智能化已經成為當今各行業的新寵,智能手機、智能手表、智能耳機云云,炙手可熱。以智能化為標志的現代制造業發展是大勢所趨,中國造船業為應對低迷和低潮期制定的“2025規劃”,將智能制造標準試驗驗證和新模式應用作為重點發展方向。
中國造船業正在經歷一波破產大潮,但就是在這樣的背景下,中國造船業卻迎來逆市登頂,有報道稱,中國在全球造船市場占有率已“一國獨大”。然而,另一個不容忽視的事實是,中國造船企業約60%的訂單集中在散貨船等低附加值船型上,因此智能造船將成為化解結構性產能過剩的出路。
但對于智能化,中國造船企業還相對陌生,目前僅中遠川崎在智能造船領域有所實踐,中遠船務和金海重工正準備涉足。
中國造船效率僅是日韓造船企業水平的30%,提效降本亦是推廣智能化最實在可期的成效。從這一層面來看,智能造船的發展勢必將替換一大批產業工人,對支撐著近半數社會就業的造船業而言,如這一矛盾得不到平衡,無疑將催生一系列社會問題。中國船舶“智造”也要備“后患”。
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韓國造船業將智能造船當作化解現階段危機的“突破口”;日本認為智能造船是傳統制造業的“生產性革命”。
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智能造船釋放“洪荒之力”
在全球經濟不景氣的大環境下,以中日韓為代表的國際造船業已多年在“寒冬”掙扎。造船企業倒閉破產、結構重組、大規模裁員等重磅新聞不斷,罷工抗議、財務舞弊、巨額訂單遭撤等熱點事件層出。如今看來,韓國造船業已在做“困獸之斗”;日本造船業“復興之路”漫漫無期;中國造船業亦苦苦煎熬。
在造船市場低谷期,日韓兩國造船業均選擇以“船舶智能化”和“船廠數字化”為突破口,基于自身船舶制造技術的領先優勢,結合近年來科技發展的最新成果,向船舶制造領域融入大數據和智能造船等新興技術,探索傳統造船業現代化發展的可行之路。
中國造船業則是大而不強,造船效率僅為日韓的30%,此外結構性產能過剩矛盾突出。頂層設計方面,目前中國造船業制定“2015規劃”,將智能制造標準試驗驗證和新模式應用作為兩大重點發展方向。
造船國家不約而同將“智能造船”當作解決危機困境的“探路石”。全球范圍來看,歐盟在智能造船領域已經進行了一系列成功實踐,并收到良性效果。在高水平現代化的造船工業基礎上,歐洲造船業以全面數字化、模塊化和網絡化平臺為支撐,組建模塊化、專業化合作生產的動態聯盟,保持在高人力成本下的競爭優勢。
韓國:基于互聯網的智能造船
韓國互聯網技術發達,其智能造船發展亦是基于IT。現代重工、大宇造船和三星重工三大造船企業代表了韓國造船業的實力和發展方向,在船舶智能化和建造技術智能化方面,韓國三大造船企業均有具體的規劃和實施方案。
現代重工自2010年開始探索船舶智能化發展,其與韓國電子通信研究院合作開發“基于IT的船用總體解決方案”,將IT與傳統的造船技術融合,在完善船舶制造和船舶運行兩個方面,分別提出“數字化造船廠技術”和“智能船舶技術”。
基于此,現代重工先后實施“智能船舶1.0”和“智能船舶2.0”計劃,其中“智能船舶1.0”于2010—2012年實施,主題是基于有/無線船舶綜合管理網通訊技術的船舶主機遠程監控系統。該系統最大優點就是利用IT對船舶內原本獨立管理的460余種部件進行綜合管理,從而使主機等與航行有關的裝置更便于管理,同時也可在陸地利用遠程技術對船舶狀態進行實時監管,此外還可進行遠程維修。截至去年8月底,該項目成果已獲得超過200份訂單,其中80多艘船完成交付。
2013年,現代重工開啟以“經濟、安全、高效航行服務”為主旨的“智能船舶2.0”計劃。與此同時,現代重工還提出“Connected Ship”的新概念,將船舶、港口和陸上物流信息一并提供給船舶運營商。在“智能船舶1.0”的基礎上,利用互聯網技術,對船隊運營的新數據和歷史數據進行實時分析,并通過數據可視化技術呈現分析結果,使船舶運營商能夠實時監控其船舶狀態和航行條件,支撐高效運營。
近期,現代重工還與相關的航運業、互聯網及多家創新中心合作開發新型智能船舶。該項目將開發一種船舶服務軟件,預計于2019年應用在智能船舶上,能夠檢查壓載水艙、為船員提供遠程醫療服務和基于虛擬現實的培訓、對重要設備進行維護和自動報告航行信息。
