深海技術裝備公共研發(fā)平臺的建設與思考

于凱本 張曉波 楊志國 于盛 齊宗樂 李正光 劉保華

摘要：建設功能齊全、能夠服務于海洋探測技術的公共研發(fā)平臺是推動我國海洋科學研究、海洋技術裝備研發(fā)和成果轉化的重要支撐。基于此，當前國家深?；毓芾碇行囊验_展集裝備研發(fā)制造、性能測試、規(guī)范化海試、技術咨詢與培訓等功能一體化的深海技術裝備公共研發(fā)平臺的建設工作。本研究以深海技術裝備公共研發(fā)平臺為例，介紹平臺在硬件設施建設的基本情況，闡述了平臺運行管理制度的建設情況，論述了平臺建設過程中的經(jīng)驗和不足之處，以期為其他公共研發(fā)平臺的建設工作提供有益借鑒和經(jīng)驗。

關鍵詞：海洋科學;海洋技術;深海技術裝備;公共研發(fā)平臺;運行管理體系

中圖分類號：P711文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）01-0044-05

Practice and Consideration on the Construction of Public Research and Developing Platforms for Deepsea Technology Equipment

YU Kaiben1，2，ZHANG Xiaobo1，3，YANG Zhiguo1，YU Shengqi1，

ZONG Le1，LI Zhengguang1，LIU Baohua1，2

（1National Deep Sea Center，Qingdao 266237，China;

2Laboratory for Marine Geology and Environment，Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology（Qingdao），Qingdao 266061，China;

3College of Environmental Science and Engineering，Ocean University Of China，Qingdao 266100，China）

Abstract：

A public research and developing platform that is fully functional and capable of serving the research of marine exploration technology is an important support for promoting Chinas marine scientific research，marine technology equipment research and development，and achievement transformation.Currently，relying on the National Deep Sea Center，a public research and developing platform for deepsea technology which was consist of equipment manufacturing，performance testing，standardized sea trials，and application technology consulting and training had been developed.This paper took the platform as an example to firstly introduce the basic situation of platform construction，then introduced the construction of the platforms operational management system，and finally discussed the experiences and deficiencies in the process of building the platform，in order to provide a useful reference and experience for the construction of other public research and developing platform.

Key words：Marine science，Marine technology，Deepsea technology equipment，Public research and developing Platform，Operation management system

0引言

21世紀是海洋的世紀，以爭奪國際海底礦產(chǎn)資源和國際海域空間為核心的新一輪“藍色圈地運動”日趨激烈，對于國家而言，擁有深遠海探測及開發(fā)的先進技術是在資源和空間競爭中搶奪先機，進軍海洋強國行列的重要前提。

隨著海洋技術的快速發(fā)展，建設設備齊全，可為海洋資源環(huán)境探測技術和軍事技術等研究提供全方位服務的海洋公共研發(fā)平臺愈發(fā)重要[1]，美國、日本等國家已紛紛建立深海高技術研發(fā)中心，如美國的WHOI[2]、日本的JAMSTECH等[3]。與此相比，我國的海洋技術裝備發(fā)展，不論是在總體技術水平，還是在管理水平和配套保障設施等方面，都與發(fā)達國家之間存在不小的差距，這也成為制約我國海洋科學技術發(fā)展的“瓶頸”問題[4]。

目前，海洋公共研發(fā)平臺的建設需求已經(jīng)上升到國家政策層面的高度?！秶抑虚L期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》[5]提出，維護海洋主權權益和安全，推動海底資源勘探、海洋可持續(xù)利用，是實現(xiàn)海洋強國的重要保證?！秶摇笆晃濉焙Ｑ罂茖W和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》[6]《國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》[7]以及《國家深海高技術發(fā)展專項規(guī)劃（2009—2020年）》[8]中指出，要加快建設國家級海洋科學技術共享服務平臺、實驗室和試驗場。因此，在國家戰(zhàn)略扶持下，建設功能齊全、專業(yè)服務完善的海洋公共服務平臺是提升我國海洋科研水平的有效途徑[9-10]。

在國家政策的推動和支持下，國家深?；毓芾碇行囊該屨忌詈＜夹g制高點為突破口，以發(fā)展海洋高新技術為核心，以推動海洋技術產(chǎn)業(yè)化為目標，經(jīng)過4年（2013—2017年）的時間，完成了深海技術裝備公共研發(fā)平臺的建設工作。本研究以國家深?；厣詈＜夹g裝備公共研發(fā)平臺為例，介紹平臺建設基本情況，分析該平臺在建設過程中取得的創(chuàng)新性成果和不足，以期為其他公共研發(fā)平臺的建設提供有益借鑒和經(jīng)驗。

