國際船舶自動化系統研究現狀

船舶自動化設備是為船舶配套的核心裝備之一，包括機艙自動化、航行自動化、船岸信息一體化、裝載自動化、液位遙測、閥門遙控、姿態平衡等子系統，涉及的技術門類眾多，且具有顯著的多學科交叉特征。近來國際上關注度較大的船舶自動化系統若干關鍵問題，有船舶動力裝置故障診斷、船舶機艙無線傳感網絡、標準模塊自動配置等。

Kongsberg Maritime公司的發動機軸承磨損監控系統（BWM)通過CAN網絡與AutoCheif C20自動控制系統連接，采用模擬圖顯示磨損量和測量數據變化趨勢。該系統安裝在由韓國現代三湖重工為挪威船東Kristian Gerhard Jebsen Skipsrederi(KGJS）公司建造的8艘12萬dwt成品油船上的、由現代重工制造的MAN B&W 6缸S70ME-C8低速柴油機上，一旦3個曲柄系軸承（十字頭軸承、曲柄銷軸承和主軸承）任何一個出現突發故障的跡象，就會提前報警并采取預防措施，可避免計劃外的保養和船舶停運的損失。KGJS將BWM看作是向實施前瞻性保養邁進了一大步，這將有助于實現發動機大修的最佳間隔時間。

Kittiwake Developments的新型LinerSCAN發動機缸套磨損系統將用于德國Flaeisz公司運營的17艘船舶上，該系統可優化氣缸潤滑油供應量，及時向船員提供可能出現的發動機嚴重磨損、發動機潛在損壞和故障等重要信息；采用磁測量儀，測量使用過的氣缸潤滑油中的含鐵量，報告磨損所導致的變化，清楚顯示高機械應力與熱應力時間長度。使船上的輪機人員能預知磨損趨勢，采取相應的預防措施以避免巨大的停船損失；并采用適當的維護計劃，減少取樣和實驗費用，使缸套磨損最小化，且能探測催化顆粒的侵入。

荷蘭挖泥船專業公司IHC Merwede與Pruftechnik Nederland NV合作開發的振動狀態監控程序是挖泥船全壽命支持方案的一部分，測量數據取自主要旋轉部件如泵和齒輪箱，以監測零件配合公差可能存在的反常狀況，保證早期探測、分析并預報更換關鍵部件的最佳時間，或確定何時必須進行維修。Pruftechnik Russia公司將Vibrotip EX型數據收集儀應用于Novoship所經營的60艘液貨船，監控旋轉機械如泵、風機和壓縮機，特別注意其振動的嚴重程度、軸承狀態、空蝕、旋轉速度和溫度。

Marine Software公司對振動監控系統進行了升級，并用于P&O Ferries公司的16條船上，輪機人員把例行計劃保養的一部分紀錄的振動讀數，下載到RCM軟件中，該軟件可向設備操作人員提供機械狀態簡單的紅綠燈式判斷，并可查閱歷史。

我國國內各大學、研究所對于船舶動力裝置的故障診斷系統相關研究很多，但國內研究成果大多局限于實驗室階段，鮮見獲得實船應用成果。

無線傳感器網絡本身源自軍事上的需求，現代信息化戰場上，需要一種無中心、分布式控制、可快速臨時組網、多跳的無線移動通信系統。無線傳感器網絡具有高容錯、抗毀性，而且隱蔽性強，是數字戰場無線數據通信的首選技術，是軍隊在敵對區域中獲取情報的重要技術手段，非常適合軍事上的應用，己經受到了軍事發達國家的重視。美軍近來連續啟動了一系列研究計劃，探索傳感器網絡在未來戰爭中的應用。另外，美國海軍開發的網狀傳感器系統CEC(Cooperative Engagement Capability)適用于艦船或飛機戰斗群攜帶的電腦進行感知數據的處理。每艘戰船不但可依賴于自己的雷達，還可依靠其他戰船或者裝載CEC的戰機來獲取感知數據。未來無線傳感器網絡將會成為C4ISRT(Command，Control，Communication，Computing，Intelligence，Surveillance，Reconnaissance and Targeting）系統不可或缺的部分。

