2017年 10月

船员任务代替型智能自主航行船舶的技术研究

2017年 10月 18日

Mr. DH Kim, Dr. HS Jang, Mr. HK Lee, Dr. JC Park, Mr. YM Kwak, Mr. JH Kwon

智能自主航行船舶开发的最终目标是没有船员的无人自动化船舶，为了保障船舶的安全航行及运营费用。本次研究中为了开发自主航行船舶的最终目标无人自动化(减少乘船人员)技术，以船员任务代替型智能技术减少最低乘船人员为目标，可以定义为”保障船舶安全航行的同时，无人或者以最低的人员能够执行任务水准的自动化技术”。综合考虑减少船舶最低船员对每个船员个别任务及船内工作特性，根据具体情况应对水准等，然后将到目前为止船员直接执行的任务转换成技术以技术因素的模式导出。

Keywords: Smart Autonomous ship, Seaman mission substitution

1. 序论

最近随着第4届工业革命成为热点，突显了对船舶的智能化及自动化技术的必要性，在欧洲，日本等发达国家造船业已经不景气，为了引导新事业的趋势，民官共同开发着智能自主航行船舶。这是为了克服全球范围内进入恐慌的造船产业的危机，从而创造新的机会，将ICT融合平台适用于船舶智能化技术中，从而应对造船产业市场恢复期中国际环境标准及降低船舶运营费用的要求。

船舶技术的规范不仅在于船舶建造，还扩大到船舶航行信息及维护管理服务，逐渐转换为绿色/自动化船舶。对此急需开发新的适合智能信息化时代的造船产业商业模式。目前推进的智能船舶系统，为了减少劳务费及燃油费，以政府及民间主导来开发，目前达到了商业化的阶段。特别是相关技术主要是通过欧洲国家的大规模政府支援，将乘船人员的劳务费归零，通过最佳的航行减少燃油费等来确保船舶运营的经济性为目的。目前正在建造智能自主航行船舶进行性能评估及实证的阶段。总的来说开发智能自主航行船舶的最终目标是没有船员的无人自动化系统的船舶，还要保障船舶的航行安全及减少运营费用的成果。本次研究中主要介绍开发智能自主航行船舶的最终目标中对无人智能化技术的开发及船员任务代替技术开发的方向。

2. 船员组成及劳工的相关公约/规定

2.1 最低乘船人员的组成

为了开发智能自主航行船舶的开发，对于船员任务替代型智能技术需要以最低的人员将船员任务，工作水准及航行/停泊中发生的所有情况都可以应对的恰到好处。不仅如此，对于以基本的值班体系航行的船舶不能违背船员的工作标准，还要保障智能自主航行船舶最低乘船人员最佳的工作环境。为此，有必要审核现行的人员组成和劳工相关公约及规定。

2.1.1 IMO Res. A. 1047 (27)

国际海事组织IMO为了树立船舶需要的最低安全配员组成的规程，于2011年采纳了最低安全配员的相关决议书(Principle of Minimum Safe Manning).IMO决议书A.1047(27)是为了船舶的安全，效率及安保航行充分的船员保障在船内的工作，船旗国需要根据该决议书对各个船舶的最低安全配员签发证书。

2.1.2 最低安全配员证书 (Minimum Safe Manning Cert.)

船舶上要求的最低安全配员是根据各个船旗国指定的详细规范决定，由具有STCW公约要求资质的船员组成。最低安全配员根据船舶的总吨和主机功率组成，如表1所示。

表1. 最低配员组成规定例子 (Flag : Marshall Island)

