挪威在船舶自动化领域的调查研究与发展外文翻译资料

 2022-09-07 15:06:51

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挪威在船舶自动化领域的调查研究与发展

作者：IBB Houml;IVOLD

关键词：船舶自动化 计算机应用 碰撞规避

这篇调查明确描述了在挪威各工业化企业和船舶企业和组织的共同努力开展调查和研究下，船舶自动化是如何发展的。这篇调查没有涉及全部的工业活动，主要接受来自挪威皇家科学与工业调查委员会(以下简称NTNF)的资助。这篇调查涉及到了船舶自动化的以下活动：初始阶段利用传统的工具仪器来进行无人机械空间操作，后期再发展为复杂的、以计算机为基础的航行与引擎空间应用系统。

1 基本介绍

在很大程度上，挪威依靠航运作为一个重要活动意味着它在通过介绍自动化来保持竞争力方面有着足够的兴趣。在许多领域，挪威航运以开拓性的努力而闻名，这也是与船舶自动化相关的。起初我们成功建立了研究机构、航运组织和行业之间的合作，是为了探索如何将新技术更好地、更经济安全地应用在商船上。另外，NTNF愿意在一些对船舶自动化发展能产生重大影响的关键项目上进行投资。

NTNF的投资活动始于1960年，但在此之前，挪威工业开发了机舱专用的应用程序。举一个例子，在特隆赫姆的Autronica公司开发了先进的温度测量设备。然而，从六十年代开始，针对一个机舱采用不同的操作方式这个新趋势开始发展。该系统设计就是此次调查的主题。

2 论文工作的第一步

挪威船舶自动化系统设计于1959年10月开始，之后一些来自挪威船舶研究所（NSFI）的谈判代表一起参观了加州大学伯克利分校。

同时，美国海事管理当局已开始了一项以将船舶自动化机组减少三分之一为初步目标，以研究无人驾驶操作船舶的可能性为最终目标的研究。美国许多大学连续几年参与了这项研究，但其并没有导致任何开发工作或任何设备在船上的安装。

这一首创行为激励我们在有一个更为现实的目标下进行类似的研究。该研究决定对现代仪器的工作情况进行检查以指定能减少劳动力和经济效益最低的安装程序。这个理论研究于1960年的春天在NSFI成立。该项研究计划由NTNF的Servoteknisk Utvalg支持以及NTNF的资助。

3 第一次安装实验

经过两年多的理论研究，1962年秋天得出的结果可行性较大，但还存在获得实践经验的必要，特别是海洋环境相关仪器的可靠性方面。因此，该项研究提出在一符合要求的船上安装一套实验装置以进行观察。另外，该研究还要求安装的目的是可以实现晚上操作机舱的无人值守。此时提出的研究计划似乎具有可以成为现实的可能性。

这个部分资金由NTNF资助的项目邀请了挪威的船运公司参与研究，但此时还不见得会获得积极的响应。然后最后Norsk Hydro还是决定参与这个项目。该公司的理想合作伙伴，是在化工厂中使用氮进行自动控制与操作中有丰富经验的产品运输航空公司。

这个项目开始于1963年7月，由来自NSFI的项目小组和研究组织参与。该项科学与工业研究的基础研究地在挪威理工学校（SINTEF）、挪威船级社（DnV）以及Norsk Hydro公司，而Norsk Hydro公司的M/Slsquo;Haugvikrsquo;被任命接收在埃克斯船厂重建的实验装置。

1964年2月，M/S lsquo;Haugvikrsquo;带着大部分已安装完成的实验装置离开了船厂。根据NSFI提出的新概念，研究组织决定机舱应由安装在桥上的控制面板来监控。他们的想法是：这座桥的负责人应该训练有素地进行面板操作，但是由于种种原因，这种组织变化是不可能获得允许的。虽然的仪器仪表的表现还算令人满意，但实现机舱的无人操作目前还是不可能的。

这个研究项目取得了两个可观的成就。第一个能得出结论是：被用于化工厂的能令人满意地执行工作任务的常用工具能够满足船舶自动化的需要。而其中主要是使用气动工具。

第二个成就是远程桥控制主要引擎系统的发展，这是一个实现机舱无人操作的必要系统。这个系统是由SINTEF和DnV共同努力开发的，它是完全基于气动转速表和普通气动PID控制器对主要引擎的速度进行控制的系统。经过一段机械困难的时期后，这个主机遥控成功投入到了最后的操作中，这比车钟更能代表一个更加灵活的方案。

