論“工業4.0”對中國船舶業的影響

中遠船務集團技術中心　齊東周

論“工業4.0”對中國船舶業的影響

中遠船務集團技術中心齊東周

“工業4.0”（Industry4.0）是德國政府《高技術戰略2020》確定的十大未來項目之一，中德兩國簽訂《中德合作行動綱要》明確指出兩國要在“工業4.0”方面加強合作，這為中國制造業的轉型升級帶來了前所未有的機遇，更為掙扎在精益管理、高端技術、3D打印、自動化、物聯網、大數據、云計算的中國船舶業突破當前瓶頸指明了發展方向，是趕上世界先進水平、打造智能船舶的千載難逢的機會。

“工業4.0”；物聯網；大數據；智能船舶

一、工業4.0介紹

“工業4.0”是繼蒸汽機應用（機械時代）、電子信息技術（電氣時代）和網絡通信技術（信息時代）之后的第四次工業革命，最早在2013年4月的德國漢諾威工業博覽會上正式提出，與美國通過程序提升“先進制造業”、推進“柔性制造系統”有異曲同工之妙。2014年10月中德簽署的《中德合作行動綱要》中明確指出，雙方將在“工業4.0”方面加強合作，“工業4.0”這個詞在中國一夜間就傳遍大江南北，成為政府、學界、業界以及媒體熱議的話題。WIND資訊數據顯示，“工業4.0”指數已從2014年年初的914.93點上漲至2014年12月2日收盤時的1575.03點，漲幅高達72%，［1］尤其在當今后國際金融危機時代和行業持續低迷情況下，“工業4.0”為中國經濟特別是制造業的轉型升級、結構調整指明了發展方向。

“工業4.0”其特征是基于信息物理系統、物聯網和互聯服務，通過大數據分析和云計算，以預測技術為核心來指導高效高品質生產的智能制造和應用，目的是大幅度地提高產品生產、運行的質量和效率，實現信息技術、物聯網、智能生產和流通消費相融合的革命性方法，將徹底推動傳統制造工業的服務化轉型升級。它通過“嵌入技術”把計算和通信深深嵌入產品實體，使信息與實物密切互動，建立包含設備、供應鏈、物流與倉儲系統和工業產品的全球信息網絡，以產生的龐大數據量為基礎，讓人工智能服務于現實技術，與大數據、物聯網、人工智能（云計算）結合得更加緊密，形成類似如圖1［2］人體大腦產生的視覺、聽覺、嗅覺、運動等全新的、系統化的互聯網工業智慧工程，解決當今世界遭遇的諸如生產能力和組織方式、資源利用與效率方面的一些難題和挑戰，開發出全新的商業模式，給人們的生活帶來巨大的變化。

二、當前船舶業困境

船舶業是國際化最充分的行業，中國作為航運大國和第一造船大國（2010年，中國大陸22個港口進入億噸大港行列，世界排位前20位的億噸大港和集裝箱大港，中國大陸分別占12個和9個；造船完工6560萬載重噸，新接訂單7523萬載重噸，手持訂單19590萬載重噸，分別占世界市場的43%、54%、41%，均居世界第一），［3，4］卻面臨井噴式增長后的發展瓶頸。

受國際金融危機和油價持續走低（截至2015年1 月12日，倫敦布倫特原油期貨價格為每桶47.43美元）的影響，世界經濟增長乏力，全球航運市場持續低迷，已對全球尤其是對中國海上船舶行業產生不利影響，使船舶產能及運力嚴重過剩，大量船舶及海工裝備產品退訂單不斷出現，缺少現金流的航運企業和油氣公司開始降低造船預付的比例，造成造船企業融資成本增加，影響交船進度，交付延期，盈利困難，造船企業虧損嚴重，中小企業倒閉潮不斷涌現。

