在船舶4.0的蓝图下，大数据将应用于商业航运的大型船舶中。
尽管工业4.0可继续采用特殊的过程自动化形式，但最终优化船舶运营的首款信息-物理系统及基于云技术的网络架构在最终应用于海上航行前仍然任重道远。德国船舶设备供应商坚信，航海4.0可有效提升商业航运效率，助其收获巨大利润。是否只有德国业界如此乐观？根据VDMA统计数据，德国是全球供应商的领导者。大数据究竟给船舶行业带来哪些优势，这些海量数据集又将伴随哪些全新的挑战？
有人说，海上航行与法庭审判一样需要听天由命。这种说法即便在21世纪依然是真理。法庭审判存在大量不确定因素，直接影响判决结果。同理，海上航行也存在各种不确定因素。即使船只按既定航线航行，仍要面临自然条件的考验、技术可靠性问题，甚至遭受海盗袭击的风险。当一部分人仍在探讨冗余性与可靠性时，另一部分人已开始构想降低海盗袭击风险的无人驾驶船只，与劫持货物相比，海盗更加倾向于勒索人质以获得赎金。无人驾驶交通系统早已在陆上的物流领域广泛应用，它能否改变全球航运格局？
目前，远程控制的货船在国际海域航行依然只是梦想。然而，随着自动化技术与船舶设计的融合程度不断加深，数年前遥不可及的构想逐步成为现实，我们坚信实现这一梦想指日可待。典型示例包括子系统网络。该网络支持系统连接，从而提升微调精度并显著提高效率，还允许在陆地通过远程访问读取船舶数据或执行远程船舶操作以控制特定功能。VDMA的“船舶设备与系统”部门总监Hauke Schlegel等行业专家坚信无论人们登船与否，大数据都“蕴藏不可估量的巨大潜力”。这家德国船舶企业是全球领先的供应商，大数据赋予船舶业的巨大利润无疑令Schlegel倍感欣慰。
如今，大型监视器替代舰桥领航员为商船和客船提供导航。
根据预测，中国、日本和韩国将因产能过剩而在未来关闭造船厂，但德国机械工程师和系统设计师们的处境较为乐观。他们的未来也许并不光明，但却处于稳定状态。2016年的销售额预计将超过120亿欧元。如今数字化革命创造新的机遇，前景又将如何？这项新技术将为船舶和航运业带来哪些效益？接下来，我们将详细介绍航运行业中的效率、环保和安全问题。
总体而言，货运业务每天承受着巨大的成本压力，而且这种压力持续增长。原因很简单：在海面航行的船只可用吨位过剩。这是大量投机商人在2004至2009年行业繁荣期参与利益瓜分的结果。最终导致产能过剩和持续压缩价格。因此，运输业必须通过削减成本来维持利润。任何行业涉及降低成本时必须考虑劳动力成本，航运公司同样如此。他们必须在产量和质量之间做出抉择。这些公司只能选择裁员或录用电子技术水平较差，薪酬相对较低的船员。
从奥斯陆到腓特烈港，挪威峡湾处的陆船通信依旧简单快捷。
但实施自动化技术便可一举两得。自动化系统可承担需要由许多人工完成的长期任务。此类系统还能实现远程功能，便于陆上专家读取船舶航行数据，从而监管船上的维护人员。如果船员不再登船且船舶处于自动导航状态，则可移除污水处理系统、气候控制和脱盐车间等小型子系统，利润优势随之凸显。如果免去船员吃住和娱乐的开销，运输业仅在燃油成本这一项即可节省约10%的开支。
无论船员是否登船：除船员设施外，船上许多的应用同样可以高效运行。船舶4.0为测量、评估、制定补救方案等特定领域开拓了广阔的发展前景。在楼宇管理方面：通过数据记录和联网，可确定每个房间的开销和成本并进行针对性优化。然而，集装箱船并不执行同类测量。然而，不同集装箱产生的运输成本各异。原因是尽管集装箱采用标准化尺寸，但货物尺寸可能有所差别，“冷藏船”便是一项典型示例。
各组成部分紧密相连。上图说明了大数据的重要性以及适用于现代航运的严密网络。
