——中國船舶工業系統工程研究院創新紀實
12月5日，會自主學習、能選擇最優航線、提前發現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布，這表明我國在商船設計和建造方面走在了世界前列，為無人船研發打下堅實基礎。
在“大智”輪正式亮相后，船上安裝的由我國自主研發的全球首個會自主學習的船舶智能運行與維護系統(SOMS)備受關注。此前我國船舶“大腦”多從國外進口，而這套系統讓船舶有了聰慧和愛學習的“大腦”、敏銳的“五官”、通暢的“神經”、強勁的“心臟”，部分關鍵系統、設備在國際上屬首次應用，技術性能全面達世界先進水平。
SOMS系統就是由中國船舶工業系統工程研究院自主研發的，這也是該研究院運用體系工程方法建設“智慧海洋”的重大成果之一。近年來，中國船舶工業系統工程研究院努力做“信息主導、體系建設”的踐行者，為新時代中國夢強軍夢凝聚強大力量。
順應信息技術智能化發展的趨勢，為盡快縮小國內外海洋信息體系差距，支撐國家海洋戰略，作為最早以“系統工程”命名的軍工科研單位，中國船舶工業系統工程研究院提出了“智慧海洋”的發展構想，在深入理解其內涵的基礎上，設計了涵蓋頂層設計、裝備技術、感知、通信、數據分析、運維管控、應用服務、標準規范、信息安全的“一頂一底五橫兩縱”體系架構。
從“智慧海洋”的規模龐大、體系復雜、邊界不確定、動態演化、功能涌現等一系列特點出發，中國船舶工業系統工程研究院認為建設“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。
如今，中國船舶工業系統工程研究院基于多年大型信息體系集成建設工作摸索形成了一套體系工程建設經驗方法，提出了持續不斷的體系設計與深化、多層次的體系集成與驗證、運用CPS技術協同推進虛擬空間與實體空間建設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。
首倡“智慧海洋”
“智慧海洋”是海洋信息化發展必然趨勢
中國船舶工業系統工程研究院院長張宏軍說，隨著航行經歷增加、數據積累，“大智”會越來越智能，比如船舶里設備很多、非常復雜，“大智”通過特有的實時健康狀況評價與預警分析工具，結合趨勢預測模型，防微杜漸;能提前發現隱患，顯示問題原因與關鍵變化參數，幫助船員高效排除安全隱患，達“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化決策等。
在這其中，SOMS系統發揮了舉足輕重的作用，該系統包含著110余個智能數據分析模型，擁有34項專利，不僅可以實現全船各系統及設備的信息融合及共享，還可以面向用戶各項需求，低成本、快速響應地提供定制化個性化應用。
據測算，38800噸智能“大智”輪貨船，與基礎船型Green Dolphin 38800噸貨船相比，推進效率可提高約3%，日均油耗可降低約4%。
如此效果，就是中國船舶工業系統工程研究院運用體系工程方法建設“智慧海洋”的目標之一。
中國船舶工業系統工程研究院是“智慧海洋”工程的首倡者，為什么提出“智慧海洋”?
從當今世界海洋強國的發展歷史來看，信息化水平和能力是各國制定海洋戰略、發展海洋事業的主要參考依據，更是未來開發和利用海洋的核心要素。
張宏軍說，當今信息技術智能化高速發展，海洋信息體系建設經歷以數字化為目標的初期發展階段后，其智慧化發展，形成從數據，到知識，到預測，再到最優決策的海洋發展模式，即“智慧海洋”，也將成為海洋信息化發展的必然趨勢。
中國海洋信息體系建設起步較晚，發展相對緩慢，在規劃、建設、應用等方面缺乏相關經驗的指導和支撐。總體來看，國內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”是在海洋數字化、透明化的基礎上，應用智能化信息技術和先進的海洋裝備技術，發展而成的海洋智慧化高級形態。“智慧海洋”不僅將解決國內與國外海洋信息體系存在的差距和問題，更將進一步形成引領全球海洋事業發展的新優勢。
“智慧海洋”是指以完善的海洋信息采集與傳輸體系為基礎，以自主安全可控的海洋云環境為支撐，將海洋權益、管控、開發三大領域的環境、目標、活動數據進行集成、開放與共享，運用工業大數據、互聯網大數據和科學大數據技術對歷史數據、實時數據進行分析處理，并對未來發展趨勢進行預測，形成面向軍、政、民各類涉海用戶的信息應用服務產品，指導海洋裝備的使用與海洋活動的智慧開展，從而實現海洋資源共享、海洋活動協同，挖掘新需求，創造新價值，達到智慧經略海洋的目的。
張宏軍說，參考“智慧城市”的體系架構，按照信息感知、傳輸、分析處理、應用的一般流程，以及相應的支撐保障功能，設計了“一頂一底五橫兩縱”的體系架構。
一頂是指面向整個“智慧海洋”的體系總體，基于當前與未來發展需求，按照體系工程的思想，開展體系設計、體系集成、驗證評估、體系更新的循環迭代，推動整個體系的能力形成與提升;一底是指以海洋科學技術與裝備為基礎開展“智慧海洋”建設，必須加快推動科學研究、裝備研發、工程技術的發展;五橫是指以海洋環境、目標、活動和裝備等信息的全面立體感知為起點，以衛星、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、大數據等新一代信息技術，實現數據融合、價值挖掘、共享開發，進而形成智能化信息產品，在設備運維、資源調度、綜合保障的運維管控體系的支撐下，實現對海洋安全權益、綜合管理、資源開發、生態文明等活動的有效支撐。兩縱則包括標準質量和信息安全兩個保障體系，標準質量體系通過建立數據、裝備、管理等方面的標準并實施質量監督和質量管理，實現整個“智慧海洋”的標準化運行和發展;信息安全體系則通過制定安全策略，建立安全防護機制、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”應該如何建設呢?
