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专题丨船舶制造到运营环节的数据传递机制构建

信息通信技术与政策

2021-03-04

导读：张朔，邓义斌，范世东，高永安，陈鸣

作者简介

张朔

武汉理工大学能源与动力工程学院硕士研究生，主要研究方向为船舶设备维保工作管理与标识解析应用。

邓义斌

武汉理工大学能源与动力工程学院副教授，硕士研究生导师，在CNC发动机单缸/多缸自充气系统及其自充气方法、双模发动机、轴流式水轮机及其转轮方面有多项发明专利，主要研究方向为船舶设备现代化管理。

范世东

武汉理工大学能源与动力工程学院院长，教授，博士生导师，国家教学成果二等奖、湖北省科技进步一等奖获得者，主编教材《液体石化品装储》《轮机维护与修理》，参译《21世纪制造》，参编《交通运输工具原理及运用》《船舶机械修理工艺学》《现代设备维修技术》等，主要研究方向为船舶机务智能运维。

高永安

中船工业互联网有限公司工程师，主要从事船舶行业工业互联网二级节点建设工作。

陈鸣

中船工业互联网有限公司工程师，主要从事船舶行业工业互联网二级节点建设工作。

论文引用格式

张朔, 邓义斌, 范世东, 等. 船舶制造到运营环节的数据传递机制构建[J]. 信息通信技术与政策, 2021,47(1):27-33.

∗基金项目：工业和信息化部2019年工业互联网创新发展工程——工业互联网标识解析二级节点（运输行业应用服务平台）项目（No.TC190A3X8-7）、工业互联网平台试验体系建设项目（No.TC19083WB）和船舶智能运维辅助决策系统项目（No.205205004）资助

船舶制造到运营环节的数据传递机制构建*

张朔¹　邓义斌¹　范世东¹　高永安²　陈鸣²

（1. 武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063；2. 中船工业互联网有限公司，广州 510700）

摘要：当前船舶制造到运营环节的数据主要靠说明文档来传递，大量文档使得船舶机务管理系统初始化繁琐、困难。为解决此问题，首先分析船舶维保工作的数据需求，并梳理其中产生于上游制造环节的数据，应用Handle标识解析体系构建一种以船舶机务管理系统数据需求为导向的数据传递机制；然后以“长狮10号”船舶生活污水处理装置为例，说明从船舶制造到运营环节的数据传递过程。基于标识解析体系构建的数据传递机制能有效提高船舶制造到运营环节的数据传递效率，降低机务管理系统初始化难度，提高船舶机务管理水平。

关键词：船舶制造；船舶运营；数据传递；标识解析；元数据模型

中图分类号：U671.8　　　　文献标识码：A

引用格式：张朔, 邓义斌, 范世东, 等. 船舶制造到运营环节的数据传递机制构建[J]. 信息通信技术与政策, 2021,47(1):27-33.

doi：10.12267/j.issn.2096-5931.2021.01.006

0 引言

船舶机务管理核心工作是设备日常维护保养，大多数航运企业都希望采用机务管理信息系统来辅助完成^[1]，但船舶设备数据量多类杂，相关基础数据量大、类型多样，造成信息收集困难、录入困难，导致一些企业机务管理信息系统难以成功实施。这些数据信息可溯源到船舶制造企业和更上游的设备制造厂商，但当前船舶制造环节与运营环节主要以电子或纸质文档来传递信息，因此如何将这些数据按机务管理信息系统要求的格式完整地传递到船舶运营环节，实现系统的快速初始化，是目前亟待解决的问题。

在船舶数据信息传递方面，基于产品管理系统^[2]或数据融合层^[3-4]能实现船舶设计到制造环节的数据传递，基于数据分发服务（Data Distribution Services，DDS）框架^[5-6]、分布式数据库^[7]或数字无线电（Digital Radio Mondiale，DRM）系统^[8]可以实现船舶运营时的船岸信息同步，但在船舶制造到运营环节的数据传递方面尚未检索到相关文献报道。

本文依托标识解析船舶行业二级节点，分析船舶机务管理的数据需求，构建信息传递的元数据模型，应用标识解析技术形成从船舶制造环节到运营环节的数据传递机制，以实例验证机制的可行性，为实现机务管理系统快速初始化提供解决方案。

1 数据传递机制的构建

1.1 机务管理基础数据需求分析

船舶计算机管理系统需要对船舶、设备和备件进行编码标识，采用国际海事组织赋予的IMO码和国内交通运输部赋予的船舶识别号或企业自行编码来标识船舶；可参考《船舶维修保养体系》（GB/T 16558-2009，简称CWBT）第二部分船舶维修保养体系代码的编码规则对设备进行标识，CWBT的设备编码规则如图1所示^[9]；船舶备件编码尚无标准可参考，常以设备厂商指定的备件号并结合图纸来标识。

