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智能船舶发展,日本与欧洲殊途同归

2021-10-27 20:261210

目前,智能船舶的发展似乎来到了一个转折点。

一方面,随着自主避碰、自动靠离泊、船舶能效管理系统等典型船舶智能设备系统日趋成熟,零排放自主航行集装箱船Yara Birkeland、自主航行渡轮FALCO号等陆续开展系统测试,智能船舶技术发展迈上了一个崭新高度。

另一方面,智能船舶领域国际规则日益完善,但各国竞争依旧激烈:IMO自主船舶试航暂行导则在MSC 101次会上发布,IMO MASS法规监管范围界定(MASS Regulatory Scoping Exercise)工作在MSC 103次会上完成,ISO 23860 “自主船舶系统相关术语”标准即将以TS(technical specification,技术规范)形式发布,ISO/TC 8/WG 10智能航运工作组内围绕船岸通信、船载网络等领域标准的竞争如火如荼……但总体上,国际法规制定仍滞后于产业发展需求,导致智能船舶产业发展在经济型与可靠性评估、商业场景应用探索等方面遇到瓶颈。

面对上述挑战,日本和欧洲作为智能船舶产业的重要引领者和国际规则制定的强势参与方,其在科研项目设置和技术路线的选择上具有哪些异同?这对于同样谋求智能化转型的中国船舶工业来说具有重要的借鉴意义。

日本,面向2040的全产业链联动

日本智能船舶发展从底层数据通信基础标准出发,总体上遵循自下而上的发展理念。

2014年启动的智能船舶应用平台项目(Smart Ship Application Platform, SSAP),联合27家企业,建立了船舶设备数据的标准化方法,以提高船舶的智能化水平。

依托该项目成果,日本主导制定了ISO 16425《船载设备和系统通信网络布设指南》、ISO 19847《用于现场数据共享的船舶数据服务器》和ISO 19848《船载机械设备的标准数据》三项国际标准,具有较强影响力。

随后,日本不断加大投入推进智能船舶发展。

近期的典型科研项目代表是DFFAS(Designing the future of full autonomous ship,完全自主船舶的未来设计)项目。

该项目由日本财团(Nippon Foundation)发起,将一艘由东京湾至伊势湾航线的小型内航集装箱船“SUZAKU”号作为试验船,在拥挤海域进行长距离无人航行测试试验。

岸基控制中心负责在测试期间对船舶进行远程监控,并在紧急情况下进行远程操作。

据悉,DFFAS项目已于2021年9月初完成了岸基控制中心的建设,计划于2022年2月完成首次示范性试航,2025年实现完全的商业化运营。

DFFAS是日本“无人航行船舶示范试验技术开发共同计划”的一部分,该计划还包含针对智能化大型高速渡船和小型客船的技术开发、无人化技术示范试验、水陆两用无人驾驶技术开发等内容。

本项目最引人注目的是其数目庞大的参研单位,体现了日本推动海事全产业链智能化变革的决心,打造新的产业生态的决心。

项目由日本海洋科学公司(Japan Marine Science)牵头,初始有参研单位22家,现已达到30家。

与以往智能船舶项目聚焦船舶本身不同,DFFAS项目的参研单位囊括了航运、造船、科研机构、海事服务、机械制造商、通导设备制造商等诸多领域的日本企业,甚至包括了日本电报电话公司(NTT)、日本无线电公司(Japan Radio)等通信服务商,显示设备制造商艺卓(EIZO Corporation)、日本气象新闻公司、东京海上日动火灾保险和SKY Perfect JSAT卫星服务公司等。

项目聚焦内航自主船舶的示范应用,同时面向2040年提出了日本海事工业智能化发展的概念图。

目前,日本已完成了对远程控制导航的测试和对自主船舶技术框架的AiP认证。

未来,将重点聚焦基础技术开发、基础设施建设和技术标准化工作,在此基础上开展示范性试航,由小型船舶、内航船舶逐步拓展到远洋船舶,在2040年实现50%内航船舶的自主航行,以解决海员老龄化和短缺等社会性问题,创造新的产业生态,实现可持续发展。

欧洲,面向典型应用场景的重点突破

欧盟的智能船舶研究开始较早。

MUNIN(Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks,智能化及网络支持的海上无人导航系统)项目开始于2012年9月,由德国MarineSoft公司牵头,挪威SINTEF、瑞典查尔姆斯理工学院、挪威Aptomar AS公司等企业和高校参与,旨在建立有关无人船舶的技术框架,同时对其技术、经济和法律法规上的可行性进行评估。

项目以一艘国际水域航行的大型干散货船作为案例,首次提出了无人船舶的概念,并提出囊括高级传感器模块、自主航行系统、自主机器和检测控制系统以及岸上控制中心等几个模块的技术框架。

项目得出结论,由于国际海事法规限制,以及经济性、安全性要求导致的系统冗余等原因,大型长途运输的干散货船并非近期发展自主船舶的最佳船型。

与之对应,欧洲水域内的小型短途运输船舶由于其灵活性更有希望率先应用自主船舶相关技术。

鉴于此,此后欧洲智能船舶重点聚焦内航船舶。

企业研发层面,涌现出Yara Birkeland,AAWA,SvitzerHermod,Falco等一系列代表性工程项目;欧盟层面于2019年6月启动了AUTOSHIP项目,目前仍在进行。

该项目面向一国水域内或达成协议的若干国家之间水域的短途运输船舶开展研究,聚焦近海/内河自主船舶实船开发、功能评估、测试验证方法、示范应用、相关法律法规修订、网络安全、商业模式分析等,为自主船舶的后续发展提供了系统性的规划和支撑。

日本模式与欧洲模式异同?

