中船重工曾晓光:未来技术将如何影响海洋装备产业

作者:曾晓光,中船重工经济研究中心海洋装备技术研究部部长

通过对《美国国家创新战略》报告、美国《国防2045:为国防政策制定者评估未来的安全环境及影响》报告、《2025年前可能改变生活、企业与全球经济的12项颠覆性技术》报告、日本第十次技术预见报告、《技术与创新未来:英国2030年的增长机会》报告、《俄罗斯联邦至2030年科技发展预测》报告、联合国《未来展望》报告等报告中有关内容和结论进行综合分析发现,未来最能够影响海洋装备产业发展主要有12个技术方向,包括机器人技术、清洁能源和节能技术、人工智能技术、可再生能源技术、远程遥控技术、储能技术、自动驾驶技术、纳米技术、物联网技术、增材制造技术、SolarCity的超级工厂和新材料技术。

这其中很多技术相信读者并不陌生,笔者在此不一一赘述。这12项技术将对海洋装备产业发展产生哪些影响呢?通过分析,笔者认为主要包括以下几个方面:

01

智能机器人将替代人类

未来,机器人将广泛应用到海洋装备领域中,替代人类完成工作。工业机器人可满足人所不及的精密可靠装备的生产要求,完成“超越人”的使命;可应用于对人类存在较大风险的危险、恶劣环境中,完成“代替人”使命;可将人类从简单、重复、繁重的体力劳动中解放出来,促使人类从事更高级脑力劳动的工作,或者干脆不工作。长期发展来看,我国海洋装备领域要推进两化深度融合,实现造船强国,采用以工业机器人为代表的海洋装备智能制造是最为可行的方式,如果仅依靠人类劳动力无法完全满足要求。

从船上来看,未来一艘船上仅需少量人员,大部分装备的运营、检修维护的工作将由机器人承担。例如,维护机器人能够辅助一些繁重的工作,如在船舶的不同区域焊接、切割等;迷你机器人能够在小区域范围内从事较为危险的工作;消防机器人能够在船上实施消防作业;施工机器人带有安装、维修与建造功能的多功能工具,可用于安装重件等;家政机器人能够为船员的日常生活提供服务等。

02

海洋装备物联网

未来所有的海洋装备、生产制造装备之间通过物联网技术将实现互联,构建出智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的物联网系统,任何装备的运行状态都可随时被掌握,装备间能够实时进行信息交换和通讯。

在海洋装备制造方面,基于物联网技术,企业通过构建物联网系统,将实现人与物的识别、定位、跟踪和监控。同时,通过搭建覆盖海洋装备制造过程的制造信息感知网,将实现信息的有效采集和有效传输。此外,通过联通船厂生产装备物理系统,企业将实现运行设备的实时感知和能源管理的实时管控与优化。

建立船舶物联网系统对于船舶营运的意义则更加深远,利用物联网能够实现人-船舶-环境-货物的更为广泛的互联,从而最大限度地提高船舶航行、装卸货物和港口作业的经济性、高效性和安全性。

此外,传统的船舶维修工作不能实时监控船舶的状态,构建船舶物联网系统,使得对船舶故障的预测和预报变为可能,通过岸与船、船与船之间数据传输,完成咨询、设备维护、故障诊断等活动,提高船舶使用效率,延长船舶使用寿命。

03

海洋装备全寿命周期管理

未来,日益成熟的人工智能系统将应用到海洋装备领域,通过深度学习算法,实现类似于人类大脑的“思考”过程。在突发环境变化等特殊环境状况下,人工智能系统通过深度学习进行判断,辅助人类或者自主完成决策及操作。

全球范围内已开展了多个智能船舶和无人驾驶船舶项目,如中国的“大智”号、欧盟资助研发的代号为“MARS”的无人驾驶船项目、DNV-GL的无人运输船设计项目、韩国现代重工的智能船舶项目等。

无人驾驶的“MARS”号预计在2020年驶向大西洋;DNV-GL在设计无人运输船之前已经开发出全新的无人操作FLNG(浮式液化天然气装置)概念。

人工智能在船舶上的应用,除了运营方面,还有设计和建造。目前,船舶的设计和建造普遍应用软件、机械臂等,这是一种最初级的人工智能。在这方面走在前面的韩国和日本,目前都已拥有较为完善的智能化设计、生产运行和运营管理系统,以及从船舶设计、研发到建造的智能化控制体系。同时,由于船舶产品的非标准化和定制化特点,船厂应用机器人生产还存在一定的困难,未来具有深度学习能力的人工智能机器人很有可能是解决这一问题的突破口。

