——中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院創(chuàng)新紀(jì)實(shí)
12月5日，會(huì)自主學(xué)習(xí)、能選擇最優(yōu)航線(xiàn)、提前發(fā)現(xiàn)事故隱患的全球首艘智能船舶“大智”輪在上海舉行的中國(guó)國(guó)際海事會(huì)展上正式發(fā)布，這表明我國(guó)在商船設(shè)計(jì)和建造方面走在了世界前列，為無(wú)人船研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在“大智”輪正式亮相后，船上安裝的由我國(guó)自主研發(fā)的全球首個(gè)會(huì)自主學(xué)習(xí)的船舶智能運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)(SOMS)備受關(guān)注。此前我國(guó)船舶“大腦”多從國(guó)外進(jìn)口，而這套系統(tǒng)讓船舶有了聰慧和愛(ài)學(xué)習(xí)的“大腦”、敏銳的“五官”、通暢的“神經(jīng)”、強(qiáng)勁的“心臟”，部分關(guān)鍵系統(tǒng)、設(shè)備在國(guó)際上屬首次應(yīng)用，技術(shù)性能全面達(dá)世界先進(jìn)水平。
SOMS系統(tǒng)就是由中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院自主研發(fā)的，這也是該研究院運(yùn)用體系工程方法建設(shè)“智慧海洋”的重大成果之一。近年來(lái)，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院努力做“信息主導(dǎo)、體系建設(shè)”的踐行者，為新時(shí)代中國(guó)夢(mèng)強(qiáng)軍夢(mèng)凝聚強(qiáng)大力量。
順應(yīng)信息技術(shù)智能化發(fā)展的趨勢(shì)，為盡快縮小國(guó)內(nèi)外海洋信息體系差距，支撐國(guó)家海洋戰(zhàn)略，作為最早以“系統(tǒng)工程”命名的軍工科研單位，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院提出了“智慧海洋”的發(fā)展構(gòu)想，在深入理解其內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了涵蓋頂層設(shè)計(jì)、裝備技術(shù)、感知、通信、數(shù)據(jù)分析、運(yùn)維管控、應(yīng)用服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、信息安全的“一頂一底五橫兩縱”體系架構(gòu)。
從“智慧海洋”的規(guī)模龐大、體系復(fù)雜、邊界不確定、動(dòng)態(tài)演化、功能涌現(xiàn)等一系列特點(diǎn)出發(fā)，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院認(rèn)為建設(shè)“智慧海洋”是一項(xiàng)典型的體系工程，需要體系工程方法的指導(dǎo)。
如今，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院基于多年大型信息體系集成建設(shè)工作摸索形成了一套體系工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)方法，提出了持續(xù)不斷的體系設(shè)計(jì)與深化、多層次的體系集成與驗(yàn)證、運(yùn)用CPS技術(shù)協(xié)同推進(jìn)虛擬空間與實(shí)體空間建設(shè)3個(gè)方面的實(shí)施建議與具體做法，以求有效推動(dòng)“智慧海洋”建設(shè)。
首倡“智慧海洋”
“智慧海洋”是海洋信息化發(fā)展必然趨勢(shì)
中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院院長(zhǎng)張宏軍說(shuō)，隨著航行經(jīng)歷增加、數(shù)據(jù)積累，“大智”會(huì)越來(lái)越智能，比如船舶里設(shè)備很多、非常復(fù)雜，“大智”通過(guò)特有的實(shí)時(shí)健康狀況評(píng)價(jià)與預(yù)警分析工具，結(jié)合趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型，防微杜漸;能提前發(fā)現(xiàn)隱患，顯示問(wèn)題原因與關(guān)鍵變化參數(shù)，幫助船員高效排除安全隱患，達(dá)“近零故障”運(yùn)行，并提供省時(shí)、省油、舒適和低綜合成本的航線(xiàn)優(yōu)化決策等。
在這其中，SOMS系統(tǒng)發(fā)揮了舉足輕重的作用，該系統(tǒng)包含著110余個(gè)智能數(shù)據(jù)分析模型，擁有34項(xiàng)專(zhuān)利，不僅可以實(shí)現(xiàn)全船各系統(tǒng)及設(shè)備的信息融合及共享，還可以面向用戶(hù)各項(xiàng)需求，低成本、快速響應(yīng)地提供定制化個(gè)性化應(yīng)用。
據(jù)測(cè)算，38800噸智能“大智”輪貨船，與基礎(chǔ)船型Green Dolphin 38800噸貨船相比，推進(jìn)效率可提高約3%，日均油耗可降低約4%。
如此效果，就是中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院運(yùn)用體系工程方法建設(shè)“智慧海洋”的目標(biāo)之一。
中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院是“智慧海洋”工程的首倡者，為什么提出“智慧海洋”?
