智能航运装备产业发展策略与建议

一、智能航运装备产业概念及战略地位

1、智能航运定义新“大航海时代”

智能航运系统是在系统工程思想指导下,将先进的信息处理技术、通信技术、传感器技术、控制技术、运筹学、人工智能等学科成果综合运用于水上交通运输管理体系,通过对各种运输信息的实时采集、传输和处理,实现各种运输情况的协调和处理,建立一种在大范围内实时、准确、高效、全方位发挥作用的水上运输综合管理体系,从而使水路交通设施、信息资源得以充分利用,提高船舶运行效率和安全性,最终实现水路交通运输服务社会化和管理智能化。

智能航运系统的关键技术主要包括大数据技术、船联网技术、云计算技术和智能航行技术等技术。航运系统产生的数据满足大数据具有的4个“V”特征,即Volume(体量浩大)、Variety(模态繁多)、Velocity(生成快速)和Value(价值巨大但密度低)。如何高效地挖掘这些数据,是智能航运系统当前需要解决的重要问题“船联网”是物联网在航运领域的一种具体化发展形式,以航运管理精细化、行业服务全面化、出行体验人性化为目的,以企业、船员、船舶、货物为对象,覆盖航道、船闸、桥梁、港口和码头,综合运用物联网技术实现人—船—货信息互联互通的智能航运信息服务网络。云计算是分布式计算、并行计算和网格计算的发展,实时、动态地分析智能航运系统中数以兆计的传感设备在不同时间采集的海量信息,并对这些信息进行汇总、拆分、统计、备份,这需要具有弹性增长存储资源和大规模并行计算能力的云计算作为支撑。智能航行系统利用通导设备自动地感知并获取各种航行相关信息,能实时地接收岸基云服务平台提供的各种信息,通过数据的运算与处理,使船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境下自动避碰,实现自主航行。

智能化是继自动化、信息化之后航运发展的一个必然趋势。自动化解放了水手的繁重工作负担,有效地为航运提供海上信息交互的物质基础;信息化将航运所涉及的信息进行采集、传递、处理和分析,为决策判断提供依据,大大提高了航运的效率;而智能化则是在自动化、信息化的基础上,综合利用前两者的优势,利用人工智能实现决策判断,无需人为参与,能够使得航运进入一个全新的阶段。

智能航运是一个综合体系,是国家海上运输资源和实力的真实反映。历史上,中国不仅是大航海时代的开辟者,还是大航海时代欧洲航海家远航的主要目的地和刺激力。随着航运的发展脉络,航运中心由地中海到大西洋再到太平洋和印度洋,带来了全球贸易和数次工业革命。伴随着自动化、信息化的演变,航运现在已经来到了智能化的新阶段,借助“一带一路”的契机并紧跟科技发展的脚步,创新打造“智能航运”将定义新“大航海时代”

2、智能船舶重塑航运装备系统

目前多个国家的船级社都对智能船舶进行了定义,中国船级社将智能船舶定义为利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段,自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据,并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术,在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶,以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。

按照中国船级社的定义,和传统船舶相比,智能船舶拥有航行、船体与机舱检测、能效管理、货物管理和智能集成平台的功能优势。具体而言,智能船舶在内部对主机等设备远程监控,评估运行效率和质量,智能维护与运行,优化船舶性能,降低设备故障率;在外部进行综合分析船舶、气候条件、航行信息等,优化航海路线,综合分析燃油消耗、推进效率、船舶航次等信息,以提升船舶能效。

由于以上的功能优势,智能船舶在船舶航行管理、维护保养、货物运输等有更高的安全性和实用性,同时还具有环保、经济、可靠的优点,可以大大提高海洋货物运输服务的质量,因此智能船舶也是当前航运装备体系下的一个重要发展方向,成为了学术和业界的研究热点。

智能船舶系统的关键技术主要包括信息感知技术、通信导航技术、能效控制技术、航线规划技术、状态监测与故障诊断技术、遇险预警救助技术、驾机一体化和自主航行技术等技术。

与国外相比,国内的智能船舶发展在技术研发与市场应用等方面均处于初级阶段,但是目前国内正在积极开展智能船舶领域的研究探索。智能船舶的发展是一个循序渐进的过程,自主评估与决策能力反映了船舶的智能化程度。一般智能船舶发展路线可分为四个发展阶段:第一阶段的智能船舶仅限于船用设备状态远程监控和数据分析;第二阶段的智能船舶利用云计算、物联网和大数据分析等技术,通过连接岸上中心为船舶定时提供安全、环保和能效优化建议,实现半自动化航行;第三阶段的智能船舶在船舶数据分析的基础上,加入港口物流信息,实现船岸信息间的无缝连接,实时动态地完成航行、船期和港口操作等的优化;第四阶段的智能船舶将实现全自主化无人驾驶和港口自动化装卸与物流。目前的智能船舶还只停留在第二阶段,未来还有很长的路要走。各主要研究机构智能船舶发展路线如下表:

