目前，國內(nèi)部分造船企業(yè)認為智能船廠“不切實際”，但從韓國智能船廠的發(fā)展情況來看，智能船廠并不是想象中的“無人化智能工廠”，而是將過去無法實現(xiàn)收集的數(shù)據(jù)通過新一代ICT技術(shù)進行收集，當船廠所有人、物、空間的數(shù)據(jù)均能實時收集，加上大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的加工，無論是設(shè)計、生產(chǎn)、管理的模式均可能發(fā)生顛覆性的變化。
當前，韓國在積極推進智能船廠建設(shè)，韓國政府提出《K-ICT造船海洋融合計劃》，大宇造船海洋提出“Shipyard 4.0”概念、現(xiàn)代重工提出“Smart Factory”概念。本文重點對韓國智能船廠發(fā)展近況進行總結(jié)分析。
背景與意義
隨著新一代信息通信技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的普及和應用，工廠車間內(nèi)越來越多功能強大的智能設(shè)備以無線方式實現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)或設(shè)備之間的互聯(lián)，通過物理世界和信息世界以信息物理系統(tǒng)（CPS）的方式相融合。韓國正在推進的ICT融合，是指云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息通信技術(shù)與信息化、自動化技術(shù)融合，實現(xiàn)人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的縱向集成，從而把整個工廠內(nèi)部聯(lián)結(jié)起來。
不同于一般流水線制造業(yè)，造船業(yè)完全使用機械代替人工存在很大難度，即便是智能化發(fā)展到一定程度，預計有70%的生產(chǎn)過程仍需要人的參與。因此，建設(shè)智能船廠，要通過人和物的超連接、超智能化來實現(xiàn)產(chǎn)品和工作方式的革新，提升競爭力并創(chuàng)造收益。同時，勞動力短缺對我國船企發(fā)展的影響越來越大，而智能船廠可降低對勞動力的依賴，有效化解制約我國造船企業(yè)發(fā)展的勞動力問題。
韓國政府提出《K-ICT造船海洋融合計劃》
為重振造船海洋產(chǎn)業(yè)，韓國政府于2016年12月發(fā)布《K-ICT造船海洋融合計劃》，提出到2023年實現(xiàn)造船海洋ICT融合發(fā)展的總體目標，ICT融合相關(guān)配套國產(chǎn)化率由20%提升至30%，重點推進“造船海洋ICT融合基礎(chǔ)建設(shè)”、“智能型船舶、船廠、服務技術(shù)開發(fā)”、“構(gòu)建協(xié)同合作生態(tài)”三大任務。此外，韓國三大船企與其他六家機構(gòu)共同簽署“關(guān)于聯(lián)合開發(fā)造船海洋ICT融合技術(shù)、建立協(xié)同發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)”諒解備忘錄。
一是成立造船海洋ICT創(chuàng)意融合中心。在蔚山信息產(chǎn)業(yè)振興院內(nèi)設(shè)立造船海洋ICT創(chuàng)意融合中心，提供技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施、企業(yè)協(xié)作平臺和專業(yè)人才培養(yǎng)等方面的支持。
二是構(gòu)建技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施。提供63種軟件性能驗證裝備設(shè)備（包括模擬器、實船測試環(huán)境等），支撐技術(shù)開發(fā)。
三是開展專業(yè)人才培養(yǎng)。支援中小企業(yè)獲取知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品認證等提升競爭力，培養(yǎng)800名造船海洋ICT融合領(lǐng)域?qū)I(yè)人才。
四是共性技術(shù)開發(fā)。統(tǒng)一開發(fā)造船海洋物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺，驗證后推廣；統(tǒng)一開發(fā)并提供最優(yōu)的造船海洋ICT融合產(chǎn)品和技術(shù)軟件開發(fā)工具包。
五是大中小生產(chǎn)型企業(yè)應用技術(shù)開發(fā)。支持24個可提升船廠效率、強化船舶技術(shù)競爭力和拓展新服務市場的技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)項目；研發(fā)基于船舶全生命周期管理的設(shè)計平臺、基于ICT的船舶綜合控制平臺等智能船舶核心技術(shù)；綜合HSE平臺、生產(chǎn)費用優(yōu)化管理等，提高船廠安全管理和生產(chǎn)效率；研發(fā)遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)（RMS）、維護維修運營平臺，拓展造船海洋服務市場的技術(shù)。