張宏軍說，海洋信息化建設是一個典型的系統工程，不僅涉及信息采集、傳輸、分析處理、應用服務等多個領域，還面臨內容復雜、目標多樣、邊界不確定、不斷動態發展等挑戰。
體系工程作為近年來在系統工程理論基礎上深化發展，應對解決多樣性、邊界模糊性及動態演化等復雜體系問題的新興理論方法，已被應用于軍事裝備體系建設領域，并取得了顯著成效。
張宏軍說，考慮到“智慧海洋”同樣具有上述復雜體系問題，將體系工程理論方法應用于“智慧海洋”建設中，不僅將有效推動其不斷演化發展，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計、開發、部署、運行和調整的學科，體系工程的相關活動跨越體系全壽命周期，主要解決獨立系統的集成問題，確保以下4個方面得到實現：組成系統以自主方式獨立開發、管理、運行，為體系提供合適的功能能力;在體系開發管理和運行過程中，考慮政治、經濟、法律、社會和組織因素，包括投資方面的觀點和關系;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面影響;體系的整體行為和與環境的動態交互能夠滿足或超出需要的能力。
張宏軍說，建設“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、動態演化、不良功能涌現等，需要體系工程方法的有力指導。建設“智慧海洋”需要大量相關技術的有力支撐，其中最為核心的技術包括體系工程技術、平臺與裝備技術、 數據挖掘技術三個方面。
當前，國內針對體系工程方法的研究剛剛起步，相關理論基礎尚處于研究探索階段，尚未形成統一的學科基礎。
在指導建設“智慧海洋”這一迫切需求的牽引下，中國船舶工業系統工程研究院基于自身多年在大型信息體系集成建設方面積累的成功經驗，以及對體系工程發展的長期跟蹤與深入思考，摸索形成了一套體系工程建設的經驗方法，以此為基礎，嘗試提出推進“智慧海洋”建設的具體方法。
在深入分析“智慧海洋”體系特征的基礎上，張宏軍認為需要從體系設計、集成驗證、虛實共建3個方面按照體系工程方法推進建設工作，而具體裝備的建設可按照現有系統工程方法開展工作。
張宏軍進一步解釋，考慮到“智慧海洋”具有體系復雜、規模龐大、涉及面廣、空間分散、動態演化等特征，需要在工程建設之初就強化其體系總體設計并不斷深化，具體分為需求開發、功能分解、方案設計、仿真評估4個方面。
“只有通過持續不斷的體系設計與深化，才能確保建設內容的完整性、協調性和匹配性，使各系統形成相互協作的有機整體，打破原有海洋信息資源一盤散沙的局面，形成基礎共用、資源共享、互融互通、協調合作的新型海洋信息體系。”張宏軍說。
中國船舶工業系統工程研究院在建設“智慧海洋”砥礪創新，“智慧海洋”建設涉及成百上千個不同型號的系統和設備，為確保其能夠按照設計方案形成有機整體，實現既定目標，中國船舶工業系統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，具體從原型系統集成與驗證、區域示范集成與驗證、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，更是在智能化技術發展的歷史趨勢下，利用數據深刻地理解過去與現在，智慧地預測未來。與此同時，考慮到“智慧海洋”體系規模龐大，內容復雜，功能涌現等特點，將在工程的建設和運行過程中產生一系列不可知不可見的問題。
“系統工程本身是正向設計，是支撐技術創新的最重要的設計方法之一。我們以前理論層面上的創新少，大多是具體的某個工程技術上的創新。但是當下，系統工程理論在系統工程研究院已經掀起了發展高潮。在國家重要戰略和具體工程的牽引下，在系統工程理論的指導下，我相信未來的創新會有更大、更快的發展。”張宏軍說，中國船舶工業系統工程研究院已吹響系統工程理論向體系工程發展的號角，也有自信肩負起這項使命、扛起這面旗幟。