1深海技術裝備公共研發(fā)平臺總體框架

深海技術裝備公共研發(fā)平臺依托國家深?；毓芾碇行模浴吧詈＜夹g裝備”為中心，重點開展4個方面的建設，包括研發(fā)制造中心、性能測試中心、規(guī)范化海試子平臺、研發(fā)應用技術咨詢與培訓中心，平臺組成框圖如圖1所示。通過發(fā)揮公共研發(fā)平臺的專業(yè)特色，建立合作共贏的運行機制，形成集深海裝備研發(fā)及制造、性能測試于一體，硬件設施齊全、高度共享的公共研發(fā)平臺，旨在為裝備研發(fā)全過程提供咨詢，同時形成一支專業(yè)技術過硬的人員保障團隊，為藍色經(jīng)濟發(fā)展和深海大洋調查業(yè)務提供技術支撐，全面帶動藍色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2平臺硬件設施情況

21深海技術裝備研發(fā)中心

以建設工程項目為依托，國家深?；亟ǔ闪嗣娣e為1 150 m2的機電加工中心。同時利用各級財政支持購置的儀器設備，建成了深海技術研發(fā)部，包括深海聲學技術實驗室、深海探測技術實驗室、深海運載器技術實驗室、深海裝備技術實驗室和CAD/CAE工作室。由各實驗室與機電加工中心共同組成深海技術裝備研發(fā)中心。

（1）機電加工中心主要開展常規(guī)調查儀器、環(huán)境監(jiān)測儀器設備、零部件加工制造與整機裝配任務。

（2）深海聲學技術實驗室配置有PULSE數(shù)據(jù)分析軟件、多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、可調直流穩(wěn)壓電源、可編程直流電源、多通道可編程濾波放大器、水聽器等設備，主要開展“蛟龍”號等水下技術裝備所搭載聲學傳感器及聲學探測系統(tǒng)的性能測試、維護維修和升級改造等工作。

（3）深海探測技術實驗室配置有精度標準恒溫槽、便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、PXI測試平臺、鉑電阻溫度計、四通道測溫儀等設備，主要開展傳感器測試與維護、控制系統(tǒng)設計改進、新型探測系統(tǒng)設計等工作。

（4）深海運載器技術實驗室主要開展載人潛水器、AUV、ROV、Glider等深海運載裝備的功能測試、組裝及性能改進工作。

（5）深海裝備技術實驗室主要開展深海技術裝備的結構設計、部件組裝、液壓系統(tǒng)測試及改進、電氣維護、取樣器設計等工作。

（6）CAD/CAE工作室配置有ANSYS 150大型研發(fā)設計系統(tǒng)，主要開展結構物和儀器裝備的流體動力學分析以及熱場的分析，以滿足常規(guī)海洋技術裝備與工程的研究設計需要。

22深海技術裝備性能測試中心

以耐壓車間、總裝車間、試驗水池、消聲水池等基礎設施為依托，國家深海基地已建成深海技術裝備性能測試中心，包含用于設備測試的三大實驗室及試驗水池（圖2），可為研發(fā)中心制造的樣機提供性能、裝配及親水測試，是目前平臺對外服務的重點建設內容。

（1）深海高壓環(huán)境模擬實驗室可實現(xiàn)承擔器件長時間在深水、低溫、高壓條件下的承壓結構強度測試和密封性測試等。該實驗室設有90 MPa和120 MPa大小兩座壓力筒和低溫水環(huán)境模擬裝置。其中90 MPa壓力筒內徑16 m，有效高度30 m，可用于耐壓殼體和浮力材料等較大部件的耐壓測試;120 MPa壓力筒內徑05 m，有效高度15 m，可用于諸如水密纜和接插件在水壓環(huán)境中的承壓和密封性能的檢測。

（2）消聲水池實驗室主要用于開展水下聲場環(huán)境模擬，實驗室面積580 m2，水池為16×8×8（m3），可提供6面消聲，工作頻段覆蓋3～500 kHz，配套信號源、功放及多種型號聲學實驗儀器。

（3）總裝測試實驗室主要用于“蛟龍”號等深海技術裝備的日常維護維修，配置有50 t橋式吊車及恒溫恒濕調試間。

（4）大型試驗水池主要用于潛水器等大型裝備的水池測試及系樁拉力測試。包括直徑40 m圓形水池，20×30（m2）矩形水池，配套50 t橋式吊車、一臺小型懸臂吊以及水池測試的假底、水下觀察系統(tǒng)等。