区分		适用船舶	船员组成
Basic (Deck & Eng‘)		All ships over 8000 GT / 3000 kW Non-Automated	Master Chief Mate Two(2) Officers in charge of a navigational watch Radio Officer / GMDSS Three(3) Able Seafarers or Able Seafarers Deck Two(2) Ordinary Seafarers Chief Engineer 1^st Assistant Engineer Two(2) Officers in charge of an engineering watch Three(3) Oiler/motors or able seafarers engine
Deck	D/1	Vessels over 5000 GT but under 8000 GT	Master Chief Mate Two(2) Officers in charge of a navigation watch Radio officer / GMDSS Four(4) Able Seafarers or Able Seafarers Decks
Deck	D/2	Vessels over 3000 GT but under 5000 GT	Master Chief Mate Two(2) Officers in charge of a navigation watch Radio officer / GMDSS Two(2) Able Seafarers or Able Seafarers Decks Two(2) Ordinary Seafarers
Eng‘	E/1	Vessels over 3000 kW and certified for unattended operation	Chief Engineer 1^st Assistant Engineer Two(2) Oiler/Motor or Able Seafarers Engine
	E/2	Vessels under 3000 kW but over 750 kW not equipped for unattended operation	Chief Engineer Two(2) Officers in charge of an engineering watch Three(3) Oiler/Motor or Able Seafarers Engine
	E/3	Vessels under 3000 kW but over 750 kW and certified for unattended operation	Chief Engineer 2^nd Assistant Engineer Two(2) Oiler/Motor or Able Seafarers Engine
*最低安全配员是考虑相关法律，船舶种类，船龄，吨位，航行区域等，由船旗国决定。上述规定表示的是具有代表性的船旗国(马绍尔群岛)规定。

2.2 船员工作标准

2.2.1 海事劳工公约 (Marine Labour Convention)

海事劳工公约A2.3条规定对于从事船舶航行安全和航行安保相关工作的船员，需要保障不超过一定时间的最长工作时间及一定时间内提供的最短休息时间，如表2所示。

表2. 船员工作或者休息时间的标准

最长工作时间

最短休息时间

最长工作时间不得超过下列要求

◦ 在任何24小时中的14小时

◦ 在任何7天中的72小时

最短工作时间不得少于下列要求

◦ 在任何24小时中的10小时

◦ 在任何7天中的77小时

※休息时间可以分为不超过2次，其中1次不得少于6小时，且两次的间隔不应超过 14小时。

2.2.2 船员法

2006年随着还是劳工公约的生效，韩国也将相关公约适用于船员法中，对船员的工作时间及休息时间进行了如下修订

■ 第60条 (工作时间及休息时间)

① 工作时间以一天8小时，一周40小时为准。但是船舶所有者和船员之间协商可以在一周之间延长16小时(以下简称加班)。

② 船舶所有者不管第1项的要求进行航行值班工作的船员一周之中16小时的范围内，其余船员在一周之内4小时的范围内进行加班工作

③ 船舶所有者不管第1项及第2项的要求需要给予船员任何24小时之内10小时以上的休

息时间和任何1周时间内77小时以上的休息时间。这时休息时间可以分为不超过2次,

其中1次不得少于6小时，且两次的间隔不应超过 14小时。

国际法上对于航行中的各个船舶，特别是从事国际航行的船舶需要记录船员每天的工作时间，休息时间及加班时间，每天的工作时间及休息时间没有满足要求时需要填写“Rest hour deviation report”。但是实际航行中的船舶由于频繁的进出港，沿海航行的船舶，加油船，通过海峡，货舱清洗工作等原因，不能保障公约规定的休息时间的情况发生时，需要增加船员。

3. 船员任务及应急响应

3.1 船员各职位的责任及任务

通常情况下根据船员的职位赋予责任和权限，一般航行/锚泊时每个人负责的任务如表3所示。

表3. 船员各职位的责任及职务

职位	责任及职务
船长	身为船上的总负责人具有指挥/管理/统治等为了工作的责任和权限
轮机长	身为船上的管理负责人辅佐船长对全船所有轮机/防污染进行管理
驾驶员	身为航行，装卸货及运输管理者，辅佐船长对全船甲板工作进行管理
轮机员	身为轮机/设备的运行及维护管理员，辅佐轮机长对全船轮机工作进行管理
成员	根据所属部门区分为加班/机舱成员进行被赋予的个别职务

