数字化操控系统在船舶作业中的应用

数字化操控系统并非单一设备，而是一个集成了感知、分析、决策和执行功能的综合体系。

实时监测船舶设备的运行状态数据，如主机、桨机等进行数据分析发现故障，进行预知性的维修，能源管理对船舶能源消耗进行管理通过智能算法调整船舶设备运行参数，减少燃油的消耗与碳的排放。

实时监控能源耗用情况，提升能源利用率，降低作业运行开支。节省停机时间。数字孪生技术能够将船舶设施设置成数字虚拟模型，进行远程诊断优化。

数字化控制是新时期发展船舶的核心，它是指采用传感器、数据总线、计算机、人工智能、云计算等数字化技术，将船舶的航行、管理、维修、能效等全面集成、感知、分析、智能控制，实现船舶操作自动化的技术总称，即自动化、智能化、远程化。

1. 智能航行

功能：系统可基于电子海图自动规划最优航线，并综合考虑气象、海况、洋流等因素进行动态优化。船舶可依托自动驾驶系统，实现从“离港到靠泊”的全程自动航迹跟踪控制。

效率：大幅降低船员的工作压力，增强航行的安全性并提升燃油的使用效率。

2. 智能机舱与预测性维护

功能：对设备运行关键参数实时动态监测，运用大数据和 AI 算法建立设备的健康模型，预测可能出现的故障(主轴承磨损异常、喷油器故障)，并提出维保策略等。

效能：变“事后维修”和“定期维修”为“预测性维修”，减少非计划停航，降低维修成本，保障航行安全。

3. 智能能效管理

功能：系统实时计算和分析船舶的能效指数（EEOI），综合考虑航速、吃水、纵倾、船体附着物、风浪流等因素，为船长提供最优的航速和纵倾配载建议，甚至自动执行。

效能：是实现节能减排、满足国际海事组织（IMO）碳强度指标（CII）要求的关键技术，可有效降低 5%-15% 的燃油消耗。

4. 智能货物管理

功能：对于液货船、集装箱船等，系统可自动监控货物状态（温度、压力、液位），计算稳性和应力分布，优化配载方案，并自动控制装卸货流程。

效能：保障货物和船舶结构安全，提高装卸效率。

5. 船岸一体化协同

功能：依托卫星通信，使岸基数据中心实时接收船端数据。岸基专家团队对船舶进行远程监测、远程诊断、技术支持、运营管理等。

效能：实现“船舶-岸基”协同决策，为未来实现远程操控和自主航行奠定基础，优化整个船队的运营效率。

数字轮机系统随着数字化船舶的发展逐渐替代了传统轮机系统的机舱工作方式，逐渐融入主机推进运行、货物装卸及设备控制等工作流程，通过数字采集、自动操控和智能处理，优化船舶工作流程、提高船舶的工作效率、安全及经济性，成为航运安全效率、经济性方面的有力保障。数字化轮机的应用，使船舶工作的流程更加基于数据的自动化及智能化，从提高航行安全、燃油经济性，到提高装卸效率、降低运维费用，使得使用数字化轮机不但可以为航运公司带来直接经济的收益，也是航运事业向高效率、低能耗、安全发展所必须、具备的趋势。

船舶数字化操控系统是利用传感技术、自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术、数据融合技术等，对船舶的航行系统、机舱二、系统的数据采样、集成、智能分析以及精准执行，最终达到高效合理操控船舶行驶的目的的综合性信息和控制的综合平台。系统整体包括以下几部分，主要描述组成，简单分析应用现状。

1.集成驾驶室(IBS)—船舶的“神经中枢”IBS 是数字化操作系统在船舶航行中的形象化表现，将本来分散的设备（雷达、电子航海图、GPS、AIS、自动舵、通讯系统）集成在一个硬件和软件平台上，使船员能够在一系列显示器上看到所有信息的汇总，从而实现：

一站式航行：在电子海图上直接规划航线，系统可自动控制船舶沿计划航线航行。

增强态势感知：系统自动融合雷达与 AIS 目标，并提供碰撞风险提示（CPA/TCPA），大幅提升航行安全。

简化操作：实现“单杆操船”（Joystick Control），在靠离码头时轻松完成复杂的艏艉侧推器与主推进器的联合操作。

2.自动机舱-船舶的“智能心脏监护室”当下的船舶机舱一般均能“无人值班”（UMS），对船舶主辅机、电站、泵组等所有主要设备状况（如温度、压力、转速）进行不间断监测，一旦超参就会声光报警，并能按程序进行自动应答（如备泵）以实现安全可靠的运行。

3.SES：船舶能效管理系统——船舶的“节油达人”这是数字化系统在节约成本增效层面的直接体现，系统通过对燃油消耗情况、航速、吃水、海况（风、浪、流）等数据监测，向船长提供最佳的航速建议和纵倾优化方案，实现以最低的燃油耗到达目的地的同时减少碳排放的目标。

4.数字孪生 + 预测性维护是数字化系统的高阶应用。通过为实船构建 1 套基于高保真度的虚拟模型（数字孪生体），对船舶实时进行虚拟仿真，通过 AI 算法，结合设备的历史和实时信息，预测主机活塞、主机轴承等关键部件的寿命，发生故障前提前预警，由“预防性维护”到“预测性维护”的转变，极大地减少计划外的停航。

数字化操控系统在航运这条性命攸关的“生命线上”，筑起了一道坚不可摧的安全防线。系统基于算法模型可提前识别主机故障、货舱进水、稳性丧失等隐患的系统风险，变被动应对为主动防范；智能配载系统可瞬间运算成千上万个方案，确保船舶在各种恶劣海况下的结构强度和稳性安全；电子海图与信息系统的高度集成与自动识别系统及雷达的回波，共同构筑强大的“态势感知”。

虽然数字化操控系统在运行中遇到了网络安全和可靠性、船员技能转换（从操作员到系统管理员）等问题，但随着人工智能、5G/卫星互联网、大数据以及全自主航行技术的充分渗透和深度融合，船舶数字化操控系统将变得更加智能化，进而推进船舶从“辅助驾驶”到“高度自主”并最终“无人驾驶”的新阶段。船上的数字化操控系统将不再是锦上添花，而是成为现代航运业实现安全、绿色、高效的重要选择，“把驾驶台从传统落后的机械环境转变成了充满科技感的‘数字指挥舱’，带领这个传统的行业向着更加智慧的蓝海前行”。

参考文献：

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