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1、ICS点击此处添加ICS号 点击此处添加中国标准文献分类号准T/CSNAME 054-2022船用设备信息集成平台通用技术要求General technical requirements for information integration platform for marineequipment文稿版次选择2022 -09 - 30 发布XXXX - XX - XX 实施中国造船工程学会 发布附录A（资料性）210000DWT散货船船用设备信息集成平台示范案例A. 1 210000DWT散货船船用设备信息集成平台简介本平台延续智能船舶1.0的思路，将“1个平台+N个智能应用”架构由船端延伸
2、至岸基。面向典型船 用设备集成与服务“1+N”模式的构建需求，设计和研发船用设备智能集成与远程运维系统，部署于 210, 000 DWT Bulk Carrier型船舶,实现示范应用。突破不同设备、系统的数据格式、接口协议差异带来的数据集成挑战，实现主流船型30类设备的规 范接入，主要包括甲板机械、舱室机械、船舶环保设备、船舶消防设备、传动及推进装置等船舶的核心 组成部分；共性支撑工具模块，支撑岸基远程分析与管控系统、船岸一体远程运维系统应用开发与运行; 远程控制平台工具模块，实现控制策略的执行处理、精准下发、及时反馈的控制闭环。装备层面，建立 船用设备智能集成与服务的统一基础平台和集成框架，
3、为建立船用设备互联互通互操作环境做出了有益 探索；行业层面，通过平台将研发设计、生产建造、系统服务等各方拉通，形成以装备为核心的协作生 态，提升装备产品设计-交付-使用-反馈的迭代效率，赋能船舶行业循环加速。平台总体设计如图A.1 所示。岸基应用船东设备资产管寸空系统系统平台商平台运营管理系统船厂船舶交付管理系统设备商船用设备运维服务系统岸基平台设备智能集成与远程运维平台（岸基混合云部署）船基 信息平台网络平台信息 平台船岸一体通信远程管控设备智能集成与远程运维平台（船基部署）通导设备舱室机械甲板机械环保设备船基设备接入图A. 1船用设备智能集成与远程运维系统总体设计A. 2平台各功能层实施感
4、知执行层包含了传感器、控制器、设备等现场节点，智能网关负责从这些现场节点采集数据，然 后将这些不同协议、异构的数据转为统一的设备信息模型，通过船端0T网发到智能信息平台。资源层包括了物理机、虚拟机、容器、虚拟网络等基础设施资源。同时，部署了IoT管理平台，对 智能网关进行管理，负责指定采集策略管理和协议管理。平台数据接入的主要对外信息接口如下表：表A. 1平台主要信息接口发送方接收方信息内容接口形式监测报警系统智能系统数据采集单元机舱检测报警数据以太网锚绞机运行工况和监测数据以太网焚烧炉运行工况和监测数据以太网污水处理装置运行工况和监测数据以太网废气洗涤装置状态监测数据以太网主机监测系统主机监
5、测数据以太网舵桨监测系统舵桨监测数据以太网液位遥测系统GPS舱室液位数据 导航仪数据RS-485RS422/485AISAIS数据RS422/485卫星罗经罗经数据RS422/485气象仪风速风向数据RS422/485测深仪测深仪数据RS422/485船舶雷达雷达数据（ARPA）RS422/485电子海图电子海图数据RS422/485自动操舵仪自动舵数据RS422/485数据层，实时数据库负责对齐全船时间基准，对异常数据产生警告，并将产生的警告数据发布到消 息总线中。同步完成后的数据由平台根据需求，建立面向支持决策、管理过程的，分主题的、集成的、 相对稳定的、反应历史变化的数据集合，用于支持数
6、据分析等业务，保证运行效率。数据管理服务提供 统一的数据访问接口，应用可以通过该服务进行数据访问、存储、发布等业务操作。服务层，消息总线负责应用间的数据同步、通知、公告等信息的发布。提供工作流引擎、BK规则 引擎、业务表单对象引擎、聚合日志等服务。服务管理提供了消息、公告功能，应用可以通过该接口在 应用间或者应用内发布消息。面向船岸应用集成与服务的共性支撑工具建立了一套信息空间和物理空间 闭环赋能体系，提供状态监测、数据分析、设备管理、远程控制等工具及其模型部署执行环境和平台监 测工具，并能够集成已有的CPS模型工具模块，实现运维管理的模型化、代码化、工具化，使得船舶设 备运维过程借助岸基远程
