9月25日ღ✿◈，第二届中国自动化学会博士学术交流会在哈尔滨国际会议中心开幕ღ✿◈，会议由中国自动化学会和哈尔滨工程大学主办ღ✿◈，来自国内外科研院所ღ✿◈、高校的自动化领域知名专家学者及哈尔滨工程大学师生共计800余人参加ღ✿◈。大会以“交叉融合ღ✿◈，智控未来”为主题ღ✿◈，旨在促进青年学者在自动化与人工智能等学科领域的交流与合作ღ✿◈，激励广大青年学生潜心科学研究ღ✿◈，产出高水平学术成果ღ✿◈。受邀在2024中国自动化学会博士学术交流会中作题为“船舶智能化智能技术在船舶行业的应用与前景”的大会报告ღ✿◈。

　　智能船舶是综合运用感知ღ✿◈、通信不朽情缘官网ღ✿◈、控制ღ✿◈、人工智能等先进信息技术ღ✿◈，具备复杂环境及自身感知ღ✿◈、智能决策ღ✿◈、控制等多级别自主能力ღ✿◈，实现比传统船舶更加安全ღ✿◈、经济ღ✿◈、环保ღ✿◈、高效的新一代船舶ღ✿◈，是当前各造船强国与航运科技领域的高新技术ღ✿◈。船舶数字技术是支撑船舶实现不同智能级别的技术基础ღ✿◈，网络技术是其保障ღ✿◈。哈尔滨工程大学近十年来在船舶数字与智能技术开展了探索工作ღ✿◈，完成了船舶水动力性能的数值水池ღ✿◈、船舶航行性能模拟ღ✿◈、船舶航行态势智能感知ღ✿◈、船舶自主航行ღ✿◈、船舶数字孪生等研究工作ღ✿◈；利用人工智能技术ღ✿◈，对船舶主要性能进行了快速预报ღ✿◈，并开展了实船试验并得到了应用ღ✿◈。

　　目前ღ✿◈，全球贸易运输主要依靠船舶ღ✿◈，而当前船舶存在以下几个主要问题ღ✿◈：人力成本上升ღ✿◈，以及海上事故中70%由人为因素造成ღ✿◈。在此背景下ღ✿◈，伴随人工智能工具的发展ღ✿◈，船舶行业提出了智能化ღ✿◈、自主化ღ✿◈、无人化和少人化的需求ღ✿◈，进而推动了智能船舶的发展ღ✿◈，使未来的船舶更加经济ღ✿◈、环保ღ✿◈、安全和高效ღ✿◈，被称为新一代智能船舶ღ✿◈。

　　IDOL作为一个特殊的国际组织ღ✿◈，负责对船上设备进行规则认证ღ✿◈，所有设备必须符合其标准才能被应用ღ✿◈。该组织在2020年提出了自主船舶相关规则ღ✿◈，包括远程操控ღ✿◈、火灾压制处理ღ✿◈、风险评估以及检验规则等ღ✿◈。这些规则为行业发展提供了指导方向ღ✿◈。

　　国际海事组织在2020年设定了到2028年实现自主航行的目标松本江梨花ღ✿◈，尽管目标较为激进ღ✿◈，但在今年5月于英国召开的会议上ღ✿◈，经过广泛讨论ღ✿◈，最终将强制实现远洋船舶自主化的截止时间推迟至2032年1月1日ღ✿◈。这一决策对各大造船强国产生了重要影响ღ✿◈。中国作为全球第一造船大国不朽情缘官网ღ✿◈，手持订单占全球90%ღ✿◈，在接下来与日韩ღ✿◈、欧洲和美国的竞争中ღ✿◈，如何实现可持续发展ღ✿◈，并解决船舶智能化和自主化的问题ღ✿◈，已经提上议程ღ✿◈。

　　为了应对上述挑战ღ✿◈，我国工信部也在全力布局关于智能航运操作方面的工作ღ✿◈，目前由哈尔滨工程大学牵头制订未来国家的发展计划ღ✿◈。在船舶数字化和智能化的推进中ღ✿◈，数字化是基础ღ✿◈，通过力学ღ✿◈、磁学等模型理论ღ✿◈，并融合专家智慧ღ✿◈，系统性地编制了高效的软件ღ✿◈，可以实现各类系统的虚拟实验ღ✿◈。在这一过程中ღ✿◈，数字孪生技术成为研究的重要方向ღ✿◈。

