海上自治：现实
在世界上最先进的电缆层之一的桥梁上的真实世界支持仍然需要不时的个人接触。 ABB Marine Service能够利用远程数据，准确准备船上所需的适当技能，并预测必要的零件和工具。照片：ABB
“我们将开发过去预期寿命可能超过15年的产品，但今天我们正在考虑新产品可能持续四到五年的时间框架，然后它将被新技术所取代。”Ketil O. Paulsen，技术总经理，KM技术，研究与创新，Kongsberg Maritime AS
“我在不久的将来看到的最高级别的自治是小型渡轮和拖船，非常本地化。 Oceangoing船舶将采用某些自主技术，但它们将使人员留在船上：它将用于提高现场意识并提高安全性和效率。“ABB数字解决方案高级副总裁Mikko Lepisto
“在我们回顾基于产生重大资本回报的产品的重大转型时，70％的行业将采用”未来船舶“大约20年。例如，读者应该考虑大部分行业采用无人机房的时间。“海洋机械公司创始人兼首席执行官Michael G. Johnson
“我看到越来越多的人对自动化和自主化操作感兴趣，而不是完全无人操作，而是自动化增加船上系统，在船上操作的人少，并针对机械操作的特定部分。有些人正在研究完全无人驾驶的船只，但目前相对有限。“DNV GL海事研究项目主任Bjorn Johan Vartdal
虽然merriam-webster.com在其“自治”的定义中是简洁的，但要求海事部门的10个人“自主”船对他们意味着什么，并且反应差异很大。如今，在许多（如果有的话）船东的议程上，实现自主的无人操作并不高。什么引起他们的注意？构建越来越“智能”的船舶，集成的连接系统可以承担额外的决策流程，同时有助于减少船员规模（和成本），并最终有助于使船舶运营更安全，更高效。
虽然肯定有许多研究和项目专注于商业船只和无人操作，但通常在谈话转向海事和自治时，它被定位为一种逐步改变技术，车载系统变得越来越紧密，越来越“智能”，越来越多地使用很少或根本没有人为干预做出决定。
“自主并不一定意味着'无人驾驶'......我可以看到自动驾驶船仍然可以作为载人飞船”，ABB数字解决方案高级副总裁Mikko Lepisto说。 “说自主只是'无人'是不正确的。我看到一艘可以在没有人类参与的情况下执行任何功能的自主船只，但人类角色是监督自主控制系统的功能。它既可以是有人驾驶也可以是无人驾驶。“
Ketil O. Paulsen，KM技术研究与创新技术总经理，在Kongsberg Maritime AS的各个技术开发领域拥有超过三十年的经验，他对此表示赞同。今天，他评估新技术，看看它们是否适合Kongsberg Maritime的投资组合。
“我们正在为渡轮开发功能，以便它们可以从A点到B点并自行停泊。但大多数“自治”功能都支持船员，不一定带走船员。它使他们的运营更安全，更高效。“Kongsberg投资了许多合作伙伴关系和自主海上作业研究，其中最高峰是YARA Birkeland，世界上第一艘全电动和自主集装箱船，零排放。 （参见第37页的相关报道）。
自动船舶开发领域的另一个领导者是西门子，据西门子政府技术公司美国海事总监David Grucza称，西门子的观点略有不同。 “有些人拥有'以桥梁为中心'的自治观。我们对自治的看法源于我们是电气化，数字化和自动化的船舶基础设施提供商。我们从集成的电力和电气系统来看待它。我们从基础设施的角度来看待自治。“
虽然许多引领海事自主推动的公司都是“财富500强”，但是年轻，创新的公司也有一个健康的代表，这些公司以令人羡慕的速度和力量移动，例如Sea Machines，它们在很短的时间内都参与其中。在一些高调的试验中，包括航运巨头马士基。
Sea Machines创始人兼首席执行官迈克尔·约翰逊说：“在控制或半控制领域使用其船只的渐进式运营商。 “在技术可以比直接控制的人类表现更好的情况下，其中许多都在执行任务驱动的操作。”