7、运维系统实现快速迭代和持续优化，并且不断提升物理世界的应用效果。A.3远程控制支持模块建立面向控制的互操作环境，作为统一的数据源向船用系统按需提供规范的数据，从而促进船舶装 备的自动化能力的进一步提升。支持控制指令下达，可以从岸基用户界面进行设定值或开关量的设置, 发送到船端用户界面，实现锚绞机岸基到船端控制指令转发、船端到岸基的执行反馈，支持船岸状态同 步，控制指令的实时性、唯一性、一致性校验评估。A.4船岸通讯平台支持船岸轻量化数据安全传输。在船上客户端的电脑部署软件接入模块，在岸上服务端部署安 全接入系统，通过商用密码技术的应用保障船岸通讯安全：1 .接入模块与安全接入系统建立安全传输通
8、道；2 .面向船岸交互采用国密算法对接入客户端进行身份认证并结合安全传输协议实现数据、操控指 令传输的加密保护；3 .面向存储安全可通过数据接口进行安全防护，针对不同等级类别的数据进行不同的安全验证；4 .针对岸基的数据和接口进行不同身份的安全防护。A.5数据权限和接口设计数据所有者对数据有最高管理权限，包括上传数据、删除数据、分发数据、访问授权和取消授权等。 数据访问者可以访问已授权数据，对于未授权数据，需要申请访问。同时，数据访问者仅对数据有访问 权限，没有修改和删除的权限。平台提供数据接口服务，方便用户管理自己的数据，并通过大数据分析平台进行数据价值的发掘。数据权限使用基于RBAC的权限
9、管理模型，通过数据的属性、操作类型、相关的环境来控制数据的访 问权限，实现更加灵活的数据访问权限。对外接口采用标准Restful风格的API接口，返回数据统一采用json格式，返回码等采用软件接口惯 例，并提供不同主流语言的开发SDK,如JAVA, Python, golang等，便于快速接入平台。每个租户通过 注册的方式生成唯一的II）和秘钥，并通过ID加秘钥的方式进行数据交互。数据校验方面采用不可篡改的 非对称加密技术，保证数据的可用性、完整性、真实性。所有请求都通过API网关进行验证，通过后放 行提供服务，返回数据。所有数据访问的API接口需要在header添加签名作为公共参数。Auth
10、orization采用注册appld-app 秘钥-时间戳拼接后进行MD5加密。参数如表A. 2所示。表A.2参数列表参数类型必选描述App IdString是接入系统注册idtimestampInteger是当前UNIX时间戳，记录请求的时间。authorizationString是加密token字符串。MD5(App Id-App Secret-timestamp)船用设备信息集成平台通用技术要求1范围本文件规定了船用设备信息集成平台的总体要求、实施构架，描述了各功能层对应的具体要求。适 用于船用设备信息集成平台的设计开发、建设实施和运营维护。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范
11、性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件, 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本 文件。中国船级社智能船舶规范(2020)中国船级社智能集成平分检验指南(2018)中国船级社船舶智能机舱检验指南(2017)中国船级社船舶网络系统要求及安全评估指南(2020)国际船级社协会 UR E26 Cyber resilience of ships国际船级社协会UR E27 Cyber resilience of on-board systems and equipmentISO 19848船舶和海洋技术船舶机械和设备的标准数据ISO
12、17359机器状态监测与诊断般指南ISO 13374-1机器的状态监测和诊断数据处理、通信和表示，第1部分：一般指南ISO 13379-2机器状态监测与诊断一一数据判读和诊断技术，第2部分：数据驱动应用IEC 60092-201:2019 船舶电气设备 系统设计 总则(Electrical installations in ships- Part 201: System design-General) 3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 数据汇聚 data aggregation把来源于不同船用设备、不同格式、不同类别的数据在逻辑上或物理上有机地集中，从而为智能应 用提供数据共享
