大国科研 体系工程助推“智慧海洋”迈入新征程

　　体系工程V++模型

　　12月5日，会自主学习、能选择最优航线、提前发现事故隐患的全球首艘智能船舶“大智”轮在上海举行的中国国际海事会展上正式发布，这表明我国在商船设计和建造方面走在了世界前列，为无人船研发打下坚实基础。

　　在“大智”轮正式亮相后，船上安装的由我国自主研发的全球首个会自主学习的船舶智能运行与维护系统（SOMS）备受关注。此前我国船舶“大脑”多从国外进口，而这套系统让船舶有了聪慧和爱学习的“大脑”、敏锐的“五官”、通畅的“神经”、强劲的“心脏”，部分关键系统、设备在国际上属首次应用，技术性能全面达世界先进水平。

　　SOMS系统就是由中国船舶(600150) 工业系统工程研究院自主研发的，这也是该研究院运用体系工程方法建设“智慧海洋”的重大成果之一。近年来，中国船舶工业系统工程研究院努力做“信息主导、体系建设”的践行者，为新时代中国梦强军梦凝聚强大力量。

　　顺应信息技术智能化发展的趋势，为尽快缩小国内外海洋信息体系差距，支撑国家海洋战略，作为最早以“系统工程”命名的军工科研单位，中国船舶工业系统工程研究院提出了“智慧海洋”的发展构想，在深入理解其内涵的基础上，设计了涵盖顶层设计、装备技术、感知、通信、数据分析、运维管控、应用服务、标准规范、信息安全的“一顶一底五横两纵”体系架构。

　　从“智慧海洋”的规模庞大、体系复杂、边界不确定、动态演化、功能涌现等一系列特点出发，中国船舶工业系统工程研究院认为建设“智慧海洋”是一项典型的体系工程，需要体系工程方法的指导。

　　如今，中国船舶工业系统工程研究院基于多年大型信息体系集成建设工作摸索形成了一套体系工程建设经验方法，提出了持续不断的体系设计与深化、多层次的体系集成与验证、运用CPS技术协同推进虚拟空间与实体空间建设3个方面的实施建议与具体做法，以求有效推动“智慧海洋”建设。

　　首倡“智慧海洋”

　　“智慧海洋”是海洋信息化发展必然趋势

　　中国船舶工业系统工程研究院院长张宏军说，随着航行经历增加、数据积累，“大智”会越来越智能，比如船舶里设备很多、非常复杂，“大智”通过特有的实时健康状况评价与预警分析工具，结合趋势预测模型，防微杜渐；能提前发现隐患，显示问题原因与关键变化参数，帮助船员高效排除安全隐患，达“近零故障”运行，并提供省时、省油、舒适和低综合成本的航线优化决策等。

　　在这其中，SOMS系统发挥了举足轻重的作用，该系统包含着110余个智能数据分析模型，拥有34项专利，不仅可以实现全船各系统及设备的信息融合及共享，还可以面向用户各项需求，低成本、快速响应地提供定制化个性化应用。

　　据测算，38800吨智能“大智”轮货船，与基础船型Green Dolphin 38800吨货船相比，推进效率可提高约3%，日均油耗可降低约4%。

　　如此效果，就是中国船舶工业系统工程研究院运用体系工程方法建设“智慧海洋”的目标之一。

　　中国船舶工业系统工程研究院是“智慧海洋”工程的首倡者，为什么提出“智慧海洋”？

　　从当今世界海洋强国的发展历史来看，信息化水平和能力是各国制定海洋战略、发展海洋事业的主要参考依据，更是未来开发和利用海洋的核心要素。

　　张宏军说，当今信息技术智能化高速发展，海洋信息体系建设经历以数字化为目标的初期发展阶段后，其智慧化发展，形成从数据，到知识，到预测，再到最优决策的海洋发展模式，即“智慧海洋”，也将成为海洋信息化发展的必然趋势。

　　中国海洋信息体系建设起步较晚，发展相对缓慢，在规划、建设、应用等方面缺乏相关经验的指导和支撑。总体来看，国内海洋信息化体系仍存在体系不完整、部分能力短板明显等差距。

　　张宏军说，“智慧海洋”是在海洋数字化、透明化的基础上，应用智能化信息技术和先进的海洋装备技术，发展而成的海洋智慧化高级形态。“智慧海洋”不仅将解决国内与国外海洋信息体系存在的差距和问题，更将进一步形成引领全球海洋事业发展的新优势。

　　“智慧海洋”是指以完善的海洋信息采集与传输体系为基础，以自主安全可控的海洋云环境为支撑，将海洋权益、管控、开发三大领域的环境、目标、活动数据进行集成、开放与共享，运用工业大数据、互联网大数据和科学大数据技术对历史数据、实时数据进行分析处理，并对未来发展趋势进行预测，形成面向军、政、民各类涉海用户的信息应用服务产品，指导海洋装备的使用与海洋活动的智慧开展，从而实现海洋资源共享、海洋活动协同，挖掘新需求，创造新价值，达到智慧经略海洋的目的。