1、各主要研究机构智能船舶发展路线

 阶段1阶段2阶段3阶段4
IMO“E-航海”项目具备船用设备状态远程监控和数据分析的智能船舶运用大数据为船舶定时提供安全、环保和能效优化建议,实现半自动化航行实现船岸信息无缝连接,实时动态地完成航行、船期和港口操作等优化实现全自主化无人驾驶和港口自动化装卸与物流的智能船舶
劳氏船级社第1代智能船舶应包括人为代理系统第2代智能船舶应包括人为监控系统,给出决策支持建议第3代智能船舶将包括数据分析,通过互联其他事物来实现情景感知第4代智能船舶将实现全自主化无人驾驶
中国船级社具有感知能力的智能船舶具有辅助人工决策能力智能船舶具有自主决策能力的智能船舶基于远程岸基支持下自主运行智能船舶
罗罗公司配备少量船员的远程控制船舶(2020年)远程控制无人近海船舶(2025年)远程控制无人远洋船舶(2030年)自主航行无人远洋船舶(2035年)

船舶的智能化是在大数据、信息物理系统、物联网等技术和概念的推动下发展起来的,是继船舶自动化、信息化后船舶行业又一重要发展趋势。智能船舶与传统船舶相比有着非常大的优势,是当前造船业,航海运输,海洋勘探等行业的主要发展方向,同时也成为了现在船舶行业的主要的研究方向。

3、智慧海洋占领未来航运制高点

建立海洋强国乃国家战略意义所在。现代对海洋的认识不单单停留在简单的空间组合概念,海洋是由海洋环境、装备和各种人类活动等多种元素综合作用构成的复杂巨系统,人类在面对海洋这个巨系统出现了内在规律掌握不透、开发利用能力不强、权益争端处置不当等种种问题。随着科技与信息的融合,人类开始用智慧去经略海洋、开发利用海洋资源、建设海洋生态文明和保障国家海洋安全,海洋技术革命进入智能时代。智慧海洋是海洋信息化的深度发展。

智慧海洋的发展基于海洋综合立体感知,互联网实时信息传输和大数据、云计算、知识挖掘等三大高新技术,以海洋综合感知网、海洋信息通信网、海洋大数据云平台等信息基础设施建设为主体,搭建海洋信息智能化应用服务群,并建立贯穿各个环节的标准质量、运维服务、技术装备和信息安全体系。各组成部分之间相互关联、相互融合,形成了一个有机整体。

党的十八大提出“建设海洋强国”的战略部署,中国国家主席习近平提出共21世纪海上丝绸之路”的重大倡议,我国海洋事业发展迎来了前所未有的机遇,而智慧海洋是建设海洋强国的核心基础设施和必备能力,是加强海陆统筹发展的必由之路,是未来航运发展的制高点。

4、综合施策掌握未来航运主动权

由上述可知,智能航运已经成为了未来航运的一个必然发展方向,掌握了智能航运就是掌握了未来航运的主动权。

为了全方位支持智能航运建设,首先是要完善装备体系的构建。智能船舶是智能航运装备体系的一个关键部分,船舶的智能化水平取决于多个方面的能力,如综合船桥系统、通讯与导航控制系统、航行控制与自动避碰系统、设备检测和遥控系统等;智能港口是智能航运体系的一个重要部分,智能港口的构建关键点在于港口信息系统和港口智能技术设备的构建,如港口综合信息平台系统、智能识别技术、实时监控与可视化技术、智能大型装卸设备运行技术、自动导引车辆技术等。

为了全方位支持智能航运建设,其次需要推动基础设施建设。海洋信息检测与传输系统是智能航运系统的双眼,海洋探测技术与装备工程是进行海洋开发、保护海洋、实现可持续发展的基础,建设一个海洋科技先进、海洋经济发达、海洋生态文明、海洋综合国力强大的海洋强国离不开海洋探测与装备厂程的大力发展;海洋灾害预报和评估系统是智能航运的保护伞,对于保障沿海经济社会稳定发展和人民生命财产安全,促进海洋生态文明建设和海洋强国战略目标实现都具有重要意义;云计算和数据共享开发平台是智能航运的智慧源泉,在信息化带动航运管理现代化的趋势上,云计算是提升企业核心竞争力和促进企业可持续发展的重要手段,数据共享开发平台是实现航运各部门高效联动的重要支撑。