13、服务。3. 2 远程运维应用 remote operat i on and ma i ntenance app I i cat i ons在船舶集控室或岸基控制中心实现状态监测、故障分析、健康评估、视情维护、运维保障、辅助决 策等远程运维服务功能的应用程序。3. 3 平台功能 p I atform funct i on平台在船用设备的集成与管控、数据的集成与管理、应用的集成与服务等方面发挥的有利效能。3. 4 实施构架 implementation framework平台研发建设实施中的关键模块层级结构和作用关系。4缩略语下列缩略语适用于本文件。OPC UA ：用于过程控制的对象连接与嵌入(O
14、LE for Process Control)MQTT ：消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport)PLC ：可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)Modbus TCP ： 一种串行通信协议，工业电子设备之间常用的连接方式Profinet ：新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准(Process Field Net)5总体要求5.1 概述船用设备信息集成平台的设计需从智能船舶能力需求出发，通过数据层面的共享和共性组件的连 接，为各个异构系统提供集成环境，解决数据统一、信息融合、透明服务、应用支撑、控制支持
15、等问题, 从而实现对船舶的全面监测和智能化管控，支持以设备运维为核心的远程服务。船用设备信息集成平台 的设计开发应采用通用功能，具备包括资源接入、数据汇集、应用支撑在内的平台能力，向下连接感知 和执行设备，向上支持船端智能管控和岸基智能服务系统。用船端智能运维应用层岸基智能运维服务应用使能控制协同船端服务服务使能数据分析知识积累岸基服务障撑系保支体共性支撑数据标准化数据服务化数据资产化运维接入管理(设备、系统、数据资源等)数据采集控制支持舞感传输设备控制器传感器图1船用设备信息集成平台功能组成5.2 平台功能要求5. 2. 1平台核心层1 .资源层：负责与船用设备、系统、网关以及外部数据源进行
16、对接，能够采集甲板机械、环保设 备、舱室设备等典型船用设备的运行数据，船舶航行相关的活动数据、环境感知数据等。主要包括接 入管理功能、数据采集功能和控制支持功能：a）接入管理：支持船用设备的接入、配置和管理；b）数据采集：资源层应支持通过协议适配和格式转换来实现对船用设备的数据采集；c）控制支持：支持岸基与船端建立安全可靠的船岸通讯链路，支持船用设备的远程操控及执行反 馈。2 .数据层：解决全船设备的数据集成与融合问题，能够向船岸智能系统提供统一的，适应多业务 场景的数据服务：a）数据标准化：应保障船岸数据内外部使用和共享的一致性、准确性和规范性；b）数据服务化：支持数据资源能够以透明的方式被
17、使用，维护数据源整体上的一致性，提高信息 共享利用的效率。提供平台各类数据源与外界系统和应用程序的访问共享接口，实现运维系统 内的各类原始数据、加工和分析结果数据与数据应用和外部系统的对接集成；c）数据资产化：在数据标准化和服务化的基础上，刻画出不同数据之间的内在联系，同时实现数 据统一管理和统一归集、数据服务的权限控制等，具备数据模型管理、数据质量管理、数据共 享管理的能力。3 .服务层：将智能应用或智能服务集成在一个统一的访问环境中，通过软硬件资源共享等技术手 段，为用户智能应用高效、快捷地提供统一的基础资源、数据资源和知识资源：a）共性支撑：为了将数据层与应用层连接，平台在服务层提供多种
18、模型、算法、服务与组件，以 及可供各个模型生成、执行、管理、监控的统一环境，为上层智能应用提供必要支撑；b）船端服务：控制协同方面，通过为船载智能系统及应用提供数据汇聚与融合等基础支撑，为设 备控制提供系统间的互联互通互操作环境及船岸间的协同保障。支持多智能应用间的交互，同 时为智能应用之间的数据和函数提供接近实时的安全、快速通讯。c）岸基服务：服务使能方面，为用户智能服务，高效、快捷地提供统一的公共软硬件资源、数据 资源和知识资源。数据分析方面，基于集成船舶设备、智能系统及第三方的各种数据、服务资 源，面向用户的个性化需求，运用专用领域的支撑工具为其提供数据融合分析能力。知识积累 方面，将知
19、识、经验进行数字化和封装化，并在服务使能中实现积累。船岸通讯船岸通讯支持船岸之间进行数据交换和同步，实现船端和岸基状态数据分发、控制执行和反馈安全 可靠连接。1 .面向船岸数据交互，支持船端数据异步传输，能够识别网络状态，配置通信传输策略。2 .支持基于密码技术的船岸数据安全传输，保证数据安全。3 .对于远程监测类数据，记录整船及其关键设备的运行状态，通过轻量化的船岸数据传输确保船 舶设备状态数据的有效获取。4 .对于远程运维类数据，重点关注数据的完整性和丢包率，支持岸基对船上设备精确运维决策的 制定和传送。5 .对于远程操控类数据，重点关注数据的安全性和时延率，确保远程操控的准确性和实时性。