六是構(gòu)建協(xié)同平臺。成立“造船海洋ICT融合委員會”，通過委員會推進“政產(chǎn)學研”和“大中小企業(yè)”間的政策開發(fā)、標準化、技術(shù)推廣和信息交流等，形成協(xié)同發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。
七是提供商業(yè)支援。開發(fā)新的商業(yè)模式（船舶海洋航運管理平臺、基于ICT的安全管理平臺、船舶遠程管理服務等），推進示范工程。通過提供基于云計算的O2O服務平臺，通過為非造船ICT企業(yè)共享技術(shù)和市場信息，降低進入門檻。
大宇造船海洋打造“Shipyard 4.0”
2016年，大宇造船海洋于提出Shipyard 4.0概念，目標是實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時精準流通、保證計劃執(zhí)行高度一致，總體建設(shè)框架包括數(shù)據(jù)經(jīng)營、ICT融合、構(gòu)建作業(yè)分析和構(gòu)建智能作業(yè)人員四大方面。目前，取得的主要進展情況如下：
一是“移動生產(chǎn)業(yè)務APP”投入使用。大宇造船海洋將過去PC端的業(yè)務向移動端轉(zhuǎn)移，通過“移動生產(chǎn)業(yè)務APP”，實現(xiàn)基于二維碼的HSE安全管理、材料和圖面的追蹤、質(zhì)量檢查、涂裝/腳手架/叉車等材料裝備的使用申請、原材料管理和業(yè)績上報等功能，效率大幅提升。
二是搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺。為了監(jiān)控船廠設(shè)備物件，大宇造船海洋正在搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺，主要涉及室內(nèi)外定位、傳感器、數(shù)據(jù)處理、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。配合正在開發(fā)的Shipyard 4.0關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，對來自各設(shè)備物件傳遞的信息進行實時分析處理并可視化，實現(xiàn)對物流和裝備的運營及管控。
圖1. 大宇造船海洋Shipyard 4.0物聯(lián)網(wǎng)平臺
三是3D設(shè)計生產(chǎn)信息系統(tǒng)向移動端延伸。大宇造船海洋3D設(shè)計生產(chǎn)信息系統(tǒng)（DaView）逐步向移動端拓展，通過移動端DaView系統(tǒng)，作業(yè)人員可快速簡便的實時查詢不同階段設(shè)計生產(chǎn)信息。目前，該系統(tǒng)可實現(xiàn)組立/安裝單元的設(shè)計復審、舾裝件安裝位置的可視化、生產(chǎn)工藝計劃/實際業(yè)績的信息查詢等功能。此外，通過掃描條碼/二維碼可以將3D模型和實際材料進行匹配，保證生產(chǎn)情況快速反饋。
圖2. 3D設(shè)計生產(chǎn)信息系統(tǒng)“DaView”（PC端和移動端）
四是助力配套廠商構(gòu)建智能工廠。2017年5月，大宇造船海洋與舾裝生產(chǎn)廠商FHI簽署基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠構(gòu)建協(xié)議，大宇造船海洋為FHI搭建智能工廠。根據(jù)協(xié)議，大宇造船海洋將DAView上生成的3D模型和舾裝件制造過程中需要的生產(chǎn)信息與FHI實時共享，設(shè)計與生產(chǎn)信息也實時傳遞給FHI的數(shù)控機器人裝備，實現(xiàn)加工及制造信息流的貫通。大宇造船海洋計劃為更多的配套企業(yè)構(gòu)建智能工廠。
現(xiàn)代重工建設(shè)“Smart Factory”
現(xiàn)代重工的智能船廠建設(shè)，除工廠自動化外，在設(shè)計方面提出要實現(xiàn)基于3D模型的實時協(xié)同作業(yè)及生產(chǎn)信息共享，在生產(chǎn)方面提出要實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、風險管理和協(xié)同生產(chǎn)，并對人力資源和安全的統(tǒng)一監(jiān)控管理。近期，現(xiàn)代重工智能船廠建設(shè)內(nèi)容主要包括構(gòu)建智能工作環(huán)境、基于大數(shù)據(jù)的焊接作業(yè)優(yōu)化、能源管理系統(tǒng)和聘任首席數(shù)字官等。