　　船舶智能化的基础是船舶的数字化和自动化mg电子ღ✿◈。ღ✿◈，而数字孪生技术是这一过程中的重要组成部分ღ✿◈。数字孪生的概念最早由美国麦克教授于2012年提出ღ✿◈，并在2011年美国空军首次应用于飞机结构的监测中ღ✿◈。近年来ღ✿◈，数字孪生技术迅速发展ღ✿◈，美国Gartner咨询公司连续三年将其列为十大颠覆性技术之一ღ✿◈。

　　数字孪生的本质在于通过虚拟信息结构ღ✿◈，从微观到宏观全面描述潜在或实际的物理产物ღ✿◈。它可以从原子级别的微观结构到几何级别的宏观描述ღ✿◈，涵盖潜在或物理成品的全面信息ღ✿◈。在最佳状态下ღ✿◈，数字孪生能够使物理成品的任何信息通过数字体的方式来展现ღ✿◈。

　　哈尔滨工程大学在船舶领域的研究中也引入了这一技术ღ✿◈，并给出了明确的定义ღ✿◈：数字孪生是基于物理模型和运行数据构建的模拟物理体结构和性能的数字体ღ✿◈，通过物理体与数字体的信息迭代和交互ღ✿◈，满足特定需求ღ✿◈，从而实现物理体与数字体的同步和优化ღ✿◈。具体来说ღ✿◈，数字孪生不仅是物理体的呈现ღ✿◈，还包括实时信息的交互和管理ღ✿◈，最终形成了数字孪生体ღ✿◈。

　　构建数字孪生可以实现远程操控和健康检测等多方面的管理ღ✿◈，现在许多端口将数字化称为数字孪生ღ✿◈，而实际上ღ✿◈，数字化只是物理体的数字表现不朽情缘官网ღ✿◈，只有与物理体之间形成交互ღ✿◈，才能称之为孪生体ღ✿◈。整个领域的定义目前还未完全统一ღ✿◈。

　　在数字孪生领域ღ✿◈，中国的发展速度并不落后于其他国家ღ✿◈。2020年ღ✿◈，国家发改委将数字孪生列为七大新一代数字技术之一ღ✿◈，科技部松本江梨花ღ✿◈、军科委和自然基金委等多家机构也相继布局并支持了多个相关项目ღ✿◈。目前ღ✿◈，数字孪生技术已在电力ღ✿◈、城市ღ✿◈、交通ღ✿◈、医疗ღ✿◈、军事和装备等多个领域取得重要进展ღ✿◈。

　　在传统数字孪生方面ღ✿◈，中国也取得了显著成绩ღ✿◈。2023年ღ✿◈，哈尔滨理工大学研发了国内首艘数字孪生科研试验船ღ✿◈。2024年ღ✿◈，哈尔滨工程大学在此基础上研发了无人编队操作系统ღ✿◈，基于数字孪生的UOS系统可以实现编队控制ღ✿◈，显著提高编队效率ღ✿◈，优化编队设计ღ✿◈，实时监控任务执行ღ✿◈、环境重构等功能ღ✿◈。目前ღ✿◈，这套系统已在海上实际使用ღ✿◈。

　　在国际上ღ✿◈，美国国防部2018年提出的国防数据工程计划推动了全球数字化的迅速发展不朽情缘官网ღ✿◈，并将其作为提升潜艇和舰艇作战中心数字化水平的国家战略ღ✿◈。美国通过数字联盟进行了封闭式研究不朽情缘官网ღ✿◈，构建了数字“林肯”系统ღ✿◈，包括数字化环境ღ✿◈、测试和交互系统ღ✿◈，其目标明确ღ✿◈，即确保设备在交互中的可靠性ღ✿◈，保障网络运行安全ღ✿◈，并降低人员操作风险ღ✿◈。其五大数字孪生系统分别用于数字化战场ღ✿◈、装备数字化ღ✿◈、区域及全球指挥系统的数字化建设ღ✿◈，从而为战法研究提供了真实的数字推演环境ღ✿◈。

