智能制造正酣我国造船业何去何从？

本刊编辑 吕龙德 熊莹

广船国际鸟瞰图

从最初战略构想到全面掀起热潮，我国智能造船已然走过了7 个年头，有艰辛和曲折，也有阶段性成绩，一些智能船厂和智能车间初见雏形，一条条智能生产线运行，在改善作业环境、提高安全系数、降低劳动强度、提升生产效率和产品质量等方面产生了积极作用。尽管如此，我国船舶智能制造仍处于起步阶段，对比造船先进国家，发展速度迟缓，缺乏重大的科研突破，尤其是核心智能装备开发、智能制造投入和推进路径等明显滞后。当前，船舶智能制造不但时间紧迫，而且技术要求更高，稍有懈怠就可能被拉大差距。要力争进入世界智能造船第一方阵，我国智能造船任重而道远。

智能制造席卷全球

智能制造是技术发展、社会进步、知识积累交汇综合的结果，是制造系统演进到新时代的产物，是新一轮工业革命的核心技术，是贯穿制造业设计、生产、服务全价值链的每一个环节，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等功能，旨在提高制造质量、效益和竞争力的先进方式。纵观制造业发展轨迹，从手工作坊到流水线生产，从大规模批量生产到个性化定制，从机械化、自动化到数字化、智能化，制造业不断催生新模式。应用智能制造，可以提高产品质量、安全性和生产效率，减少用工和资源耗费，有利于供应链企业信息互通、协同生产，从而推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。正是这样，在数字化技术和制造技术不断融合的基础上，近年掀起了声势浩大的智能制造全球性浪潮，美国、德国、日本等主要工业国家都将其作为推动制造业转型升级的主攻方向。其中，美国启动了“先进制造业伙伴关系”，德国制定了《工业4.0 战略倡议》，英国提出了《国家工业2050 战略》。除了这些工业强国，其它国家也推出了类似的计划，鼓励智能制造发展。值得强调的是，发展智能制造过程中，各种机器人在焊接、搬运、喷涂、加工、装配、检测、清洁生产等领域大规模集成应用，从功能单一的机械臂发展为可编程、高柔性智能机器人，极大地提高了生产效率和产品质量，降低了生产成本。面对重大变革，欧美发达国家由于基础好，技术开发相对容易，不仅智能制造开展较早，还普遍采取了“串联式”升级战略，从数字制造到“互联网+”制造，再到新一代智能制造，取得了先行和领先优势。如：德国采用“制造业+互联网”，借助数字化和网络化技术展现了强大的制造能力；美国依托互联网技术水平和信息产业基础，形成了先进的制造模式。

新世纪以来，我国工业界紧抓机遇，大力推进“互联网+制造”，制造实力得到跨越式提升，特别是实施制造强国目标以来，智能制造作为主攻方向得以正式确立。从《中国制造2025》到《“十四五”智能制造发展规划》出台，彰显了我国制造业由大向强的决心，体现了推动智能制造实现高质量发展的雷霆力量。短短几年，我国智能制造已从“十三五”的“点”和“示范”转向了现在的“面”，并实现了“三线”齐头并进：一是在细分行业全面推进。二是按产业链、供应链展开。三是在产业集群中实行数字化转型和智能化改造。我国已经对阶段性智能制造的方向、原则、指导思想、重点任务和实施路径作了明确规定。行业也积极围绕国家政策大力进行引导和督促，企业则主动参与智能制造的改造和构建。在这种自上而下的格局下，我国智能制造正在不断升温。

显利建造的游艇

作为制造业的重要组成部分，造船业也在加速智能化制造，掀起新一轮产业变革浪潮，主要表现在：一是采用自动化和智能化，提高制造装备的高精度、高效率，大力推进信息技术应用。二是船舶建造实行网络化和柔性化。放眼近年造船业，智能制造可谓是一片方兴未艾和风头正盛的景象。日韩对智能造船呈现了极大热情并成果丰硕，如,日本船企重点推进智能机器人在船舶建造中的应用，打造智能柔性生产线；韩国三星重工制定并实施设计、采购、生产等造船全流程利用数字技术推进业务革新的“智能SHI”数字化转型战略，并与法国达索系统公司共同打造全球顶级智能船厂，旗下巨济造船厂正在向“无纸船厂”转变。