04

3D打印广泛应用

未来,3D打印技术将广泛应用到海洋装备制造过程中,逐步成为海洋装备制造的重要方式。3D打印具有高精度、高自由度、用料省、成型便捷、经济环保等优势,并且已对海洋装备的设计、制造、运营、维修等各个阶段产生了一定影响,在海洋装备领域有着较好的发展前景。例如,在船舶设计阶段制作用于验证和改进设计的模型;船舶发动机的许多关键零件,如叶轮这种复杂薄壁件,传统加工难以实现,加工难度大,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问题;大型的船舶在远洋航行时,可以通过船上的3D打印机,打印自身损坏零件,达到自我修复的效果。

05

装备的动力来源

未来,新能源、清洁能源将席卷能源消费的各个领域。相对于传统能源,新能源具有污染少、储量大等特点,对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。储能技术和清洁能源技术、可再生能源技术的融合将共同推动海洋装备动力向新能源方向发展。

现代船舶特别是远洋船舶因使用传统的化石燃料,导致对环境污染严重。未来,船舶航行动力、控制系统、警戒防务系统、照明系统等都有望采用新能源驱动。新能源目前已经在海洋装备领域得到初步应用发展,例如风帆助航技术已经有了很大发展并在实船上有了应用,且取得了很好的效果,未来依然是风能利用的主要方向。SolarCity研发的太阳能电池板,太阳能转化率高达22%,对于推广船舶绿色航行具有巨大推进作用。对于海洋深潜器而言,蓄电池容量、放电能力等是制约深潜器航行作业时间的瓶颈,而新能源电池(如燃料电池)具有较高的比能量和安全性,将大幅改善深潜器的航行作业性能。

06

装备趋于环境友好型

未来,海洋装备自身从设计、制造、运营到报废处理的全寿命周期中,都将做到废弃物和有害排放物最少,减小对环境的影响。

例如,在船舶设计阶段,将广泛采用绿色材料、标准化和模块化零部件或单元,在充分考虑加工制造过程中的材料利用率的同时,还必须满足船舶产品在营运寿命终止后,报废、拆解等阶段对环境不造成负面影响,并实现部分材料、零部件和设备再生利用;在船舶制造阶段,近年来绿色高效焊接方式得到了广泛的应用,FAB法、自动立脚焊、垂直气电焊、自动横焊及焊机机器人等在船舶制造中的应用充分体现了其高效性,促进了焊接质量的提高,为改善环境、提高能源利用率起到了关键作用。

07

先进材料的使用

未来,海洋装备本身将更多的使用先进材料,先进材料将具有更好的强度、韧性和耐久性,并具备智能、自我修复等能力,从而使海洋装备整体性能得到大幅提升。

船用先进材料的研发将成为提高未来船舶性能的关键,未来的先进材料会具备一些新特性并具有多功能用途。如,石墨烯材料的应用可降低一些目前在用的产品的重量,从而减轻船舶的整体重量。此外,石墨烯的特定应用会增强热传递性,将来可用在机舱的某些部件上,包括热交换管、过滤器、海水箱、冷凝器和锅炉。

陶瓷作为一种应用于水下耐压罐的新型耐压材料,越来越受到人们的重视。美国的新型无人深潜器“海神号”HROV的耐压罐即使用了此种新型的耐压材料。据国际载人潜水器委员会称,碳纤维增强材料、陶瓷耐压材料、低密度、玻璃微珠可加工浮力材料等一大批新材料将越来越多地用于深海载人潜水器的制造中。

08

制造业向服务型方向转型

随着海洋开发装备制造与互联网、通信、计算机等信息化手段与现代管理思想和方法的融合,未来海洋装备制造业将由生产制造转变为服务型制造。

船舶作为在海洋从事运输、作业的特殊产品,船东对设备商的服务能力十分看重,因此船舶设备运行与应用状态报告的自动生成与推送、在线监测、远程诊断、云服务等业务正迅速发展。此外,海洋装备及配套系统和设备的工程总包、整体解决方案服务也处于快速发展阶段,如船用主机,先进企业逐步形成了船舶主机、轴系、齿轮箱、螺旋桨、推进控制系统、主推进系统控制及监测系统、SCR/废气洗涤器等后处理设备为一体的集成设计、成套供货能力。

最后,笔者想说,未来技术发展一定是跨领域、跨学科、跨专业的融合,虽然有些技术目前我们能够看出端倪,但更多的技术及其带来的影响是无法预见的,需要我们走出自己熟悉的领域,联合行业外的优势力量,共同推动海洋装备技术的进步。

来源:《中国船检》

转自:溪流之海洋人生

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