未來(lái)技術(shù)將如何影響海洋裝備產(chǎn)業(yè)

曾曉光中船重工經(jīng)濟(jì)研究中心海洋裝備技術(shù)研究部部長(zhǎng)

近日，Marine Elenctornics發(fā)表的一篇文章列出了2018年將震動(dòng)海事界的十大技術(shù)。近年來(lái)，對(duì)影響未來(lái)發(fā)展的技術(shù)預(yù)判活動(dòng)越來(lái)越多，說(shuō)明世界范圍內(nèi)對(duì)技術(shù)發(fā)展愈發(fā)重視。近期，筆者與同事共同研究總結(jié)了有關(guān)國(guó)家技術(shù)預(yù)判結(jié)論中與海洋裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)的技術(shù)情況，并對(duì)其可能產(chǎn)生影響進(jìn)行了分析。

通過(guò)對(duì)《美國(guó)國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略》報(bào)告、美國(guó)《國(guó)防2045：為國(guó)防政策制定者評(píng)估未來(lái)的安全環(huán)境及影響》報(bào)告、《2025年前可能改變生活、企業(yè)與全球經(jīng)濟(jì)的12項(xiàng)顛覆性技術(shù)》報(bào)告、日本第十次技術(shù)預(yù)見(jiàn)報(bào)告、《技術(shù)與創(chuàng)新未來(lái)：英國(guó)2030年的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)》報(bào)告、《俄羅斯聯(lián)邦至2030年科技發(fā)展預(yù)測(cè)》報(bào)告、聯(lián)合國(guó)《未來(lái)展望》報(bào)告等報(bào)告中有關(guān)內(nèi)容和結(jié)論進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，未來(lái)最能夠影響海洋裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要有12個(gè)技術(shù)方向，包括機(jī)器人技術(shù)、清潔能源和節(jié)能技術(shù)、人工智能技術(shù)、可再生能源技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、自動(dòng)駕駛技術(shù)、納米技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、增材制造技術(shù)、SolarCity的超級(jí)工廠(chǎng)和新材料技術(shù)。

這其中很多技術(shù)相信讀者并不陌生，筆者在此不一一贅述。這12項(xiàng)技術(shù)將對(duì)海洋裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生哪些影響呢？通過(guò)分析，筆者認(rèn)為主要包括以下幾個(gè)方面：

智能機(jī)器人將替代人類(lèi)

未來(lái)，機(jī)器人將廣泛應(yīng)用到海洋裝備領(lǐng)域中，替代人類(lèi)完成工作。工業(yè)機(jī)器人可滿(mǎn)足人所不及的精密可靠裝備的生產(chǎn)要求，完成“超越人”的使命；可應(yīng)用于對(duì)人類(lèi)存在較大風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境中，完成“代替人”使命；可將人類(lèi)從簡(jiǎn)單、重復(fù)、繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，促使人類(lèi)從事更高級(jí)腦力勞動(dòng)的工作，或者干脆不工作。長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，我國(guó)海洋裝備領(lǐng)域要推進(jìn)兩化深度融合，實(shí)現(xiàn)造船強(qiáng)國(guó)，采用以工業(yè)機(jī)器人為代表的海洋裝備智能制造是最為可行的方式，如果僅依靠人類(lèi)勞動(dòng)力無(wú)法完全滿(mǎn)足要求。

從船上來(lái)看，未來(lái)一艘船上僅需少量人員，大部分裝備的運(yùn)營(yíng)、檢修維護(hù)的工作將由機(jī)器人承擔(dān)。例如，維護(hù)機(jī)器人能夠輔助一些繁重的工作，如在船舶的不同區(qū)域焊接、切割等；迷你機(jī)器人能夠在小區(qū)域范圍內(nèi)從事較為危險(xiǎn)的工作；消防機(jī)器人能夠在船上實(shí)施消防作業(yè)；施工機(jī)器人帶有安裝、維修與建造功能的多功能工具，可用于安裝重件等；家政機(jī)器人能夠?yàn)榇瑔T的日常生活提供服務(wù)等。

海洋裝備物聯(lián)網(wǎng)

未來(lái)所有的海洋裝備、生產(chǎn)制造裝備之間通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，構(gòu)建出智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，任何裝備的運(yùn)行狀態(tài)都可隨時(shí)被掌握，裝備間能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行信息交換和通訊。

在海洋裝備制造方面，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，企業(yè)通過(guò)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)人與物的識(shí)別、定位、跟蹤和監(jiān)控。同時(shí)，通過(guò)搭建覆蓋海洋裝備制造過(guò)程的制造信息感知網(wǎng)，將實(shí)現(xiàn)信息的有效采集和有效傳輸。此外，通過(guò)聯(lián)通船廠(chǎng)生產(chǎn)裝備物理系統(tǒng)，企業(yè)將實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)感知和能源管理的實(shí)時(shí)管控與優(yōu)化。

