智能制造正酣我國造船業何去何從？

本刊編輯 呂龍德 熊瑩

廣船國際鳥瞰圖

從最初戰略構想到全面掀起熱潮，我國智能造船已然走過了7 個年頭，有艱辛和曲折，也有階段性成績，一些智能船廠和智能車間初見雛形，一條條智能生產線運行，在改善作業環境、提高安全系數、降低勞動強度、提升生產效率和產品質量等方面產生了積極作用。盡管如此，我國船舶智能制造仍處于起步階段，對比造船先進國家，發展速度遲緩，缺乏重大的科研突破，尤其是核心智能裝備開發、智能制造投入和推進路徑等明顯滯后。當前，船舶智能制造不但時間緊迫，而且技術要求更高，稍有懈怠就可能被拉大差距。要力爭進入世界智能造船第一方陣，我國智能造船任重而道遠。

智能制造席卷全球

智能制造是技術發展、社會進步、知識積累交匯綜合的結果，是制造系統演進到新時代的產物，是新一輪工業革命的核心技術，是貫穿制造業設計、生產、服務全價值鏈的每一個環節，具有自感知、自決策、自執行、自適應、自學習等功能，旨在提高制造質量、效益和競爭力的先進方式。縱觀制造業發展軌跡，從手工作坊到流水線生產，從大規模批量生產到個性化定制，從機械化、自動化到數字化、智能化，制造業不斷催生新模式。應用智能制造，可以提高產品質量、安全性和生產效率，減少用工和資源耗費，有利于供應鏈企業信息互通、協同生產，從而推動制造業創新、綠色、協調、開放、共享發展。正是這樣，在數字化技術和制造技術不斷融合的基礎上，近年掀起了聲勢浩大的智能制造全球性浪潮，美國、德國、日本等主要工業國家都將其作為推動制造業轉型升級的主攻方向。其中，美國啟動了“先進制造業伙伴關系”，德國制定了《工業4.0 戰略倡議》，英國提出了《國家工業2050 戰略》。除了這些工業強國，其它國家也推出了類似的計劃，鼓勵智能制造發展。值得強調的是，發展智能制造過程中，各種機器人在焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、檢測、清潔生產等領域大規模集成應用，從功能單一的機械臂發展為可編程、高柔性智能機器人，極大地提高了生產效率和產品質量，降低了生產成本。面對重大變革，歐美發達國家由于基礎好，技術開發相對容易，不僅智能制造開展較早，還普遍采取了“串聯式”升級戰略，從數字制造到“互聯網+”制造，再到新一代智能制造，取得了先行和領先優勢。如：德國采用“制造業+互聯網”，借助數字化和網絡化技術展現了強大的制造能力；美國依托互聯網技術水平和信息產業基礎，形成了先進的制造模式。

新世紀以來，我國工業界緊抓機遇，大力推進“互聯網+制造”，制造實力得到跨越式提升，特別是實施制造強國目標以來，智能制造作為主攻方向得以正式確立。從《中國制造2025》到《“十四五”智能制造發展規劃》出臺，彰顯了我國制造業由大向強的決心，體現了推動智能制造實現高質量發展的雷霆力量。短短幾年，我國智能制造已從“十三五”的“點”和“示范”轉向了現在的“面”，并實現了“三線”齊頭并進：一是在細分行業全面推進。二是按產業鏈、供應鏈展開。三是在產業集群中實行數字化轉型和智能化改造。我國已經對階段性智能制造的方向、原則、指導思想、重點任務和實施路徑作了明確規定。行業也積極圍繞國家政策大力進行引導和督促，企業則主動參與智能制造的改造和構建。在這種自上而下的格局下，我國智能制造正在不斷升溫。

