全球首艘具备自主伴航功能的高度智能化拖轮“津港轮36”和陪试船“津港轮37”在天津港正式投产启用。
全球首艘具备自主伴航功能的高度智能化拖轮“津港轮36”和陪试船“津港轮37”在天津港正式投产启用。“津港轮36”自主伴航系统研发项目由中国船级社(CCS)牵头,集结业界多家杰出单位协同合作。这颗冉冉升起的新星,不仅为航运业智能化发展注入了源源不断的新兴活力,更为全球航运业的未来发展贡献了中国智慧和中国方案。这是引领行业潮流的新质生产力,也是助推整个行业迈向全新高度的强劲引擎。
技术创新 引领智能化新潮流
在数字化、智能化的浪潮席卷之下,航运业正迎来前所未有的变革。行业面貌因其重塑,全球贸易与物流体系向着更高效、更安全、更环保的方向迈进。作为加快建设交通强国战略的重要一环,CCS积极推进交通强国建设试点工作,牵头组织“津港轮36”自主伴航系统研发,着力打造具有国际领先水平的智能航运示范项目。随着具备自主伴航功能拖轮“津港轮36”的成功问世,我国在智能航运技术领域取得实质性突破,全球航运业再添一张崭新、亮丽的智能名片。
拖轮自主伴航是指在有人监控的状态下,凭借先进的感知、规划和控制技术,由系统自主锁定并自主操控船舶接近目标、伴随目标,直至并靠目标的行为。在船舶进出港和靠离泊过程中,拖轮为船舶提供拖带、顶推、护航、抢险救助等专业水上服务,是船舶作业重要的安全保障力量,也是港口生产不可或缺的一环。当前,港口运营对效率的追求日益凸显,船舶大型化、复杂海况、人为操作失误等因素均成为提高航运业安全性和作业效率的重要制约。具备自主伴航功能的拖轮对于提高船舶安全性和效率、应对海上复杂环境、降低船舶运营成本、促进航运业智能化发展以及响应行业环保要求等方面都具有重要意义。因此,为提升船舶智能化水平,同时加强中国和芬兰在科研科教等领域的合作,在国家重点研发计划“中国芬兰政府间科技合作项目”的支持下,由CCS、天津港轮驳有限公司、镇江赛尔尼柯自动化股份有限公司、上海交通大学、武汉理工大学、武汉科技大学和交通运输部职业资格中心等单位共同推动的事业——“津港轮36”自主伴航系统研发项目揭开帷幕。
“津港轮36”是天津港“第二代津港智能拖轮”,由江苏省镇江船厂(集团)有限公司建造。船舶总长34.6米,型宽11.2米、型深5.22米、设计吃水3.92米,设计航速12.5节。相比传统拖轮,“津港轮36”的核心亮点在于其行业领先的自主伴航能力,通过先进的感知技术,船舶可自主控向、控距、控速,且具备专利级智能避碰能力,能够优化航路并通过近距离防碰撞性能辅助安全航行。“津港轮36”还配备智能“AUTO-0”无人机舱,能够灵敏地感知设备数据,自主进行故障分析、风险预警和辅助决策,实现了船与船、船与岸的互联互通,极大提升了船舶的智能化水平。在能效与排放管控方面,该船首创港区电子围栏功能,能够收集船舶作业全流程数据,得出发明专利级船舶能效运营指数,为船舶的能效优化提供了精准的数据支持。此外,船体结构与破舱稳性设计也达到最高安全标准,即使在最大舱室进水的情况下,也能确保安全返港,为船舶作业提供了坚实的安全保障。
“津港轮36”自主伴航系统研发项目的成功实施将深度解决天津港拖轮作业中的实际问题,显著提升海上船舶、船员以及岸基设施的安全保障水平,从而大幅提高港口作业的安全性与运转效率。与此同时,该项目还将推动智能船舶测试验证行业形成产、学、研、用、检一体化的发展范式,为我国智能船舶行业的持续进步提供尖端技术与产业人才的强劲支撑,有助于我国在智能船舶国际标准领域获得更多的话语权。
