船舶“智”造的變革與未來

船舶智能制造的重點(diǎn)是梳理好兩大關(guān)系：機(jī)器人與數(shù)據(jù)的關(guān)系、船廠上下游之間的關(guān)系。未來的智能制造，一個(gè)很重要特征是滿足人類個(gè)性化需求。

第四次工業(yè)革命席卷全球。在這場(chǎng)變革中，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)將進(jìn)一步影響現(xiàn)有生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)。在這種形勢(shì)下，振興制造業(yè)，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整、全面轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速邁向高端，已成為全行業(yè)的共識(shí)。當(dāng)前，我國船舶制造行業(yè)處于一個(gè)變革的時(shí)代，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，這場(chǎng)“智”造革命所帶來的風(fēng)暴，將深刻影響著我國造船業(yè)的未來。

從工業(yè)2.0到4.0

船舶工業(yè)是為水上交通、海洋資源開發(fā)及國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的現(xiàn)代綜合性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國家發(fā)展高端裝備制造業(yè)的重要組成部分，是國家實(shí)施海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和重要支撐。同時(shí)，造船業(yè)作為我國制造業(yè)的主要部分，從中共十六大第一次提出“兩化融合”的雛形，再到2015年國務(wù)院公布《中國制造2025》，中國造船業(yè)的水平已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍。

自2010年起，我國造船完工量、新接訂單量和手持訂單量三大造船指標(biāo)連續(xù)6年穩(wěn)居世界前列，成為名副其實(shí)的造船大國。但是，我們也清醒地看到，在生產(chǎn)效率和管理水平方面，我國造船企業(yè)仍有較大提升空間，我國船舶工業(yè)大而不強(qiáng)，船舶的技術(shù)含量和復(fù)雜程度、造船每修正總噸工時(shí)消耗、造船周期和全員造船效率等效率效益指標(biāo)與造船強(qiáng)國的差距仍然較大。

《中國制造2025》把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶作為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一加快推進(jìn)，明確了今后10年的發(fā)展重點(diǎn)和目標(biāo)，涉及到具體裝備和技術(shù)上百項(xiàng)，其中囊括了海洋資源開發(fā)裝備、海洋空間資源開發(fā)裝備、綜合試驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)、高技術(shù)船舶、核心配套系統(tǒng)，為我國海洋工程裝備和高技術(shù)船舶發(fā)展指明了方向。

為貫徹落實(shí)國務(wù)院《中國制造2025》，船舶行業(yè)加快了推進(jìn)智能制造示范應(yīng)用的步伐。2016年5月18日，工業(yè)和信息化部在南通進(jìn)行了船舶智能制造的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)交流推廣，公布了《關(guān)于推進(jìn)船舶智能制造指導(dǎo)意見》的征求意見稿。新發(fā)布的指導(dǎo)意見明確提出，到2020年，我國造船效率和建造質(zhì)量要接近日本和韓國一流船廠的水平；到2025年，全面建成信息感知網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及信息物理系統(tǒng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)與智能化技術(shù)的全面深化應(yīng)用，力爭(zhēng)骨干造船企業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量趕超造船先進(jìn)國家。

工業(yè)和信息化副部長(zhǎng)辛國斌表示，“十三五”時(shí)期是我國船舶工業(yè)由大變強(qiáng)的關(guān)鍵期，產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入增速減緩期、結(jié)構(gòu)調(diào)整期和優(yōu)勢(shì)重構(gòu)攻堅(jiān)期三期疊加階段。加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與先進(jìn)船舶制造技術(shù)融合，大力推動(dòng)智能制造，能夠快速提升船舶建造質(zhì)量和效率，降低成本和資源能源消耗，是增強(qiáng)我國造船企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。

智能制造成為船舶工業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)，但還得直面當(dāng)前嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)。不同于美德等國從工業(yè)3.0到工業(yè)4.0的漸進(jìn)式發(fā)展，國內(nèi)船廠總體處于工業(yè)2.0階段，在數(shù)字化、自動(dòng)化、精益生產(chǎn)等方面，仍有很多短板需要補(bǔ)齊。國內(nèi)船廠要實(shí)現(xiàn)從工業(yè)2.0到4.0的跨越式發(fā)展，這一過程難免痛苦，有些問題還將“邊跑邊調(diào)整”，并不斷從先進(jìn)造船國的發(fā)展路徑中獲得一些借鑒。截止目前，外界對(duì)船舶智能制造的概念沒有一個(gè)確切的定義，有報(bào)道將焊接機(jī)械手、機(jī)械臂和機(jī)器人混淆了，前者屬于自動(dòng)化，后者則更傾向于有思維和學(xué)習(xí)功能的智能化。