　　张宏军说，参考“智慧城市”的体系架构，按照信息感知、传输、分析处理、应用的一般流程，以及相应的支撑保障功能，设计了“一顶一底五横两纵”的体系架构。

　　一顶是指面向整个“智慧海洋”的体系总体，基于当前与未来发展需求，按照体系工程的思想，开展体系设计、体系集成、验证评估、体系更新的循环迭代，推动整个体系的能力形成与提升；一底是指以海洋科学技术与装备为基础开展“智慧海洋”建设，必须加快推动科学研究、装备研发、工程技术的发展；五横是指以海洋环境、目标、活动和装备等信息的全面立体感知为起点，以卫星、无线宽带、水声、无线电等多种海上通信手段为传输渠道，利用云计算、大数据等新一代信息技术，实现数据融合、价值挖掘、共享开发，进而形成智能化信息产品，在设备运维、资源调度、综合保障的运维管控体系的支撑下，实现对海洋安全权益、综合管理、资源开发、生态文明等活动的有效支撑。两纵则包括标准质量和信息安全两个保障体系，标准质量体系通过建立数据、装备、管理等方面的标准并实施质量监督和质量管理，实现整个“智慧海洋”的标准化运行和发展；信息安全体系则通过制定安全策略，建立安全防护机制、开展安全运维和管理，保障“智慧海洋”的运行安全。整个体系有机融合，相互衔接与合作，全面提升中国海洋信息体系能力与水平。

　　善用体系工程

　　使“智慧海洋”成为体系工程典范

　　那么，“智慧海洋”应该如何建设呢？

　　张宏军说，海洋信息化建设是一个典型的系统工程，不仅涉及信息采集、传输、分析处理、应用服务等多个领域，还面临内容复杂、目标多样、边界不确定、不断动态发展等挑战。

　　体系工程作为近年来在系统工程理论基础上深化发展，应对解决多样性、边界模糊性及动态演化等复杂体系问题的新兴理论方法，已被应用于军事装备体系建设领域，并取得了显著成效。

　　张宏军说，考虑到“智慧海洋”同样具有上述复杂体系问题，将体系工程理论方法应用于“智慧海洋”建设中，不仅将有效推动其不断演化发展，也可将作为体系工程实践的一次有益尝试。

　　体系工程是研究如何有效开展体系设计、开发、部署、运行和调整的学科，体系工程的相关活动跨越体系全寿命周期，主要解决独立系统的集成问题，确保以下4个方面得到实现：组成系统以自主方式独立开发、管理、运行，为体系提供合适的功能能力；在体系开发管理和运行过程中，考虑政治、经济、法律、社会和组织因素，包括投资方面的观点和关系；体系概念的、功能的、物理的和临时边界的变化不会对体系的管理与运行带来负面影响；体系的整体行为和与环境的动态交互能够满足或超出需要的能力。

　　张宏军说，建设“智慧海洋”是一项典型的体系工程，面临体系工程的共性难题，如边界不确定、动态演化、不良功能涌现等，需要体系工程方法的有力指导。建设“智慧海洋”需要大量相关技术的有力支撑，其中最为核心的技术包括体系工程技术、平台与装备技术、 数据挖掘技术三个方面。

　　当前，国内针对体系工程方法的研究刚刚起步，相关理论基础尚处于研究探索阶段，尚未形成统一的学科基础。

　　在指导建设“智慧海洋”这一迫切需求的牵引下，中国船舶工业系统工程研究院基于自身多年在大型信息体系集成建设方面积累的成功经验，以及对体系工程发展的长期跟踪与深入思考，摸索形成了一套体系工程建设的经验方法，以此为基础，尝试提出推进“智慧海洋”建设的具体方法。

　　在深入分析“智慧海洋”体系特征的基础上，张宏军认为需要从体系设计、集成验证、虚实共建3个方面按照体系工程方法推进建设工作，而具体装备的建设可按照现有系统工程方法开展工作。

　　张宏军进一步解释，考虑到“智慧海洋”具有体系复杂、规模庞大、涉及面广、空间分散、动态演化等特征，需要在工程建设之初就强化其体系总体设计并不断深化，具体分为需求开发、功能分解、方案设计、仿真评估4个方面。

　　“只有通过持续不断的体系设计与深化，才能确保建设内容的完整性、协调性和匹配性，使各系统形成相互协作的有机整体，打破原有海洋信息资源一盘散沙的局面，形成基础共用、资源共享、互融互通、协调合作的新型海洋信息体系。”张宏军说。

　　中国船舶工业系统工程研究院在建设“智慧海洋”砥砺创新，“智慧海洋”建设涉及成百上千个不同型号的系统和设备，为确保其能够按照设计方案形成有机整体，实现既定目标，中国船舶工业系统工程研究院高度重视并抓好自下而上的体系集成与验证工作，具体从原型系统集成与验证、区域示范集成与验证、体系整体集成与验证、效能评估与迭代优化4个方面开展，并取得了丰硕的成果。

　　对于未来，张宏军深有感触地说，“智慧海洋”不仅是中国海洋信息体系的深化建设，更是在智能化技术发展的历史趋势下，利用数据深刻地理解过去与现在，智慧地预测未来。与此同时，考虑到“智慧海洋”体系规模庞大，内容复杂，功能涌现等特点，将在工程的建设和运行过程中产生一系列不可知不可见的问题。

　　“系统工程本身是正向设计，是支撑技术创新的最重要的设计方法之一。我们以前理论层面上的创新少，大多是具体的某个工程技术上的创新。但是当下，系统工程理论在系统工程研究院已经掀起了发展高潮。在国家重要战略和具体工程的牵引下，在系统工程理论的指导下，我相信未来的创新会有更大、更快的发展。”张宏军说，中国船舶工业系统工程研究院已吹响系统工程理论向体系工程发展的号角，也有自信肩负起这项使命、扛起这面旗帜。