從當(dāng)今世界海洋強(qiáng)國(guó)的發(fā)展歷史來(lái)看，信息化水平和能力是各國(guó)制定海洋戰(zhàn)略、發(fā)展海洋事業(yè)的主要參考依據(jù)，更是未來(lái)開(kāi)發(fā)和利用海洋的核心要素。
張宏軍說(shuō)，當(dāng)今信息技術(shù)智能化高速發(fā)展，海洋信息體系建設(shè)經(jīng)歷以數(shù)字化為目標(biāo)的初期發(fā)展階段后，其智慧化發(fā)展，形成從數(shù)據(jù)，到知識(shí)，到預(yù)測(cè)，再到最優(yōu)決策的海洋發(fā)展模式，即“智慧海洋”，也將成為海洋信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)。
中國(guó)海洋信息體系建設(shè)起步較晚，發(fā)展相對(duì)緩慢，在規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)用等方面缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)和支撐?？傮w來(lái)看，國(guó)內(nèi)海洋信息化體系仍存在體系不完整、部分能力短板明顯等差距。
張宏軍說(shuō)，“智慧海洋”是在海洋數(shù)字化、透明化的基礎(chǔ)上，應(yīng)用智能化信息技術(shù)和先進(jìn)的海洋裝備技術(shù)，發(fā)展而成的海洋智慧化高級(jí)形態(tài)。“智慧海洋”不僅將解決國(guó)內(nèi)與國(guó)外海洋信息體系存在的差距和問(wèn)題，更將進(jìn)一步形成引領(lǐng)全球海洋事業(yè)發(fā)展的新優(yōu)勢(shì)。
“智慧海洋”是指以完善的海洋信息采集與傳輸體系為基礎(chǔ)，以自主安全可控的海洋云環(huán)境為支撐，將海洋權(quán)益、管控、開(kāi)發(fā)三大領(lǐng)域的環(huán)境、目標(biāo)、活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、開(kāi)放與共享，運(yùn)用工業(yè)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和科學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，形成面向軍、政、民各類(lèi)涉海用戶(hù)的信息應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)品，指導(dǎo)海洋裝備的使用與海洋活動(dòng)的智慧開(kāi)展，從而實(shí)現(xiàn)海洋資源共享、海洋活動(dòng)協(xié)同，挖掘新需求，創(chuàng)造新價(jià)值，達(dá)到智慧經(jīng)略海洋的目的。
張宏軍說(shuō)，參考“智慧城市”的體系架構(gòu)，按照信息感知、傳輸、分析處理、應(yīng)用的一般流程，以及相應(yīng)的支撐保障功能，設(shè)計(jì)了“一頂一底五橫兩縱”的體系架構(gòu)。
一頂是指面向整個(gè)“智慧海洋”的體系總體，基于當(dāng)前與未來(lái)發(fā)展需求，按照體系工程的思想，開(kāi)展體系設(shè)計(jì)、體系集成、驗(yàn)證評(píng)估、體系更新的循環(huán)迭代，推動(dòng)整個(gè)體系的能力形成與提升;一底是指以海洋科學(xué)技術(shù)與裝備為基礎(chǔ)開(kāi)展“智慧海洋”建設(shè)，必須加快推動(dòng)科學(xué)研究、裝備研發(fā)、工程技術(shù)的發(fā)展;五橫是指以海洋環(huán)境、目標(biāo)、活動(dòng)和裝備等信息的全面立體感知為起點(diǎn)，以衛(wèi)星、無(wú)線(xiàn)寬帶、水聲、無(wú)線(xiàn)電等多種海上通信手段為傳輸渠道，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、價(jià)值挖掘、共享開(kāi)發(fā)，進(jìn)而形成智能化信息產(chǎn)品，在設(shè)備運(yùn)維、資源調(diào)度、綜合保障的運(yùn)維管控體系的支撐下，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋安全權(quán)益、綜合管理、資源開(kāi)發(fā)、生態(tài)文明等活動(dòng)的有效支撐。