23深海技術裝備規(guī)范化海試平臺

目前海試平臺主要包括岸基親水試驗平臺、近?？瓶即ā跋蜿柤t81”船）以及遠洋調查船等3個部分（圖3）。該平臺以國家深?；亟ㄔO的專用科考船碼頭及引堤為依托，配套有岸基能源支持系統(tǒng)、流動機電維修實驗室、布放回收折臂吊以及深海裝備岸基親水試驗監(jiān)控系統(tǒng)，從而具備海洋儀器裝備岸基測試的能力。同時，“向陽紅81”船以及船載的海洋測試儀器、布放回收裝備，為深海儀器裝備提供了近海試驗保障。此外，結合“大洋一號”“向陽紅09”船等大型調查船，“蛟龍”號載人潛水器、“海龍”號水下機器人（ROV）、“潛龍”號自主水下航行器（AUV）等大型調查探測裝備以及船載的海洋調查儀器、布放回收裝備，為深海技術裝備提供了深遠海試驗應用保障。由此，包括近岸親水試驗平臺、近海及遠海規(guī)范化海試平臺的綜合海上試驗平臺最終形成，為我國深海技術裝備的研發(fā)提供了便利的海上試驗條件。

（1）岸基親水試驗平臺可開展相關近岸海上試驗。碼頭配電能力可滿足10艘以上千噸級科考船?？?，同時擁有折臂吊、汽車吊、轉運平板車以及岸基流動維修實驗室。

（2）“向陽紅81”船可開展近海領域相關海上試驗，該船為雙機單可調距槳，配有艏側推，最大設計航速不小于12 kn，經(jīng)濟航速約10 kn，續(xù)航力2 000 n mile，定員24人，自持力15 d，后甲板面積110 m2。

（3）遠洋調查船主要用于開展遠洋綜合調查等工作，目前4 000噸級“蛟龍”號新母船“深海一號”以及5 000噸級新綜合資源調查船已立項建設。

24深海技術裝備技術咨詢與培訓中心

基于準確的職能定位以及在裝備研發(fā)、測試及應用過程中積累的有益經(jīng)驗，國家深海基地為我國涉海研發(fā)機構、高新技術企業(yè)和社會積極提供關于深海技術裝備研發(fā)與應用需求導向、理論支持、經(jīng)驗借鑒等方面的服務。例如，該中心借助深海基地建設的深潛模擬訓練館，為深海技術裝備研發(fā)與工程技術人員提供載人潛水器等深海技術設備操作的技術培訓服務。此外，通過利用已建成的ROV與機械手模擬培訓中心，形成技術咨詢與培訓能力，為我國潛航員培訓提供了良好的硬件條件。

（1）載人潛水器模擬駕駛與操作培訓提供了一套本體結構、艙內環(huán)境、深海視景、作業(yè)流程、故障響應實物、半實物與數(shù)字仿真結合的全功能多任務動態(tài)模擬訓練系統(tǒng)，實現(xiàn)了潛水器從起吊入水、下潛作業(yè)到甲板回收全流程駕駛與操作模擬。同時，載人潛水器操縱訓練模擬系統(tǒng)還可對潛水器的極限運動工況進行模擬，提高訓練潛航員的應急處理能力，為海上實艇操縱應急情況處理積累經(jīng)驗。

（2）ROV操作培訓采用3D虛擬現(xiàn)實技術對ROV的整個作業(yè)過程進行模擬，可廣泛應用于ROV駕駛員的培訓以及ROV作業(yè)的演習、排練工作。該模擬器以虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展而來的全新的ROV操縱訓練模擬器為基礎，以Vmax ROV操縱訓練模擬器為依托開展工作的。經(jīng)過本系統(tǒng)培訓的駕駛員可直接實現(xiàn)對ROV的實際操作。

（3）機械手操作培訓實驗室為駕駛員機械手操作的培訓提供條件，內設有“蛟龍”號測試訓練7功能液壓主從機械手、7功能液壓開關機械手、4功能液壓機械手、5功能電動機械手及液壓動力單元。

3深海技術裝備公共研發(fā)平臺運行管理體系

31管理制度體系

根據(jù)《青島市科學技術局公共研發(fā)平臺管理暫行辦法》，結合國家深?；刂贫艘幌盗羞m用于平臺建設、發(fā)展的管理制度體系，包括《青島市深海技術裝備公共研發(fā)平臺管理制度匯編》以及《青島市深海技術裝備公共平臺管理辦法（試行）》，明確了平臺設備及支撐保障能力運行流程，有力地保障了平臺的對外服務。

32運行機制

目前，深海技術裝備公共服務研發(fā)平臺主要依托國家深?；毓芾碇行倪\行，由中心分管領導負責，業(yè)務處監(jiān)督，實際工作主要由條件保障部承擔，設立專門的設備管理與聯(lián)系工作人員，嚴格按照國家深?；毓芾碇行闹付ǖ钠脚_對外服務流程和管理制度體系實施。

按照優(yōu)勢資源整合原則，根據(jù)深海技術裝備研發(fā)平臺的發(fā)展目標，平臺實行“聯(lián)合服務、資源共享、滾動發(fā)展”的組織機制和模式。