黄埔文冲建造的超大型智能化自航绞吸挖泥船“昊海龙”号

我国智能造船进步明显

广船国际建造的全球首艘双燃料高速豪华客滚船“威斯堡”号

智能制造是加快发展先进制造业，促进经济增长新动能，抢占未来经济和科技发展制高点的选择，也是建设制造强国的主攻方向。为了实现智能制造，我国从国家层面到行业组织和企业都进行了孜孜努力，并展现了轰轰烈烈的构建场面。自从2015 年全国两会提出《中国制造2025》战略后，我国出台了《智能制造发展规划》、《信息产业发展指南》、《“十三五”先进制造科技创新专项规划》、《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网指导意见》、《工业互联网发展行动计划（2018-2020年）》、《国家智能制造标准体系建设指南（2018 年版）》、《新一代人工智能产业创新重点任务揭榜工作方案》、《工业互联网网络建设及推广指南》、《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展实践》、《关于智能制造工程技术人员等职业信息的通知》、《“工业互联网+安全生产”行动计划（2021-2023 年）》、《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023 年）》、《“十四五”智能制造发展规划》等政策，构建智能制造自主创新体系，发展智能装备与系统，加强智能制造示范基地建设，全力推进智能制造发展。这种形势下，我国造船业认真落实好国家大政方针，出台了《推进船舶总装建造智能化转型行动计划（2019-2021年）》、《船舶总装建造智能化标准体系建设指南（2020年版）》等行业政策。船企则不断推进信息化、自动化、网络化和数字化应用，大力打造智能船厂、车间及生产线，推动机器人进入各种工序工种，争当智能制造排头兵。

透过红红火火的表面，我国制造业特别是造船业的智能化目前究竟处于哪一阶段？取得了哪些发展成果？存在什么明显不足？理清这些问题，有助于增强信心，抓住发展重点，为未来布局和科学决策提供思路。整体上看，我国智能制造已形成以环渤海、长三角地区为核心，东北和珠三角为两翼的格局，成立了各类智能制造产业园区、国家智能制造示范试点项目、国家智能制造综合标准化与新模式应用试点项目，涌现了一批标杆工厂。但是，在智能制造的核心环节，比如工程建模、机器学习和智能系统架构开发等方面仍显落后。在众多制造业中，我国造船业开展智能化转型探索较早且成绩斐然，不仅智能造船支撑体系逐步完善，而且建造智能化不断深入、船舶设计数字化和信息化管理水平大幅提高，智能造船的设施和能力明显增强。与此同时，入选国家智能制造试点示范工厂揭榜单位和优秀场景名单越来越多，2021 年就有4 家船企上榜。

在发展智能造船过程中，我国越来越多船企实现局部制造智能化，而且智造领域更加丰富。南通中远海运川崎第四条小组立焊接机器人自动化生产线已实现投产，生产效率提高40%以上；外高桥造船以国产大型邮轮建造项目为依托，大力推进数据智能基础设施建设，搭建“数智工厂”，打造了国内第一个邮轮专用薄板智能生产车间，被评为“上海市智能工厂”；江南造船引入3DE 平台，进行了大量二次开发与系统集成，造船效率提高30%以上，差错率降低60%以上，建成了业内首个吊马智能工作站、数字化小组立生产线等多个智能生产项目，率先实现了智能化造船；招商邮轮海门基地打造业内顶尖的智能化工厂，已实现设计与制造一体化和制造运营标准化管理管控等先进方式；海油工程天津智能化制造基地正式投产，成为我国首个海洋油气装备制造的“智能工厂”；在华南，黄埔文冲和广船国际居于智能造船的领先地位。黄埔文冲建成了薄板中小组立智能生产线、小组立机器人焊接生产线和智能化平面分段流水线，搭建了开放式统一信息管理平台。广船国际通过“大跨距薄壁结构变形控制关键技术研究及应用”项目开展高端客滚船建造工艺关键技术研究，建成了智能薄板生产线，实现了生产设备网络化、生产过程可视化、生产管控智能化。许多船配企业也在智能制造中迈出了大步子，如：武汉船机建成了我国第一条智能造船管件加工无人生产线，并有两项智能制造成果入选了去年工信部大数据产业发展试点示范和工业互联网平台创新领航应用案例名单；南京国际船配将业务信息管理系统对接生产制造执行系统，实现了企业管理扁网化、业务流程信息化、设计制造一体化、生产管控可视化；广西玉柴机器实现了发动机缸体产品设计数字化、铸造工艺数字化、制造装备智能化、过程管理数字化，铸造工艺数字化设计率达100%，制造过程数控率达91%。此外，我国在船舶智能制造标准化领域开展了标准体系框架研究和标准现状梳理工作，并完成了部分标准研制工作。

