浅谈船舶电气自动化

浅谈船舶电气自

动化现状及发展

趋势

刘承民

都基盛

高

飞

刘

昆

（大连船舶重工集团有限公司）

前言

：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。

关键词：

船舶

自动化

发展趋势

概述

船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干

/

液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干

/

液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。

1

、船舶自动化的构成

船舶自动电站（船舶馈电中枢系统

PMS

）。

机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。

主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。

船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。

干

/

液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。

通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、

GPS(DGPS)

、自动识别系统等。通讯系统：卫通、

VHF

电话、桥搂值班报警系统、

GMDSS

等。按照

DNV

入级符号分为：

NAUT-OC

（大洋一人驾驶）、

NAUT-AW

（所有海域一人驾驶）、

NAUT-OSV

海洋工程船一人驾驶）

冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)

）。

2

、船舶自动化的作用

船舶自动化能够帮助船员在海上航行过程中

,

对机械场所的设备、航行设备的监测与控制，以及船舶实施装卸载过程中的监测管理与控制。船舶航运界在实践中不断认识到，船舶自动化能够帮助实现节能、降低成本、提高工作效率和保障船舶安全航行。另外，船舶自动化程度越高，越能使船舶的主要机电设备处于最佳运行状态，在机电设备出现异常时能及时发现预警并及时排除险情，而且船舶自动化系统能够根据险情的严重程度，控制船舶推进器降速、停车，控制船舶航行，从而降低船员的劳动强度和保障了船舶海上航行的人命安全，而且维修费用也大幅度下降。因此，提高船舶的自动化水平一直倍受航运界的关注和青睐。

3

、船舶自动化的发展概况

自二十世纪

30

年代初至今，控制理论发展约有

80

年历程，专家学者认为“前

30

年历程为经典控制理论发展和成熟阶段，中间

30

年为现代控制理论形成与发展阶段”，后

20

年为智能控制理论的发展与成熟阶段。预测再经

20

年后是未来智能控制理论的行成与发展阶段。

4

、船舶自动化的现状

4.1

随着数字化技术和总线技术的持续发展，船舶各设备、各系统的自动监测控制从单一的设备和单一的系统自动化已经成熟的发展成高度集成化、高度综合集成化自动监测与控制。目前的船舶自动化还是以有线网络技术为主，普遍应用的是现场总线和以太网并存的网格技术。不论是哪种技术，在中国，船舶自动化技术的现状凸显无力，不能满足本土船舶工业发展的需求。

4.2

我国的船舶自动化配套企业技术实力相当薄弱，在船舶制造企业中备尝辛酸地开拓船舶市场的准入，不能使船舶自动化产品快速有效获得市场实践经验的积累，来促进产品技术水平与质量的浅谈船舶电气自

动化现状及发展

趋势

刘承民

都基盛

高

飞

刘

昆

（大连船舶重工集团有限公司）

前言

：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。

关键词：

船舶

自动化

发展趋势

概述

船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干

/

液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干

/

液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。

1

、船舶自动化的构成

船舶自动电站（船舶馈电中枢系统

PMS

）。

机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。

主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。

船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。

干

/

液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。

通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、

GPS(DGPS)

、自动识别系统等。通讯系统：卫通、

VHF

电话、桥搂值班报警系统、

GMDSS

等。按照

DNV

入级符号分为：

NAUT-OC

（大洋一人驾驶）、

NAUT-AW

（所有海域一人驾驶）、

NAUT-OSV

海洋工程船一人驾驶）

冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)

）。

2

、船舶自动化的作用

船舶自动化能够帮助船员在海上航行过程中

,

对机械场所的设备、航行设备的监测与控制，以及船舶实施装卸载过程中的监测管理与控制。船舶航运界在实践中不断认识到，船舶自动化能够帮助实现节能、降低成本、提高工作效率和保障船舶安全航行。另外，船舶自动化程度越高，越能使船舶的主要机电设备处于最佳运行状态，在机电设备出现异常时能及时发现预警并及时排除险情，而且船舶自动化系统能够根据险情的严重程度，控制船舶推进器降速、停车，控制船舶航行，从而降低船员的劳动强度和保障了船舶海上航行的人命安全，而且维修费用也大幅度下降。因此，提高船舶的自动化水平一直倍受航运界的关注和青睐。

3

、船舶自动化的发展概况

自二十世纪30年代初至今，控制理论发展约有80年历程，专家学者认为“前30年历程为经典控制理论发展和成熟阶段，中间30年为现代控制理论形成与发展阶段”，后20年为智能控制理论的发展与成熟阶段。预测再经20年后是未来智能控制理论的行成与发展阶段。4、船舶自动化的现状