2016年12月，在第七屆中國（廣州）國際海事貿(mào)易展覽會(huì)上，中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)郭大成提出，將智能制造作為造船廠轉(zhuǎn)型升級(jí)的主攻方向。目前，船舶工業(yè)智能制造的水平相比流程工業(yè)以及電子、汽車、工程機(jī)械等離散制造業(yè)仍然較低，還沒有真正意義上的智能船廠，韓國、日本、歐洲先進(jìn)造船企業(yè)在智能船廠領(lǐng)域的研究也處于起步階段，現(xiàn)有的研究主要集中在造船自動(dòng)化工裝設(shè)備研制、生產(chǎn)物流優(yōu)化、船舶設(shè)計(jì)建造虛擬仿真、廠區(qū)無線高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、全生命周期管理等方面。

面向未來，船舶行業(yè)要準(zhǔn)確把握時(shí)代發(fā)展脈搏，抓住智能制造發(fā)展歷史機(jī)遇，立足船舶工業(yè)行業(yè)實(shí)際，逐步實(shí)現(xiàn)從智能分段、智能車間到智能工廠的轉(zhuǎn)變。可以預(yù)見，新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命將為中國船舶工業(yè)創(chuàng)造機(jī)遇，將推動(dòng)船舶制造向設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品智能化、管理精細(xì)化和信息集成化等方向發(fā)展，智能制造、智能船廠將成為世界造船強(qiáng)國發(fā)展的新趨勢(shì)。

船廠紛紛“試水”

趕上新一代制造業(yè)發(fā)展的浪潮，以工業(yè)機(jī)器人和3D打印為代表的數(shù)字化、智能化制造技術(shù)將成為引領(lǐng)未來包括造船業(yè)在內(nèi)的裝備制造業(yè)變革的重要技術(shù)之一，使制造業(yè)從傳統(tǒng)邁向智能化時(shí)代。在這樣的背景下，國家政策加大對(duì)船舶智能制造的支持，期望通過產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代提高造船行業(yè)生產(chǎn)效率。國內(nèi)船舶企業(yè)的智能制造應(yīng)用近年來發(fā)展迅速。

南通中遠(yuǎn)川崎一直被公認(rèn)為中國質(zhì)量和效率最高的船廠之一，該公司智能制造系統(tǒng)更是領(lǐng)先一步。作為船舶智能車間的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，南通中遠(yuǎn)川崎建立了覆蓋全廠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過光纖連接到各生產(chǎn)車間，并借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物理制造空間與信息空間的無縫對(duì)接和映射，為精細(xì)化和智能化管控提供基礎(chǔ)；同時(shí)，利用數(shù)字專線連接大連中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，中遠(yuǎn)川崎實(shí)現(xiàn)兩家船廠異地協(xié)同，設(shè)計(jì)、采購、經(jīng)營(yíng)等信息共享；南通中遠(yuǎn)川崎的智能造船模式使設(shè)計(jì)、制造、加工、管理信息一體化，貫穿了零件設(shè)計(jì)信息、工藝信息、工裝信息、材料配套信息、加工信息和裝配信息的信息生成和傳輸全過程，并且在采購申請(qǐng)單、物料清單、托盤清單等業(yè)務(wù)方面全面實(shí)現(xiàn)了無紙化。據(jù)了解，該公司在未來發(fā)展中還將繼續(xù)擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用。

大連船舶重工從2015年開始針對(duì)船舶智能制造開展研究，基本原則是以精益生產(chǎn)、總裝造船為核心，建立和完善現(xiàn)代造船模式。通過流程再造，推進(jìn)中間產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)，推行工種復(fù)合化，進(jìn)而逐步實(shí)施專業(yè)化生產(chǎn)線的自動(dòng)化，同時(shí)建立生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，建設(shè)中間產(chǎn)品數(shù)字化車間，最終達(dá)到智能制造。2016年大船集團(tuán)建成并投入使用了小組立數(shù)字化示范車間，自動(dòng)倒角工作站、先行小組立工作站和小組立輥道生產(chǎn)線已實(shí)際運(yùn)行，示范效果明顯。

中船重工七二四所鵬力科技集團(tuán)牽頭承擔(dān)的“大型復(fù)雜箱型結(jié)構(gòu)件智能制造數(shù)字化車間”和“船舶分段制造數(shù)字化車間”、“大型船舶立體結(jié)構(gòu)件成形及焊接裝備”數(shù)個(gè)國家智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)先后通過國家驗(yàn)收后按照現(xiàn)有規(guī)劃。到2018年，中船重工將建設(shè)7家智能制造試點(diǎn)示范企業(yè)，突破共性關(guān)鍵技術(shù)……