海油工程天津智能化制造基地

认识滞后和基础薄弱是两短板

近年来，虽然我国在探索智能制造的道路上取得了一定突破，但目前还存在不少误区和束缚。横向看，欧美国家较早开展了机器替代人的阶段，数字化的基础较好，很多欧美企业都有较好智能系统，稍差企业也正在尝试智能系统。而国内很多企业仍然处在机械化阶段，较好企业也只是处于机械化、自动化和数字化交叉阶段，这些处于智能转型初期的企业不得不努力进行自动化和数字化领域补课。纵向看，我国智能制造主要在制造过程的首尾两端如智能仓储、来料及成品运送等，对智能制造的主体过程优化涉及不多，还没有完全掌握重点行业关键核心技术。这样导致了部分企业为了追求“高大上”的智能化而产生了智能制造的“花架子”，还带来了对智能制造认识的误区。概括起来，主要有三个问题：一是在工厂智能化投资的必要性上准备不足；二是在人机协同、功能空间协同、上下游业务协同等方面缺乏预判；三是对运营智能工厂所需要的资源、能力、外部条件的配置等缺少预判，导致不可逆成本增加。

我国现代造船业起步晚、底子薄，对比其它一些制造业，存在认识滞后和基础薄弱的短板，甚至更为突出。在基础能力方面，我国造船业的智能制造发展水平参差不齐，与日韩及欧美先进国家还有较大差距，虽然一些骨干船企实现了部分智能制造追赶，在切割、冷弯等领域进入了先进行列，基本建立了船厂信息管理（集成）系统和流程化、编码化架构，部分环节应用了机器人，基本实现三维（或二维半）建模设计，可支撑智能制造，但大部分船企的下料切割、加工、装配、焊接、管子加工及涂装等作业仍以机械化、半自动化为主，数字化基础技术、制造过程控制技术薄弱，研发、生产、管理、服务等过程协调性较差且流程化、编码化程度较低，专业信息化团队和专业制造团队的融合不足，标准和安全管理技术缺口大，三维数字化工艺设计能力严重不足。因此，我国智能造船还面临着数字化设计支撑能力、智能化建造水平和精益化建造管理实力亟待提升的现实问题。

广船国际片体智能焊接生产线

制造业包含种类繁多，其中有一种是离散型。此类制造业通常以物理加工为主，而成型加工材料千变万化，这就使得其实现智能制造的困难更大。船舶制造过程包含大量的分解与组合，既要在产品设计阶段建构整船数字模型，并按相应逻辑将其拆分为分段、组件、部件和零件，又要在进入生产阶段后再将零件、部件等依次装配为组件、分段，最后才是整船。另外，还存在建造周期相对较长、工艺流程复杂、单件小批量、中间产品种类非标件数量多、物理尺寸差异大的特点，所以造船业是典型的离散制造。这个行业特点不仅影响了智能造船的发展进程，也导致我国一些船企对发展智能造船产生了曲解，认为智能制造就是“机器换人”，或者是只要有硬件装备、工业软件和企业需求就能实现，而不是推动产业模式和企业形态的根本性转变。正是这样，一些船企无视实际，求快求全地盲目上马所谓智能车间和生产线，结果是人力和财力都花了，却未能发挥实际作用。黄埔文冲董事长向辉明就明确表示，按目前条件，我国智能造船还很难达到一整条生产线，但船厂可以从局部展开。事实上，智能造船并非简单地仅作用于船舶生产线，而是触及船企方方面面，涉及装备、软件、系统等多个元素、场景、应用层级，必须推动船舶设计建造智能化、产品高质化、管理精细化、信息集成化、效率高效化和销售网络化。无论是建设智能工厂或智能车间，还是开发智能生产线，都要立足自身技术和能力，脚踏实地弥补短板，逐步推进全链条协同。