兩縱則包括標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量和信息安全兩個(gè)保障體系，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體系通過(guò)建立數(shù)據(jù)、裝備、管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)施質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)“智慧海洋”的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行和發(fā)展;信息安全體系則通過(guò)制定安全策略，建立安全防護(hù)機(jī)制、開(kāi)展安全運(yùn)維和管理，保障“智慧海洋”的運(yùn)行安全。整個(gè)體系有機(jī)融合，相互銜接與合作，全面提升中國(guó)海洋信息體系能力與水平。
善用體系工程
使“智慧海洋”成為體系工程典范
那么，“智慧海洋”應(yīng)該如何建設(shè)呢?
張宏軍說(shuō)，海洋信息化建設(shè)是一個(gè)典型的系統(tǒng)工程，不僅涉及信息采集、傳輸、分析處理、應(yīng)用服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，還面臨內(nèi)容復(fù)雜、目標(biāo)多樣、邊界不確定、不斷動(dòng)態(tài)發(fā)展等挑戰(zhàn)。
體系工程作為近年來(lái)在系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)上深化發(fā)展，應(yīng)對(duì)解決多樣性、邊界模糊性及動(dòng)態(tài)演化等復(fù)雜體系問(wèn)題的新興理論方法，已被應(yīng)用于軍事裝備體系建設(shè)領(lǐng)域，并取得了顯著成效。
張宏軍說(shuō)，考慮到“智慧海洋”同樣具有上述復(fù)雜體系問(wèn)題，將體系工程理論方法應(yīng)用于“智慧海洋”建設(shè)中，不僅將有效推動(dòng)其不斷演化發(fā)展，也可將作為體系工程實(shí)踐的一次有益嘗試。
體系工程是研究如何有效開(kāi)展體系設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行和調(diào)整的學(xué)科，體系工程的相關(guān)活動(dòng)跨越體系全壽命周期，主要解決獨(dú)立系統(tǒng)的集成問(wèn)題，確保以下4個(gè)方面得到實(shí)現(xiàn)：組成系統(tǒng)以自主方式獨(dú)立開(kāi)發(fā)、管理、運(yùn)行，為體系提供合適的功能能力;在體系開(kāi)發(fā)管理和運(yùn)行過(guò)程中，考慮政治、經(jīng)濟(jì)、法律、社會(huì)和組織因素，包括投資方面的觀(guān)點(diǎn)和關(guān)系;體系概念的、功能的、物理的和臨時(shí)邊界的變化不會(huì)對(duì)體系的管理與運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響;體系的整體行為和與環(huán)境的動(dòng)態(tài)交互能夠滿(mǎn)足或超出需要的能力。
張宏軍說(shuō)，建設(shè)“智慧海洋”是一項(xiàng)典型的體系工程，面臨體系工程的共性難題，如邊界不確定、動(dòng)態(tài)演化、不良功能涌現(xiàn)等，需要體系工程方法的有力指導(dǎo)。建設(shè)“智慧海洋”需要大量相關(guān)技術(shù)的有力支撐，其中最為核心的技術(shù)包括體系工程技術(shù)、平臺(tái)與裝備技術(shù)、 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)三個(gè)方面。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)針對(duì)體系工程方法的研究剛剛起步，相關(guān)理論基礎(chǔ)尚處于研究探索階段，尚未形成統(tǒng)一的學(xué)科基礎(chǔ)。
