智能無人系統(tǒng)與未來造船業(yè)

呂龍德

隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展，未來造船業(yè)走向人工智能是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而智能無人系統(tǒng)作為人工智能的一個(gè)最重要應(yīng)用，不單在無人車、無人機(jī)、無人車間和智能機(jī)器人等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，也必將在船舶行業(yè)掀起革新浪潮?？梢哉f，未來的船舶行業(yè)包括制造環(huán)節(jié)和船舶本身都離不開智能無人系統(tǒng)。因此，要推動(dòng)智能造船和智能船舶發(fā)展，大力切入智能無人系統(tǒng)研發(fā)不可或缺。

智能無人系統(tǒng)是什么？

智能無人系統(tǒng)是通過先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行操作或管理而不需要人工干預(yù)的復(fù)雜人工系統(tǒng)，它由機(jī)械、控制、計(jì)算機(jī)、通信、材料等多種技術(shù)融合而成。與傳統(tǒng)自主系統(tǒng)相比，智能無人系統(tǒng)最重要兩個(gè)特征就是自主性和智能性。人工智能是發(fā)展智能無人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，利用人工智能各種技術(shù)如圖像識(shí)別、人機(jī)交互、智能決策、推理和學(xué)習(xí)，是實(shí)現(xiàn)和不斷提高智能無人系統(tǒng)功能的最有效方法。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人類可以創(chuàng)造出具有更高自主性和智能性的智能無人系統(tǒng)，并且在某些方面可以接近人類水平。

人工智能包含人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)及深度學(xué)習(xí)三個(gè)層次內(nèi)容，其中算法、計(jì)算和數(shù)據(jù)是推動(dòng)人工智能技術(shù)發(fā)展的三大要素。值得一提的是，深度學(xué)習(xí)出現(xiàn)后，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)視覺、聲學(xué)和其它學(xué)習(xí)難題領(lǐng)域中發(fā)展迅速，而更先進(jìn)模型的提出和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，令許多智能無人應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生了。機(jī)器學(xué)習(xí)主要通過以下兩種方式支持無人自主系統(tǒng)：提供類似于人類與外部世界間的交互感知和控制方式，先是接收信息，然后分析和控制;以感官知覺獲得外部信息，通過與外部環(huán)境交互，選擇最佳應(yīng)對(duì)策略，使得強(qiáng)化學(xué)習(xí)機(jī)制學(xué)習(xí)控制自身行動(dòng)。

本世紀(jì)尤其是近年來，智能無人系統(tǒng)快速發(fā)展，從空中到陸地到海洋，從物理系統(tǒng)到信息系統(tǒng)，各種類型的智能無人系統(tǒng)大量涌現(xiàn)，各種智能機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、交通、教育、醫(yī)療保健等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。智能無人系統(tǒng)已經(jīng)成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的新引擎，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生方方面面的深刻影響已經(jīng)顯而易見，而地面無人自主系統(tǒng)更是推動(dòng)人們生活方式、生產(chǎn)方式、學(xué)習(xí)形式和工作形式發(fā)生深刻改變。正如中國工程院院士徐德民表示，智能無人系統(tǒng)已經(jīng)成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要著力點(diǎn)。對(duì)于智能無人系統(tǒng)的廣闊前景，中國工程院院士張軍認(rèn)為，隨著人工智能技術(shù)不斷突破，智能無人系統(tǒng)迎來了黃金時(shí)代。

對(duì)于智能無人系統(tǒng)發(fā)展，中國工程院院士陳杰認(rèn)為：應(yīng)從自主感知與理解、決策與控制一體化、群知與協(xié)同控制出發(fā)，重點(diǎn)進(jìn)行智能傳感器、類腦控制器、無人終端控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)、智能芯片與系統(tǒng)、安全保障等核心技術(shù)研究。我國智能無人系統(tǒng)的科技開發(fā)也進(jìn)入了新階段，以無人機(jī)系統(tǒng)、無人船和無人駕駛車為核心的產(chǎn)業(yè)逐漸形成，尤其是無人機(jī)和智能機(jī)器人顯示較大發(fā)展優(yōu)勢(shì)。此外，在工業(yè)信息一體化戰(zhàn)略及《中國制造2025》的引導(dǎo)下，我國無人車間/智能工廠逐步鋪開，為智能無人系統(tǒng)創(chuàng)新進(jìn)步開辟了更大天地。總之，未來我國智能無人系統(tǒng)研發(fā)不僅引向更深層次，而且會(huì)走向更廣范圍，在越來越多領(lǐng)域得到應(yīng)用和受益。