甲板部船员一般执行航行中的三班值班体系的同时对全船甲板工作进行管理，轮机部船员仅限于自动化船舶适用无人机舱值班体系，以Day-work体系运营。图1表示的是各船员不同职位所负责的任务，航行中值班工作之外还执行货物管理，甲板工作，装卸货管理，进出港工作，机舱设备，发电机及辅助机械，各种设备维护管理等各种各样的技术工作。总的来说智能自主航行船舶的技术需要代替船员的工作，为此自动航行技术之外控制/措施/管理等技术需要详细审核通常航行中管理员及成员执行的基本工作，检验事项等，并导出其结果。

图1 船员各职位负责的任务

3.2 应对紧急情况的任务体系

船舶可能发生的应急情况除了碰撞，刮碰，触礁，沉船等航行事故之外还有Fire-fighting, Abandon ship, Oil spill, Emergency steering, Rescue from enclosed space 및 Recovering operation等各种各样的应急情况，需要根据具体情况应对事故。船舶上配备的应急手册在船内危机管理使船员可以有效迅速的应对，使危害最低化，减少发生2次伤害的可能性为目的，对各个船员的位置和任务有所规定。图2表示的是对各个职位任务分类的审核结果，发生Fire-fighting, Oil-spill, Recovering operation, Emergency steering等情况时的执行主要任务的最低人员大概在8-10名，不仅包含为了直接对事故进行应对措施的人员，还包含情况判断及进行指示的现场负责人。即，事故发生时直接的现场指挥及事故应对由大副/机工和二副/机工（3~4名）负责，技术性支援根据个人职务甲板/机舱成员主要负责。

图2 船员各职位应急响应任务分类

未来的智能自主航行船舶除了上述应急情况之外还会要求黑客及网络袭击，航行管制，系统关闭等S/W应对技术。并且任务应对型智能从船舶技术，需要可以代替最低安全配员组成下的现场任务，还要包含可以代替总指挥家作用的岸基支援技术等。

4. 技术定义及分类

将来随着造船产业规范的转型，智能船舶技术开发将率需要对其目标对象智能自主航行船舶明确的定义。虽然工业上已经对智能船舶开发进行研究，但是还没有对其作出正确的定义，到目前为止有无人船舶(Unmanned ship)，智能船舶(Smart ship)及自主航行船舶(Autonomous ship)等混合使用。2015年由欧洲国家联合的SARUMS(Safety and Regulations for European Unmanned Maritime System)根据自动化程度将船舶分类标准定义为如表4所示。这个能够进行对先前的船舶，智能船舶，自主航行船舶及无人船舶的自动化水准，决策及应对的主题等进行详细的分类。但是还没有关于对智能自动化船舶的最终技术水准和详细技术的定义，因此依然对船舶自动化不同水准要求的智能技术是什么，还存在疑问。

表4. 船舶分类（智能船舶，自主航行船舶，无人船舶）

船舶分类		自动化水准	取得信息	分析情况	决策	应对措施
先前船舶		0	Human	Human	Human	Human
先前船舶		1	System /Human	Human	Human	Human
智能船舶		2	System	System/Human	Human	Human
自主航行船舶	Lev.1	3	System	System	System /Human	Human
自主航行船舶	Lev.2	4	System	System	System	System/Human
无人船舶	Lev.3	5	System	System	System	System

4.1 智能自主航行船舶的技术标准

本次研究中对智能自主航行船舶技术标准的定义是对整体船舶航行/轮机等”在系统识别情况之后自己控制之后对运营者报告执行情况的阶段”运营者单纯的对执行情况进行监督的水准。这个相当于表4中自主航行船舶Lev.2，与完全无人船舶(Lev.3)相比在自动化技术的信赖度上存在较大的差异。