图1　CWBT编码规则

根据《船舶维修保养体系检验导则》（简称PMS）与CWBT的规定，船舶运维过程需要以设备卡为基础、以工作卡为工作指南^[10]。设备卡和工作卡主要包括设备基本信息、维保信息和安装信息等几类，并根据这些基础数据生成的定时制或定期制维修工作计划为主线开展设备维护保养工作，通过设备状态监控来调整维修周期从而达到基于状态的维修，并结合船舶的时空标识来开展维修工作所必需的备品备件配送。具体的船舶机务管理流程如图2所示。

图2 船舶机务管理流程

分析这些船舶运维所需基础数据的来源，能够从制造环节获得的数据有设备的基本信息（设备名称、设备型号、制造商、生产日期、主要技术参数等）、设备维保工作信息（维保内容、维保周期、设备启用时间等）、备品备件信息（名称、数量等）和安装信息（安装工艺、安装参数等）。

1.2 船舶数据传递机制

船厂作为船舶建造项目的总包方，不仅可以收集设备厂商提供的设备基本信息、维保信息和备品备件信息，还可以记录船舶设备的安装信息，汇集船舶运营所需要的绝大部分基础数据。船厂在船舶的建造过程中，根据内部编码规则（通常是与船舶运营阶段不同的编码方式）将船舶、设备和备品备件标识为船舶工程号、船厂设备代码和备品备件码，实现“系统级—设备级—零件级（含备品备件标识）”3个层级的数据管理。

针对船舶建造与运营环节数据标识的不同，利用船舶行业二级节点的标识解析体系，将船舶、设备和备品备件3个层级进行对接，可实现船舶从制造阶段到运营阶段的数据传递，结合船舶位置、时间标识与实际设备监控数据，可以进行工作卡动态调整，实现视情维保（见图3）。

图3 船舶数据传递示意图

船厂在船舶建造完成并取得船舶识别号或IMO号后，与船舶工程编号对接，可完成船舶层级的信息匹配，获取该船的所有设备信息。

设备层级的对接应该由设备供应商、船厂和船舶运行商通过标识解析体系共同完成，初步实施阶段可由船厂在收集到设备供应商的相关信息后与船舶运营商共同完成。完成的方式有两种：第一种是在船舶设备安装完毕后，由船厂人员编制设备CWBT编码，即可将船舶设备信息、维保信息、备品备件信息和安装信息以CWBT编码为标识进行数据传递，这要求船厂人员对CWBT编码体系较为熟悉；第二种是在船舶交付时，船厂与船舶运营商共同安排人员，就船厂设备代码与CWBT编码进行整理对接，完成设备数据标识。

当前看来，不管是船厂还是船舶运营商都是以设备厂商的备品备件编码来进行库存管理的，因此备品备件层级的对接可以以设备层级对接的方式进行数据传递。

船舶运营商在获得传递的数据后，附加运营商信息、设备管理信息、备品备件库存记录，即可应用船舶机务管理信息系统实现维保工作的精细化管理。

1.3 元数据模型与标识解析体系

根据船舶运维工作数据的需求及其来源，可构建如表1所示船舶从制造到运营环节数据传递的元数据模型。通过该模型，船舶行业标识解析二级节点能够储存数据名称、格式和具体数据信息，使得船舶运营端通过调用编码获得对应的信息。

表1 元数据模型

基于船舶行业标识解析二级节点编码准则，利用Handle体系对船舶、设备和备品备件进行标识。船舶行业标识解析二级节点编码准则规定标识分为前缀与后缀两部分，前缀由国家顶级节点、行业二级节点和企业节点组成，后缀由两位分类码和用户自定义编码组成（见图4）。用户自定义编码可以沿用企业原有编码体系，或者由企业结合行业标准制定，实现标识解析体系对原有编码的兼容。

图4 船舶行业标识解析二级节点编码准则

在船舶运营环节可以通过Handle体系对标识进行解析。船舶运营商通过Handle客户端对标识进行查询，Handle客户端通过查询全球Handle注册表（GHR）确定对应本地Handle服务（LHS）的位置信息并返回Handle客户端，Handle客户端根据返回信息向LHS发起解析请求，LHS将标识解析后，向Handle客户端返回如下解析结果。

< Message Body of Successful Qquery Response >

:: = [ < Request Digest > ]

< Handle >

< Value List >

2 实船数据传递案例

以黄埔文冲船厂建造“长狮10号”船舶生活污水处理装置为例，应用Handle标识解析体系形成标识，利用前文的元数据模型，进行数据跨环节传递。

2.1 船厂制造环节

黄埔文冲船厂执行“长狮10号”建造任务时，确定船舶工程项目编号为H1195，根据黄埔文冲船厂的船舶编码规则，形成建造阶段船舶的唯一标识为88.127.100000/04H1195。根据该船设计方案需要配备生活污水处理装置的要求，在向生活污水处理装置厂商采购设备时，需要求设备厂商按机务管理系统所需格式提供如表2所示设备基本信息、设备维保信息和备品备件信息等。