Sea Machines的创始人兼首席执行官迈克尔·约翰逊说：“Autonomy是一种高级自动化，可以管理复合任务，同时考虑到多个实时可变反馈流。” “作为一个比较的例子，传统的自动驾驶仪被认为是简单的自动驾驶仪，因为它只有很少的，如果只有一个反馈信号要处理 - 实际的航向和航向与设定航向和航向 - 它的目的是保持设定航向而不采取任何其他措施考虑到这意味着人类操作员需要管理除标题之外的所有事物的感知职责。自动驾驶自动驾驶员被认为“更加智能”，因为它需要更多的信息，例如船舶相对于图表风险的位置，域中的交通量以及与船舶预定航线的关系，为运营提供更多价值，或者可能需要暂时放慢或改变路线才能顺利完成任务。 “自治”级别指的是系统的整体智能或能力，以使操作员能够从直接控制中提取。我们将当前的自主产品SM300称为3级系统，这意味着在感知和应急控制回路的某些部分中存在一个活跃的操作员。
从课堂的角度来看，DNV GL海事研究项目主任Bjorn Johan Vartdal非常简洁。 “自主海上作业是一种由算法控制的作业。很多人将这与远程控制和自动化混合在一起，但我认为这与自治有区别。“
什么在现在？
西门子的Grucza说：“它正在快速发展，但人们并没有说'嘿，我需要自主权'。” “他们正在采用这些原则并将其应用于新建设计。随着人们看到更强大和可靠的发电厂，我认为这是自治的前驱，这自然会导致增加储能系统。“
世界上最大的船东/运营商之一NYK似乎与此评估同步。
“我们是一家航运公司，因此实现自主船舶不是我们的目标：我们的目标是更安全，更节能的运营和更可靠的物流，”海洋技术部高级总经理Hideouki Ando说，Monohakobi Technology工程博士研究所（MTI）有限公司是一家研发公司，由日本航运巨头NYK全资拥有。 “我们的目标是成为最可靠的货运航空公司。我们认为自动化技术支持我们的目标。“
那么我们在哪里可以看到自动船首先发展？由于监管机构和决策者的数量减少，一般共识指向地方或区域航线。 “你会看到当地交通 - 较小的渡轮和拖船发展得更快，因为当地的监管机构和运营商可以更快地行动，”ABB的Lepisto说，他的公司参与了一项关于遥控冰级客轮Suomenlinna II的创新自治项目。 （见第34页的故事）。 “你会在几年内看到商业运作。自治和自主技术发展最快的地方是船上有船员较小的船舶，其中“自主”系统正在利用这些系统来提高安全性和效率。这些船将拥有与自动驾驶船相同的技术，但船上将有人......这是船长和船员的免费系统。这将是最快的，因为没有监管障碍。“
在所有运输模式中推动自主是技术发展的速度，这一速度促使产品和系统过时达到创纪录的速度。
Paulsen或Kongsberg说：“我们将开发过去预期寿命可能超过15年的产品，”但今天我们正在考虑新产品可能持续四到五年的时间框架，然后它将被取代通过一项新技术。“
海洋机器的约翰逊同意。 “供应该行业的原始设备制造商开始宣布几十年来服务于他们的主要模拟和机械产品线的终结，新技术正在由领先的传统和年轻公司大力推广。在我们回顾基于产生重大资本回报的产品的重大转型时，70％的行业将采用“未来船舶”大约20年。例如，读者应该考虑无人机房被大多数行业采用的时间，“约翰逊说。
随着大公司变得更大，这种技术速度反过来推动了海事公司的整合，并促进了合作与伙伴关系的时代。 “我们过去常常开发大部分产品，我们现在所做的是与不同公司和研究机构建立更多合作关系，”Paulsen说。虽然技术通常是中心舞台的显示器，但Paulsen认为技术不是主要的推动因素。 “多年前，驱动力是技术;我们现在看到的主要驱动力之一是可持续性。可持续发展推动着我们今天所做的一切。这一切都与可持续性有关，“它也与自治有关。
什么是下一个步骤？