顯利建造的游艇

作為制造業的重要組成部分，造船業也在加速智能化制造，掀起新一輪產業變革浪潮，主要表現在：一是采用自動化和智能化，提高制造裝備的高精度、高效率，大力推進信息技術應用。二是船舶建造實行網絡化和柔性化。放眼近年造船業，智能制造可謂是一片方興未艾和風頭正盛的景象。日韓對智能造船呈現了極大熱情并成果豐碩，如,日本船企重點推進智能機器人在船舶建造中的應用，打造智能柔性生產線；韓國三星重工制定并實施設計、采購、生產等造船全流程利用數字技術推進業務革新的“智能SHI”數字化轉型戰略，并與法國達索系統公司共同打造全球頂級智能船廠，旗下巨濟造船廠正在向“無紙船廠”轉變。

黃埔文沖建造的超大型智能化自航絞吸挖泥船“昊海龍”號

我國智能造船進步明顯

廣船國際建造的全球首艘雙燃料高速豪華客滾船“威斯堡”號

智能制造是加快發展先進制造業，促進經濟增長新動能，搶占未來經濟和科技發展制高點的選擇，也是建設制造強國的主攻方向。為了實現智能制造，我國從國家層面到行業組織和企業都進行了孜孜努力，并展現了轟轟烈烈的構建場面。自從2015 年全國兩會提出《中國制造2025》戰略后，我國出臺了《智能制造發展規劃》、《信息產業發展指南》、《“十三五”先進制造科技創新專項規劃》、《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網指導意見》、《工業互聯網發展行動計劃（2018-2020年）》、《國家智能制造標準體系建設指南（2018 年版）》、《新一代人工智能產業創新重點任務揭榜工作方案》、《工業互聯網網絡建設及推廣指南》、《關于推動先進制造業和現代服務業深度融合發展實踐》、《關于智能制造工程技術人員等職業信息的通知》、《“工業互聯網+安全生產”行動計劃（2021-2023 年）》、《工業互聯網創新發展行動計劃（2021-2023 年）》、《“十四五”智能制造發展規劃》等政策，構建智能制造自主創新體系，發展智能裝備與系統，加強智能制造示范基地建設，全力推進智能制造發展。這種形勢下，我國造船業認真落實好國家大政方針，出臺了《推進船舶總裝建造智能化轉型行動計劃（2019-2021年）》、《船舶總裝建造智能化標準體系建設指南（2020年版）》等行業政策。船企則不斷推進信息化、自動化、網絡化和數字化應用，大力打造智能船廠、車間及生產線，推動機器人進入各種工序工種，爭當智能制造排頭兵。

透過紅紅火火的表面，我國制造業特別是造船業的智能化目前究竟處于哪一階段？取得了哪些發展成果？存在什么明顯不足？理清這些問題，有助于增強信心，抓住發展重點，為未來布局和科學決策提供思路。整體上看，我國智能制造已形成以環渤海、長三角地區為核心，東北和珠三角為兩翼的格局，成立了各類智能制造產業園區、國家智能制造示范試點項目、國家智能制造綜合標準化與新模式應用試點項目，涌現了一批標桿工廠。但是，在智能制造的核心環節，比如工程建模、機器學習和智能系統架構開發等方面仍顯落后。在眾多制造業中，我國造船業開展智能化轉型探索較早且成績斐然，不僅智能造船支撐體系逐步完善，而且建造智能化不斷深入、船舶設計數字化和信息化管理水平大幅提高，智能造船的設施和能力明顯增強。與此同時，入選國家智能制造試點示范工廠揭榜單位和優秀場景名單越來越多，2021 年就有4 家船企上榜。