江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司在測(cè)量場(chǎng)、復(fù)雜曲面的加工、特殊鋼種的焊接管控等方面也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。其配套企業(yè)江南管業(yè)引進(jìn)了3條全自動(dòng)管子焊接生產(chǎn)流水線，并配備了6臺(tái)焊接機(jī)器人。在高技術(shù)復(fù)雜船型的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，江南造船依托體驗(yàn)式3DEXP平臺(tái)，借助于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行船型的設(shè)計(jì)研發(fā)、建造策劃、工藝和工法研究，從數(shù)據(jù)源頭抓起提高利用效率，同時(shí)，將個(gè)人智能裝備也作為一種先進(jìn)的終端應(yīng)用操作流程中。

如何看待當(dāng)前船舶智能制造的發(fā)展進(jìn)程？江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司總工程師胡可一表示：“目前，智能制造在船舶建造領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用仍有一定難度，一方面智能制造需要船廠在智能化方面的投入，船企成本壓力不?。涣硪环矫嬖齑鳂I(yè)與其他大批量、精細(xì)化作業(yè)不一樣，對(duì)智能制造有著自身的行業(yè)挑戰(zhàn)，比如工件重、構(gòu)件尺寸大、船舶結(jié)構(gòu)中有的空間狹小等要求智能設(shè)備有相當(dāng)大的容錯(cuò)度，真正實(shí)現(xiàn)起來并不容易?！?/p>

國內(nèi)船廠紛紛“試水”智能制造，船廠根據(jù)自身現(xiàn)有模式的不同各有側(cè)重，智能制造的投入也不盡相同，但殊途同歸，造船智能化的最終目的是提高造船廠的盈利水平，有效控制造船工業(yè)的成本。國內(nèi)船舶工業(yè)智能制造的發(fā)展正邁著自己的步伐，既不同于造船先進(jìn)國家擁有長(zhǎng)期智能化技術(shù)的積累與沉淀，也不同于其他制造行業(yè)的輕快、好上，國內(nèi)船舶工業(yè)智能制造仍在摸索著前行。

真正的“未來”是個(gè)性化制造

《推進(jìn)船舶智能制造指導(dǎo)意見》明確了五項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，包括深化工藝數(shù)字化設(shè)計(jì)與推進(jìn)造船智能焊接等。這意味著，從切割到焊接，到組裝，再到涂裝，造船業(yè)的整個(gè)流程都要實(shí)現(xiàn)智能化。

一直以來，對(duì)于這樣一個(gè)比較有前瞻性的指導(dǎo)意見，業(yè)界都有不同的觀點(diǎn)。上海外高橋造船有限公司總工藝師劉建峰認(rèn)為，企業(yè)以效率為核心，才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：“如果企業(yè)不對(duì)效率進(jìn)行研究，不以效率指標(biāo)作為抓手，來改善企業(yè)各項(xiàng)的管理，那么實(shí)施精益生產(chǎn)、精益管理等一系列措施的話，我感覺是沒辦法推進(jìn)的。”

南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司總經(jīng)理韓成敏則認(rèn)為，造船業(yè)推進(jìn)智能化，關(guān)鍵在于大數(shù)據(jù)的支撐：“要實(shí)現(xiàn)智能制造，首先要有一個(gè)大數(shù)據(jù)的支撐，而大數(shù)據(jù)的支撐必須要5到10年的數(shù)據(jù)累積，然后對(duì)這些累積的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，變成整個(gè)制造流程中有用的數(shù)據(jù)，從而能降低成本，實(shí)現(xiàn)0庫存制造?！?/p>

此外，當(dāng)前業(yè)內(nèi)有說法用“骨干造船企業(yè)造船效率達(dá)到15工時(shí)/修正總噸”、“分段無余量制造率90%”、“搭載前預(yù)舾裝率85%”三個(gè)量化指標(biāo)來衡量船舶智能制造和船舶分段智能制造車間示范工程。對(duì)此，胡可一表示需要進(jìn)一步斟酌，這些指標(biāo)沒有反映出智能制造的特點(diǎn)，而且修正總噸存在著外包外協(xié)的統(tǒng)計(jì)口徑問題，其他兩個(gè)對(duì)高技術(shù)復(fù)雜船型也不合適。

胡可一認(rèn)為：“船舶智能制造的發(fā)展目標(biāo)應(yīng)該是全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣船（DMU）在整個(gè)設(shè)計(jì)、建造和管理全方位流程貫通，并作為單一數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、物資采辦和配送的多平臺(tái)和多方協(xié)同。突破智能船廠關(guān)鍵共性技術(shù)，建成若干示范性智能船廠，智能船廠常規(guī)主流載重量船型的船舶性能、造船計(jì)劃、采辦和建造效率、建造質(zhì)量方面達(dá)到造船先進(jìn)國家水平，布置型和容積型的復(fù)雜船型的設(shè)計(jì)布置、建造水平和質(zhì)量接近造船先進(jìn)國家水平，針對(duì)復(fù)雜船型需求的應(yīng)變能力大幅度提高?！?/p>