隨著對船舶排放監管日益嚴格,韓國造船業開始推行環保型船。現代重工推出“Smart ship + LNG propulsion”的概念——在智能化船舶的基礎上,升級推進系統,改用LNG燃料為主的環保型船舶。現代重工寄希望于利用智能船舶技術等新技術,將重心轉向船舶服務技術及為客戶定制的增值軟件等新興方式,以幫助企業走出低谷期。
三星重工于2011年開發VPS船舶門戶服務系統,該系統可以在岸上監控船上設備的運行狀態,判斷船舶故障狀態,遠程支持船舶運營。此外,三星重工還開發了船舶能效管理系統。
船舶能效管理系統是三星重工以國際海事組織(IMO)發布的船舶能效管理計劃為指導,開發的智能化船舶能效監控工具。
據三星重工消息,該套系統至少可以節省約15%的能源消耗,整套系統投入費用平均3.8年內可以收回。此外,三星重工還與韓進海運合作,在2013年5月至今年年底的時間內,對韓進海運4600TEU型船進行數據收集和分析研究。
大宇造船中央研究所與韓國SK通信社聯合開發基于LTE網絡的陸海兩用智能通信系統——海上最大通訊距離為100千米的語音通話系統。該系統現階段主要應用于新造船舶陸上建造和海試階段,可以實時監控匯總各階段的數據,并處理和分析。基于LTE網絡的陸海兩用智能通信系統可省卻使用衛星通信的昂貴費用,還可提高網絡接入速度,減少原本在海試階段投入的大量人力和物力,大大提高了企業自身競爭力。
日本:基于制造的船舶智能化
日本國土交通部將今年定為“生產性革命”元年,在智能造船領域,日本政府推出“i-Shipping”計劃,從提升產品和服務能力、開拓商業領域、提升船舶制造能力和加強人力資源儲備四個方面助推日本造船業進一步創新做強,擴大產品出口量,提升產業價值。“i-Shipping”計劃,即將物聯網、大數據技術運用到船舶運營和維修中,通過及時反饋信息達到設計、建造、運營和維護“一體化”的效果,全面提升產品競爭力。
與歐盟智能造船發展類似,日本政府計劃通過改革生產現場,即在生產制造領域建設穩定高效的生產體系,以進一步提高效率。
具體來看,“i-Shipping”計劃從五個方面推進船舶“智造”。第一,利用數字化技術加強現場工人生產管理。通過傳感設施將個人動作和作業數據化,實現作業實時監控與管理;優化基礎設施,運用互聯網及大數據等技術打造可視化船廠。通過革新相關軟件及技術,將工人的工作內容可視化、數據化。
第二,減少生產過程中零部件及材料在訂貨、制造、交貨等環節中的浪費。推動地區配套供應商之間的訂貨、制造、采購實現網絡化、“一站式”管理;推進“智能造船集群”建設,并將零部件及材料的設計、訂貨、制造、采購等環節納入其中。
第三,升級現有設備,進一步優化建造流程,提升模塊精度、舾裝效率,包括引進激光電弧焊接技術、船體分段3D激光掃描,引入適合造船工作的可穿戴式機器人技術,提高舾裝等復雜環節的工作效率。
第四,加強產研結合,提高先進生產設備應用率。鼓勵企業與研究機構合作開發、引進自動化程度高的設備,如焊接機器人等,稅收上支持造船業設備更新。
第五,加強技能工人培訓,進一步擴大技能培訓的范圍及建設技能評價系統;通過采取合適的監管措施,增加外國人就業率。
在智能船舶領域,則由日本船級社和日本船舶配套協會等單位聯合組織展開。2012年年底,日本“智能船舶應用平臺”項目研究啟動,該項目旨在開發船舶智能信息與控制系統,結合常見的船載監控系統,利用遠程數據傳輸技術,研制出可以存儲船舶監控系統運行數據,并向智能船舶各種應用系統提供接口的統一數據交互平臺,實現氣象導航、縱傾優化、主機監測、狀態監測、能效管理、遠程維護等功能。據悉,該平臺已經在日本的一艘渡輪和一艘原油油輪上實現安裝應用。
同時,項目團隊也在推動智能船舶應用平臺成為IMO“E-航海”戰略的一個測試版,標準化推進系統模型、系統安全、數據結構等內容。
目前,日本船級社已將研發智能船舶作為未來5年的重點工作,成立海事業大數據中心,與IBM開發相關軟件,旨在通過收集機艙發動機、泵及溫度傳感器的實時數據,然后進行分析,從而總結出設備優化和維修等方面的建議;與NAPA合作研發航線優化支持系統,幫助船舶運營商優化航線及航行計劃,該系統已在實體船舶上得到應用。
中國:基于工業4.0的中國制造2025
