漫步在哈爾濱工程大學校園，飛檐碧瓦的教學樓用剛毅的線條書寫著這所大學的自傳，散發(fā)著大氣磅礴的氣質和與眾不同的魅力。這里曾經(jīng)誕生了諸多的“共和國第一”。前不久，國家高技術船舶科研專項“DP3動力定位系統(tǒng)研制”項目在這里通過工信部驗收。這意味著“定船神針”——中國最高級別的DP3船舶動力定位系統(tǒng)的誕生為“共和國第一”再添新丁。
《西游記》里的“定海神針”，可以神奇地一“針”定海。在現(xiàn)實世界，探索茫茫海洋，如何實現(xiàn)一“針”定船，使海上作業(yè)穩(wěn)定可靠？隨著我國海洋事業(yè)的發(fā)展，深海鉆井平臺、海底管線和電纜鋪設、起重船、海上打撈救生等海上作業(yè)，對可靠性要求越來越高，怎樣把海洋平臺穩(wěn)定精確地控制在作業(yè)點上？國家對于擁有完全自主知識產權的“定船神針”——最高級別船舶動力定位系統(tǒng)DP3的需求日益迫切。DP是動態(tài)位置保持系統(tǒng)（Dynamic Positioning System）的簡稱，根據(jù)定位需求與效果的不同，可分為DP1、DP2、DP3三個級別，DP3級是國際海事組織的最高動力定位級別，其精度最準，抗風險能力最強，效果最好。
在今年7月底舉行的項目驗收會上，中國工程院多位院士及專家認為，這套系統(tǒng)在我國最高級別船舶動力定位系統(tǒng)領域取得重大工程化突破，打破國外壟斷，填補了國內船舶動力定位系統(tǒng)領域空白，實現(xiàn)了“零的突破”。
專家組的評價讓參研人員、哈爾濱工程大學教授邊信黔團隊備感欣慰，那種成就感和快樂，就像生養(yǎng)了一個孩子，看著他學會爬、會走路、會奔跑、并有一天成為對社會有用的人，那種成就感，不經(jīng)歷孩子成長的喜悅，別人可會明白？
在30多年的研究中，邊信黔團隊和這個項目一同成長。“千磨萬擊還堅勁，任爾東西南北風”這既是對研發(fā)對象特征的形象描述，也是這個團隊執(zhí)著堅定的寫照。這支科研團隊來自“海洋裝置與控制技術研究所”。1982年，研究所成立時，哈爾濱工程大學自動化學院教授、控制理論與控制工程學科帶頭人、博士生導師邊信黔給它起了個英姿颯爽的名字———北颯，既是“Best Sea Assembly Institude（BSA）”“最好的海洋裝備研究所”的英文音譯，又有“在北國英姿颯爽”的意譯。
1983年，團隊在國內率先著手研發(fā)船舶動力定位技術，首次在國內建立起風浪流作用下、船舶在動力定位狀態(tài)下的運動數(shù)學模型等關鍵問題，掌握了動力定位技術基本原理，成為國內首家具備生產一級（DP1）動力定位系統(tǒng)產品的研發(fā)基地，為我國在船舶動力定位技術研究領域的發(fā)展奠定了堅實基礎。
30余年過去了，團隊堅定于自己的研究方向，一直從事海洋運載器的控制理論和工程應用研究，即使在上個世紀80年代，科研項目較少時，也耐得住寂寞，坐住了冷板凳。多年后，在這厚厚的積淀上孕育出創(chuàng)新的果實，也就變得理所當然。如今，哈爾濱工程大學在動力定位系統(tǒng)領域已成為我國海軍和海洋工程領域無可替代的重要的技術依托力量。
“定船神針”精確定位
動力定位系統(tǒng)的原理是應用計算機對采集來的風、浪、流等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置自動進行計算，控制各個推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的“雷打不動”。
這套復雜的綜合控制系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、推進器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、測量系統(tǒng)四大部分。其中，控制系統(tǒng)居于核心地位，相當于整個系統(tǒng)的“大腦”，這也是哈工程大學主攻的對象。
2013年8月2日，這套系統(tǒng)在南海海試中國船級社驗船師檢驗時，正趕上臺風“海燕”過境的第二天。海面上浪疾風高、波濤洶涌。在風速6—9級、海流大于1節(jié)的海況條件下，試驗結果表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了船舶高精度和高可靠的定位，達到國際同類產品的先進水平。過后，看到其他參試人員照的“海燕”引起的海況照片，海上試驗負責人夏國清教授才發(fā)現(xiàn)自己對剛剛距試驗船幾海里之外的通天接海的龍卷風竟渾然不覺。系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性可見一斑。