为了全方位支持智能航运建设,最后是需要加强政策体系保障。在组织管理上要设立信息采集机构,深化部门协同,完善建立信息一体化平台;在工作运行上要合理分层次设计工作运行规划,积极制定相关工作的政府中长期规划与工作计划,创新监管模式;在政策制度上要推进智能航运的人才培养,鼓励扶持相关企业大力发展智能航运相关服务,积极制定相关政策法规和行业规范。

二、智能航运装备产业发展策略

1、建立基于“关联链”的组织管理体系

智能航运体系庞杂,相关组织管理体系需要更好的部署和完善,为此我们提出基于数据关联链的组织管理体系:所谓智能航运,本质上是将“航运—造船—基础设施”等产业链条上的数据进行整合、分析,并最终运用于保障智能航运体系。因此,我们可以依据分层、分离原则,按信息化技术功能不同,抽象、归纳出智能船舶管理系统“六横二纵”的总体框架模型。“六横”为云基础设施层、信息采集层、数据中心层、中间件层、应用系统层和用户对象层;“二纵”为支撑“六横”的保障环境,包括标准规范体系和信息安全保障体系。

最终,基于数据关联链我们提出以下用于保障智能航运体系建设的组织管理体系:

1)数据的采集:设立数据采集机构,筛选价值数据。利用大数据产业的数据以及电子服务建立信息公共网站,提供各系统之间的信息交流平,消除信息壁垒,实现信息无障碍采集,令数据价值得到最大化体现。

2)数据的处理与分析:不同的管理机构设置的数据分析部门不一样。数据处理与分析的部门要求不一,因此有必要将各海事、造船工业等各产业链部门的数据需求进行统一整合,可以集中设置数据服务器或云计算中心进行数据的分析,再通过特定的应用场景分析获取各部门所需的数据的应用价值。

3)数据应用与服务:探索创新建立建管用统筹、产学研联动、科研与应用相结合的体制机制,积极推进海洋信息基础设施共建、信息共享和产业共融,探索政府购买服务的管理运营模式。

2、建立基于“创新链”的工作运行体系

创新链是指围绕某一个创新的核心主体,以满足市场需求为导向,通过知识创新活动将相关的创新参与主体连接起来,以实现知识的经济化过程与创新系统优化目标的功能链节结构模式。创新链描述了一项科技成果从创意的产生到商业化生产销售整个过程的链状结构,主要揭示知识、技术在整个过程中的流动、转化和增值效应,也反映各创新主体在整个过程中的衔接、合作和价值传递关系。具体的基于创新链的工作运行体系如下:

1)监管模式的创新:运用科技化手段加强对航运风险的动态管理和分析监控,对获取基础信息进行事先分析评估,实现监管环节的前置,疏通监管瓶颈,将数据流、物流、信息流有效统一,科学合理确定监管重点,切实提高智能航运运行效率。

2)航运企业服务创新:航运企业创新有3个途径,第一个途径就是回归,即回归服务、回归诚信;第二个途径就是从解决航运业供给老化的五方面入手找出路;第三条路径,就是航运业的‘互联网+’。而航运保险、多式联运平台、大数据服务以及订舱平台等都是一种创新。航运企业重在服务模式的创新,由货物运输的传统价值向服务进行延伸,是提升经济增加值的重要一极。

3)造船模式的创新:智能造船。具体包括: 发展先进高效制造模式:积极推进数字化、智能化车间建设,并对工装设备进行升级改造。 提高科技创新引领力:成立海洋工程装备制造业创新中心。 新一代信息技术在船上大量应用,智能船舶从概念走向现实。 加强极地航线开发力度,加速极地船舶技术研发。 环保和成本双重因素推动,广泛应用双燃料动力。

3、建立基于“调控链”的政策制度体系

如上我们认为智能航运体系极为庞杂,相关组织管理体系需要更好的部署和完善,更重要的是需要完善政策制度体系。而且,在航运、造船等诸多大数据体系下,需要对数据主体进行智能调控,为此我们提出基于调控链的政策制度体系,具体包括以下几个方面:

1、航运业相关政策制度体系:党中央国务院确定的国家发展两大目标的实现,都需要航运提供强有力的支撑。但是,总起来看,我国水运与国外对比还有较大差距,还不能更好地适应国家经济未来发展要求,航运政策体系还不够完善,航运企业的国际竞争力还有待提高等。