4.2 任务代替性智能技术

4.2.1 技术定义

为了智能自主航行船舶的开发船员任务代替型智能技术，可以定义为以降低最低配员为目标“保障船舶安全航行的同时无人或以最低的人员能够执行任务水准的自动化技术”。

4.2.2 技术分类

如图3所示，任务代替型智能技术大体的可以分成认知/判断型技术和应对型技术。首先认知/判断型技术是由船员确认异常，为了判断需要采取的措施对必要的信息进行学习/理解，代替之前方式的技术，可以由获取信息的Sensor及Big-data和分析计算等处理技术组成。相反，代替型技术是为了船员解决异常情况代替先前措施的技术，可以由S/W为基础自动控制及措施，Easy repair & Fast replace技术等组成。即，代替判断船舶内外异常情况的船员的感觉和决策还有情况发生时物理性控制及支援的技术。应对型技术需要应对根据船舶种类，航行区域，港口及运行海域的环境等有可能发生的所有情况，因此占据的技术领域非常广泛，不仅是先前船舶的紧急情况，还需要考虑可以解决以ICT

为基础的智能船舶的特殊情况（例如：控制系统的关闭，黑客，网络袭击等）的技术开发。总的来说船员任务代替型智能技术中对每个船员的任务，需要多数人员的工作及各情况中人员的配置，对负责任务的分析是必要的，并且通过这个可以进行明确的对开发技术进行分析。

图3. 任务代替型智能技术分类

4.3 技术导出方案

图4. 任务代替型技术导出方案

4.3.1 船内船员的工作分析

为了识别任务代替型智能技术的认知/判断型技术和应对型技术，如图4所示不仅要对有关船舶实际运营的甲板/轮机船员的个人工作进行分析，还要对进出港，加油，紧急修理，货物装卸货等需要多数人员的共同作业工作的工作环境，工作标准，工作时间等进行详细的分析。并且通过船舶航行及锚泊时根据详细工作的发生频率和与此相关工作危险性的分析，将智能技术的代替可能性和必要性具体化。

4.3.2 推测船内船员不同任务的最少人员

适用任务代替型智能技术时，综合审核船员的个人业务及共同业务还有一半情况和紧急情况所需要的最低人员，准备减少船员任务的方案。但是最低安全配员执行船内所有任务需要保障不直接影响船员疲劳的同时，还要保障长期的安全航行。

4.3.3 技术定义及可信度

表5是任务代替型智能技术在各个阶段的定义和技术可信度。与表4中描述的自主航行船舶Lev.1和Lev.2还有无人船舶Lev.3自动化水准一样，但是任务代替型技术区分成认知/判断型技术和应对型技术（一般情况，紧急情况）更加具体化。任务代替型技术开发的第一阶段中以认知/判断型技术为中心，优先开发情况判断/决策支援系统，并以此为基础在第2阶段和第3阶段中以应对型技术为中心，可以应对一般情况和紧急情况的可信度为100%的技术水准为目标。

表5. 任务代替型技术开发的定义及可信度

技术阶段	定义	可信度
第1阶段 (自动化3阶段）	开发认知/判断型技术中心的Sensor及大数据的分析结果为基础的决策支援系统	认知/判断型技术 80%
第2阶段 (自动化4阶段）	开发根据决策据结果一般情况的应对型技术	认知/判断型技术 100% +应对型技术 60%（一般情况）
第3阶段（自动化5阶段）	开发根据决策据结果紧急情况的应对型技术	认知/判断型技术 100% (一般情况+紧急情况）

5. 结论

最近随着第4届产业革命成为热点，对船舶智能化及自动化技术的需求越来越增加，因此对智能船舶技术引导的机会到来了。对此，通过IT造船融合技术开发及应用的最先进的智能船舶技术，期待可以强化国际上的竞争力并激活高附加值数码造船产业。

本次研究中介绍了有关开发智能自主航行船舶在确保船舶航行经济性的同时为了无人化的人员代替型智能技术的开发研究方向。综合审核减少船舶最低船员对各船员的个人任务及船内工作特性，对各情况的应对水准等，船员直接执行任务的技术转换成详细技术因素，通过今后的研究将会详细的提案。

[参考文献]

IMO. Res. A.1047(27) 2011. Principle of minimum safe manning

MLC. 2006. A2.3 Marine Labour Convention

Repuplic of the Marshall Island. Minimum safe manning requirements for vessels

KR Webzine Vol.103