造船業(yè)的未來離不開智能無人技術(shù)

眾所周知，船舶工業(yè)走向智能造船和智能船舶是大勢(shì)所趨。也就是說，作為人工智能的成果應(yīng)用，智能無人系統(tǒng)技術(shù)必然會(huì)貫穿于船舶業(yè)制造環(huán)節(jié)和船舶智能化。事實(shí)上，當(dāng)前風(fēng)起云涌的造船智能變革無可爭(zhēng)辯地說明了這一點(diǎn)。許多世界造船國家正加緊出臺(tái)規(guī)劃和政策，圍繞核心技術(shù)、頂尖人才、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等強(qiáng)化部署，力圖在新一輪造船科技競(jìng)爭(zhēng)中掌握主導(dǎo)權(quán)，智能無人系統(tǒng)也越來越成為國際造船航運(yùn)業(yè)的搶占高地。目前來看，船舶業(yè)的智能化雖然仍處探索初級(jí)階段，遠(yuǎn)落后于無人機(jī)和無人車的研發(fā)，但勢(shì)頭不容忽視。在大船實(shí)現(xiàn)部分系統(tǒng)智能化的同時(shí)，一些小型船舶已達(dá)到無人駕駛程度，更有人預(yù)測(cè)無人船時(shí)代將在幾年后真正到來。此外，利用智能技術(shù)和設(shè)備設(shè)施造船也日益成為新常態(tài)。所有這些都凸顯了智能無人系統(tǒng)技術(shù)的重大突破和巨大魅力。

智能無人系統(tǒng)在造船業(yè)的不可逆轉(zhuǎn)趨勢(shì)，源自它的無比優(yōu)越性和先進(jìn)性。據(jù)稱，裝備制造領(lǐng)域通過人工智能技術(shù)每年可減少10%運(yùn)維成本、20%機(jī)器停機(jī)時(shí)間和25%機(jī)器檢測(cè)成本。于造船航運(yùn)業(yè)而言，智能無人系統(tǒng)帶來的降本增效同樣顯而易見：首先，可應(yīng)用于從研發(fā)、設(shè)計(jì)到建造、運(yùn)營維護(hù)的全過程，幫助船企更好地優(yōu)化生產(chǎn)流程和配置整合資源，從而提高生產(chǎn)效率，降低誤差和風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約生產(chǎn)經(jīng)營成本。其次，通過智能無人系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用可提升智能船舶的識(shí)別能力與處理能力，使船舶航行更經(jīng)濟(jì)、更安全、更便捷和更大載重量。

我國推進(jìn)船舶智能無人技術(shù)難在哪？

智能無人系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)船企的數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化程度提出了更高要求，但實(shí)際情況是我國船舶行業(yè)在這方面的基礎(chǔ)相對(duì)落后薄弱，人工智能研究仍處于早期試驗(yàn)階段，僅有極少數(shù)企業(yè)開展了規(guī)?；渴稹８爬ǖ卣f，我國船企總體處于“工業(yè)2.0”階段，即使是骨干船企，自動(dòng)化率也僅有20%，這些先天短板對(duì)智能無人系統(tǒng)的應(yīng)用及推進(jìn)都是一大制約和阻礙，所以進(jìn)行全面補(bǔ)課迫在眉睫。

船舶建造是一個(gè)復(fù)雜的過程，包含了制造、管理、物流等多方面工作。要通過智能無人系統(tǒng)把各個(gè)環(huán)節(jié)無縫銜接，絕不是簡(jiǎn)單的機(jī)器換人或增加幾臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)此，日韓憑借較好基礎(chǔ)及優(yōu)勢(shì)邁出了堅(jiān)實(shí)一步，它們擁有完整的智能化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行和運(yùn)營管理系統(tǒng)，建立了從船舶設(shè)計(jì)、研發(fā)到建造的智能化控制體系。尤其是韓國船舶業(yè)構(gòu)建了信息系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理系統(tǒng)，建設(shè)了數(shù)字化虛擬智能甚至人與環(huán)境相協(xié)調(diào)的智能船廠。

此外，船舶建造除了船體設(shè)計(jì)、切割、合攏和涂裝，各種配件更是重中之重，其所占價(jià)值和作用更大。因此，要實(shí)現(xiàn)智能無人系統(tǒng)船舶或制造，船配及其生產(chǎn)智能化升級(jí)也不可少。只有船配“制造”向船配“智造”轉(zhuǎn)型，以及船配智能程度不斷提高，造船航運(yùn)業(yè)才會(huì)真正實(shí)現(xiàn)智能無人系統(tǒng)的突破。由此可見，如何提升船配人工智能技術(shù)水平也是我國船舶業(yè)未來的一個(gè)著力點(diǎn)和難點(diǎn)。