面对国际航运竞争形势,国家也应及时采取相关扶持政策,更重要的是,应从战略高度营造有利于我国航运业长远发展的政策环境,具体来说有以下三大方面。

1)拆、造船补贴:造船补贴:在环保要求日益严格的背景下,可以按照国际节能减排要求给予新造船一定的补贴,以提高船舶能源利用率和减排水平。 拆船补贴:国家鼓励拆船本质上是控制供给,如同工业线上淘汰落后的产能,是改善航运市场供需关系的手段,也是绿色减排的需要。通过给予拆船补贴,鼓励船舶所有人拆解老龄船或超龄船,能在一定程度上减小运力存差。但是由于航运业居于全球性竞争市场,供给是由全球运力大小决定的,因此单靠一国控制运力起不了很大作用,还应充分依靠市场竞争机制,将“市场之手”与“政府之手”相结合。

2)财政补贴与注资:财政补贴通常是一次性的,短期救急效果明显。注资指在一个行业发生严重危机的情况下,政府拿出一部分资金注入重点企业。国有航运企业注资资金主要来自国家资本经营预算,一般在市场经济条件下对国有航运企业注资可分两步走:将预算资金注入上市公司大股东账户;上市公司通过向大股东定量增发,获得注资资金。普通财政补贴是一种常见的地方政府或中央专项资金补助。普通财政补贴可直接降低航运公司资产负债率,进而降低公司财务费用,能一次性赠加公司利润表当期盈利。这对于资产负债率超过70%警戒线的航运企业来说,无疑是一“速效救心丸”

3)货载保护政策:货载保护制度即通常所说“国货国运”很多航运大国都签订国际双边或多边贸易协议,以确保本国船队获得一定的货运份额;或者通过单边立法,规定全部或部分特定货载由本国船队运输。然而我国航运企业承运铁矿石、粮食、石油、木材等国家战略物资的比例均不高,运输权基本被国外货主和船舶所有人控制在手中,我国航运企业在战略物资运输中只能起到填补空缺的“配角”作用。为了国家的安全,我国货载保护政策应及时出台,“国货国运”“国油国运”和“国粮国运”刻不容缓。我国目前进口LNG采用的运输船大部分属于国际船东,受“国货国运”政策和运力需求刺激,我国自建LNG运输船队有望快速成型。

2、造船工业相关政策制度体系:首先得观察当前造船工业所处的产业周期背景。造船业自2008年金融危机以来逐步进入深度调整期,2016年船舶海工市场处于双周期波谷叠加阶段,是全球造船业的最低点。

去产能:全球范围内,已有一批造船企业退出市场,造船行业进入加速探底的阶段。受此影响,我国造船产业集中度进一步提高,2017年全国前10家船企造船完工量占全国58.3%,比2016年提高1.4个百分点。新接船舶订单向优势企业集中趋势明显,前10家企业新接订单量占全国73.4%。大浪淘沙,优势船企将充分受益全球性民船供给侧改革。

调结构:造船工业是强周期性产业,周期性波动是市场发展永恒的客观规律,波动中上升仍是总的发展趋势。纵观全球造船产业历经的几次大的产业转移:从美国到英国;从英国到西欧;从西欧到日韩,可以发现技术和劳动力成本是决定世界造船业格局的两大基本因素,造船业的国际转移总是从发达国家向发展中国家转移,如今造船产业中心正逐步转向中国。目前我国已完成造船产业第一阶段的转移:低技术含量船舶的承接,成为造船大国。2017年我国三大造船指标“造船完工量、新接订单量以及手持订单量”占全球总量比分别为41.9%,45.5%,44.6%,我国已超韩、日,成为全球最大造船国。

目前,造船产业的第二阶段,高技术含量船舶建造及船舶配套设备制造的转移正在进行。因此,提高高技术含量、高附加值的“双高”船型比重是我国造船业供给侧改革的另一个重要方向。工信部等五部委出台的《船舶工业深化结构调整加快转型升级行动计划(2016-2020年)》,明确提出要调整优化船舶产业结构,到2020年海洋工程装备与高技术船舶国际市场份额要达到35%和40%左右。所以我国正在通过以下3个方向推动船舶海工产业发展,并相应的建立、完善政策制度体系:1)化解过剩产能,提升产业集中度;2)加大高附加船舶装备研制力度;3)择优扶强,形成一批核心竞争力强的世界级先进船舶和海工装备制造企业。11.png