面對勞動力成本的逐年上升和發達國家再工業化進程的加快逼迫，我國制造業總體發展戰略必須從基于要素的低成本戰略轉向基于創新的技術差異化戰略邁進，從而推動中國經濟結構的調整和產業結構的轉型升級。中國船舶業抓住上一輪歐美和日韓新的制造業轉移機遇，除相關高端設備、材料和標準外，已基本完全占領總裝等中低端市場領域，但技術含量和附加值低，船廠相互間差異小，同質化、惡意競爭嚴重，產品國際化競爭力較弱，以價格換數量；海工產品訂單類型繁多，基本是針對某個海域的定制產品，難以進行大規模生產，設備和前端技術基本由國外設備商和設計公司提供，相關技術近乎壟斷，致使國內造船業高端產品技術革新困難重重，成本和質量管控困難。

圖1　互聯網虛擬大腦

同樣是重資產型的航運企業，也面臨運營成本難以控制、受市場波動影響較大、人員和設備來源繁雜、管理成本高、安全和經濟性難以保障等問題，深陷虧損泥潭。雖短期內航運企業由于油價下跌盈利能力有所回升，但技術和管理能力基本面還處于相對低的層次，航運企業整體競爭力不強。而“工業4.0”的出現將為船舶業特別是為中國轉型期的船舶制造和航運領域的發展帶來真正的重大契機。

三、“工業4.0”影響及船舶業的應對

“工業4.0”一經提出就擁有巨大的發展潛力，為解決當今世界遇到的一些挑戰如資源效率平衡、工業實體與信息融合等提供了方向。“工業4.0”為轉型期的中國制造業帶來了重大發展機遇的同時，也帶來了重大挑戰。發達國家是先工業化后信息化，而我國則是工業化與信息化同步發展，新型工業化的發展道路使智能化設備機器代替人工操作的機器，通過物聯網把所有資源都連接起來，生成大數據，在人與物之間形成互動，自動修正生產中出現的問題。“工業4.0”化的工廠將讓用戶的個性化定制需求得到極大的滿足，實現真正的智能化生產，生產線上的加工件、硬件設備和人之間能夠互相感知和交流，是一條“會說話”“能思考”的生產線。智能生產線不僅極大地提高了生產效率，還將建立起高度靈活、快速反應的個性化生產模式。

2014年10月，首屆以大數據和智能船舶發展為主題的“大數據與智能船舶發展高峰論壇”在京舉行，論壇提出了船舶與航運行業在“工業4.0”時代下的發展和挑戰，船舶與航運行業裝備與運營智能化創新與發展、轉型與升級，初步建立了我國船舶與海洋裝備領域甚至智能技術裝備發展的智慧源泉、交流窗口和合作平臺，為我國在大數據時代的工業智能化發展變革作出了積極的貢獻。

“變革呼喚創新，創新需要合作”，中船集團與美國國家科學基金會智能維護系統IMS中心開展全面合作，成立中船集團海洋裝備智能信息管理與應用技術創新中心，并與英國勞氏船級社（LR）建立深度合作關系。這些顯示出國內船舶業希望通過與國際先進機構合作，形成以裝備管理技術為核心的信息智能管理與應用“產、學、研”一體化的能力，構建海洋裝備智能管理與應用體系，以更好地把握大數據時代船舶與海洋工程裝備的發展脈絡，探索適應我國船舶工業發展的新技術和新途徑，走出一條中國特色的“船舶工業4.0”發展之路，真正實現中國造船業的跨越式發展。

四、船舶業發展趨勢探討

“船舶工業4.0”，需要在現有信息化、自動化條件下構建網絡——實體融合架構，通過適應于各類用戶需求的評估、分析、預測和優化體系，以“多源數據條件下的多維評估與預測、實現協同優化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中國船舶工業全產業鏈，從而使得中國船舶工業未來能夠更好地以市場為導向，以智能船舶為紐帶，走向定制規模化、管理精細化、服務高效化，以更好地創造和實現新價值。“船舶工業4.0”將促使造船廠借助物聯網、大數據、人工智能取代封閉性的生產制造系統，成為未來船舶工業的根基，徹底使我國由造船大國向造船強國轉變。雖然“船舶工業4.0”還在探索，但新的變革浪潮必然會席卷而來，企業只有占得先機才能成為行業的引領者。基于“工業4.0”在船舶業的未來應用方向，進行以下思考：

