杜小良
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【摘要】二十一世纪，世界造船业和互联网络取得了长足发展，电子技术飞速进步，为船舶行业从自动化到智能化发展提供了很多助力。特别是船舶工业4.0和中国制造2025中对绿色海洋、智能船舶的研究和实施明确了路线图。船舶制造和航运企业在享受智能化系统便利的同时，亦应清醒认识到相关安全风险。本文对船舶电气智能化控制的安全性进行了探讨，并提出了一些改进建议。
【关键词】船舶电气；智能化控制；设备冗余；网络安全
上世纪八十年代，电力电子自动化技术在机械、船舶、运输等领域得到了很好应用。随着互联网络和物联网快速发展，各类装置智能化自动控制得以研发并投入实际生产，使传统船舶制造和运输行业重获新生，减少了船上配员劳动力和设备维修成本。船舶智能化而言主要包括智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台，基本囊括了智能船舶所应具备的所有功能，实现从货物纳期到运输周期、船舶运营计划、设备维修计划，从上到下的完整体系。因其覆面较广，所以对各环节设备和管理上的安全和稳定性的要求较高，需在设备系统设计、网络安全和人员培训管理上给予重视。
1船舶电气智能化控制现状
2016年，挪威两家公司威尔森（Wilhelmsen）和康士伯（Kongsberg）合作成立世界首家自动驾驶航运公司，2018年11月84米渡轮Folgefonn在无人干涉情况下进行自动航行、自动靠泊测试；我国2017年12月投入运营的“大智号”，实现了全部智能1.0的技术规范和应用要求，都是智能化在电力电子自动化和网络化技术在造船和航运行业的实际应用。
虽说在智能化船舶产业上有了一些实际成果，但无论是电气自动化还是船舶智能化，要完全满足智能能效管理、智能货物管理远程要求还有较大距离，特别是在物联网和区域链大发展背景下，在汪洋大海上的船舶如何根据业主物流需求，在确保船上各设备安全以及船舶安全情况下，在最节能的前提下准时到达目的港，这个问题还没有得到有效解决，原因在于：
1）船舶运营和设备运转的稳定性欠缺，运营状态受限于设备健康状态，由于设备健康状态缺少及时诊断和维修，易发生港修，或是推进机械降低负荷运转，致行程时间加长。
2）船舶动态信息和船舶物联信息不能实时共享，运行时信息传递不畅。
3）现有远洋船舶都配置各等级的船员，船员执行船舶操作和巡检工作过程中的容错率实际存在。
2船舶电气智能控制安全性问题
通过对现阶段实际项目运营情况的研究总结，目前各船级社、系统研究院、设备制造厂商和船舶运营公司都非常关注三个方面的问题收集和分析总结：
1）装船设备的稳定性、可替换性：目前船装单一设备较多，主要考虑备用旋转设备或是备件作为冗余，及时恢复设备运行的主要措施，往往都是发生在设备已经故障停止或是触发系统报警的情况下才可能被发现，通常需要进行备用旋转设备切换或是备件更换，过程中肯定会发生停机现象，从而发生港修或是推进机械降低负荷维持运行的情况发生，导致实际运营船期超计划船期。
2）船内网络系统以及船岸网络系统的稳定性和安全性：现在船舶技术中，计算机、PLC、 单片机等微处理器的应用、各类通讯总线和互联网技术得到了广泛应用，加之卫星FBB和VSAT通讯的推广，目前运营和管理船舶不再依靠单边带和传真机，以邮件和双向通讯作为主要手段，在设备或卫星网络出现故障，甚或网络和卫星定位系统受到黑客攻击情况下，船舶方位信息或海事通讯卫星都会出现不准确、停止工作的危险，致岸上物流系统和船务、船东公司无法准确获知船舶方位信息以及船舶运营状态信息，无法准确进行港口物流车辆部署和客户交接时间节点。