4.1

随着数字化技术和总线技术的持续发展，船舶各设备、各系统的自动监测控制从单一的设备和单一的系统自动化已经成熟的发展成高度集成化、高度综合集成化自动监测与控制。目前的船舶自动化还是以有线网络技术为主，普遍应用的是现场总线和以太网并存的网格技术。不论是哪种技术，在中国，船舶自动化技术的现状凸显无力，不能满足本土船舶工业发展的需求。

4.2

我国的船舶自动化配套企业技术实力相当薄弱，在船舶制造企业中备尝辛酸地开拓船舶市场的准入，不能使船舶自动化产品快速有效获得市场实践经验的积累，来促进产品技术水平与质量的

4.8

我们自问，在中国能不能有船舶自动化配套企业自信地站出来，告诉船厂和航运界人士：“我国的船舶自动化设备不需从国外进口，国内的船舶设备配套企业完全有能力提供具有自主知识产权、高质量的船舶自动化产品，并且能够提供全球范围内的营销、技术服务从而代替进口船舶自动化产品”。就目前的现状可以肯定地回答“没有”。所以，中国的船舶配套业需要加快雄起的步伐。

5

、船舶自动化的发展趋势

5.1

应该清楚地看到各种类型的计算机被广泛应用到各个控制系统中，船舶自动化水平日益提高，使船舶自动化向规模集成化、高速化、和高新技术化方向发展的速度迅猛。通过信号处理技术进行控制、管理和数据通讯处理，在完成系统监控功能外，还能够按不同需求，不断升级，提供友好的人机界面。系统操作简单明了，使船舶控制、监测系统的传输数据技术不断更新，致使控制、监测系统的布线成本降低，大大简化船舶的日常维护工作，提高船舶管理水平，从而敦促船舶自动化设备的必然发展。

5.2

船舶自动化向规模集成化、高速化的发展，人机交换界面将不断的升级优化，在监测预报警、监测与控制、监测与管理、控制与管理的监测信号的采集、数据处理、存储、网格通讯接口

简捷等大型集成化界面设计是船舶自动化广为普及和发展的方向。

5.3

根据照船舶自动化现状分析，未来的船舶自动化设备的发展趋势，必将会朝着智能控制与智能管理方向发展，必将成为船舶配套业中一门新兴的研究领域。“智能控制一词，读者千万不要认为智能控制技术是门新型技术或学科，其实早在20世纪60年代，计算机技术和人工智能技术跨越式发展中，控制学者已经将人工智能控制应用于控制系统。在70年代初，傅京孙等学者就提出了智能控制就是“人工智能与控制理论”的交叉思想。再到80年代，计算机技术到了飞速发展的阶段，促成智能控制取得较好的发展。

5.4

船舶智能控制与管理一个重要发展领域，就是无需在人的干预下能够自主地模拟操作者智能驱动机器实现其目标的自动控制。对于我国船舶行业来说，对“智能控制”一词，也并不陌生，已在21世纪初，在结构化或非结构化的，熟悉或陌生的环境条件下，自主地或与人交互执行人类规定的任务的一种智能机器“智能主机”悄然诞生，并在船舶市场中不断地推广应用，

5.5

智能控制是在系统工程学、运筹学、信息学等学科相结合条件下，建立的适用于各种复杂系统控制理论和技术，也就是模拟人类的智能实施自动控制的研究范畴，是建立在传统的自动控制无法解决的问题和模型严重不确定性研究对象。也可以说基于模型传统自动控制很难解决的问题，现在得以实现，但必须具备足够的关于船舶操纵者的控制策略、受控对象和船舶环境条件及有关知识运用的能力。

5.6

船舶智能化控制与管理就是在传统自动化控制框架下，结合船员对船舶航行控制与管理的策略，实现运筹船舶航行和进出港所采取的对复杂任务自动模拟规划和决策能力控制。诸如：船员在进出港，船舶操纵者利用虚拟仿真技术，依据进出港口的环境条件，虚拟仿真规划进出港口的数据信息输入计算机中，演示船舶进出港控制状态，确立虚拟仿真成立基础上，采用一键控制方式，向智能机器（推进器、舵浆发出前进、倒车，左舵、右舵、左右满舵等）发出指令，实现船舶进出港智能化控与管理；系统还可以通过船长的语音命令、手写命令实施船舶进出港智能控制。