盡管當(dāng)前業(yè)界對(duì)《推進(jìn)船舶智能制造指導(dǎo)意見》還有著不同的看法與意見，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，未來的智能制造，一個(gè)很重要的特征是滿足人類個(gè)性化需求。接下來，船舶智能制造指標(biāo)的落實(shí)還需重點(diǎn)梳理兩大關(guān)系：機(jī)器人與數(shù)據(jù)的關(guān)系、船廠上下游之間的關(guān)系。

隨著智能化制造技術(shù)的飛速發(fā)展，“工業(yè)4.0”時(shí)代正在來臨，機(jī)器人和智能裝備產(chǎn)業(yè)正受到廣泛關(guān)注。在船廠“試水”智能制造案例中，機(jī)器人作為開啟下一代技術(shù)革命的關(guān)鍵，給傳統(tǒng)行業(yè)特別是傳統(tǒng)制造業(yè)中的造船業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)和無限的想象空間。然而，透過機(jī)器人助推船企智能制造的現(xiàn)象，我們更應(yīng)該發(fā)現(xiàn)智能制造實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)庫。

“沒有數(shù)據(jù)，再多機(jī)器人也是傳統(tǒng)制造業(yè)?！贝髷?shù)據(jù)專家涂子沛曾在媒體上表示，“真正的未來制造，或者說智能制造，一定是可以滿足人類個(gè)性化需求的制造?！蹦壳?，數(shù)據(jù)收集技術(shù)的普及，數(shù)據(jù)分析能力的提升讓傳統(tǒng)工業(yè)站上了一個(gè)更廣闊、更精細(xì)、更個(gè)性化的空間，也能更切合船舶產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)化和定制化特點(diǎn)。

不僅如此，上述業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在推動(dòng)我國由造船大國向造船強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的過程中，首先要著力提升船舶和海工裝備配套設(shè)備的國產(chǎn)化率，尤其要盡早提高動(dòng)力系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航等關(guān)鍵設(shè)備的本土化裝船率。如今，面向未來，船廠及上下游所有信息基于一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)互通”，智能制造將更加有力促進(jìn)我國船舶工業(yè)的發(fā)展。

展望智能制造在船舶領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是未來船廠上下游全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展局面，大船設(shè)計(jì)所副所長(zhǎng)嚴(yán)錦林向記者推演表示：“船廠上游，所有鋼材、設(shè)備和工用具的制作、質(zhì)量和物流信息均在該平臺(tái)上予以體現(xiàn)，并與船廠需求計(jì)劃一一關(guān)聯(lián)，當(dāng)出現(xiàn)可能影響計(jì)劃時(shí)，系統(tǒng)給出預(yù)警，并給出解決方案，在無法解決的情況下人工干預(yù)予以解決。船廠，融合設(shè)計(jì)信息、計(jì)劃信息、生產(chǎn)物量信息、成本信息、人員信息等主要信息，并與廠內(nèi)所有設(shè)備互聯(lián)，能夠獨(dú)自按照生產(chǎn)要求操作設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，無需人工參與；實(shí)際生產(chǎn)與系統(tǒng)模擬一一對(duì)應(yīng)，管理人員僅需通過虛擬界面即可了解當(dāng)前生產(chǎn)情況；在出現(xiàn)生產(chǎn)問題時(shí)，系統(tǒng)能夠解決的直接予以解決，在遇到無法解決的問題時(shí)，人工參與予以解決。船廠下游，船舶交船后所有維保售后信息均體現(xiàn)在該系統(tǒng)中，由系統(tǒng)自行予以解決，在無法解決的情況下人工干預(yù)予以解決?！?/p>

船舶智能制造發(fā)展關(guān)系的梳理，效率是核心、數(shù)據(jù)是支撐、上下游關(guān)系是導(dǎo)航。智能制造作為一種制造手段，將整體提升的是船廠制造的應(yīng)變能力。因?yàn)?，未來船舶的個(gè)性化制造不僅僅是提供個(gè)性化的產(chǎn)品，還有個(gè)性化的服務(wù)，除了效率的提高，還將包括模式轉(zhuǎn)變、降低成本；施工穩(wěn)定、質(zhì)量可靠；柔性制造、快速轉(zhuǎn)變……

船舶“智”造的變革與未來

本刊記者 李曉川