建立船舶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于船舶營(yíng)運(yùn)的意義則更加深遠(yuǎn)，利用物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)人-船舶-環(huán)境-貨物的更為廣泛的互聯(lián)，從而最大限度地提高船舶航行、裝卸貨物和港口作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性、高效性和安全性。此外，傳統(tǒng)的船舶維修工作不能實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶的狀態(tài)，構(gòu)建船舶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使得對(duì)船舶故障的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)變?yōu)榭赡?，通過(guò)岸與船、船與船之間數(shù)據(jù)傳輸，完成咨詢(xún)、設(shè)備維護(hù)、故障診斷等活動(dòng)，提高船舶使用效率，延長(zhǎng)船舶使用壽命。

海洋裝備全壽命周期管理

未來(lái)，日益成熟的人工智能系統(tǒng)將應(yīng)用到海洋裝備領(lǐng)域，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于人類(lèi)大腦的“思考”過(guò)程。在突發(fā)環(huán)境變化等特殊環(huán)境狀況下，人工智能系統(tǒng)通過(guò)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行判斷，輔助人類(lèi)或者自主完成決策及操作。

全球范圍內(nèi)已開(kāi)展了多個(gè)智能船舶和無(wú)人駕駛船舶項(xiàng)目，如中國(guó)的“大智”號(hào)、歐盟資助研發(fā)的代號(hào)為“MARS”的無(wú)人駕駛船項(xiàng)目、DNV-GL的無(wú)人運(yùn)輸船設(shè)計(jì)項(xiàng)目、韓國(guó)現(xiàn)代重工的智能船舶項(xiàng)目等。無(wú)人駕駛的“MARS”號(hào)預(yù)計(jì)在2020年駛向大西洋；DNV-GL在設(shè)計(jì)無(wú)人運(yùn)輸船之前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出全新的無(wú)人操作FLNG（浮式液化天然氣裝置）概念。

人工智能在船舶上的應(yīng)用，除了運(yùn)營(yíng)方面，還有設(shè)計(jì)和建造。目前，船舶的設(shè)計(jì)和建造普遍應(yīng)用軟件、機(jī)械臂等，這是一種最初級(jí)的人工智能。在這方面走在前面的韓國(guó)和日本，目前都已擁有較為完善的智能化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，以及從船舶設(shè)計(jì)、研發(fā)到建造的智能化控制體系。同時(shí)，由于船舶產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)化和定制化特點(diǎn)，船廠(chǎng)應(yīng)用機(jī)器人生產(chǎn)還存在一定的困難，未來(lái)具有深度學(xué)習(xí)能力的人工智能機(jī)器人很有可能是解決這一問(wèn)題的突破口。

3D打印廣泛應(yīng)用

未來(lái)，3D打印技術(shù)將廣泛應(yīng)用到海洋裝備制造過(guò)程中，逐步成為海洋裝備制造的重要方式。3D打印具有高精度、高自由度、用料省、成型便捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，并且已對(duì)海洋裝備的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)、維修等各個(gè)階段產(chǎn)生了一定影響，在海洋裝備領(lǐng)域有著較好的發(fā)展前景。例如，在船舶設(shè)計(jì)階段制作用于驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)的模型；船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的許多關(guān)鍵零件，如葉輪這種復(fù)雜薄壁件，傳統(tǒng)加工難以實(shí)現(xiàn)，加工難度大，成品率低，材料利用率低，采用3D打印的方法可以有效改善上述問(wèn)題；大型的船舶在遠(yuǎn)洋航行時(shí)，可以通過(guò)船上的3D打印機(jī)，打印自身?yè)p壞零件，達(dá)到自我修復(fù)的效果。

裝備的動(dòng)力來(lái)源

未來(lái)，新能源、清潔能源將席卷能源消費(fèi)的各個(gè)領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題和資源枯竭問(wèn)題具有重要意義。儲(chǔ)能技術(shù)和清潔能源技術(shù)、可再生能源技術(shù)的融合將共同推動(dòng)海洋裝備動(dòng)力向新能源方向發(fā)展。

現(xiàn)代船舶特別是遠(yuǎn)洋船舶因使用傳統(tǒng)的化石燃料，導(dǎo)致對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。未來(lái)，船舶航行動(dòng)力、控制系統(tǒng)、警戒防務(wù)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等都有望采用新能源驅(qū)動(dòng)。新能源目前已經(jīng)在海洋裝備領(lǐng)域得到初步應(yīng)用發(fā)展，例如風(fēng)帆助航技術(shù)已經(jīng)有了很大發(fā)展并在實(shí)船上有了應(yīng)用，且取得了很好的效果，未來(lái)依然是風(fēng)能利用的主要方向。SolarCity研發(fā)的太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率高達(dá)22%，對(duì)于推廣船舶綠色航行具有巨大推進(jìn)作用。對(duì)于海洋深潛器而言，蓄電池容量、放電能力等是制約深潛器航行作業(yè)時(shí)間的瓶頸，而新能源電池（如燃料電池）具有較高的比能量和安全性，將大幅改善深潛器的航行作業(yè)性能。