在發展智能造船過程中，我國越來越多船企實現局部制造智能化，而且智造領域更加豐富。南通中遠海運川崎第四條小組立焊接機器人自動化生產線已實現投產，生產效率提高40%以上；外高橋造船以國產大型郵輪建造項目為依托，大力推進數據智能基礎設施建設，搭建“數智工廠”，打造了國內第一個郵輪專用薄板智能生產車間，被評為“上海市智能工廠”；江南造船引入3DE 平臺，進行了大量二次開發與系統集成，造船效率提高30%以上，差錯率降低60%以上，建成了業內首個吊馬智能工作站、數字化小組立生產線等多個智能生產項目，率先實現了智能化造船；招商郵輪海門基地打造業內頂尖的智能化工廠，已實現設計與制造一體化和制造運營標準化管理管控等先進方式；海油工程天津智能化制造基地正式投產，成為我國首個海洋油氣裝備制造的“智能工廠”；在華南，黃埔文沖和廣船國際居于智能造船的領先地位。黃埔文沖建成了薄板中小組立智能生產線、小組立機器人焊接生產線和智能化平面分段流水線，搭建了開放式統一信息管理平臺。廣船國際通過“大跨距薄壁結構變形控制關鍵技術研究及應用”項目開展高端客滾船建造工藝關鍵技術研究，建成了智能薄板生產線，實現了生產設備網絡化、生產過程可視化、生產管控智能化。許多船配企業也在智能制造中邁出了大步子，如：武漢船機建成了我國第一條智能造船管件加工無人生產線，并有兩項智能制造成果入選了去年工信部大數據產業發展試點示范和工業互聯網平臺創新領航應用案例名單；南京國際船配將業務信息管理系統對接生產制造執行系統，實現了企業管理扁網化、業務流程信息化、設計制造一體化、生產管控可視化；廣西玉柴機器實現了發動機缸體產品設計數字化、鑄造工藝數字化、制造裝備智能化、過程管理數字化，鑄造工藝數字化設計率達100%，制造過程數控率達91%。此外，我國在船舶智能制造標準化領域開展了標準體系框架研究和標準現狀梳理工作，并完成了部分標準研制工作。

海油工程天津智能化制造基地

認識滯后和基礎薄弱是兩短板

近年來，雖然我國在探索智能制造的道路上取得了一定突破，但目前還存在不少誤區和束縛。橫向看，歐美國家較早開展了機器替代人的階段，數字化的基礎較好，很多歐美企業都有較好智能系統，稍差企業也正在嘗試智能系統。而國內很多企業仍然處在機械化階段，較好企業也只是處于機械化、自動化和數字化交叉階段，這些處于智能轉型初期的企業不得不努力進行自動化和數字化領域補課。縱向看，我國智能制造主要在制造過程的首尾兩端如智能倉儲、來料及成品運送等，對智能制造的主體過程優化涉及不多，還沒有完全掌握重點行業關鍵核心技術。這樣導致了部分企業為了追求“高大上”的智能化而產生了智能制造的“花架子”，還帶來了對智能制造認識的誤區。概括起來，主要有三個問題：一是在工廠智能化投資的必要性上準備不足；二是在人機協同、功能空間協同、上下游業務協同等方面缺乏預判；三是對運營智能工廠所需要的資源、能力、外部條件的配置等缺少預判，導致不可逆成本增加。

我國現代造船業起步晚、底子薄，對比其它一些制造業，存在認識滯后和基礎薄弱的短板，甚至更為突出。在基礎能力方面，我國造船業的智能制造發展水平參差不齊，與日韓及歐美先進國家還有較大差距，雖然一些骨干船企實現了部分智能制造追趕，在切割、冷彎等領域進入了先進行列，基本建立了船廠信息管理（集成）系統和流程化、編碼化架構，部分環節應用了機器人，基本實現三維（或二維半）建模設計，可支撐智能制造，但大部分船企的下料切割、加工、裝配、焊接、管子加工及涂裝等作業仍以機械化、半自動化為主，數字化基礎技術、制造過程控制技術薄弱，研發、生產、管理、服務等過程協調性較差且流程化、編碼化程度較低，專業信息化團隊和專業制造團隊的融合不足，標準和安全管理技術缺口大，三維數字化工藝設計能力嚴重不足。因此，我國智能造船還面臨著數字化設計支撐能力、智能化建造水平和精益化建造管理實力亟待提升的現實問題。