值得一提的是,CCS引领业界成功开展的“津港轮36”自主伴航实船试验,在国际范围内尚属首创,这一里程碑式的技术成果彰显了我国在智能航运领域的卓越实力与创新能力。在后续投入生产运营期间,CCS也将持续关注拖轮运行效果,与用户紧密合作,共同收集和分析实际应用中遇到的问题,深度参与系统的优化与提升。可以预见,“津港轮36”自主伴航系统研发项目的多米诺骨牌效应不会局限于一艘拖轮的成功,其将推动智能化技术在更广泛领域内的应用与发展,从中可窥见未来智能航运时代的新篇章。
精英汇聚 打造智能化新标杆
“津港轮36”自主伴航系统研发项目是中芬双方优势互补的典范,深入探索了船舶进出港和靠离泊过程中拖轮伴航的作业流程。项目聚焦于突破增强态势感知、多源信息融合、复杂扰动建模、自抗扰控制、渐进式测试验证等关键技术,旨在为行业提供一套可复制可推广应用的解决方案。项目自2023年1月启动,计划至2025年12月收官,历时36个月。而当下的进展表明,项目在执行周期的第16个月就全面达成了预设的关键指标,且关键硬件的国产化率已高达90%,感知、规控、人机交互等核心算法软件更是实现了100%的自主研发。回顾一年多来踏出的扎实步伐,这是业界精诚合作、共同拼搏的累累硕果。
《中国—芬兰智能船舶与智能港口合作谅解备忘录》签订之后,CCS在交通运输部科技司的指导下,联合武汉理工大学、武汉科技大学、上海交通大学、天津港轮驳有限公司等科研机构和高校,组建起一支强大的研发团队,共同申报科技部中芬政府间国际科技创新合作项目——拖轮自主伴航智能技术及测试验证研究。在项目实施过程中,CCS作为项目牵头方,全面调动科研、审图、建造与产品等相关部门深度参与研发工作,高效且全面地组织协调了行业内外的优质科研、开发与生产资源,确保项目的顺利推进和高质量完成。
根据计划书,项目划分出拖轮自主伴航系统总体框架研究及规范标准研制、拖轮自主伴航多源信息融合与动态目标识别技术研究、拖轮伴航机理-数据双驱动建模与自抗扰控制技术研究、拖轮自主伴航系统安全渐进式测试评估技术研究、拖轮自主伴航系统示范应用研究五个关键课题,内容涉及理论方法研究、关键技术研究、软/硬件研发、测试验证、示范应用等多个方面。项目合作方充分发挥各自专长和优势,在各个研发环节中紧密合作,共同推动项目的顺利进行。
在谈及CCS在整个项目中发挥的作用和定位时,CCS科创试验中心马吉林表示,CCS是项目的牵引者,是各方力量的联结者,也是项目测试验证环节的组织者。在项目实施的关键阶段,CCS针对多目标精准识别与稳定跟踪技术方案、复杂环境下船舶控制技术方案等进行细致的伴随式审核,并主导相关测试验证工作。在此过程中,CCS特别关注影响安全性的关键功能算法及软件,并进行深入的“代码级审查”,确保技术方案的可靠性。在实船试验前,CCS充分发挥自身技术优势,通过仿真测试与评估手段,助力参研方不断优化技术方案。通过核心功能软件在环仿真联调联试,协助参研方精准识别并解决了系统设计中的潜在缺陷,从而实现系统的快速更新与升级。这一举措不仅确保了多模块的海上联调联试一次性成功,显著提升了系统的安全性,同时也大幅缩短了实船海上试验的周期,有效降低了试验成本。
4月8日至13日,“津港轮36”成功进行了为期6天的自主伴航实船试验。在陪试船“津港轮37”的配合下,试验对自主伴航系统的功能安全、感知性能、规控性能以及自主伴航全流程进行了全面验证,共涉及四类34项试验。经过严格的海上试验验证,系统硬件展现出稳定可靠的性能;安全机制完备且运行有效;目标感知精准,跟踪稳定;规控系统精准无误,自适应性强;人机交互软件稳定易用,界面友好。这一系列试验结果充分验证了预期指标,为“津港轮36”自主伴航系统的进一步应用与推广奠定了坚实基础。
本次智能船舶自主伴航系统的成功研发和实船试验,不仅彰显了我国在全回转拖轮无人驾驶领域的开创性突破,更是开启了这一技术前沿的先河。CCS作为该项目的牵头单位,塑造了发展新质生产力的典型样本。这一里程碑式的成就,无疑将激发相关产业链和供应链的蓬勃活力,为产业转型升级注入强大动力,对构建新发展格局具有不可估量的重要意义。