此外英國、日本、意大利等國家的一些大學和研究機構也紛紛開展了該領域的研究工作，取得了一些初步研究結果。在工業應用領域，2003年ABB公司就將無線網絡運用于開環控制和閉環控制的工廠試驗；2004年BP公司在大型運油船引擎的振動溫度等參數的監控、油氣管線的腐蝕檢測及煉油過程的無線測量平臺等多個不同應用場合進行了許多工業實驗 。Emerson Process Management已經采用Dust Networks的海上平臺無線傳感器網絡產品，但節點數量不超過20個，且節點之間距離較短。

近年來，國內中科院、清華大學、北京交通大學等單位在無線傳感器網絡方面也進行了大量的工作，主要從事通信協議的分層和網絡節點的設計、無線通信協議棧、同步和定位中間件、數據融合、低功耗與高安全性設計、網絡管理、質量保證技術以及特定行業的應用研究。同時寧波中科、北京鑫諾金傳感與控制技術有限公司、成都無線龍科技等公司也開始推出針對無線傳感器網絡及ZIGBEE（美國電氣及電子工程師學會802.158.4協議）的解決方案，以及面向一定產業應用的系統方案，但大部分工作停留在理論仿真層面，試驗驗證不多，產品的可用性差。

國際著名公司如挪威Kongsberg公司等認為，基于無線網絡的智能化分布式系統是未來船舶機艙自動化系統的發展方向，而無線網絡又以無線傳感器網絡為突破口，無線傳感器網絡具有無需外界配置管理的自組織特性，使無線傳感器網絡易于快速部署，且網絡冗余度高，非常適合在惡劣的環境和船艙這種空間小的場所使用，具有明顯的技術優勢和發展前景�？梢灶A計，無線傳感器網絡的廣泛應用是一種必然趨勢。

挪威Auto-Maksin公司最近推出了基于標準模塊的新型Marine Pro系列船用柴油機監測和控制產品，利用模塊化的程序可以實現保護操作、數據監測可靠并提高決策能力�；�于DCU（分布式控制單元）305單元系列設計的獨立模塊可以互聯構成單獨或網絡配置，形成簡單或復雜的系統。且系統界面具有自動配置、密碼保護等功能，內置10種語言，船員不需要專門的經驗和培訓。模塊化系統可用于多種用途；可以提供船舶操作、報警集成、船員培訓和信息報告的一種通用方法。不管是在船上多個地點安裝多個控制面板，以當地的語言顯示文字，還是利用同一個系統監視所有的發動機、生活服務或者其他諸如艙底水報警，系統都可以通過簡單的配置完成，不需要任何專門的工具和軟件。系統模塊和DCU的基本核心模塊不同，包括交流發電機接口、專用停機保護裝置、遠程遙控遙測的接口。每個模塊可以自動配置，如有必要，還可以通過人工利用筆記本電腦和網頁瀏覽器配置。系統的可擴展性使得系統隨著需求的改變可以采用與之相應的模塊。Marine Pro在設計時為了便于非專業人士使用，還配置了簡單的啟動向導，使得基本的DCU410單元可以根據當地的要求自動配置，或者船東也可以在系統安裝之前或者安裝過程中利用auto-Maksin進行專門的配置。任何其他的模塊與基礎單元通信，可以自動配置，而不需要用戶參與，也不需要專門的工具和軟件。如果需要，操作員還可以利用標準瀏覽器的下拉菜單進行一些基本設置，在每個模塊內設置自己的網頁服務程序，可獨立使用。

近年來國內在模塊標準化方面做了不少工作，如711研究所開發了一系列“三化”模塊，并研發了具有自主知識產權的軟件自生成平臺，通過對軟件硬件模塊的簡單配置即可形成機艙自動化3大系統，且具有較強擴展功能。（馬善偉、臧軍、劉赟）