廣船國際片體智能焊接生產線

制造業包含種類繁多，其中有一種是離散型。此類制造業通常以物理加工為主，而成型加工材料千變萬化，這就使得其實現智能制造的困難更大。船舶制造過程包含大量的分解與組合，既要在產品設計階段建構整船數字模型，并按相應邏輯將其拆分為分段、組件、部件和零件，又要在進入生產階段后再將零件、部件等依次裝配為組件、分段，最后才是整船。另外，還存在建造周期相對較長、工藝流程復雜、單件小批量、中間產品種類非標件數量多、物理尺寸差異大的特點，所以造船業是典型的離散制造。這個行業特點不僅影響了智能造船的發展進程，也導致我國一些船企對發展智能造船產生了曲解，認為智能制造就是“機器換人”，或者是只要有硬件裝備、工業軟件和企業需求就能實現，而不是推動產業模式和企業形態的根本性轉變。正是這樣，一些船企無視實際，求快求全地盲目上馬所謂智能車間和生產線，結果是人力和財力都花了，卻未能發揮實際作用。黃埔文沖董事長向輝明就明確表示，按目前條件，我國智能造船還很難達到一整條生產線，但船廠可以從局部展開。事實上，智能造船并非簡單地僅作用于船舶生產線，而是觸及船企方方面面，涉及裝備、軟件、系統等多個元素、場景、應用層級，必須推動船舶設計建造智能化、產品高質化、管理精細化、信息集成化、效率高效化和銷售網絡化。無論是建設智能工廠或智能車間，還是開發智能生產線，都要立足自身技術和能力，腳踏實地彌補短板，逐步推進全鏈條協同。

外高橋造船郵輪專用薄板智能生產車間

廣東中遠海運重工建造的“海洋地質十號”綜合地質調查船

人工高漲或成造船智能化重要內驅力

驅動智能制造的主要因素有：1、人口老齡化加速、工資高企導致勞動力優勢減弱，而智能制造可大幅提高生產率；2、產業政策驅動傳統制造邁向智造；3、技術領先、全互聯網時代到來，為實現智能制造提供可能。在這些因素中，勞動力減少帶來人工高漲無疑是加快智能制造的重要驅動力。目前，出生率低、老齡化嚴重、青壯勞力緊缺已成了世界普遍問題，嚴重制約了生產力發展。有研究顯示，全球人口曲線正處劉易斯拐點，不僅人口增長率降低，而且人才缺口變大，更嚴重的是制造業勞動力市場中需求方的議價能力下降。當前制造業人才面臨著“Z 世代”挑戰。“Z 世代”又稱互聯網世代，指受互聯網、即時通信、短信、MP3、智能手機和平板電腦等科技產品影響很大的一代人，其生活工作觀念和方式完全有別于歷代人，這代人對用工單位是更大考驗。在全球趨勢下，我國老齡化也日趨嚴重，勞動力緊缺已顯露，依賴人口紅利推動制造業高速發展的優勢逐漸喪失。

造船業是勞動密集型產業，具有工作強度大、作業環境艱苦等特點。在勞動力本來就緊張的前提下，隨著收入更高、工作條件更好、自由度更大的各種新興產業涌現，造船業的就業吸引力不斷削弱，許多年輕人都不愿從事造船業，以致“招工難、留工難、用工荒”現象在造船行業越演越烈。面對近年市場回暖，韓國造船業就出現了嚴重的技術工人短缺困境，打響了新一輪的搶人大戰。據調查，僅全羅南道地區的造船人力缺口就達1200 多人。這只是當前韓國造船業的一個縮影，更是全球造船業的現實折射。由于造船效率較低，勞動力需求量大，我國造船業多年前已出現缺人問題，且一直得不到根本解決。