在指導(dǎo)建設(shè)“智慧海洋”這一迫切需求的牽引下，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院基于自身多年在大型信息體系集成建設(shè)方面積累的成功經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)體系工程發(fā)展的長(zhǎng)期跟蹤與深入思考，摸索形成了一套體系工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)方法，以此為基礎(chǔ)，嘗試提出推進(jìn)“智慧海洋”建設(shè)的具體方法。
在深入分析“智慧海洋”體系特征的基礎(chǔ)上，張宏軍認(rèn)為需要從體系設(shè)計(jì)、集成驗(yàn)證、虛實(shí)共建3個(gè)方面按照體系工程方法推進(jìn)建設(shè)工作，而具體裝備的建設(shè)可按照現(xiàn)有系統(tǒng)工程方法開(kāi)展工作。
張宏軍進(jìn)一步解釋?zhuān)紤]到“智慧海洋”具有體系復(fù)雜、規(guī)模龐大、涉及面廣、空間分散、動(dòng)態(tài)演化等特征，需要在工程建設(shè)之初就強(qiáng)化其體系總體設(shè)計(jì)并不斷深化，具體分為需求開(kāi)發(fā)、功能分解、方案設(shè)計(jì)、仿真評(píng)估4個(gè)方面。
“只有通過(guò)持續(xù)不斷的體系設(shè)計(jì)與深化，才能確保建設(shè)內(nèi)容的完整性、協(xié)調(diào)性和匹配性，使各系統(tǒng)形成相互協(xié)作的有機(jī)整體，打破原有海洋信息資源一盤(pán)散沙的局面，形成基礎(chǔ)共用、資源共享、互融互通、協(xié)調(diào)合作的新型海洋信息體系。”張宏軍說(shuō)。
中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院在建設(shè)“智慧海洋”砥礪創(chuàng)新，“智慧海洋”建設(shè)涉及成百上千個(gè)不同型號(hào)的系統(tǒng)和設(shè)備，為確保其能夠按照設(shè)計(jì)方案形成有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院高度重視并抓好自下而上的體系集成與驗(yàn)證工作，具體從原型系統(tǒng)集成與驗(yàn)證、區(qū)域示范集成與驗(yàn)證、體系整體集成與驗(yàn)證、效能評(píng)估與迭代優(yōu)化4個(gè)方面開(kāi)展，并取得了豐碩的成果。
對(duì)于未來(lái)，張宏軍深有感觸地說(shuō)，“智慧海洋”不僅是中國(guó)海洋信息體系的深化建設(shè)，更是在智能化技術(shù)發(fā)展的歷史趨勢(shì)下，利用數(shù)據(jù)深刻地理解過(guò)去與現(xiàn)在，智慧地預(yù)測(cè)未來(lái)。與此同時(shí)，考慮到“智慧海洋”體系規(guī)模龐大，內(nèi)容復(fù)雜，功能涌現(xiàn)等特點(diǎn)，將在工程的建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生一系列不可知不可見(jiàn)的問(wèn)題。
“系統(tǒng)工程本身是正向設(shè)計(jì)，是支撐技術(shù)創(chuàng)新的最重要的設(shè)計(jì)方法之一。我們以前理論層面上的創(chuàng)新少，大多是具體的某個(gè)工程技術(shù)上的創(chuàng)新。但是當(dāng)下，系統(tǒng)工程理論在系統(tǒng)工程研究院已經(jīng)掀起了發(fā)展高潮。在國(guó)家重要戰(zhàn)略和具體工程的牽引下，在系統(tǒng)工程理論的指導(dǎo)下，我相信未來(lái)的創(chuàng)新會(huì)有更大、更快的發(fā)展。”張宏軍說(shuō)，中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院已吹響系統(tǒng)工程理論向體系工程發(fā)展的號(hào)角，也有自信肩負(fù)起這項(xiàng)使命、扛起這面旗幟。