即使lsquo;Haugvikrsquo;项目并没有最终实现机舱无人操作，但它为参与者的工作提供了宝贵的经验，代表了该项目研究工作一个重要的前进。

4 第一个工业化成果

在接下来的几年里，一些公司开展了一系列船舶自动化工业活动，这些活动作出了一个重要贡献，就是在1966年，挪威船级社成为第一个介绍这艘特殊的类自动化船只的船级社。这种被建议和要求发表的定期无人机舱操作的模式被称为EO-class。一些船东在了解后很快接受了在其新的建设项目上进行这种新模式的试验。

1965年，在Norsk Hydro、Noratom和A/S Kongsber公司的共同努力下，一家名为Norcontrol的专门从事船舶自动化的的公司。Norcontrol 为EO-installation开发了电子桥梁控制系统---AutoChief.该公司还提出，船东为了满足需求而升级船只的操作系统为EO-class将成为一个重要的活动。NSFI成立了一个特别小组为船运公司提供与EO-installation相关联的服务。该组织还开发了一种电子桥的控制系统。

为EO-operation分类出的船舶通常在晚上实施机舱无人操作，当出现EO-system无法解决的问题时，会有一个报警系统调用来提醒睡梦中的责任工程师。白天则会由工程师进行维护工作。

最初引入船舶自动化这个概念的主要目的是减少船员。但实际上，EO-operation没有导致任何工程师的减少，而是导致了一个更好的机械维修手段。EO-operation为航运公司提供了降低维修成本和减少船舶租用中断时间的好处，这也是船舶自动化的主要优点。

5 基于计算机基础的船舶自动化介绍

二十世纪六十年代初，计算机控制系统在工业领域一经介绍，很快就有在船舶自动化领域上使用相同技术的想法被提出。SINTEF积极推动实现这一想法。早期发表的报告表明，在电脑上使用多个应用程序是有利的。与此同时，Trondhiem大学的学生们被授于这一领域的相关知识，并且一部分学生将计算机控制作为毕业课题进行研究。SINTEF连同Norcontrol早期启动了一个计算机控制的项目，但这样一个实验是不足以说服工业合作伙伴们的。

我们不得不再次呼吁NTNF和Servoteknisk Utvalg继续跟踪机载计算机系统的安装项目，并且于1967年达成协议，由NTNF全资资助。该项目小组由来自SINTEF、NSFI、DnV以及Wilhelmsen航运公司和Norcontrol的参与者组成，其中Norcontrol是项目的主要管理方。这是一个计算机控制活跃发展时期的基础，将船舶自动化带入一个新纪元。

6 Taimyr项目的开始

Wilh.Wilhelmsen航运公司同意将最新的M/Slsquo;Taimyrrsquo;实验计算机控制系统安装在其正在日本三井造船厂建造的一艘干货船上。项目小组决定在该干货船出坞后进行安装。

Taimyr项目开始于1967年3月，基本上计算机系统应能进行对被项目组评估具有应用价值的函数进行响应。经过一段时间的评估，项目小组决定选择利用导航计划对机舱自动化、干货处理和工资进行计算。

7 Taimyr项目

计算机的选择具有重要的决定性，在评估多台电脑后，项目组决定购买来自一家挪威公司的NORD-1计算机，该公司成立于1967年。实际上，Wilh公司在1968年1月就已经收到了项目一阶签署文件，这对于该公司是一个充满风险的决定，但事实证明这是一个正确的决定。在这次项目中，来自SINTEF的参与者负责操作系统的开发工作。

项目组被带到Trondheim进行最后的系统集成和测试。在1969年6月，Taimyr项目的操作系统安装会议举行，项目组的5名参与人员为了试验系统操作将试验船舶向远离欧洲的远东驶去。1969年9月，这艘试验船舶安全驶回欧洲，操作系统的表现令人满意，这可能足以说明，试验是成功的。下文中会对原因进行详细解释。

8 以计算机为基础的导航

在早期阶段，项目组是为了开发一个新系统才决定用计算机系统来处理雷达避碰信息的。为此，计算机与雷达连接以在线处理一些包含图片的信息数据。这个计算机系统包含8个目标的自动化跟踪计算，在一个单独的PPI作为每个容器的矢量线的扫描周期内，叠加出了正常的雷达图像。当航向与速度在计算后表明有碰撞的危险时，系统会发出警报。操作员也可以根据策略的建议模拟预测的交通状况，以避免碰撞。

采用航向和速度矢量线可以呈现给操作者反映交通情况的清晰的图像，来帮助他作出正确的决定。由此该导航系统被证明是十分可靠的，这是引入雷达以来的首次突破。Taimyr项目组的负责人向我们保证，系统可在起雾环境下保证传播的正常航行，在正常可见度环境下也可不采用该系统。