“協(xié)同創(chuàng)新”合力制勝
集結“國家隊”科研力量協(xié)同創(chuàng)新，是當前科技創(chuàng)新制勝的一大法寶。哈爾濱工程大學自2010年起牽頭承擔的這個項目是海洋工程研發(fā)領域協(xié)同創(chuàng)新的成功典范。
該項目以自主研制DP3級最高級別的動力定位控制系統(tǒng)工程樣機為核心目標，在控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)等方面取得重大突破，掌握了該系統(tǒng)的設計、工程樣機研制、集成和海上試驗技術，開發(fā)出具有自主知識產權的DP3控制系統(tǒng)工程樣機。這是哈爾濱工程大學作為總體設計、技術主體和系統(tǒng)集成的牽頭單位，海洋石油工程股份公司作為海上實船試驗的責任單位，中國船舶工業(yè)集團第708研究所作為試驗船設計單位，武漢船用機械有限公司作為大功率全回轉推進器研制單位，中國船級社作為認證機構，組成“國家隊”開展研制工作，歷時4年協(xié)同創(chuàng)新取得的重大成果。
“高端裝備的國產化研發(fā)，必須組織優(yōu)勢互補的國家隊開展協(xié)同創(chuàng)新來實現(xiàn)。”該項目總指揮、哈爾濱工程大學副校長夏桂華教授說：“沒有項目成員長期合作基礎和聯(lián)合推動，這個制約我國高端海工裝備的瓶頸技術很難突破；沒有協(xié)同企業(yè)的重視和支持，專用試驗船舶等研制條件很難到位；沒有深海工程與高技術船舶協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)通創(chuàng)新鏈條，這項技術將長期處于實驗室樣機階段，無法向產業(yè)化邁進。”
收獲多項“零的突破”
項目負責人邊信黔教授與團隊成員一起為這個集體營造出一種文化，將其凝煉成“敢想、敢為、敢贏,求真、求實、求嚴”的“十二字箴言”。這種求真求實求創(chuàng)新的精神，使涉及眾多學科，技術復雜、難度高的“DP3動力定位系統(tǒng)”取得了多項關鍵性技術突破。
——國內首套滿足國際海事組織對三級動力定位設備配置和功能要求的DP3控制系統(tǒng)工程樣機，獲中國船級社頒發(fā)的“船用產品證書”和系泊、航行及故障模式與影響分析試驗的“檢驗證明”，在國內實現(xiàn)了零的突破，填補了國內空白。
——在國內首次提出三級動力定位冗余功能所需的同步表決、仲裁邏輯、無縫切換等方法，研制出DP3系統(tǒng)的仲裁單元和冗余控制器，實船故障模式與影響分析試驗證明了系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可實現(xiàn)三冗余、雙冗余、單模之間的自動切換，可滿足海洋工程作業(yè)極高可靠性要求。
——在國內首次提出多傳感器時空信息融合算法，基于狀態(tài)自適應估計器的非線性模型預測動力定位控制算法，基于監(jiān)督和切換的推力分配優(yōu)化算法，開發(fā)了相應的實船應用軟件。實船試驗證明，該DP3系統(tǒng)實現(xiàn)了高精度和高可靠定位功能。
此外，該系統(tǒng)還提出了基于擴展卡爾曼濾波（EKF）的最優(yōu)狀態(tài)估計方法、設計制造調距型大功率全回轉舵槳、DP3級動力定位系統(tǒng)實船區(qū)域控位技術、陸基模擬船舶海上六自由度運動特性的DP3系統(tǒng)調試新方法、大功率高精度等高錐齒輪傳動機構的國產化設計與研制、大型全回轉舵槳裝置水下維護與健康狀態(tài)實時監(jiān)測等十余項填補國內空白的關鍵技術和方法。
據(jù)資料估算，我國每年潛在的動力定位系統(tǒng)船達幾十艘，市場潛力巨大。此前，國內工程作業(yè)船舶僅DP1級動力定位系統(tǒng)可以實現(xiàn)國產化，DP2、DP3級動力定位系統(tǒng)產品則主要被國外品牌所壟斷。專家認為，DP3船舶動力定位系統(tǒng)是我國走向深海不可或缺的核心關鍵裝備，為我國在該領域的國產化和產業(yè)化打下了堅實的技術基礎，也將為我國海洋工程向深海進軍提供堅實的技術保障。