冷藏船是运输冷藏集装箱的船只，必须配备船舷货物冷却系统或通过集装箱自带的冷却系统进行冷却。这些系统会汲取船载电网中的电能。在上述两种情况下，由于发电机必须发电，而主发动机所需的电能输出随之不断增加，因此冷却会直接影响船舶的燃料消耗量。显而易见，冷藏集装箱的航运成本超出其他集装箱的航运成本。然而，在日常实践中，船舶装载的所有集装箱均消耗基础设施成本。如果一体化网络技术可以确定冷藏船的实际能源需求量，则航运成本可以根据来源进行分配并单独计算。与寒冷区域的航线相比，在赤道附近航行消耗的电力更多，因此不同航线的货运费各不相同。从技术角度而言，当前的技术可以在不产生任何问题的基础上处理上述任务。例如，除云存储功能外，WAGO的PFC200控制器还蕴藏强大的监控数据存储潜能，不会影响其处理器性能。此外，这种监控能力对于冷藏船记录不间断冷却链，对确保安全运行而言不可或缺。
严密数据网络的另一优势在于燃料消耗量。例如，将航线规划于低压区域可节省燃料。因此，与时刻注意安全相比，评估天气数据显然更具优势。海港信息的处理方式与之相似。弗伦斯堡工业大学主席，拥有博士学位的Holger Watter教授近期曾质疑道“如果必须等待停泊位置，全速航行至港口的意义何在？” 调节航速，以便货船或集装箱船准时驶入准备停当的海港，随时执行货物装运，此举可大幅提升燃油效率。
两个按钮虽然隐蔽但作用巨大。遭受海盗袭击时按下两按钮，综合性危机管理程序即可在后台运行。
经专家评估，优化燃油能耗和空闲时间的资金回报极为优厚，欧盟因此启动了“海洋交通管理”项目。该项目旨在通过通信、网络和大数据实现航运的精确同步。该项目的首要先决条件是将相互关联的船舶数据上传至云端，以供其他船只查阅。这为船舶安全通过交叉航线，按顺序准时到港开启了便捷之门。海港操作人员也将受益于同步航运的便捷。这样为船只抵达做出的准备将更加充分，从而大幅节省中间仓储占据的物流空间并减少货物运输量。半挂车和火车同样无需排队等候指定船只。财务和环境层面将因这种协调性获得非常可观的回报。“尽管具有上述优势，但这在航运领域尚未普及，”Watter教授表示。他认为，即使在这种背景下，船舶操作人员正确解读各种场景依然至关重要。Watter希望船员“能够正确读取数据并采取合理的措施”，即与自动化系统实现良好的人机交互。
在这一背景下，舰桥长期作为自动化控制中心，将所有信息汇聚于此。相关信息包括导航、通信、货物信息以及管理数据，例如注册文件及货物报关单。舰桥配备电子地图和自动识别系统(AIS)，使海上航行中的数字化程度得到强化。这一趋势及上述潜能有力证明了在大型船舶中应用大数据 绝对物超所值！
AIS可提供同一航线中其他船只的关键数据。
然而，削减成本、保护环境及提升效率同样需要付出一定代价，针对网络安全性的需求与日俱增。随着数字化、网络化和陆船通信的不断发展，数据滥用及网络犯罪的风险也不断增大。关注船舶4.0的人无法忽视IT安全，这不仅意味着保障船舶安全、抵御网络攻击，同时涉及船舶的安全操作。如需通过合适的技术保护船舶、船员和环境安全，针对海陆数据传输进行严格加密势在必行。例如，接入点和访问次数固定，或“IT安全始于设计”并且在出于任何原因进行海陆连接时作为中间存储器的控制器。
鉴于海运事故产生的严重影响，当前的《IT安全法案》不涵盖船舶重要基础设施运转的相关内容令人难以置信，这与陆地能源和供水安全形成了强烈反差。事实上，我们应将网络安全看作生产商、黑客和操作人员参加的“竞赛”。为灵活应对新的威胁，开放式操作系统成为首选，原因是开源产品不会只依赖于一家制造商。此外，多位编程人员可同时使用开放式系统，识别安全漏洞的速度更快，进而通过相互协作弥补漏洞。WAGO的PFC系列基于Linux®开发，具有实时扩展功能，默认情况提供常规IT安全功能，同时能够面向未来进行扩展，不受制造商限制，因此是保障船舶IT安全的理想之选。
文字：Thorsten Sienk、Norman Südekum 和 Eva Banholzer | WAGO
图片：Thorsten Sienk | WAGO
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