，就是對(duì)機(jī)艙的監(jiān)控管理，艦船機(jī)艙提供了整個(gè)艦船航行中所需要的控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)等各種的動(dòng)力等所需要的全部能量，而現(xiàn)代的艦船管理中機(jī)艙的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。在一般的情況下而言，動(dòng)力設(shè)備參數(shù)和控制過程主要的是自動(dòng)的調(diào)整系統(tǒng)；而主輪機(jī)系統(tǒng)，主要的是負(fù)責(zé)提供動(dòng)力的；機(jī)艙電力設(shè)備控制系統(tǒng)和監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，這些都是一般用途的艦船機(jī)艙所包含的幾個(gè)必備的系統(tǒng)單元。三個(gè)系統(tǒng)之所以對(duì)機(jī)艙的自動(dòng)化監(jiān)控是非常必要的需求，是因?yàn)槠鋮f(xié)調(diào)工作對(duì)艦船的安全航行是非常重要的。

3.2 云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)艦船機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)存在的技術(shù)問題

關(guān)于其所存在的技術(shù)問題，就是元計(jì)算服務(wù)端的有關(guān)軟件的開發(fā)成本相對(duì)較高，應(yīng)用是比較缺乏的；而船岸通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)性和穩(wěn)定性的要求是比較高的，其成本也是比較高的；機(jī)艙各項(xiàng)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量是非常大的，而且其數(shù)據(jù)的采集變量也比較多，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速度形成一定的挑戰(zhàn)。

3.3 艦船機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)總結(jié)及展望

通過分析艦船機(jī)艙需求，為艦船機(jī)艙智能化的監(jiān)控提供了一種全新的發(fā)展思路的，就是初步的設(shè)計(jì)了云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的機(jī)艙狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，所以再次之后的發(fā)展方向，就是提升整個(gè)監(jiān)控體系的數(shù)據(jù)處理能力和傳輸速度，充分的優(yōu)化云計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)，最大限度的減輕船員的工作負(fù)擔(dān)，充分的挖掘監(jiān)控所獲得的大數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)艙故障自動(dòng)診斷處理和實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警，減低事故的發(fā)生率，加快故障排除速度。不僅如此，伴隨著通信技術(shù)的發(fā)展，和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的艦船系統(tǒng)采用了更加智能化的控制手段，對(duì)整個(gè)的艦船航運(yùn)的事業(yè)起到了巨大的推動(dòng)作用。

4 結(jié)束語

基于技術(shù)進(jìn)步視角，關(guān)于艦船機(jī)艙自動(dòng)化的發(fā)展方向，為了統(tǒng)一全船協(xié)調(diào)指揮，提升自動(dòng)化控制的能力，全船主要系統(tǒng)和未來的艦船自動(dòng)化聯(lián)機(jī)聯(lián)網(wǎng)，借助數(shù)據(jù)傳輸傳遞信息，統(tǒng)一控制和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了高度的計(jì)算機(jī)化和電子化。有效的改善各種系統(tǒng)性能的有效性提升，實(shí)現(xiàn)智能化、自適應(yīng)一系列非常復(fù)雜的控制功能。光纖通信作為一種新型的信號(hào)傳輸?shù)氖侄?，以及其所具有的非常?yōu)良的信號(hào)傳輸?shù)奶匦?，自?dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸光纖化是必須要考慮的，促進(jìn)艦船機(jī)艙自動(dòng)化發(fā)展和進(jìn)步。

[1]侯馨光.上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)的新進(jìn)展[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2012，（02）：4-15.

[2]李賀.船舶機(jī)艙自動(dòng)化設(shè)備的配置及監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2013，（02）：57-59.

[3]吳宏，方雄偉.一種艦船機(jī)艙多功能數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)航海，2013，（03）：41-45.

[4]吳杰長(zhǎng)，蘇攀，郝佳.TTCAN總線應(yīng)用于船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性建模仿真及優(yōu)化[J].中國(guó)造船，2015，（01）：203-209.

Research on the Development Direction of Ship Engine Room Automation Based on Technology Progress

XUE Jia
（Nantong Pacific Ocean Engineering Co.，Ltd.，Nantong Jiangsu 226000，China）

With the development of science and technology information society，computer technology has been widely used in more fields，a measure of an important symbol of the advanced degree of ship，the ship has become the intelligence and automation，and ship management also gradually tend to automation，intelligent and rational.The automatic control of ship engine room，the display and acquisition of ship data，has become the main direction of automation research.This article is based on the perspective of technological progress，the development direction of the ship engine room automation is explored.

ship engine room automation；technology progress

U663

A

1672-545X（2017）02-0278-02

2016-11-22

薛佳（1984-），男，江蘇南通人，工程碩士，工程師，研究方向：船舶電氣。