20、5. 2. 3远程支持平台远程支持功能为船用设备的远程监测、远程操控、远程运维提供船岸协同的支撑和服务能力, 支持控制指令下达与执行反馈，保障控制指令的一致性、唯一性、实时性。5.3设计原则5. 3.1规范性要求满足智能船舶规范（2020）对于智能集成平台的基本要求，包括系统总体结构、功能、软硬件、 系统集成等方面的要求。6. 3. 2开放性要求平台需要为船用设备、船载智能系统或智能应用间建立数据层或服务层的联系，须以开放性的设计 为原则，建立通用的数据接口、规范的集成标准，适配设备支持的通信规程，对于智能应用或服务可基 于平台建立起自身系统与设备的联系。7. 3. 3可拓展性要求充分保证平台
21、的可扩展性，拥有支持增加新模型及应用的扩展能力。能兼容原有船用管理系统，整 合现有及新增的智能应用及服务，且不影响船舶固有关键系统的稳定运行。8. 3. 4可管理性要求平台应具有统一的包括应用远程部署、监控、测试、开启服务、软件升级、软件更新的集中管理功 能。9. 3.5可靠性要求平台应能够提供持续可靠的服务，在软件及通讯基础架构上具有快速恢复能力。5. 3. 6可协同性要求提供船载设备和系统的统一互操作环境，支持不同智能系统之间共享信息并依据所共享的信息而做 出行为的能力，实现任务的协同。安全性要求面向平台的应用、通信、数据和设备，提供包括但不限于加密、安全认证、权限控制、备份恢复等 功能的
22、安全可靠性机制。6技术要求6. 1实施构架船用设备信息集成平台的实施架构如图2所示。船基平台应用 ；智能运维应用；（智能能效应用层岸基平台远程监测远程控制远程运维能效服务安全层运维层应用支撑状态监测故障诊断状态数据分发执行反馈应用支撑远程健康管理远程能效分析制全控安据量控 数质监共支运维知识库故障模型库数据模型机理模型控制算法模型部署与执行 NMEA等多种 通讯协议，获取设备状态数据、活动数据、环境数据等，并将数据传递给系统内部，同时支持基于0PC UA的汇聚服务；2 .传输设备：应实现及时、可靠的数据传输网络，全船范围内船载设备、子系统的互联互通，确 保数据交换、集成处理和反馈执行等相关数据
23、可靠流动，船端应能够通过包括但不限于HTTP、MQTT 等多种方式向岸基平台发送采集到的数据；3 .控制器：支持对决策的精准物理实现，将平台赛博空间形成的决策作用到物理空间，使船载智 能化设备能够以数据形式接收指令并可靠执行；4 .传感器：采集机舱运行状态、船舶自身状态、船舶航行环境等数据相对应的感知设备。6.3 数据层设备传输的数据来源具备多样性与独特性，由数据层进行统一处理，保证平台数据基础的可用与可 靠，是应用与服务的基础。包括多源数据汇聚、数据存储、运维数据标准化及管理以及数据服务：1 .多源数据汇聚：将不同船用设备及系统数据来源、不同频率、不同结构的数据进行一致性处理, 减少数据采集
24、的模式、频率、准确度和可靠性的差异，支持对数据的审查和校验，剔除异常数据、错 误数据、非法数据等低质数据；2 .数据存储：数据存储的设计应针对不同监测数据及其利用方式的特点，支持关系型数据、非关 系型数据以及内存型数据的存储，保证数据的一致性和高可用性，兼容数据格式且能持久化存储；3 .数据标准化及管理：数据的存储需保障数据库运行的稳定性和高效性，并不断优化，建立支持 决策、管理过程的，面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合；针对不同的数据 采用数据对齐、空间分布等方式进行处理，建立数据目录；支持规范、统一的数据标准体系的管理；4 .数据服务：面向业务场景需求，高效快速地将数据
25、提供给应用系统，提高数据价值挖掘效率。6.4 服务层6. 4.1共性支撑层共性支撑层连接上层智能应用和下层基础资源，高效、统一地提供异构资源，支撑上层智能应用与 服务。1 .运维知识库：包括但不限于运维技术、专家经验、行业知识，以模型化形式在船舶运行周期中 封装，形成面向设备和全船的运维知识库；2 .故障模型库：平台支持设备故障机理模型的规范统一汇集，实现远程运维故障报警模型、故障 判定模型等故障机理模型库管理；3 .数据模型：平台根据多维度、多层次的设备状态监测数据，以工程化数据关联分析、影响因素 提取分析、自动聚类等数据驱动手段，充分进行设备的数据分析与挖掘，形成数据模型的积累；4 .控制