一是調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型。2017年5月，現(xiàn)代重工成立ICT企劃部、設(shè)立首席數(shù)字官（CDO）職務，在造船企業(yè)中尚屬首次。CDO由韓國智能制造產(chǎn)業(yè)協(xié)會會長擔任。9月，現(xiàn)代重工發(fā)布數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略（Digital Transformation），通過將數(shù)字運營技術(shù)大幅應用在設(shè)計和生產(chǎn)現(xiàn)場，計劃到2021年，實現(xiàn)品質(zhì)和安全數(shù)據(jù)綜合管理、生產(chǎn)效率大幅提升以及推出更多智能型產(chǎn)品的目標。
二是聯(lián)手韓國電信，布局窄帶物聯(lián)網(wǎng)。2017年11月，現(xiàn)代重工與韓國電信簽署企業(yè)專用NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）服務合約，計劃通過NB-IoT服務實現(xiàn)廠區(qū)的移動設(shè)備和裝備位置追蹤、作業(yè)人員安全管理和碼頭船舶移動管理等功能，利用各種傳感器數(shù)據(jù)推進信息服務商業(yè)化。
三是建設(shè)儲能和能源管理系統(tǒng)，降低能耗。2017年11月，現(xiàn)代重工投資約1.5億人民幣設(shè)立儲能系統(tǒng)中心（ESS），有效避免用電高峰時電力不足，ESS中心占地1180平方米，儲存容量達51.5兆瓦時，是目前世界規(guī)模最大的企業(yè)ESS。同時，現(xiàn)代重工匹配FEMS（工廠能源管理系統(tǒng)），F(xiàn)EMS是通過ICT來管理分析優(yōu)化廠區(qū)的電力、燃氣和壓縮氣體等能源使用。由此預計每年可節(jié)省費用約5880萬人民幣。
四是使用VR技術(shù)進行安全管控。2017年3月，現(xiàn)代重工將VR技術(shù)應用于船廠的安全管控，并在蔚山總部成立船廠安全培訓中心，目前已經(jīng)有超過1萬名員工接受VR安全教育。集中控制中心可通過安裝于廠區(qū)內(nèi)的250個閉路電視設(shè)備實時監(jiān)控、識別廠區(qū)內(nèi)的安全風險，并利用智能圖像分析系統(tǒng)對安全風險進行預判與報警。
五是成立HILS實驗室提升產(chǎn)品系統(tǒng)品質(zhì)。2017年7月，現(xiàn)代重工成立HILS實驗室，可在系統(tǒng)搭載之前在虛擬環(huán)境下進行仿真，提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題?，F(xiàn)代重工HILS實驗室目前擁有9套HILS裝備，其中，4套用于船舶領(lǐng)域，3套用于預測海工運行性能和控制系統(tǒng)的水下仿真，1套用于主機狀態(tài)診斷，1套用于航行訓練系統(tǒng)。
有關(guān)措施建議
目前，國內(nèi)部分造船企業(yè)認為智能船廠“不切實際”，但從韓國智能船廠的發(fā)展情況來看，智能船廠并不是想象中的“無人化智能工廠”，而是將過去無法實現(xiàn)收集的數(shù)據(jù)通過新一代ICT技術(shù)進行收集，當船廠所有人、物、空間的數(shù)據(jù)均能實時收集，加上大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的加工，無論是設(shè)計、生產(chǎn)、管理的模式均可能發(fā)生顛覆性的變化。積極推進智能船廠建設(shè)，相關(guān)措施建議如下：
一是加強頂層設(shè)計，形成專業(yè)團隊。智能船廠涉及到信息通信、軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，與船廠過去的模式也存在較大差異，需要專業(yè)人才團隊的頂層規(guī)劃。韓國船企發(fā)展智能船廠均是通過新設(shè)ICT獨立部門或子公司形成專業(yè)團隊來負責業(yè)務流程改造、信息系統(tǒng)維護和數(shù)據(jù)中心運營等方面的工作。建議國內(nèi)船企組建相關(guān)部門集中力量，統(tǒng)籌推進智能船廠建設(shè)。
二是加大與外部資源的合作力度。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域已經(jīng)有較多成熟的解決方案。建議國內(nèi)船企根據(jù)韓國船企發(fā)展情況，結(jié)合實際情況，促進與裝備、自動化、軟件、通信、互聯(lián)網(wǎng)等不同領(lǐng)域?qū)I(yè)企業(yè)的深入合作，借助外部成熟力量推動多領(lǐng)域融合型技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應用。
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