　　挪威作为传统的海事大国也在船舶自主化领域取得了重要进展ღ✿◈。2022年ღ✿◈，围绕挪威科技大学的合作项目中ღ✿◈，哈尔滨工程大学承担了政府合作项目ღ✿◈，建立了数字孪生的远程自主船支持中心ღ✿◈。然而ღ✿◈，由于西方的干扰ღ✿◈，合作被迫于2022年终止ღ✿◈。尽管如此ღ✿◈，通过前期的合作与交互ღ✿◈，双方在船舶数字化领域的研究仍保持了同步发展ღ✿◈。

　　在船舶数字化技术和数字孪生技术的基础上ღ✿◈，提出了一个新的概念ღ✿◈，称为船舶数字智能体ღ✿◈，其内涵是研究如何将船舶总体系统ღ✿◈、关键设备ღ✿◈、功能与性能进行数字化激光百科ღ✿◈，ღ✿◈、网络化和自动化ღ✿◈，形成理论方法和应用的新领域ღ✿◈。

　　1.总体技术ღ✿◈：通过感知ღ✿◈、决策和控制三大系统构建了智能船舶的整体技术框架不朽情缘官网ღ✿◈，目标是实现自主航行和作业ღ✿◈，最终实现少人化和无人化ღ✿◈。

　　3.航行决策ღ✿◈：智能化和自动化的避碰决策在实现自主航行中至关重要ღ✿◈。在目标检测的基础上ღ✿◈，当前在静态目标避障方面取得了一定的应用不朽情缘官网ღ✿◈，但在多动态目标的规划方面ღ✿◈，理论和实践之间仍有较大差距ღ✿◈。

　　4.靠泊技术ღ✿◈：自主靠泊是实现智能船舶的重要环节ღ✿◈，涉及船舶感知ღ✿◈、靠泊优化和精确控制ღ✿◈。在船舶靠泊过程中ღ✿◈，精准性要求极高ღ✿◈，尤其是在大多数船舶仍需拖轮辅助的情况下ღ✿◈，实现自主化的难度很大ღ✿◈。

　　5.航迹跟踪控制ღ✿◈：国外研究已取得一定成果松本江梨花ღ✿◈，尽管在产品上中国的自动舵与外国相比仍有差距ღ✿◈，尤其是在高海况下的低能耗控制技术方面ღ✿◈。如果能耗较高ღ✿◈，产品竞争力就会受到影响ღ✿◈。

　　6.船岸协同控制ღ✿◈：自主航行需要实现船舶与岸基的协同控制ღ✿◈，涵盖协同感知ღ✿◈、协同决策和协同控制等方面ღ✿◈。目前已完成实验型的岸基协同控制ღ✿◈，但与实际应用仍有较大差距ღ✿◈，这也是当前的研究热点松本江梨花ღ✿◈。

　　7.数字孪生应用平台ღ✿◈：开发了船舶数字孪生基础软件平台ღ✿◈，目标是实现物理船和数字船的实时同步和信息交互ღ✿◈，通过在线学习和迭代进化提升数字孪生模型的精度ღ✿◈。为研究这套软件专门制造了实验船“海豚1号”ღ✿◈，并在此基础上开展了多项实验ღ✿◈，解决了模型修正ღ✿◈、环境孪生等多个问题ღ✿◈。通过机器学习ღ✿◈，实现了航行模型的不断进化ღ✿◈，使实验船的阻力估算精度提高了5%ღ✿◈。

　　在实际应用中ღ✿◈，研发了用于验证感知ღ✿◈、决策和控制系统的“海豚1号”实验船ღ✿◈，并实现了环境感知ღ✿◈、自锁航行ღ✿◈、健康检测和远程操控等功能mg不朽情缘(中国区)官方网站ღ✿◈，ღ✿◈。自2023年首次航行以来ღ✿◈，该实验船受到了国内外的广泛关注ღ✿◈，并成为国内外同行参观的重要对象ღ✿◈。

　　未来智能船舶的发展以实现无人化为目标ღ✿◈，主要包括自主航行ღ✿◈、自主靠泊ღ✿◈、自主作业和船岸一体化等方面ღ✿◈。为实现这一目标ღ✿◈，未来需解决如下几方面的问题ღ✿◈：