3）设备管理员以及船舶操纵人员的容错控制性：船舶运营是几千个设备配合的联动系统，海况和港口环境不同，运营工况也不同，很多环节都需船员人为操作和干预，即使全无人船也需要岸基控制站的人员操作，难免会发生操作失误或重复操作问题，船舶或是设备可能由于人为错误动作导致受损。
3加强船舶电气智能控制安全措施
船舶制造和运营是庞杂的系统工程，如何从基础到监管各个方面来总结并完善系统结构，是船舶电气智能控制的核心，综合上述安全隐患环节，可从如下几个方面进行措施设计：
1）设备的冗余和稳定性：主要的推进设备必须是双冗余并采用环网的控制系统，确保在任一回路或是台套发生故障时，备用台套可及时自启动，并及时投入系统中工作，确保系统正常运行。采用环网的控制系统也是确保在任一电气控制环节出现物理性损伤的情况下，另外半边环路仍然可以维持各自系统运转，例如：发电机以及电站的全自动控制，可以确保在任一发电机故障的情况下自动对备用发电机启动并投入到电网中，在出现配电板半边侧故障的情况，通过中间同步屏的母联开关将配电板左右分离开，实现左右两侧独立运行和独立自动控制。
基于传统监测手段，针对旋转设备的特点增加新的监测手段，例如：电机旋转设备易损坏的位置是轴承及绕组，传统监测只有电机电流监控，对转速以及振动、绕组温度缺少监控手段。针对此典型问题，可以对重要系统的电机增加电机控制模块，对电流、电机效率、转速、振动 以及绕组温度进行实时在线监控，通过历史数据实时曲线记录，任一参数出现异常时都可以在早期就计划备件并在停泊港口装卸货物过程中及时予以更换和维修，避免问题进一步扩大而导致机械停运问题发生。
通过智能机舱和智能能效管理系统，智能系统可以周期性自动生成设备维修手册和保养手册，减少目前全靠船员经验和手抄日志进行定期维保的弊端，减少人员劳动量和容错率。
2）各类网络的稳定和安全性：船上系统应尽量选择工业网络框架结构，之间的通讯接口必须布置隔离模块，避免物理性高电压或是大电流串联损坏。软件编程和软件数据存储器应选用工业级人机界面组态软件，采用软件加密和密码保护等手段，对物理USB 数据口采用指定加密狗和密码进行保护，避免外界闪存的输入性破坏。由于船舶结构空间狭小，用电设备非常多，为避免用电设备对网络网线或绞线传递信号的干扰，船上重要系统和网络应选用光纤作为传递方式，可有效避免电磁对线缆形成的电磁干扰。
在船舶外网以及船内局域网络方面，网络交换机应采用物理防火墙和网络病毒安防软件，采用正版操作系统和病毒安防软件，在船舶岸基指挥监控中心设置专用工作服务器和工作站，实行专机专用，系统可以周期性自动对各类数据进行镜像保存。
3）船员和机务人员的培训和管理：电气智能化伴随着丰富且自由空间大的特点，往往不需添加硬件模块基础既可实现一些功能的提升和扩展。所以电气智能化安全运行的一个重要根基，即为各类规范和技术标准的执行和完善。在智能系统的软件开发和管理上，需采用多级功能权限制度和多级确认制度，远程设置和指令的发生要通过系统对船上设备诊断作为基础，通过上级监管确认的情况下，系统才可以执行动作。
广大船舶制造及运营单位在运用智能化技术时，务须严格遵循国际船级社、挂旗国、海事管理部门颁布实施的规定，船舶运营单位和舰队管理者也要严格遵守相关规定，强化制度操作性。另外，亦要对操作过程的每个环节倍加重视，就所有步骤进行明确规定以及详细分解，避免违规操作事件发生。
4结论
总之，对船舶安全运行来说，电气智能化控制不可或缺。所以一定要及时发现并消除船舶电气智能控制中的安全隐患，对船舶电气智能化安全性进行评估，借以保证船舶设备和船舶的安全稳定运行。
参考文献：
[1]柳晨光. 船舶智能化研究现状和展望[J]. 船舶工程，2016年03期
[2]秦韵，狄为. 智能船舶研发风险与控制[J]. 舰船科学技术，2017年10月，第39卷，第10期