在全球船舶訂單量暴跌70%的行業“寒冬”中,受益于政府部門的大力扶持,占據大部分造船資源的中國國有骨干造船企業穩住了訂單量。自2010年起,中國造船完工量、新接訂單量和手持訂單量三大造船指標已連續6年穩居世界前列。
盡管中國造船業已超越日韓成為全球第一,但60%的訂單集中在散貨船等低附加值船型上。與此同時,在生產效率和管理水平方面,中國造船企業造船每修正總噸工時消耗、全員造船效率等效率效益指標與造船強國之間仍有較大差距。
“中國造船效率僅是日韓水平的1/3。10年來,中國骨干造船企業每修正總噸工時平均消耗從44小時降到30小時,個別先進企業達到20小時左右,但與日本的10小時、韓國的15小時相比,差距明顯。”中國船舶先進制造技術專家組組長林忠欽在接受媒體采訪時表示,隨著要素成本上升,中國的優勢正在失去,如果不抓緊時間轉型升級,過去的優勢將徹底喪失。
在此背景下,中國政府制定《中國制造2025》,對于造船業的發展提出了高要求。《中國制造2025》提出,“突破豪華郵輪設計建造技術,全面提升液化天然氣船等高技術船舶國際競爭力,掌握重點配套設備集成化、智能化、模塊化設計制造核心技術。”
據悉, 5月份在“船舶行業推進智能制造現場經驗交流會”上,工信部副部長辛國斌表示,目前工信部已基本完成《中國制造2025》“1+X”規劃體系編制工作,制造業創新中心、智能制造、工業強基、綠色制造及高端裝備等五大工程實施指南已公開發布。海洋工程裝備和高技術船舶是《中國制造2025》明確的十大重點領域之一,也是國家高端裝備制造業的重要組成部分。
無疑,“智能化”是未來十年中國造船業必須面對的問題,但另一個事實則是,對于“智能化”這個技術詞,人們還相對陌生。
相關表述稱,從感覺到記憶再到思維這一過程稱為“智慧”;智慧的結果產生了行為和語言,將行為和語言的表達過程稱為“能力”,兩者合稱為“智能”。“智能化”即由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用。
拋去晦澀的術語解釋,簡單來看,包括船舶制造在內的《中國制造2025》是基于工業4.0的發展。
工業4.0是由德國政府《德國2020高技術戰略》所提出的十大未來項目之一。該項目旨在提升制造業的智能化水平,建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠,在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴,其技術基礎是網絡實體系統及物聯網。
簡單來看,一家工廠存在的目的有兩個——生產和銷售,因此工業企業通常會分為兩個大的部門——生產部門和業務部門。生產部門通過制造執行系統(MES)實施管理,業務部門通過管理信息系統(ERP)實施管理。MES主要負責監控和管理生產這些產品的每一個步驟和工序如何實現;ERP主要反映客戶需要生產多少產品,何時下單,何時要貨。
在中國工廠的很多車間里,各個生產設備之間、生產設備與控制器之間,都已經基本實現了聯通。較為先進的企業,其整家工廠也已經通過MES連通起來,業務部門全部由ERP聯通。但ERP與MES并沒有連接起來,這就是未來中國制造業智能化發展所要解決的問題。
在工業時代,依靠著產業工人的溝通,ERP與MES互通雖然有矛盾,但相對相安無事。然而產能過剩和互聯網發展,傳統工業必須快速、小批量、定制化的生產。
中國造船業面臨的供需矛盾問題,也需要靠提高技術能力和效率,縮短造船周期,提高競爭力水平來實現。因此要完成工業4.0的境界,中國造船業需要在智能生產、智能產品和生產服務化方面逐一通關。
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目前在中國真正從事智能制造的造船企業是中遠川崎;中遠船務也將于2018年建成智能造船示范車間;金海重工亦投資30億元進行智能化改造項目。
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著力打造智能造船“樣板間”
在全球造船市場規模日益萎縮的背景下,中國造船企業低端產能過剩的頑疾爆發,自去年起破產大潮在造船企業中涌起。目前,受全球航運市場低迷影響,中國造船企業交船難、盈利難等問題突出。智能造船是中國造船業化解結構性產能過剩矛盾的主要出路。