26、模块：依据控制对象的工程方案设计平台控制模块，为船用设备远程控制功能提供“岸基 人机界面-船基集成平台-控制对象上位机-机旁控制系统-控制对象”的操控指令通路，应支持控制状 态同步、逻辑切换、安全保护、指令的实时性唯一性评估校验、用户权限等；5 .模型部署与执行：具备共性支撑模型部署、执行、管理、监控的统一环境，能够管理用户创建 的模型，功能应该包括模型分类管理、模型版本的发布及管理、模型运行状态的管理；6 .用户权限管理：应具备基于角色的身份授权机制，通过关联细分功能的权限到用户角色，实现 不同用户多角色的权限结构；7 .数据分发与同步：平台应根据用户权限体系及业务场景需求；8 .资源配置：
27、平台应支持高效、可靠的数据提取功能及向上服务能力；9 .通用组件：通用组件包括工作流、消息、接口服务引擎，以及业务日志、任务调度、预警、内 容管理等；10 .船岸协同：面向控制命令的执行效能，实现具备高可靠性、强鲁棒性、快速响应和快速重构能 力的全方位透明化的船岸协同管控。为了保证智能化集成与远程运维平台能够更好地支撑智能运维应用系统场景下的个性化应用，面向 系统集成与远程运维的实际需求,面向船基平台和岸基平台的差异化业务场景，提供应用支撑工具模块。 使业务化的算法模型以平台服务组件的方式支持上层应用的调用和典型场景应用的敏捷服务。1 .船基平台面向船基监测和运维应用提供状态监测、安全管理、故
28、障诊断、能效管理等应用支撑 组件；2 .岸基平台提供远程健康管理、远程能效分析、远程操控等应用支撑组件；3 .应用开发工具支持敏捷开发，可供船东、船厂、配套商等多方使用，提供构建应用的工具。6.5 应用层平台内部针对不同用户需求提供多种应用，从船基和岸基为客户提供不同维度的服务。至少应支持 以下应用的部署、运行与维护：1 .船基平台可承载包括但不限于舱室设备、甲板机械、环保设备等关键设备状态监测和智能运维 应用，以及智能能效应用；2 .岸基平台可承载远程监测、远程运维、能效分析等远程服务，支持典型设备的远程控制。6.6 安全层针对船用设备信息集成平台的安全威胁和防护措施，从安全技术和安全管理两
29、个层面，针对应用安 全、数据安全、通信安全、设备安全等方面采取对应措施，满足系统持续稳定运行要求。1 .应用安全a）具有统一的用户管理功能，包括组织管理、用户管理、系统账号管理等；b）支持基于密码技术的身份鉴别；c）平台应对用户登录信息、用户的角色维护和授权、用户的业务操作、增删改查数据等行为进行 行为审计的记录；d）平台架构设计应能够保证应用持续稳定高效运行，能够承载高并发运行，具备弹性能力；e）支持智能应用行为监控，对智能系统以及所提供的服务等行为进行安全监控，组织异常行为。2 .数据安全a）权限管理：平台提供统一的权限管理功能，对平台关键数据制定权限体系及访问控制策略，支 持用户访问行为
30、的细粒度控制和授权；b）隐私保护：应对数据进行分类分级，应保证用户间的数据充分隔离，确保每个用户只能操作属 于自己的数据，具备用户信息鉴别和校验能力；c）机密性：通过加密机制，保障敏感数据传输、存储的机密性；d）具备完善的数据备份策略和恢复机制，通过分布式存储设置多个副本；e）平台应具备数据防篡改能力，分布式存储应保证数据一致性。3 .通信安全a）平台不同网络区域之间及平台与外部网络之间部署边界防护产品，实现平台内外部数据流量的 解析、识别、控制；b）船岸通信采用密码技术，通过通道加密、内容加密等技术手段保证通信过程的安全。4 .设备安全a）采用鉴别机制对接入平台中的设备身份进行鉴别，确保数据
31、来源于真实的设备；b）制定安全策略，实现对接入平台中设备访问控制；c）做好设备的用户管理工作，如账户和权限的管理、默认账户的管理、过期账户的管理等。5 .安全管理a）应具备访问控制的能力；b）应具备安全事件管理和应急响应的能力和预案；c）应执行有效的安全审计策略。6.7 运维层运维层应能完成平台的管理与运维，满足系统生命力要求，主要包括服务管理、系统运行监控、数 据质量管理：1 .服务管理：将平台提供的各种服务进行统一监控，对于出现问题的服务及采取措施并记录，保 证服务的稳定性；2 .系统运行监控：系统监控对平台的资源进行监控与管理，包括数据访问、模型算法全周期管控, 以及平台基础资源的配置等；3 .数据质量监控：为保证船舶原始数据具备较高质量，通过评估算法，从合理性、及时性、完备 性、完整性、唯一性、一致性、有效性和准确性等多个方面进行监测。