智能船舶发展的日本模式与欧洲模式并无优劣之分,事实上是各方在本国船舶工业资源禀赋、技术基础和科研管理体制等边界条件下的“最优解”,未来的发展将殊途同归。

应当承认,欧洲与日本的智能船舶发展总体思路存在差异。

日本由于其对国内船舶工业的资源调动和整合能力较强,因此得以从船载网络、数据交互、船岸通信等底层标准出发,首先解决相关信息基础设施的统一和协调问题,而后自下而上推动行业智能化转型,从SSAP项目到DFFAS项目研究目标的变化即可印证这一思路。

反观欧洲,由于受到地理环境、资源禀赋和管理模式的影响,船舶工业产业链相对分散,在智能船舶发展初期并不具备直接统一相关底层标准的条件,但却天然地在欧洲区域内点对点的短途运输上具有广泛的市场需求,因而也更倾向于在拖船、渡船等小型船舶上开展实践。

此外,欧洲人力成本高昂,更为关注海员短缺和减少人为操作失误带来的问题,对于推动船舶无人化更加激进,加之欧洲拥有康士伯、瓦锡兰、SINTEF等众多海事设备服务提供商与科研机构,技术实力雄厚,因此更有动力优先选择自主避碰、自动靠离泊、远程操控等智能系统典型应用场景进行研发,以系统功能需要为导向解决相关技术问题。

事实上,近年来对智能船舶自主航行设备系统的功能性验证也确实以欧洲国家为主。

与此同时,双方围绕智能船舶的发展思路也存在共性特点,未来的发展殊途同归。

首先,日本与欧洲都格外重视国际法规、标准对产业发展的引领作用。

欧洲在智能船舶科研项目均专门设置了行业智能化发展对国际海事法规的影响评估和修订需求等模块,欧洲国家在IMO自主船舶分级、监管范围界定(Regulatory Scoping Exercise)和相关术语标准的制定中发挥了重要作用;日本将国际规则制定作为其智能船舶发展整体战略的重要一环,认为这是面向智能船舶未来竞争和发展的重要“战场”,其依托SSAP项目发布的多项国际标准在行业发展初期即抢占先机,具有较强影响力,可能对行业未来技术路线的选择起到一定引领作用;DFFAS项目中对海事卫星、海事气象数据等服务商的引入,也可以看作业界对IMO在e-navigation背景下对各类海事服务的定义和对数据结构格式要求的有力回应。

其次,当前阶段日本和欧洲的智能船舶发展均聚焦内航船舶的功能性测试。

对智能航行、自动靠离泊等典型场景和船上智能设备系统运行的功能性测试验证作为自主船舶发展和最终实现商业化应用的必经之路。

以往,由于缺少相关国际法规的依据,在实际海域开展智能船舶试航测试存在障碍。

2019年,IMO《自主船舶试航暂行导则》的通过为各国在各自国内海域开展自主船舶试航提供了依据,但由于技术发展阶段的限制和涉及国际间协调等问题,远洋航行自主船舶的试航仍存在一定障碍,因此各国在当前阶段多选择通过内航自主船舶的试航开展相关智能系统的功能验证,在船舶及相关设备系统的设计建造、船舶运营、海事监管等方面积累经验,为商业模式的构建和商业化运营奠定基础。

面向未来,预计双方都会围绕智能系统设备和整船的功能性、安全性与经济性验证,由近海到远海的远程操控乃至无人驾驶,商业模式构建等方面推动产业智能化发展,可谓殊途同归。

我国智能船舶发展的借鉴意义

日本和欧洲在当前国际规则背景和技术发展阶段之下,围绕智能船舶发展做出的战略规划对我国具有重要的借鉴意义。

一是依托国内科研项目和工程实践经验,深度参与IMO法规和国际标准制定工作。

智能船舶仍处在技术发展和市场培育阶段,国际规则将对未来行业发展起到重要的“塑造”作用。

目前欧洲和日本在IMO国际法规、ISO船岸通信和船载网络相关标准的制定中主导能力仍然较强,我国需抓住当前各国竞相开展自主船舶试航积累数据经验的机遇期,在国际平台上积极发声,在面向未来的竞争中掌握主动。

二是为智能系统和智能船舶的应用构建明确的商业模式。

日本和欧洲在智能船舶科技研发中,往往从特定船型、特定航线、特定应用场景的商业模式出发设置研究内容,搭建技术框架,以确保项目研究成果的可验证性,也为进一步向船东推广相关概念和技术建立基础。

其中,日本的DFFAS项目还面向2040年的海事工业全产业链构建产业生态,促进智能化转型。

我国在下一步的智能船舶发展中,也可寻求从船舶能效管理系统、内航渡轮等具体明确的应用场景出发开展项目研究,促进智能化技术的应用和推广。

三是积极开展国际合作。

船舶工业的国际化属性意味着其智能化转型需要各国政府、企业、科研机构和国际组织的共同努力。

我国应在充分调研自身需求的基础上,以开放包容的心态与各国积极开展项目合作,寻求向IMO、ISO等国际组织联合提案,以实现优势互补、合作共赢,提升我国船舶工业影响力。

 

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