外高桥造船邮轮专用薄板智能生产车间

广东中远海运重工建造的“海洋地质十号”综合地质调查船

人工高涨或成造船智能化重要内驱力

驱动智能制造的主要因素有：1、人口老龄化加速、工资高企导致劳动力优势减弱，而智能制造可大幅提高生产率；2、产业政策驱动传统制造迈向智造；3、技术领先、全互联网时代到来，为实现智能制造提供可能。在这些因素中，劳动力减少带来人工高涨无疑是加快智能制造的重要驱动力。目前，出生率低、老龄化严重、青壮劳力紧缺已成了世界普遍问题，严重制约了生产力发展。有研究显示，全球人口曲线正处刘易斯拐点，不仅人口增长率降低，而且人才缺口变大，更严重的是制造业劳动力市场中需求方的议价能力下降。当前制造业人才面临着“Z 世代”挑战。“Z 世代”又称互联网世代，指受互联网、即时通信、短信、MP3、智能手机和平板电脑等科技产品影响很大的一代人，其生活工作观念和方式完全有别于历代人，这代人对用工单位是更大考验。在全球趋势下，我国老龄化也日趋严重，劳动力紧缺已显露，依赖人口红利推动制造业高速发展的优势逐渐丧失。

造船业是劳动密集型产业，具有工作强度大、作业环境艰苦等特点。在劳动力本来就紧张的前提下，随着收入更高、工作条件更好、自由度更大的各种新兴产业涌现，造船业的就业吸引力不断削弱，许多年轻人都不愿从事造船业，以致“招工难、留工难、用工荒”现象在造船行业越演越烈。面对近年市场回暖，韩国造船业就出现了严重的技术工人短缺困境，打响了新一轮的抢人大战。据调查，仅全罗南道地区的造船人力缺口就达1200 多人。这只是当前韩国造船业的一个缩影，更是全球造船业的现实折射。由于造船效率较低，劳动力需求量大，我国造船业多年前已出现缺人问题，且一直得不到根本解决。

劳动力紧缺带来的后果就是招工难和薪酬高涨。这对于长期处于低迷市场的造船业，无异于雪上加霜。即使是迎来这波小阳春，许多船企在原材料价格飞涨和造价低的不利因素叠加下，也是盈利艰难，甚至有的仍在继续亏损。这种局面下，船企要生存发展，就必须降低管理成本特别是人工成本开支。这样，智能造船就成了船企不可或缺的选择。同时，人工高涨也必然加快智能造船发展。正如一业内人士表示，智能造船不仅效率高，有效减少人工投入，而且可以让工人从“苦、脏、累、险”环境中解脱出来，提升作业安全性和舒适度。近年，已出现很多通过智能造船来解决劳动力昂贵问题的先进船企，如美国纽波特纽斯造船厂开展基于全过程虚拟仿真的数字化制造，数据传递全部使用三维信息。

5G 应用为造船升级提供重要条件

人类从1844 年发明电报开始，通信技术从有线到无线，从模拟到数字，如今已发展到5G。这是最新一代蜂窝移动通信技术， 具有超大宽带超高速率、低时延高可靠、超大连接的三大特性。5G 的网速比4G 高20 倍，能够每平方公里连接 100 万个以上物体、通信传输错误率为 10 的负 9 次方、时延可达到毫秒量级。智能制造离不开网络互联，而5G 与制造业结合时可产生物联网、工业自动化控制、物流追踪、云化机器人等应用场景，将人、机、物、系统等进行全面连接，构建起统一的互联网络和覆盖全产业链、全价值链的体系，为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑，帮助制造企业摆脱以往无线网络技术较为混乱的应用状态，有效解决物联网和大数据的发展技术瓶颈。可以说，5G 已经成为支撑和发展智能制造转型的关键技术，其出现为制造业升级提供动力和条件。联想集团董事长兼CEO 杨元庆曾对此作了透彻解释：智能化转型的技术基础就是以“端-边-云-网-智”为核心的技术架构。5G 是推动智能化各要素发展的催化剂，可使“端-边-云”更加紧密联系和协同工作，更多终端设备接入物联网，大量计算、分析和判断实现边缘实时进行，促进网络基础设施走向软件化、虚拟化，最终达到云网融合。目前，5G 在我国应用推广迅速，并得到了政府部门大力支持。工信部出台的《5G 应用扬帆计划》指出，到2023 年，我国大型企业5G 渗透率超过35%，建成5G 行业专网将达3000 个以上。

