——中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院創(chuàng)新紀(jì)實
12月5日，會自主學(xué)習(xí)、能選擇最優(yōu)航線、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國際海事會展上正式發(fā)布，這表明我國在商船設(shè)計和建造方面走在了世界前列，為無人船研發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。
在“大智”輪正式亮相后，船上安裝的由我國自主研發(fā)的全球首個會自主學(xué)習(xí)的船舶智能運行與維護(hù)系統(tǒng)(SOMS)備受關(guān)注。此前我國船舶“大腦”多從國外進(jìn)口，而這套系統(tǒng)讓船舶有了聰慧和愛學(xué)習(xí)的“大腦”、敏銳的“五官”、通暢的“神經(jīng)”、強勁的“心臟”，部分關(guān)鍵系統(tǒng)、設(shè)備在國際上屬首次應(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，這也是該研究院運用體系工程方法建設(shè)“智慧海洋”的重大成果之一。近年來，中國船舶工業(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，為新時代中國夢強軍夢凝聚強大力量。
順應(yīng)信息技術(shù)智能化發(fā)展的趨勢，為盡快縮小國內(nèi)外海洋信息體系差距，支撐國家海洋戰(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)計了涵蓋頂層設(shè)計、裝備技術(shù)、感知、通信、數(shù)據(jù)分析、運維管控、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、動態(tài)演化、功能涌現(xiàn)等一系列特點出發(fā)，中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院認(rèn)為建設(shè)“智慧海洋”是一項典型的體系工程，需要體系工程方法的指導(dǎo)。
如今，中國船舶工業(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)驗方法，提出了持續(xù)不斷的體系設(shè)計與深化、多層次的體系集成與驗證、運用CPS技術(shù)協(xié)同推進(jìn)虛擬空間與實體空間建設(shè)3個方面的實施建議與具體做法，以求有效推動“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
中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院院長張宏軍說，隨著航行經(jīng)歷增加、數(shù)據(jù)積累，“大智”會越來越智能，比如船舶里設(shè)備很多、非常復(fù)雜，“大智”通過特有的實時健康狀況評價與預(yù)警分析工具，結(jié)合趨勢預(yù)測模型，防微杜漸;能提前發(fā)現(xiàn)隱患，顯示問題原因與關(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”運行，并提供省時、省油、舒適和低綜合成本的航線優(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余個智能數(shù)據(jù)分析模型，擁有34項專利，不僅可以實現(xiàn)全船各系統(tǒng)及設(shè)備的信息融合及共享，還可以面向用戶各項需求，低成本、快速響應(yīng)地提供定制化個性化應(yīng)用。
據(jù)測算，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，就是中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院運用體系工程方法建設(shè)“智慧海洋”的目標(biāo)之一。
中國船舶工業(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)今世界海洋強國的發(fā)展歷史來看，信息化水平和能力是各國制定海洋戰(zhàn)略、發(fā)展海洋事業(yè)的主要參考依據(jù)，更是未來開發(fā)和利用海洋的核心要素。
張宏軍說，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，到預(yù)測，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。
中國海洋信息體系建設(shè)起步較晚，發(fā)展相對緩慢，在規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)用等方面缺乏相關(guān)經(jīng)驗的指導(dǎo)和支撐。總體來看，國內(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，“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形態(tài)。“智慧海洋”不僅將解決國內(nèi)與國外海洋信息體系存在的差距和問題，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。
“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、開發(fā)三大領(lǐng)域的環(huán)境、目標(biāo)、活動數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、開放與共享，運用工業(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)對歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，形成面向軍、政、民各類涉海用戶的信息應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)品，指導(dǎo)海洋裝備的使用與海洋活動的智慧開展，從而實現(xiàn)海洋資源共享、海洋活動協(xié)同，挖掘新需求，創(chuàng)造新價值，達(dá)到智慧經(jīng)略海洋的目的。
張宏軍說，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)計了“一頂一底五橫兩縱”的體系架構(gòu)。