中國造船的應(yīng)對(duì)之策

具體到造船業(yè)，應(yīng)該按照造船強(qiáng)國的戰(zhàn)略要求，形成國家、行業(yè)、船企，以及相關(guān)各方協(xié)調(diào)配合、共同發(fā)力推進(jìn)的局面。正因?yàn)檫@樣，工信部在最近召開的船舶工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型推進(jìn)工作電視電話會(huì)議上明確指出，將繼續(xù)與交通運(yùn)輸部、國家國防科技工業(yè)局等部門密切配合，加強(qiáng)引導(dǎo)、協(xié)同推進(jìn)。歸納起來，主要有以下幾方面對(duì)策。

一是國家層面對(duì)智能無人系統(tǒng)攻關(guān)要制定明確的發(fā)展方向和目標(biāo)，調(diào)動(dòng)行業(yè)上下游力量，引導(dǎo)企業(yè)系統(tǒng)推進(jìn)人工智能化轉(zhuǎn)型，解決核心裝備和技術(shù)開發(fā)等方面難題。與此同時(shí)，在沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，廣大船企應(yīng)發(fā)揮主觀能動(dòng)性，結(jié)合自身發(fā)展實(shí)際，制定企業(yè)智能無人系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，積極布局人工智能研發(fā)。

二是行業(yè)應(yīng)整合產(chǎn)學(xué)研用各方面力量，打造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，打通航運(yùn)、造船、配套全產(chǎn)業(yè)鏈條，從根本上促進(jìn)我國船舶工業(yè)智能無人系統(tǒng)創(chuàng)新研發(fā)能力，推動(dòng)人工智能在造船航運(yùn)業(yè)遞增式發(fā)展。此外，要對(duì)已有的成果和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)和示范推廣，打造敢于挑戰(zhàn)創(chuàng)新的良好氛圍。

三是除了與機(jī)電、通信等相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行跨界融合外，我國船舶工業(yè)還要看到船舶工業(yè)大國際化的特點(diǎn)，堅(jiān)持“走出去”的發(fā)展策略，依托現(xiàn)有雙邊、多邊對(duì)話機(jī)制，與國外相關(guān)行業(yè)、單位廣泛開展多層面、全方位的技術(shù)交流與合作，建立開放高效、合作共贏的人工智能制造生態(tài)體系，多方了解智能無人技術(shù)的最新發(fā)展情況，主動(dòng)介入前沿技術(shù)研發(fā)。

四是船企要加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與先進(jìn)船舶制造技術(shù)融合，加大對(duì)智能生產(chǎn)線的研發(fā)與應(yīng)用力度，積極布局建設(shè)數(shù)字化車間和智能工廠，抓住智能無人系統(tǒng)的研發(fā)重點(diǎn)和突破方向，打造這方面的核心關(guān)鍵技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)船舶制造決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)度、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)和管理等人工智能化。在這一過程中，還要注重?cái)?shù)字化與人工智能方面的人才引進(jìn)、培養(yǎng)和使用，使人才效應(yīng)得以最大化發(fā)揮。

五是我國船配作為船舶工業(yè)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，國產(chǎn)化率低、核心技術(shù)缺失、智能研發(fā)滯后等問題仍然存在。為打破這種不利局面，國家層面應(yīng)出臺(tái)更大鼓勵(lì)力度的國產(chǎn)船配裝船政策，引導(dǎo)和支持船配產(chǎn)業(yè)積極開展技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新活動(dòng)。船舶配套企業(yè)在做好產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的同時(shí)，也應(yīng)參與相關(guān)研制項(xiàng)目，在探索船配智造和智能船配中有所作為，使智能無人系統(tǒng)技術(shù)在船配領(lǐng)域得以充分應(yīng)用和發(fā)展完善，為我國船舶工業(yè)實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)發(fā)揮應(yīng)有作用。

星垂平野闊，月涌大江流。人工智能時(shí)代正悄然來臨，面對(duì)新機(jī)遇新挑戰(zhàn)，中國造船業(yè)只要緊跟趨勢(shì)，踩準(zhǔn)步點(diǎn)，就一定能在智能無人系統(tǒng)的變革浪潮中闖出一條康莊大道，迎來跨越式發(fā)展！