按照業內評估,造船業國際先進水平正在從工業3.0向4.0過渡,而在中國,大部分造船企業處于工業2.0階段。相對于汽車行業,造船業的自動化水平大為落后。上半年,《中國造船業推進智能制造的指導意見》出臺,目標是在5年內接近日韓水平,10年內趕超造船先進國家。
對此,工信部副部長辛國斌指出,將在造船業選取1~2家造船企業樹為標桿,著力打造智能造船“樣板間”,引領、帶動國內其他造船企業的發展。在中國智能造船領域,目前僅南通中遠川崎船舶工程有限公司(中遠川崎)在智能造船領域有所實踐。與此同時,中遠船務工程集團有限公司(中遠船務)和浙江最大民營造船企業金海重工股份有限公司(金海重工)正準備涉足。
中遠川崎率先實踐
中國造船企業智能造船尚處于起步階段,目前真正開展智能造船的造船企業是中遠川崎,這家企業從3年前開始嘗試向智能化轉型。去年,在工信部所評出的首批46家智能制造示范試點企業中,中遠川崎是唯一的造船企業。
根據報道,在中遠川崎的智能車間,以前的切割、焊接、涂裝都是人工作業,現在則實現了自動化與智能化,現場僅有幾個做輔助工作的工人。在焊接環節,先行小組機器人生產線2014年投產,用七軸的機器人替代傳統的人工電焊,不僅作業效果提高約40%,而且工人的勞動強度大大降低。據統計,中遠川崎大部分車間已實現自動化操作,鋼板反復利用率超過95%,自動化生產線讓相應工序的生產效率提高約七成。
中遠川崎是由中國遠洋運輸(集團)總公司(中遠集團)與日本川崎重工株式會社合資興建的大型現代化船舶建造企業。伴隨著原中遠和中海集團整合,其修造船業務也將啟動內部整合。
中遠船務布局規劃
《航運交易公報》記者通過采訪中遠船務,深入了解中國智能造船的這個“樣板間”規劃。中遠船務為中遠集團下屬企業,以大型船舶和海洋工程修理、改裝及建造為主業,集修造船配套為一體,在連云港、南通、大連、舟山、廣州、上海等地均擁有造船基地。
據悉,為深入貫徹落實以智能制造為核心的《中國制造2025》國家戰略,培育在船舶及海工領域新的競爭優勢,著眼企業長遠發展,有效實施新一輪產業轉型升級,中遠船務制訂《中遠船務關于推進智能制造的指導意見》(《指導意見》)。
《指導意見》提出,到2018年完成建立智能制造示范車間,在海洋工程裝備和高新技術方面,選擇啟東中遠海工和舟山中遠船務作為試點企業,完成廠區網絡化鋪設,初步建成數字化網絡化設計、生產、物資信息管理體系,形成1~2個全自動化和局部數字化、智能化的示范生產線、生產車間;到2020年智能制造試點企業要完成3~4個全自動化和局部數字化、智能化的示范生產線、生產車間,實現設計與生產終端對接,其他企業參照完成1~2個智能生產車間建立;到2025年實現對生產設計、總裝建造、設備供應鏈、技術服務等產業集成協同管理,全面建成數字化、網絡化、智能化、綠色化和服務化的制造體系,初步建成智能造船企業。
中遠船務的智能化改造升級,主要體現在智能設計和智能生產方面。根據規劃,中遠船務通過推進智能制造,到2020年,其試點企業造船效率將達到15工時/修正總噸,分段無余量制造率90%,搭載前預舾裝率85%,自動化率達40%以上;至2025年,造船效率將達到10工時/修正總噸,分段無余量制造率95%,搭載前預舾裝率90%,自動化率60%以上。
此外,中遠船務相關人士向《航運交易公報》記者表示,除提高造船效率外,中遠船務智能化升級,還將在技術上實現實質性的突破:到2020年,試點企業全面建立精益制造體系,完成車間網絡建設,進行產品數字化三維設計與工藝仿真,形成車間加工生產互聯互通網絡構架與信息模型應用,應用CPS信息化綜合管理系統、PLM產品生命周期管理系統及RFID硬件終端等;到2025年,全面完成企業有線和無線網絡搭建,全面應用信息感知網、物聯網和移動應用終端,實現制造過程現場數據采集與可視化,數據與管理全信息化集成管理,實現大數據與智能化技術深化應用。
金海重工未雨綢繆
除中遠船務外,浙江最大的造船企業金海重工也籌謀進行智能化改造。7月份,金海重工宣布投資30億元進行智能化改造項目,爭取在5~10年內成為全球領先的智能化造船企業,追趕日韓水平。據悉,金海重工智能化升級改造項目將大量引入機器人、數控或自動化設備,應用物聯網、模擬仿真等前沿科技,對現有生產廠區車間進行全方位改造。