1.生產智能化

目前國內船舶業尤其是海工裝備產品以型多量少、船東個性化要求高、船型復雜技術含量高著稱，但市場的低迷、傳統生產的瓶頸、高端技術的缺乏等越來越影響到船舶業的發展，以智能化為核心的裝備制造業變革正牽引著傳統工業發展革命性的演變，為船舶業產品生產的智能化指明了方向：建立智能化的生產系統和車間，使智能化設備機器代替人工操作的機器，搭建設計、生產、采購一體化智能生產流程設施，通過云技術把所有生產資源都連接起來，使目前的半自動化生產向智能化生產系統轉變，促使船舶及海工產品向定制化、規模化、管理精細化、以最小代價獲取最大利益的方向發展，實現定制化與規模化、個性化與普適化、虛擬與實體、微觀與宏觀、當前與未來的結合。

2.船舶智能化

過去的船舶制造，更多地側重于船舶基本功能的實現，未來的船舶將在“工業4.0”的指導下，對船舶（含海工平臺）本身將會更加關注設備的智能化、系統的智能化甚至整體船舶運營的智能化，充分利用現有條件，從環境、能源、材料、空間、電子、機械、物聯網、大數據、云計算等多個基礎行業領域，增加相應實體和虛擬設施，實現最佳操縱系統、自動航行系統、新型生活保障和救生系統、高可靠設備技術、節能技術、自動勘探開發油氣生產系統等系統智能化，分階段地建造出具備感知、分析、評估、預測、決策、控制、管理、遠程支持等能力的船舶人工智能體系（見圖2［5］），逐步形成能夠自感知、自評估、自預測、自組織、自重構于一體的智能船舶，實現無人操縱、自我作業的船舶與海洋工程裝備的信息與實體的智能耦合全過程。

圖2　智能船舶“路線圖”

3.岸海智能化

對后期船舶航運公司（含海工平臺油氣公司）營運，將逐步以智能服務中心建設帶動全產業鏈智能體系，整合船舶的設計、生產、制造、使用、維護、售后、物流各個環節，通過網絡和實體的融合，使船舶真正變成“會思考”的智能船舶，從而在運營公司、設計建造商及設備商等之間建立起更全面的生產關系，使設計到最后的服務融合成一個產業聯盟，形成一個更加全面的生產關系，真正實現海洋裝備信息智能管理與應用技術創新中心提出的“海洋、船舶、系統、智能、服務”的5S船舶運營智能服務體系。

五、結語

總之，“船舶工業4.0”不是簡單的數據堆積和處理，而是一段革命性的工業巨變，更是一場新的工業革命。現有的工業基礎、科學技術和船舶經驗都要進行改變和革新，是新觀念、新模式、新價值的創造。船舶智能化發展大方向是明確的，已成為當今船舶制造和航運領域發展的必然趨勢，要求造船業和航運業在保持企業健康穩步發展的基礎上，用更大的勇氣、更廣闊的視角，在新領域和新市場重新探索創新解決方案，在保持行業優勢的前提下提升企業的全球競爭力，真正實現網絡和實體融合、岸海一體的智能信息服務體系。

［1］上市公司紛紛試水“工業4.0”［EB/OL］.（2014-04-12）［2015-01-12］.http://jizhiyun.com/archives/239749.html.

［2］劉鋒.互聯網進化論［M］.北京:清華大學出版社，2012.

［3］王煒.船舶業:由大到強怎么走［N］.人民日報，2011-05-23（05）.

［4］嚴冰，劉哲.展現中國航運港口大國形象［N］.人民日報:海外版，2011-05-09（04）.

［5］李予陽.大數據:開啟智能船舶時代［N］.經濟日報，2014-10-20 （14）.