321聯(lián)合服務

深海技術裝備研發(fā)平臺作為青島市深海裝備研發(fā)、制造和資源利用的共享平臺，應結合青島市涉海高校、科研院所和企業(yè)的需求情況，實施合作開發(fā)和聯(lián)合服務。形成合理有效的合作協(xié)調機制，制訂人才協(xié)作規(guī)范化制度，支持和鼓勵各單位高水平人才參與平臺關鍵共性技術的研發(fā)和從事技術服務工作。利用平臺建設推進青島涉海企業(yè)間合作、涉海企業(yè)與涉?？蒲性核⒏咝ｉg的合作。

322資源共享

根據(jù)深海技術裝備研發(fā)平臺現(xiàn)有資源情況，制訂資源共享規(guī)范化制度。對平臺內現(xiàn)有資源以及愿意納入平臺統(tǒng)籌管理和使用的物質資源和信息資源，按照統(tǒng)一要求最大限度地實現(xiàn)資源共享。充分挖掘青島涉海企業(yè)、高校和科研院所各自優(yōu)勢和積極性，制訂高質量共享機制，以達到將最恰當?shù)馁Y源在最恰當?shù)臅r間傳遞給最恰當?shù)氖褂谜摺?/p>

323滾動發(fā)展

遵循公益性服務原則，實行成本性非盈利收費，面向青島（乃至全國）涉海企業(yè)、高校和科研院所提供條件支撐和技術服務時僅收取成本費用，對于加工制造的項目僅收取工人工時費和加工裝備成本費，對于技術服務和培訓項目僅收取工時費及培訓教材費，所有經(jīng)營所得用于平臺的自身滾動發(fā)展。通過提供成熟配套的基礎設施和具有高增值效益的技術服務，逐步提高來自涉海企業(yè)、高校和科研院所的服務性收入，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益按一定的比例反哺平臺建設，實現(xiàn)平臺技術升級、高效運作和滾動發(fā)展。

33平臺人員隊伍

通過深海技術裝備公共研發(fā)平臺的建設，培養(yǎng)了一支深海技術裝備專業(yè)技術保障隊伍。目前，國家深海基地管理中心擁有一支涵蓋地球物理、機械、控制、儀器儀表及計算機等相關專業(yè)的海洋技術研發(fā)與技術服務團隊。深海中心工作人員中，大部分為年輕骨干型人才，技術研發(fā)人員從事公共研發(fā)平臺技術裝備研發(fā)人數(shù)為73人，主要具備機械、通信、船舶及水聲方面專業(yè)背景科研人才，能夠進行技術裝備、新科研項目的技術可行性研究，確定裝備的檢驗標準以及提供深海裝備技術咨詢等;從事平臺測試及檢測工作人數(shù)為18人，具有通信、機械、機電一體化等專業(yè)背景，能夠進行平臺技術裝備及項目的測試及檢驗;從事平臺技術培訓人數(shù)為8人，能夠進行培訓項目的組織實施以及培訓體系的建立維護。

4深海技術裝備公共研發(fā)平臺建設經(jīng)驗及啟示

結合國家深海基地項目同步建設，平臺建設已納入國家深海基地長期規(guī)劃中。國家深?；囟ㄎ挥趪壹壒卜掌脚_，面向全國開放共享，與平臺宗旨高度契合，按照優(yōu)勢資源整合原則，根據(jù)深海技術裝備研發(fā)平臺的發(fā)展目標，確立了“集中管理，資源共享，公益服務”的服務宗旨。

平臺建設過程中圍繞深海技術裝備研發(fā)、測試、試驗的全流程研發(fā)與服務能力建設，最終建設成從深海技術研發(fā)、工程樣機研制、性能測試到海上規(guī)范化海試，硬件設施國際一流、運行高效、開放共享的深海技術裝備公共研發(fā)平臺，具備了從海洋工程樣機制造—性能測試—水池試驗—岸基親水試驗—近、遠海試驗的服務能力，可為深海技術裝備研發(fā)提供一站式、全流程服務。

5結論及展望

作為國內深海技術領域的第一個公共研發(fā)平臺，深海技術裝備公共研發(fā)平臺的建設和運行是一項復雜的系統(tǒng)工程，運用科學管理的原理和技術，采用先進的手段和方法，在儀器設備管理的過程中實現(xiàn)人流、財流、物流、信息流的平衡協(xié)調，供應、管理、使用、維修的相互結合，達到整體優(yōu)化，從定性管理走向定量管理，走向數(shù)字化管理，最大限度地發(fā)揮平臺的社會效益和經(jīng)濟效益。

本研究對平臺建設和運行現(xiàn)狀做了一些有益的研究，隨著平臺的繼續(xù)運行，還會有面臨更多的問題。因此需要在實際工作中不斷加以改進，使之進一步豐富和完善，從而為深海技術裝備的研發(fā)和測試工作提供更加完備、可靠的服務。

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