一頂是指面向整個“智慧海洋”的體系總體，基于當(dāng)前與未來發(fā)展需求，按照體系工程的思想，開展體系設(shè)計、體系集成、驗證評估、體系更新的循環(huán)迭代，推動整個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)開展“智慧海洋”建設(shè)，必須加快推動科學(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)、活動和裝備等信息的全面立體感知為起點，以衛(wèi)星、無線寬帶、水聲、無線電等多種海上通信手段為傳輸渠道，利用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、價值挖掘、共享開發(fā)，進(jìn)而形成智能化信息產(chǎn)品，在設(shè)備運維、資源調(diào)度、綜合保障的運維管控體系的支撐下，實現(xiàn)對海洋安全權(quán)益、綜合管理、資源開發(fā)、生態(tài)文明等活動的有效支撐。兩縱則包括標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量和信息安全兩個保障體系，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體系通過建立數(shù)據(jù)、裝備、管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)并實施質(zhì)量監(jiān)督和質(zhì)量管理，實現(xiàn)整個“智慧海洋”的標(biāo)準(zhǔn)化運行和發(fā)展;信息安全體系則通過制定安全策略，建立安全防護(hù)機制、開展安全運維和管理，保障“智慧海洋”的運行安全。整個體系有機融合，相互銜接與合作，全面提升中國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，海洋信息化建設(shè)是一個典型的系統(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、不斷動態(tài)發(fā)展等挑戰(zhàn)。
體系工程作為近年來在系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)上深化發(fā)展，應(yīng)對解決多樣性、邊界模糊性及動態(tài)演化等復(fù)雜體系問題的新興理論方法，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，考慮到“智慧海洋”同樣具有上述復(fù)雜體系問題，將體系工程理論方法應(yīng)用于“智慧海洋”建設(shè)中，不僅將有效推動其不斷演化發(fā)展，也可將作為體系工程實踐的一次有益嘗試。
體系工程是研究如何有效開展體系設(shè)計、開發(fā)、部署、運行和調(diào)整的學(xué)科，體系工程的相關(guān)活動跨越體系全壽命周期，主要解決獨立系統(tǒng)的集成問題，確保以下4個方面得到實現(xiàn)：組成系統(tǒng)以自主方式獨立開發(fā)、管理、運行，為體系提供合適的功能能力;在體系開發(fā)管理和運行過程中，考慮政治、經(jīng)濟、法律、社會和組織因素，包括投資方面的觀點和關(guān)系;體系概念的、功能的、物理的和臨時邊界的變化不會對體系的管理與運行帶來負(fù)面影響;體系的整體行為和與環(huán)境的動態(tài)交互能夠滿足或超出需要的能力。
張宏軍說，建設(shè)“智慧海洋”是一項典型的體系工程，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)、平臺與裝備技術(shù)、 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)三個方面。
當(dāng)前，國內(nèi)針對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，以及對體系工程發(fā)展的長期跟蹤與深入思考，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、集成驗證、虛實共建3個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)工程方法開展工作。
張宏軍進(jìn)一步解釋，考慮到“智慧海洋”具有體系復(fù)雜、規(guī)模龐大、涉及面廣、空間分散、動態(tài)演化等特征，需要在工程建設(shè)之初就強化其體系總體設(shè)計并不斷深化，具體分為需求開發(fā)、功能分解、方案設(shè)計、仿真評估4個方面。
“只有通過持續(xù)不斷的體系設(shè)計與深化，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)作的有機整體，打破原有海洋信息資源一盤散沙的局面，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。
中國船舶工業(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)涉及成百上千個不同型號的系統(tǒng)和設(shè)備，為確保其能夠按照設(shè)計方案形成有機整體，實現(xiàn)既定目標(biāo)，中國船舶工業(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證工作，具體從原型系統(tǒng)集成與驗證、區(qū)域示范集成與驗證、體系整體集成與驗證、效能評估與迭代優(yōu)化4個方面開展，并取得了豐碩的成果。
對于未來，張宏軍深有感觸地說，“智慧海洋”不僅是中國海洋信息體系的深化建設(shè)，更是在智能化技術(shù)發(fā)展的歷史趨勢下，利用數(shù)據(jù)深刻地理解過去與現(xiàn)在，智慧地預(yù)測未來。與此同時，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，將在工程的建設(shè)和運行過程中產(chǎn)生一系列不可知不可見的問題。
“系統(tǒng)工程本身是正向設(shè)計，是支撐技術(shù)創(chuàng)新的最重要的設(shè)計方法之一。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，我相信未來的創(chuàng)新會有更大、更快的發(fā)展。”張宏軍說，中國船舶工業(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)展的號角，也有自信肩負(fù)起這項使命、扛起這面旗幟。