勞動力緊缺帶來的后果就是招工難和薪酬高漲。這對于長期處于低迷市場的造船業，無異于雪上加霜。即使是迎來這波小陽春，許多船企在原材料價格飛漲和造價低的不利因素疊加下，也是盈利艱難，甚至有的仍在繼續虧損。這種局面下，船企要生存發展，就必須降低管理成本特別是人工成本開支。這樣，智能造船就成了船企不可或缺的選擇。同時，人工高漲也必然加快智能造船發展。正如一業內人士表示，智能造船不僅效率高，有效減少人工投入，而且可以讓工人從“苦、臟、累、險”環境中解脫出來，提升作業安全性和舒適度。近年，已出現很多通過智能造船來解決勞動力昂貴問題的先進船企，如美國紐波特紐斯造船廠開展基于全過程虛擬仿真的數字化制造，數據傳遞全部使用三維信息。

5G 應用為造船升級提供重要條件

人類從1844 年發明電報開始，通信技術從有線到無線，從模擬到數字，如今已發展到5G。這是最新一代蜂窩移動通信技術， 具有超大寬帶超高速率、低時延高可靠、超大連接的三大特性。5G 的網速比4G 高20 倍，能夠每平方公里連接 100 萬個以上物體、通信傳輸錯誤率為 10 的負 9 次方、時延可達到毫秒量級。智能制造離不開網絡互聯，而5G 與制造業結合時可產生物聯網、工業自動化控制、物流追蹤、云化機器人等應用場景，將人、機、物、系統等進行全面連接，構建起統一的互聯網絡和覆蓋全產業鏈、全價值鏈的體系，為云化機器人應用提供端到端定制化的網絡支撐，幫助制造企業擺脫以往無線網絡技術較為混亂的應用狀態，有效解決物聯網和大數據的發展技術瓶頸。可以說，5G 已經成為支撐和發展智能制造轉型的關鍵技術，其出現為制造業升級提供動力和條件。聯想集團董事長兼CEO 楊元慶曾對此作了透徹解釋：智能化轉型的技術基礎就是以“端-邊-云-網-智”為核心的技術架構。5G 是推動智能化各要素發展的催化劑，可使“端-邊-云”更加緊密聯系和協同工作，更多終端設備接入物聯網，大量計算、分析和判斷實現邊緣實時進行，促進網絡基礎設施走向軟件化、虛擬化，最終達到云網融合。目前，5G 在我國應用推廣迅速，并得到了政府部門大力支持。工信部出臺的《5G 應用揚帆計劃》指出，到2023 年，我國大型企業5G 滲透率超過35%，建成5G 行業專網將達3000 個以上。

黃埔文沖中組立（塊體）智能焊接生產線

江南造船建成的吊馬智能工作站

雖然船廠的智能化水平和其它行業相比起步晚、覆蓋低，但5G 的應運而生無疑讓造船業迎來了難得的發展機遇。數字化、智能化制造是造船業實現高質量發展的必由之路，而5G 在這個進程中起碼能發揮三大優勢：一是5G的峰值傳輸速率達10Gbps，為未來現場采集電流、電壓等基本參數利用8k 直接采集現場視頻提供可能；二是5G的時延在0.5ms 以內,控制焊機可根據現場情況自動調整、匹配，令造船工藝更精準；三是可接入功能更強大，聯網設備將提高100 倍，船企可通過5G 承受千萬臺互聯設備，將團隊、知識、業務、裝備等聯接起來。江南造船研究院副院長朱明華表示，有了互聯、數字化，智能化轉型就有了基礎。以船體對接為例，在傳統對接過程中，測量需要4 小時、調姿需要10 小時，精度控制在1 毫米以內，但江南造船采用智能對接后測量僅需1 分鐘、調姿2 小時，精度大幅提升。造船業應利用好這次通信技術革新的機遇，努力做好產業鏈要素相互連接的智能互聯和物理世界數字化的信息整合，以達到數據的智能分析決策和智能機器與人的高度協作，為實現和發展智能造船進行布局。實際上，我國已有不少船企就通過發展5G 應用來推進智能造船轉型，并取得不錯成效。大船集團通過5G 網絡試點應用項目，實現了鋼料加工車間復雜現場環境下數控指令的網絡下發和數控設備運行狀態的實時采集及海量數據清洗、統計、分析、展示的階段性生產閉環管理，并實現了焊機狀態實時監控、焊接工藝及工單在線下發和完工狀態的線上反饋、數據存儲及分析等功能。滬東中華與中國聯通合作，將5G結合物聯網等先進技術深度融合于船舶制造，400 臺數字化焊機通過5G 網絡實現了互聯互通，提升了焊接效率和質量。大連中遠海運川崎積極賦能企業轉型升級，已完成5 個5G 宏站覆蓋、3 個5G 室分覆蓋及船體船塢覆蓋，建成了5G+3D 舾裝可視化系統，造船現場實現了大數據三維圖像實時傳輸。海油工程天津智能化制造基地通過應用5G 等先進技術，實現了從項目管控、車間建造到廠區管理的全流程智能化……去年，外高橋造船研究成果《實現基于5G 的機器視覺檢測場景的應用》入選了工信部發布介紹的五個重點行業實踐案例。