表2 生活污水处理装置信息

设备厂商可以将数据提交给船厂，也可以借助Handle体系与船厂进行数据交互。船厂收到设备后为设备编制船厂设备代码，借助Handle体系的扩展性，将船厂设备代码作为用户自定义编码，生成的设备标识为88.127.100000/04H1195-0000，并附加到船舶标识中，即可实现船舶与设备数据的关联；将该设备安装到船上后，附加安装位置、安装工艺、安装参数等信息；在船舶交付时，完成船舶工程号与船舶识别号、船厂设备代码和CWBT编码的对接，实现数据传递（见图5）。

图5 标识对接与数据传递

2.2 船舶运营环节

船舶开始运营后，运维人员要实现对船舶生活污水处理装置的管理，应根据实际情况设定设备主管部门与负责人，通过船舶建造环节建立的船舶设备Handle标识码88.127.100000/04H1195（.88.127.100000/04H1195-0000）船舶生活污水处理装置进行解析，Handle解析系统返回的数据是以Key-value键值对（ValueList）的形式表示，根据Key的值可以在返回数据中获取对应的Value值。在获得数据的基础上，将维保工作需要的基础数据与所获得的数据进行匹配，即可快速完成机务管理系统初始化。

3 预期应用效果

应用如上文所述基于标识解析体系构建的数据传递机制，可以达到的预期效果如下。

3.1 大幅提高船舶机务管理系统初始化效率

当前较主流的机务管理软件初始化1艘船舶需要1名技术人员和5名文字处理人员耗费数周的时间来开展，并且存在人为疏漏。而利用本文介绍的方法则不再需要配备文字处理人员，只需要技术人员花费1~2天进行数据对接确认并填写CWBT码、设备开始运行时间等少量信息即可完成。与传统方式相比，运用本文介绍的方式预计可以降低80%的机务管理系统数据初始化时间和成本。

3.2 船舶行业跨环节数据传递的应用能起到示范引领作用

船舶行业目前的数据传递形式仍以固定格式的纸质或电子版文件为主，难以适应船舶行业信息化发展的要求，制约船舶制造企业的转型升级。本文提出的方法顺应行业标识解析的发展，实现数据传递，打破数据格式限制，提升传递效率，为后续全行业的数据传递与应用打下基础。

4 结束语

综上可知，通过以“长狮10号”船舶污水处理装置为实际应用对象，利用标识解析体系与实际行业要求完善编码规则，构建一种船舶行业数据传递体系，可实现数据流通，减少了设备卡与工作卡初始化的工作，还可以进一步推进船舶机务管理系统的应用与普及，节约机务工作的成本。数据传递贯穿船舶的全生命周期，在设备制造、设备监控、船舶制造等方面都有迫切需求，数据传递机制的建立可以串联船舶行业上下游企业，加强船舶设计、制造、运营等环节的联系，进一步实现全生命周期质量追溯，推动船舶工业互联网发展。

参考文献

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[9] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 16558.4-2009船舶维修保养体系第4部分: 设备卡、工作卡格式与初始化要求[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[10] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 23438-2009船舶维修保养体系检验导则[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

Construction of data transfer mechanism from shipbuilding to operation

ZHANG Shuo¹, DENG Yibin¹, FAN Shidong¹, GAO Yongan², CHEN Ming²

(1. School of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China;

2. CSSC Industrial Internet Company Limited, Guangzhou 510700, China)

Abstract: At present, the data from ship manufacturing to operation is mainly transmitted by description documents. A large number of documents make the initialization of ship maintenance management system cumbersome and difficult. In order to solve this problem, firstly, the data demand of ship maintenance is analysed, and the data generated in the upstream manufacturing process is sorted out. A data transmission mechanism based on the data demand of ship maintenance management system is constructed by using handle identification analysis system. Then, the data transmission from ship manufacturing to operation process is illustrated by taking the domestic sewage treatment plant of Changshi 10 as an example. The data transfer mechanism based on identification analysis system can effectively improve the efficiency of data transfer from ship manufacturing to operation, reduce the difficulty of initialization of maintenance management system, and improve the level of ship maintenance management.

Keywords: shipbuilding; ship operation; data flow; identify resolution; metadata model

本文刊于《信息通信技术与政策》2021年第1期

主办：中国信息通信研究院

《信息通信技术与政策》是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊。本刊定位于“信息通信技术前沿的风向标，信息社会政策探究的思想库”，聚焦信息通信领域技术趋势、公共政策、国家/产业/企业战略，发布前沿研究成果、焦点问题分析、热点政策解读等，推动5G、工业互联网、数字经济、人工智能、区块链、大数据、云计算等技术产业的创新与发展，引导国家技术战略选择与产业政策制定，搭建产、学、研、用的高端学术交流平台。