虽然像“数字化”和“大数据”这样的术语已经成为海事界的老头，但毫无疑问，数据的日益普及，无缝转移和有效利用是当今海事行业的主要技术驱动力。 “十年前，大多数项目（在MTI）都是关于硬件 - 一种更好的螺旋桨，球形弓，节能装置 - 以传统方式在海上发现，测试和试验。当时的大多数项目都专注于节能，“MTI的Ando说。 “例如，当我们开展关于能源效率的（硬件）项目时，我们意识到数据对于了解现在和未来船舶的真实性能至关重要，”他说。随着NYK的830艘船只的出现，当同样的技术在类似的船上进行试验时，真正的“大开眼界”就出现了，并且发现有些船只消耗了两倍的燃料。 “在我们意识到数据的重要性之后，我们（NYK）扩展了整个NYK机队的数据收集系统的安装。我们在自己的船上安装了自己的数据采集箱，大约有200艘船。“
最初的计划是以提高能源效率的名义收集数据，但“从2012年起我们更新了系统以收集安全数据和能源效率”，将传感器数据输出从原来的约50个传感器数据点扩展到1000个今天有2000个数据点。 “我们收集所有可用数据，”安藤说。
虽然数据是自治的“血液”，但可以说权力是“心脏”。
“我认为下一步是在载人船上采用这些技术，”ABB的Lepisto说。 “在发展方面，人们将更加关注机械方面。今天，人们主要关注航行方面，但对机械领域的讨论较少，例如船舶的维护过程是否被改变以适应自治？必须改变更多的电力系统以改善冗余和可靠性。电气系统需要较少的维护，并且更容易建立冗余。“
“我会说让我们寻找区域性的船只类型，因为单调或安全，你可以从中取出人类因素。我想你会在调查船上看到它，我想你会在工作船上看到它;我想你会在沿海保护船上看到它。海军正在研究自治船只，他们没有私人公司的一些监管负担或责任，使他们能够更快地进步。“David Grucza，西门子政府技术公司美国海事总监
西门子的Grucza表示赞同。 “我们更全面地将动力和推进装置视为一个系统。当你到达自主船只时，我认为动态也开始发生变化。例如，船上有多少电力负载用于人员和人员支持系统。支撑系统的推进功率与功率之比将会发生变化。在今天的工作船上，大部分动力用于推进，其中一些用于机组和辅助系统。这个比率会发生变化，推动力越多，关键技术就是系统地看待它而不仅仅是零件和组件。这是关于强大的，它是可靠的，动力和推进是问题的核心。“
但根据DNV GL的Vartdal，电子和传感器方面 - 导航 - 已经获得了大部分注意力，原因之一。 “就复杂性而言，导航部分是实现自主性最复杂的部分，因为它需要高水平的态势感知;这是一个复杂的情况。使用机械功能更容易，因为您可以拥有一组定义的故障模式，而导航则具有无限的可能性。这就是最复杂的原因。“
“海洋机器的下一步是对我们现有产品的持续功能开发，包括我们的路线图和客户反馈，”约翰逊说。 “我们还深入研究船舶感知技术的进步，即远程机器视觉，利用大型数据集和AI通过识别，分类和跟踪交通和障碍物来”查看“并解释操作船周围的域。这种Sea Machines技术目前正在波罗的海的AP Moller-Maersk集装箱船上进行试验。“
虽然船舶穿越世界水道的概念产生了一些令人印象深刻的未来艺术家演绎，但MTI的Ando坚持认为，在大量可靠数据的推动下，这一进程无异于魅力。 “没有多少业主/船舶管理人员充分利用数据的力量，”他说，并补充说“我们相信它，但收集，清理和有效利用数据是一项巨大的努力。这是一个逐步的，自下而上的方法。“
挑战是什么？
“从技术上讲，我认为这不是一个巨大的挑战，”MTI的Ando说。 “我认为更大的挑战来自监管，保险和责任，以及社会接受度。”
最终让利益相关者齐心协力 - 从业主和运营商到港口和物流供应商，再到技术制造者，再到立法者，再到融资和保险 - 等同于推动海上自治的发展。
西门子Grucza对此表示赞同。 “我仍然认为监管和法律问题是完全自治的重要制约因素。我认为我们现在已经在基础设施中看到了许多自治阶段。我认为很难在链条中的所有不同参与者之间保持一致，“（从船舶到港口再到全球物流）......”这就是为什么你看到一些当前的发展更注重区域性，因为很简单你有你需要聚集在一起并达成一致的监管机构。“