　　1.总体技术ღ✿◈：无人船在设计上与传统船舶有所不同ღ✿◈，这需要对船舶的总体设计ღ✿◈、总配置进行重新研究不朽情缘官网不朽情缘ღ✿◈，ღ✿◈，并对关键设备进行冗余设计ღ✿◈，确保可靠性ღ✿◈。未来的船舶总体设计需要考虑无人环境下的各项要求ღ✿◈，包括设备布置ღ✿◈、性能优化和风险分析等ღ✿◈。

　　2.感知技术ღ✿◈：需要进一步发展多元信息融合协同的感知技术ღ✿◈，包括多传感器融合和海洋环境信息的融合ღ✿◈，实现精确的实时监测ღ✿◈。尤其是在近海环境下ღ✿◈，通过船岸协同实现更高效的感知ღ✿◈，类似于无人驾驶车辆的车路协同系统ღ✿◈。

　　3.决策与控制ღ✿◈：需要构建感知决策的在线学习系统ღ✿◈，通过实时学习和决策模型的精准模拟ღ✿◈，将船长的经验智慧转化为人工智能能力ღ✿◈，从而实现更自主ღ✿◈、更智能的航行和健康管理ღ✿◈。

　　4.多层异构机器人协同作业ღ✿◈：无人船需要完成诸多作业ღ✿◈，包括装卸货ღ✿◈、维护等操作松本江梨花ღ✿◈，这些任务需要多种专用机器人协同完成ღ✿◈。提出了多层次ღ✿◈、异构的机器人群体智能协同作业的概念ღ✿◈，无人船可以携带多种类型的专用机器人ღ✿◈，共同完成海上作业ღ✿◈。未来ღ✿◈，这一方向将为机器人研究提供更多应用场景ღ✿◈。

　　5.航行的三维重构与船岸一体化数字孪生ღ✿◈：船岸一体的数字孪生是实现智能船舶远程控制的关键ღ✿◈。通过实时的三维重构ღ✿◈，可以从船长视角ღ✿◈、上帝视角观察船舶的运行状态ღ✿◈，实现更精确的控制ღ✿◈。这项技术需要通过船上设备和岸基系统的实时协作来完成ღ✿◈。

　　船舶智能化是国家造船行业转型升级的必然趋势ღ✿◈，也是提高我国造船业国际竞争力的重要途径ღ✿◈。当前中国在智能船舶与数字孪生领域的研究已达到国际先进水平ღ✿◈，但与老牌造船强国相比ღ✿◈，我国在技术积累方面仍有差距ღ✿◈。希望各位专家ღ✿◈、学者携手合作ღ✿◈，共同推动我国船舶行业的智能化发展ღ✿◈，为中国从造船大国迈向造船强国贡献力量ღ✿◈。

　　夏桂华ღ✿◈，哈尔滨工程大学教授ღ✿◈，博士生导师ღ✿◈。长期致力于船舶与海洋工程领域数字与智能技术研究工作ღ✿◈，开创了大型船舶复杂系统仿真验证评估新领域ღ✿◈，为解决某国家重大工程总体方案设计优化ღ✿◈、顶层指标确定ღ✿◈、关键系统性能验证等技术难题作出突出贡献ღ✿◈；主持研发多型船舶重要装备ღ✿◈，为我国装备技术发展作出重要贡献ღ✿◈；主持研发“中国数值水池”1.0ღ✿◈，解决了船舶工业CAE软件一体化架构ღ✿◈、基础求解器解决方案ღ✿◈、数据标准等技术难题ღ✿◈，持续主持推进了我国船舶工业软件发展ღ✿◈。主持首艘数字孪生智能科研试验船“海豚1”ღ✿◈，实现船岸一体全自主航行ღ✿◈。获省部级以上科技进步奖11项ღ✿◈，其中国家科技进步二等奖2项ღ✿◈、省部级科技进步一等奖4项以及国家教学成果二等奖ღ✿◈；发明专利授权57项ღ✿◈，软著17项ღ✿◈，论文90篇ღ✿◈。获得何梁何利基金科学与技术奖ღ✿◈、某工程突出贡献奖ღ✿◈、国防科技工业杰出人才奖以及全国优秀科技工作者ღ✿◈、船舶设计大师等称号ღ✿◈。