智能造船潮正在全球興起

中國造船的智造路在何方？

智能造船已經成為行業的方向，正在全球如火如荼展開。雖然我國船舶智能化制造的整體水平較低，但未來可期，大有可為。經過幾年探索和實踐，在不斷總結、吸取經驗教訓前提下如何加快步伐推進智能造船，顯然是當前業內極其關注的焦點問題。那么，我國造船業應怎樣發展智能制造呢？

首先，國家層面應在政策和資金方面加大支持力度。要做好頂層設計，加強示范引領作用，鼓勵船企改變觀念，加大5G 應用和智能制造建設投入。要對開展智能造船的船企予以適當財政補貼或稅收優惠政策，促進行業智能創新風氣。還要重視我國船舶工業整體智能水平提升，不僅要強化骨干船企的主導和龍頭作用，也要通過技術和資金傾斜來扶持實力較弱的中小船企，以免因中小船企水平差距過大而拖累行業智能制造進程。

招商郵輪海門基地

其次，走符合我國實情的“并行推進融合發展”智能造船之路。雖然我國整體造船水平低于先進造船國家，但新技術應用和這些國家處于同一起跑線，所以我國造船業既要補課數字化、自動化制造，又不能等補完課才推動其它新技術應用，而應采用務實的“并聯式”升級。這在業內已有不少好做法，如有些船企一邊練內功，一邊主動擁抱新技術，積極布局和構建智能生產線，逐步形成完善的船舶智能制造體系。

再次，在推動智能造船進程中要因企制宜、先易后難。企業是實施智能制造的主體，推進智能制造發展要考慮自身的資源與產業特性、戰略定位。我國造船業只有按照制定的技術升級路徑務實推進，分步實施、重點突破，才會在發展智能造船中贏得成功。船企要立足于自身規模、船舶建造特點、船塢船臺情況、船舶設計與建造流程、技術基礎與水平等實際情況，從效益和成本的角度選擇智能化切入點，循序漸進、先易后難地扎實展開，切忌一味追求造船全過程智能化。

最后，行業要加強對智能造船的技術、工藝、裝備、軟件、管理、模式等領域的產學研協同合作。行業組織要創造條件促進船廠、設計院所、配套供應商等建立智造研發聯盟，形成強大的產業合力。同行或上下游之間應加強經驗借鑒、技術協作和數據聯通，推動整個行業共同提升和齊頭并進。開展合作時尤其要注意攜手推進船舶工業智能制造標準體系等建設，爭取國際智能制造標準話語權。

站在時代重要關口，我國只有大力發展船舶智能化制造，不斷提高智能造船能力和水平，才會真正實現造船高質量發展，加快造船強國目標實現。這個美好愿望必須實現，也一定會實現！