5.7

当今的船舶自动化综合集成控制技术基础非常雄厚，无线电通讯技术在船舶自动化应用领域也非常广泛，专业人士已认识到无线电网络技术应用到船舶运营管理的重要性和可行性，国际上已有诸多企业已经将“船—岸”无线电网络技术走向成熟阶段（简称船岸信息网络技术）。船岸信息网络技术的功能主要是以船舶综合监测控制、管理决策为基础，建立船舶岸站管理信息数据库。将船舶的航行工况、营运管理自动模拟决策者智能及所有信息与岸站数据库共享，使船舶航行规划、装卸货规划，预警船舶性能（浮态、稳性）模拟与高效管理集成，实现“一键功能”。最终构成航运船舶、航运公司、港口监理一体化的“船岸信息网络技术”战略合作式的船舶管理发展前景，着眼本世纪实现全球一体化的船舶航运智能化管理。

5.8

船舶自动化设备已经历昨天和今天，明天将伴随新概念船型的开发和船舶自动化科学技术的进步，以及全球性的节能环保技术的要求不断提高，使船舶自动化、集成化、智能化技术不断升级，船舶推进系统和自动导航系统的集成和智能化控制与管理，来实现自动修正船舶偏离规划航线，减少机、浆、舵频繁启停和船舶尽最大限难度缩短航程和航行时间，实现船舶燃油低消耗、低排放（两

D

）环保船型的目的已不是再梦想。

6

、综述

6.1

据统计

2010

年某一船厂全年交工船舶

32

艘，在交工的船中，船舶自动化系统的设备

100%

进口。这些设备的合同总额最低约合美元

60

万元

/

每船，一年总计

32*60=1920

万美元。保守换算统计，中国每年有约有

4

0～50亿美元用于购买进口的船舶自动化设备。如果拿出全年购买进口船舶自动化设备总费用的

10%

来扶持国内船舶配套企业，研发生产具有竞争力的船舶自动化产品，打入国际市场，那将会带来多大的经济效益，更重要的是会产生巨大牵引力来拉动内需。

6.2

据分析，中国的船舶自动化设备配套业发展比较慢的原因有三：一是配套产业对产品开发缺少按照科学发展观的认识，不能有效组织起产、学、研信息共享的机制。二是每年的投入相对比较散乱，偏激性过强，资源不能有效的共享，不规范化的投入过大，有效的资源被占用，而船舶配套业的专业人才培养和扶持资金缺乏，使船舶自动化产业不能平衡的发展，不能使现有产、学、研及职能部门有效形成合力。三是缺少有组织，有计划走自主创新技术研发激励政策。

6.3

中国的船舶自动化行业发展潜力很大，对拉动中国的内需效益非常丰厚。急需有能够组织协调中国船舶工业南北两大集团的职能部门牵头，并取得中国船级社的服务支撑，共同规范掌控船舶配套设备的研发与制造和质量控制，同时均衡船舶配套业的分布和配套能力的培育，把握协调好有限资源，以市场为导向，产品技术开发以支撑国内船舶工业为纲要，面向世界创新发展，解决好产品研发的技术、设计和管理的问题，通过创新思路开发的新技术、新工艺、新应用不断促进船舶自动化配套业健康的发展。

6.4

从中国现有的船舶自动化产品看，其已具备一定的能力和条件，该是进入规范和加强船舶工业全方位的组织与管理的关键时期，机遇永远是留给有准备的企业，抓住机遇坚持可持续发展，前途无限风光。另外，加大船舶自动化设备的发展战略意义舆论的导向，使国内业界充分认识到，发展船舶自动化系统技术不仅是降低船员的劳动强度、船舶维修费用和保障船舶海上航行的人命安全，而且能够满足船舶节能环保的目的，政府部门会应着力激励国内船舶自动化配套业，高起点地开发船舶自动化技术前沿技术，使中国船舶自动化企业及早挤入全

球领先企业。

6.5

船舶制造业的飞速可持续发展离从没有离开政府的扶持和社会化的合作，在规范化产业链构成和技术水平的提高，助长船舶自动化配套业自主创新能力。同时对我国的船舶自动化配套业提出更高要求，加快船舶自动化设备中长期发展规划，制定相应的政策和激励政策，遵循科学发展观，积极主动开发具有自主知识产权的产品，快速提升产品技术含量和质量，从而促进船舶配套业的整体水平。大力发展国内船舶配套行业会更好地促进造船业的发展，摘掉“船壳大国”的帽子，戴上“船舶强国”帽子。