“我认为主要的挑战肯定是在市场方面，”ABB的Lepisto说。 “运营商必须建立商业案例，以便向无人驾驶的船只或船员较少的船只发展。正如我们所讨论的那样，监管需要到位，并且将从本地开始并发展到国内和国际。有了这个，我还认为在避免碰撞方面需要在行业内实现标准化“，例如。
虽然大多数人认为法律和金融问题将构成绊脚石，但海洋机械公司的约翰逊警告说，从长远来看，推进海上自治领域的技术并不是一件小事。 “在动态环境中安全地管理多吨级船只的建筑技术在发展道路的任何方面都不能轻视，”约翰逊说。 “我们现在的目标是将足够的SM200和SM300装置交到活跃的运营商手中，因为在他们的世界中使用可以为我们提供必要的反馈，以促进持续发展。”
虽然Kongsberg的Paulsen也将监管视为主要障碍，但他指出了必须考虑的第二个挑战。 “第二个挑战是载人船和无人船的混合。例如，在汽车领域，如果所有汽车都是自主的并且能够相互通话，那么问题就会更少。只要您拥有由人和自动驾驶汽车驾驶的汽车，就会出现更多问题。“
虽然关于技术，规则，机械和船体的谈话和争论很多，但MTI的Ando清楚而简单地看待了这件事。 “我们可以运用一项引人入胜的技术，但如果机组人员不理解（或使用）这项技术，那就没用了。船长，船员和船舶管理人员 - 所有利益相关者 - 必须在船上进行新技术升级才能使其有效。“
案例研究：Suomenlinna II ABB和远程操作的客轮
芬兰堡II最初建于2004年，配备了ABB的破冰Azipod电力推进系统。此外，该渡轮于2017年改装了ABB Ability Marine Pilot Vision态势感知解决方案。图片：ABB
最近在芬兰赫尔辛基进行的一项试验旨在证明自主航运的“下一步”。此次试验以ABB和赫尔辛基城市交通为中心，以遥控冰级客运渡轮Suomenlinna II为中心。据报道，在世界上第一艘现有客轮的远程试验中，ABB成功地测试了船舶操作的增强，这些技术已经可用于几乎任何类型的船舶。在试验中，芬兰堡II改装了ABB新的动态定位系统，ABB能力海洋飞行员控制系统，并从赫尔辛基的一个控制中心进行操纵。通常从赫尔辛基到附近岛上的联合国教科文组织世界遗产芬兰堡要塞。对于远程驾驶试验，渡轮从赫尔辛基市场广场Kauppatori和Heinonen船长通过预先选定的赫尔辛基港区无线操作Suomenlinna II和ABB Ability Marine Pilot Control。
审判是在船只下班时间，在没有乘客的情况下离开岸边，在没有其他船只的地区进行的。虽然它现在配备了新的动态定位系统，但船只将继续通过一套传统的车载控制装置进行操作，仅在试验期间部署远程模式。渡轮及其船员将继续研究和开发。
芬兰堡II最初建于2004年，配备了ABB的破冰Azipod电力推进系统。此外，渡轮在2017年改装了ABB Ability Marine Pilot Vision态势感知解决方案。
案例研究：YARA Birkeland
“今天最激动人心的项目是YARA Birkeland;它将是我们将要提供的第一艘无人驾驶自主船，“孔斯伯格的保尔森说。为实现这一目标，仍有许多测试，风险分析将导致项目成为现实。 YARA Birkeland将成为世界上第一艘全电动和自主集装箱船，零排放。除电力驱动，电池和推进控制系统外，Kongsberg还负责开发和交付所有关键的支持技术，包括远程和自动船舶操作所需的传感器和集成。该创新船的设计由Marin Teknikk完成，于2017年完成。该船计划于2020年第一季度从Vard Brevik交付，并将在2022年逐步从有人操作转为全自动操作。
Yara Birkeland主要详情
长x宽x深612.5 x 14.8 x 10.8 m
吃水（全压/压载）：6米/ 3米
服务速度：6节
最高速度：13节
货物容量：120 TEU
载重量：3,200 mt
推进系统：电动
螺旋桨：2个方位角吊舱
推进器：2个隧道推进器
电池组：7 - 9兆瓦时