負責金海重工智能化改造項目的是中船九院。據中船九院項目主任孫路介紹,金海重工智能升級改造項目將以金海重工現有的長涂基地為依托,以50萬噸級船塢為核心,以加工、制造、涂裝等重點車間為主線,對硬件設施設備系統軟件和物流系統進行全面改造。
按照計劃,金海重工將完成對信息化系統、車間和船塢、物流系統三大方面的智能化改造。通過改造,金海重工希望到2020年造船效率達到15工時/修正總噸;到2025年,造船效率進一步提高到10工時/修正總噸。智能化改造最終完成后,金海重工的用工數量有望下降60%。
在造船企業破產潮之下,造船業紛紛謀劃推動智能制造,但造船企業如何才能搭上“智造”順風車呢?業內專家建議,可采取“總體布局、分步實施、重點突破”的策略,即全面布局,加強頂層設計,從根本上改變現有的生產組織方式,全面建立現代化造船模式,積極推進數字化造船,實現智能設計、智能產品、智能經營、智能制造、智能服務等全面上水平、上臺階。
但上述中遠船務人士進一步指出,智能化制造對中國造船業具有戰略意義,造船業要加強對智能制造技術的研究,加快推進船舶建造智能化進程。中國造船業現在最需要的是從工業2.0向工業3.0轉變,最大的難點是許多造船企業沒有自己的設計能力。
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機器代替某些人工崗位,就業或將受到威脅。有研究表明,未來十年法國逾四成的職位或將消失。
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智能化來襲:人力何去何從
中國提出《中國制造2025》藍圖,智能化成為未來制造業發展的主攻方向,中國造船業最近也出臺推進智能制造的指導意見。
但是隨著智能造船發展、效率提升,機器人代替某些人工崗位,就業或將受到威脅。那么,問題來了,企業和機器都智能化后,人力將何去何從呢?
人力成本壓力
人工成本上升、專業工比例下降是造船企業選擇智能化改造的重要原因。據金海重工智能化改造方案,到2020年,生產物量不變的情況下,其希望工人數量較目前下降40%以上;到2025年,相同的物量工人數約為2015年的40%。
中遠船務相關人士向《航運交易公報》記者表示,中國勞動用工成本剛性上升,與日韓相比,優勢逐漸消失,倒逼中國造船企業轉型升級,大力發展智能制造。
造船效率和自動化程度低,是中國造船企業人力成本高企的主要原因。與此同時,由于自動化程度低,生產質量相應地也受到影響,中國造船企業設計差錯率是日韓同行的10倍左右。
此外,中國造船企業對中間產品的管控能力相對落后。即使是先進造船企業,分段移動次數也幾乎超出日韓同行水平1倍,這也拖累了企業的經營效率。
數字技術賦能
數字化并不意味著去人工化,雖然簡單的工作正在實現自動化,但“人”依舊有其附加值所在。有關報道稱,西門子的安貝格工廠里近75%的生產作業已經實現自動化,但是工廠仍然保持員工人數不變,人提出改進意見對企業年生產力增長的貢獻率達40%。
對此,埃森哲中國指出,完全用自動化方案替代人工服務,并非解決問題之道,而且還缺乏戰略遠見。相反,要想讓數字化帶來比自動化更高的價值,就必須使服務重新回歸人性化。從戰略角度考量,企業需要明確哪些服務適合交給機器管理,哪些服務依然離不開人機互動。
對于中國造船企業而言,應該讓數字技術賦能于“人”。借助數字技術,實現人力與機器的靈活便捷、互補協作,從而創造更大價值。
政府培訓疏導
當然,數字技術賦能于“人”是從智能化理想化的發展而言,使具有“附加值的人”更好發揮主觀能動性。實際上智能造船勢必將替換掉一大批從事基礎性工作的產業工人,將引發一系列社會問題。中國發展智能造船,解決該部分人力的“后路”問題,也是重中之重,中國制造業可持續性發展需要這樣的人文關懷。
德國咨詢機構羅蘭貝格認為,中國造船業智能化升級,造船企業的業務需要在生產制造環節之外,向價值鏈的兩端發展。評論人士認為,延伸到人力領域,中國需要打通整個航運產業鏈,打破多重壟斷。當前在船舶制造行業,有大量過剩的勞動力,然而在航運服務領域,比如船員市場,則出現緊缺現象。在歐美航運服務業發達的國家,船員市場是市場化的,產業工人可依靠政府的技能培訓在航運相關市場自由流動。政府對社會就業的責任當仁不讓,也理應為智能化發展造成的人力流動買單,中國船舶“智造”要備“后患”。