黄埔文冲中组立（块体）智能焊接生产线

江南造船建成的吊马智能工作站

虽然船厂的智能化水平和其它行业相比起步晚、覆盖低，但5G 的应运而生无疑让造船业迎来了难得的发展机遇。数字化、智能化制造是造船业实现高质量发展的必由之路，而5G 在这个进程中起码能发挥三大优势：一是5G的峰值传输速率达10Gbps，为未来现场采集电流、电压等基本参数利用8k 直接采集现场视频提供可能；二是5G的时延在0.5ms 以内,控制焊机可根据现场情况自动调整、匹配，令造船工艺更精准；三是可接入功能更强大，联网设备将提高100 倍，船企可通过5G 承受千万台互联设备，将团队、知识、业务、装备等联接起来。江南造船研究院副院长朱明华表示，有了互联、数字化，智能化转型就有了基础。以船体对接为例，在传统对接过程中，测量需要4 小时、调姿需要10 小时，精度控制在1 毫米以内，但江南造船采用智能对接后测量仅需1 分钟、调姿2 小时，精度大幅提升。造船业应利用好这次通信技术革新的机遇，努力做好产业链要素相互连接的智能互联和物理世界数字化的信息整合，以达到数据的智能分析决策和智能机器与人的高度协作，为实现和发展智能造船进行布局。实际上，我国已有不少船企就通过发展5G 应用来推进智能造船转型，并取得不错成效。大船集团通过5G 网络试点应用项目，实现了钢料加工车间复杂现场环境下数控指令的网络下发和数控设备运行状态的实时采集及海量数据清洗、统计、分析、展示的阶段性生产闭环管理，并实现了焊机状态实时监控、焊接工艺及工单在线下发和完工状态的线上反馈、数据存储及分析等功能。沪东中华与中国联通合作，将5G结合物联网等先进技术深度融合于船舶制造，400 台数字化焊机通过5G 网络实现了互联互通，提升了焊接效率和质量。大连中远海运川崎积极赋能企业转型升级，已完成5 个5G 宏站覆盖、3 个5G 室分覆盖及船体船坞覆盖，建成了5G+3D 舾装可视化系统，造船现场实现了大数据三维图像实时传输。海油工程天津智能化制造基地通过应用5G 等先进技术，实现了从项目管控、车间建造到厂区管理的全流程智能化……去年，外高桥造船研究成果《实现基于5G 的机器视觉检测场景的应用》入选了工信部发布介绍的五个重点行业实践案例。

智能造船潮正在全球兴起

中国造船的智造路在何方？

智能造船已经成为行业的方向，正在全球如火如荼展开。虽然我国船舶智能化制造的整体水平较低，但未来可期，大有可为。经过几年探索和实践，在不断总结、吸取经验教训前提下如何加快步伐推进智能造船，显然是当前业内极其关注的焦点问题。那么，我国造船业应怎样发展智能制造呢？

首先，国家层面应在政策和资金方面加大支持力度。要做好顶层设计，加强示范引领作用，鼓励船企改变观念，加大5G 应用和智能制造建设投入。要对开展智能造船的船企予以适当财政补贴或税收优惠政策，促进行业智能创新风气。还要重视我国船舶工业整体智能水平提升，不仅要强化骨干船企的主导和龙头作用，也要通过技术和资金倾斜来扶持实力较弱的中小船企，以免因中小船企水平差距过大而拖累行业智能制造进程。

招商邮轮海门基地

其次，走符合我国实情的“并行推进融合发展”智能造船之路。虽然我国整体造船水平低于先进造船国家，但新技术应用和这些国家处于同一起跑线，所以我国造船业既要补课数字化、自动化制造，又不能等补完课才推动其它新技术应用，而应采用务实的“并联式”升级。这在业内已有不少好做法，如有些船企一边练内功，一边主动拥抱新技术，积极布局和构建智能生产线，逐步形成完善的船舶智能制造体系。

再次，在推动智能造船进程中要因企制宜、先易后难。企业是实施智能制造的主体，推进智能制造发展要考虑自身的资源与产业特性、战略定位。我国造船业只有按照制定的技术升级路径务实推进，分步实施、重点突破，才会在发展智能造船中赢得成功。船企要立足于自身规模、船舶建造特点、船坞船台情况、船舶设计与建造流程、技术基础与水平等实际情况，从效益和成本的角度选择智能化切入点，循序渐进、先易后难地扎实展开，切忌一味追求造船全过程智能化。

最后，行业要加强对智能造船的技术、工艺、装备、软件、管理、模式等领域的产学研协同合作。行业组织要创造条件促进船厂、设计院所、配套供应商等建立智造研发联盟，形成强大的产业合力。同行或上下游之间应加强经验借鉴、技术协作和数据联通，推动整个行业共同提升和齐头并进。开展合作时尤其要注意携手推进船舶工业智能制造标准体系等建设，争取国际智能制造标准话语权。

站在时代重要关口，我国只有大力发展船舶智能化制造，不断提高智能造船能力和水平，才会真正实现造船高质量发展，加快造船强国目标实现。这个美好愿望必须实现，也一定会实现！