厚积薄发 筑牢智能化硬实力
“津港轮36”投产启用后,为进一步深化天津港智能拖轮自主伴航功能的示范应用,CCS天津分社、天津港轮驳有限公司和北疆海事局相关部门共同签署了《天津港拖轮智慧航行示范工作室合作意向书》,旨在巩固和拓展港作拖轮智能技术的现有创新成果,同时开启港作拖轮智能航行应用的新篇章。在全新的合作框架内,CCS将一如既往与各方紧密携手,共同推动智能拖轮技术的研发、应用及推广,为建设全球首家拖轮智慧航行示范区提供坚实支持和保障。
实际上,CCS在推动航运业智能化发展的道路上一直走在前列,日积月累的丰富经验和技术实力无疑是此次牵头自主伴航系统研发项目的底气来源。作为行业重要技术支撑力量,CCS密切关注国内外数智技术最新发展动态,不断加深对相关技术标准的研究与探索,积极参与国际标准制定,为行业数智化转型提供技术支撑。此外,CCS还参与发起成立无人货物运输船开发联盟、智能船舶实验室、无人船海上测试场等重要平台,为智能航运技术的研发、测试与验证提供宝贵的资源和环境。如今,日益成熟的智能技术已在散货船、油船、集装箱船三大主流船型得到了广泛应用,并逐步拓展到极地科考船、疏浚工程船、汽车运输船、拖轮等更多元船型。
在智能船舶规范体系构建上,CCS于2015年依托以往科研成果,采用目标型标准方法,在全球率先制定并发布了《智能船舶规范》。规范一经发布便得到业界广泛认可和实际应用,并不断进行优化升级。截至目前,已有多艘大型船舶成功申请并获得了智能船舶附加标志。2017年,CCS进一步开展了智能船舶与国际海事公约规则的适用性研究,提出我国智能船舶标准国际化发展战略。2018年,针对水面舰艇无人化的发展需求,CCS编制发布《无人水面艇检验指南》。目前,CCS已形成一套以《智能船舶规范》为核心的智能船舶系列指南,包括《船用软件安全及可靠性评估指南》《船舶网络系统要求及安全评估指南》等基础性指南和《智能机舱检验指南》《船舶智能能效管理检验指南》《船舶(油船)智能货物管理检验指南》《化学品船智能货物管理检验指南》《智能集成平台检验指南》等特定功能指南。这一系列指南和相关文件的推出,旨在为智能船舶的设计建造和相关智能产品的开发提供全方位的指导,从而推动智能船舶产业实现更高质量的发展。
在技术创新应用的前沿领域,CCS始终发挥着行业引领者的角色,积极推动数智技术在船舶和海洋工程领域的深度融合与广泛应用。针对船舶船体结构检验技术,CCS从“检验数据采集手段、智能诊断方式、3D数字模型”等三个方面,开展营运船舶船体结构的数字化检验;随着我国北斗卫星导航系统实现多个相关领域的应用创新,CCS在交通运输部的带领下,积极参与船用北斗产品课题项目研究,推进北斗系统在航运业的应用;而对于海洋结构物数字化系统的重要组成部分——监测系统,CCS结合业界需求开展相关的技术研究工作并编制了《移动平台和海上设施结构及设备监测系统检验指南》,为相关应用提供技术支持。
策马扬鞭,再启新程。自2017年全球首艘智能船舶“大智”号成功交付以来,40万吨超大型智能矿砂船“明远”号、30万吨超大型智能原油船“凯征”号、全球首艘智能极地科考破冰船“雪龙2”号、全球首艘智能型无人系统科考母船“珠海云”号等一系列智能示范船型陆续问世,为我国在全球智能航运领域的领先地位奠定了坚实基础。在此过程中,CCS以作为行业枢纽的优势地位,以及在技术研发、标准制定、测试验证等多个核心领域的技术实力,展现出助推行业蓬勃发展的引领力和创新力。在航运业的智能化浪潮中,CCS将持续勇往直前、勇攀高峰,致力于推动行业的智能化转型,助力行业实现“智能赋能、价值提升”的宏伟目标。
来源:《中国船检》杂志