裝備趨于環(huán)境友好型

未來(lái)，海洋裝備自身從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)到報(bào)廢處理的全壽命周期中，都將做到廢棄物和有害排放物最少，減小對(duì)環(huán)境的影響。

例如，在船舶設(shè)計(jì)階段，將廣泛采用綠色材料、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化零部件或單元，在充分考慮加工制造過(guò)程中的材料利用率的同時(shí)，還必須滿(mǎn)足船舶產(chǎn)品在營(yíng)運(yùn)壽命終止后，報(bào)廢、拆解等階段對(duì)環(huán)境不造成負(fù)面影響，并實(shí)現(xiàn)部分材料、零部件和設(shè)備再生利用；在船舶制造階段，近年來(lái)綠色高效焊接方式得到了廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)AB法、自動(dòng)立腳焊、垂直氣電焊、自動(dòng)橫焊及焊機(jī)機(jī)器人等在船舶制造中的應(yīng)用充分體現(xiàn)了其高效性，促進(jìn)了焊接質(zhì)量的提高，為改善環(huán)境、提高能源利用率起到了關(guān)鍵作用。

先進(jìn)材料的使用

未來(lái)，海洋裝備本身將更多的使用先進(jìn)材料，先進(jìn)材料將具有更好的強(qiáng)度、韌性和耐久性，并具備智能、自我修復(fù)等能力，從而使海洋裝備整體性能得到大幅提升。

船用先進(jìn)材料的研發(fā)將成為提高未來(lái)船舶性能的關(guān)鍵，未來(lái)的先進(jìn)材料會(huì)具備一些新特性并具有多功能用途。如，石墨烯材料的應(yīng)用可降低一些目前在用的產(chǎn)品的重量，從而減輕船舶的整體重量。此外，石墨烯的特定應(yīng)用會(huì)增強(qiáng)熱傳遞性，將來(lái)可用在機(jī)艙的某些部件上，包括熱交換管、過(guò)濾器、海水箱、冷凝器和鍋爐。

陶瓷作為一種應(yīng)用于水下耐壓罐的新型耐壓材料，越來(lái)越受到人們的重視。美國(guó)的新型無(wú)人深潛器“海神號(hào)”HROV的耐壓罐即使用了此種新型的耐壓材料。據(jù)國(guó)際載人潛水器委員會(huì)稱(chēng)，碳纖維增強(qiáng)材料、陶瓷耐壓材料、低密度、玻璃微珠可加工浮力材料等一大批新材料將越來(lái)越多地用于深海載人潛水器的制造中。

制造業(yè)向服務(wù)型方向轉(zhuǎn)型

隨著海洋開(kāi)發(fā)裝備制造與互聯(lián)網(wǎng)、通信、計(jì)算機(jī)等信息化手段與現(xiàn)代管理思想和方法的融合，未來(lái)海洋裝備制造業(yè)將由生產(chǎn)制造轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)型制造。

船舶作為在海洋從事運(yùn)輸、作業(yè)的特殊產(chǎn)品，船東對(duì)設(shè)備商的服務(wù)能力十分看重，因此船舶設(shè)備運(yùn)行與應(yīng)用狀態(tài)報(bào)告的自動(dòng)生成與推送、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、云服務(wù)等業(yè)務(wù)正迅速發(fā)展。此外，海洋裝備及配套系統(tǒng)和設(shè)備的工程總包、整體解決方案服務(wù)也處于快速發(fā)展階段，如船用主機(jī)，先進(jìn)企業(yè)逐步形成了船舶主機(jī)、軸系、齒輪箱、螺旋槳、推進(jìn)控制系統(tǒng)、主推進(jìn)系統(tǒng)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、SCR/廢氣洗滌器等后處理設(shè)備為一體的集成設(shè)計(jì)、成套供貨能力。

最后，筆者想說(shuō)，未來(lái)技術(shù)發(fā)展一定是跨領(lǐng)域、跨學(xué)科、跨專(zhuān)業(yè)的融合，雖然有些技術(shù)目前我們能夠看出端倪，但更多的技術(shù)及其帶來(lái)的影響是無(wú)法預(yù)見(jiàn)的，需要我們走出自己熟悉的領(lǐng)域，聯(lián)合行業(yè)外的優(yōu)勢(shì)力量，共同推動(dòng)海洋裝備技術(shù)的進(jìn)步。