9 以计算机为基础的机舱应用程序

计算机控制系统应具有完整的报警和安全系统，以及其他符合EO-requirements定期无人机舱功能要求。该系统在某种程度上已超过了最低要求，在报警的情况下执行计算机扫描系统是为了显示报警的主要来源。在某种程度上，传感器的可靠性研究是为了检测参数存储测量值的趋势。

除了报警和安全系统，计算机还控制着启动/停止辅助引擎和链接的发电机。在正常情况下，会有一个或两个发电机运行。在高测量或计算负载，或者是故障的联合运行情况下，计算机系统将开始执行任务，同时打开备用发电机组。该系统的主要目的是在正常和异常的条件下确保持续和足够的电源。

为了检测可能发生的情况和趋势，控制系统也是为了船体的主引擎设计的。对主引擎而言，这种控制系统可应用于燃油系统、扫气系统、排气系统和汽缸。在应用时，可手动输入一些参数，但大部分数据是系统自动在线测量并传送到计算机内的。举个例子，发动机扫气输出功率的函数值，计算机系统通过将实际函数值与正常值函数比较来进行数据处理。在第一时期的正常操作中，要将测量得到的正常值存储在计算机中，还包括对输出操作符进行正常价值百分比变化的计算，而汽缸的压力变化则由便携式装置在线测量。

机舱操作系统的计算机应用程序是lsquo;Taimyrrsquo;项目中的一个成果，历史上产生了第一个由计算机监控的机舱无人操作系统。实验表明，该报警与安全系统比安装在机舱甲板上的传统报警系统有更高的准确率。

10 货物装卸、薪酬与沟通

货物装卸负荷分布程序的开发，包含船上所有端口的相关装卸设施通用数据以及船舶相关数据的获取和处理。负责人在装卸货物的过程中，会将所有处理数据的必要信息输入到程序中，然后计算机对每个舱口的装卸时间以及货物位移、修剪状况和船的稳定性的数据进行计算。这个项目取得了令人满意的成果，但提前获取货物的必要信息时还存在困难，此时应避免使用这个程序。

为了计算薪酬，项目组开发了另一个交互式程序。关税评级和必要的船员信息的相关细节描述都存储在计算机中，每个月这些数据会从一个操作员传送给另一个指定的操作员。计算机会对数据进行计算，直到最后由电自动化打印机打印出员工薪酬清单。这个交互式程序的测试结果良好，但此程序不作为lsquo;Taimyrrsquo;项目的常规内容。

为了实现lsquo;家庭rsquo;办公室与船舶机舱的沟通，计算机与船载电传连接，从而能传输有关船舶运行和货物占用的状况。

在描述所有的成果后，还要补充说明其中失败的一项。有一个用于存储程序与数据的磁带记录站，其工作情况不尽人意，这就是为什么货物装卸与薪酬计算没有积极追求更高层次发展的原因。然而，这些应用程序不足以被证明能代替存储设施。

11 Taimyr项目开发的的结果

作为NTNF资助的项目，项目开发出的硬件和软件都是属于该机构的财产。1970年，是项目进行的最后时期，NTNF同意Wilh.Wilhelmsen公司在预付一定金额后接管船载lsquo;Taimyrrsquo;项目软硬件的安装工作。但协议的一部分表明，在安装过程中若取得进展应进行报告，且该计算机系统也可用于与NTNF相关的实验活动。

另外，NTNF与Norcontrol达成了一项协议，Norcontrol需为程序安装的后续开发和营销向NTNF支付版税。本协议促进了以导航为目的的数据桥以及机舱内数据机舱系统应用程序的发展，且相关的生产线都具有很好的反响。近300套设施已安装并交付，Norcontrol也将继续向NTNF支付费用直到1973年底。

12 进一步的研究计划

NTNF决定Taimyr项目的研究应遵循挪威航运利益服务条约，为此成立了一个委员会，并于1970年底推出SDS行动。SDS代表“船舶操作系统”，包含多个项目，但其中只有三分之一具有技术性质，其余的的研究均与经济和社会问题相关。

在Norcontrol、Akergroup和NSFI的共同努力下，一个与船舶自动化相关的重要项目-----Waage-project启动了。启动该项目的目的是介绍以计算机为基础的自动化仪表和油轮的控制涡轮。项目中为Hagb航运公司进行了一个T/Tlsquo;Songarsquo;285,000DWT船舶的实验装置安装设计，该船正在Waage Stord造船厂进行建造。1974年该船在实验装置安装完成后离开船厂，随后的各项测试都显示操作正常。关于该船的更多细节活动将在下一节中进行说明。

SDS行动的另一个项目是在恶劣的天气条件下，如何保

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