论“工业4.0”对中国船舶业的影响

中远船务集团技术中心　齐东周

论“工业4.0”对中国船舶业的影响

中远船务集团技术中心齐东周

“工业4.0”（Industry4.0）是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，中德两国签订《中德合作行动纲要》明确指出两国要在“工业4.0”方面加强合作，这为中国制造业的转型升级带来了前所未有的机遇，更为挣扎在精益管理、高端技术、3D打印、自动化、物联网、大数据、云计算的中国船舶业突破当前瓶颈指明了发展方向，是赶上世界先进水平、打造智能船舶的千载难逢的机会。

“工业4.0”；物联网；大数据；智能船舶

一、工业4.0介绍

“工业4.0”是继蒸汽机应用（机械时代）、电子信息技术（电气时代）和网络通信技术（信息时代）之后的第四次工业革命，最早在2013年4月的德国汉诺威工业博览会上正式提出，与美国通过程序提升“先进制造业”、推进“柔性制造系统”有异曲同工之妙。2014年10月中德签署的《中德合作行动纲要》中明确指出，双方将在“工业4.0”方面加强合作，“工业4.0”这个词在中国一夜间就传遍大江南北，成为政府、学界、业界以及媒体热议的话题。WIND资讯数据显示，“工业4.0”指数已从2014年年初的914.93点上涨至2014年12月2日收盘时的1575.03点，涨幅高达72%，［1］尤其在当今后国际金融危机时代和行业持续低迷情况下，“工业4.0”为中国经济特别是制造业的转型升级、结构调整指明了发展方向。

“工业4.0”其特征是基于信息物理系统、物联网和互联服务，通过大数据分析和云计算，以预测技术为核心来指导高效高品质生产的智能制造和应用，目的是大幅度地提高产品生产、运行的质量和效率，实现信息技术、物联网、智能生产和流通消费相融合的革命性方法，将彻底推动传统制造工业的服务化转型升级。它通过“嵌入技术”把计算和通信深深嵌入产品实体，使信息与实物密切互动，建立包含设备、供应链、物流与仓储系统和工业产品的全球信息网络，以产生的庞大数据量为基础，让人工智能服务于现实技术，与大数据、物联网、人工智能（云计算）结合得更加紧密，形成类似如图1［2］人体大脑产生的视觉、听觉、嗅觉、运动等全新的、系统化的互联网工业智慧工程，解决当今世界遭遇的诸如生产能力和组织方式、资源利用与效率方面的一些难题和挑战，开发出全新的商业模式，给人们的生活带来巨大的变化。

二、当前船舶业困境

船舶业是国际化最充分的行业，中国作为航运大国和第一造船大国（2010年，中国大陆22个港口进入亿吨大港行列，世界排位前20位的亿吨大港和集装箱大港，中国大陆分别占12个和9个；造船完工6560万载重吨，新接订单7523万载重吨，手持订单19590万载重吨，分别占世界市场的43%、54%、41%，均居世界第一），［3，4］却面临井喷式增长后的发展瓶颈。

受国际金融危机和油价持续走低（截至2015年1 月12日，伦敦布伦特原油期货价格为每桶47.43美元）的影响，世界经济增长乏力，全球航运市场持续低迷，已对全球尤其是对中国海上船舶行业产生不利影响，使船舶产能及运力严重过剩，大量船舶及海工装备产品退订单不断出现，缺少现金流的航运企业和油气公司开始降低造船预付的比例，造成造船企业融资成本增加，影响交船进度，交付延期，盈利困难，造船企业亏损严重，中小企业倒闭潮不断涌现。

面对劳动力成本的逐年上升和发达国家再工业化进程的加快逼迫，我国制造业总体发展战略必须从基于要素的低成本战略转向基于创新的技术差异化战略迈进，从而推动中国经济结构的调整和产业结构的转型升级。中国船舶业抓住上一轮欧美和日韩新的制造业转移机遇，除相关高端设备、材料和标准外，已基本完全占领总装等中低端市场领域，但技术含量和附加值低，船厂相互间差异小，同质化、恶意竞争严重，产品国际化竞争力较弱，以价格换数量；海工产品订单类型繁多，基本是针对某个海域的定制产品，难以进行大规模生产，设备和前端技术基本由国外设备商和设计公司提供，相关技术近乎垄断，致使国内造船业高端产品技术革新困难重重，成本和质量管控困难。

图1　互联网虚拟大脑

同样是重资产型的航运企业，也面临运营成本难以控制、受市场波动影响较大、人员和设备来源繁杂、管理成本高、安全和经济性难以保障等问题，深陷亏损泥潭。虽短期内航运企业由于油价下跌盈利能力有所回升，但技术和管理能力基本面还处于相对低的层次，航运企业整体竞争力不强。而“工业4.0”的出现将为船舶业特别是为中国转型期的船舶制造和航运领域的发展带来真正的重大契机。

三、“工业4.0”影响及船舶业的应对

“工业4.0”一经提出就拥有巨大的发展潜力，为解决当今世界遇到的一些挑战如资源效率平衡、工业实体与信息融合等提供了方向。“工业4.0”为转型期的中国制造业带来了重大发展机遇的同时，也带来了重大挑战。发达国家是先工业化后信息化，而我国则是工业化与信息化同步发展，新型工业化的发展道路使智能化设备机器代替人工操作的机器，通过物联网把所有资源都连接起来，生成大数据，在人与物之间形成互动，自动修正生产中出现的问题。“工业4.0”化的工厂将让用户的个性化定制需求得到极大的满足，实现真正的智能化生产，生产线上的加工件、硬件设备和人之间能够互相感知和交流，是一条“会说话”“能思考”的生产线。智能生产线不仅极大地提高了生产效率，还将建立起高度灵活、快速反应的个性化生产模式。

2014年10月，首届以大数据和智能船舶发展为主题的“大数据与智能船舶发展高峰论坛”在京举行，论坛提出了船舶与航运行业在“工业4.0”时代下的发展和挑战，船舶与航运行业装备与运营智能化创新与发展、转型与升级，初步建立了我国船舶与海洋装备领域甚至智能技术装备发展的智慧源泉、交流窗口和合作平台，为我国在大数据时代的工业智能化发展变革作出了积极的贡献。

“变革呼唤创新，创新需要合作”，中船集团与美国国家科学基金会智能维护系统IMS中心开展全面合作，成立中船集团海洋装备智能信息管理与应用技术创新中心，并与英国劳氏船级社（LR）建立深度合作关系。这些显示出国内船舶业希望通过与国际先进机构合作，形成以装备管理技术为核心的信息智能管理与应用“产、学、研”一体化的能力，构建海洋装备智能管理与应用体系，以更好地把握大数据时代船舶与海洋工程装备的发展脉络，探索适应我国船舶工业发展的新技术和新途径，走出一条中国特色的“船舶工业4.0”发展之路，真正实现中国造船业的跨越式发展。

四、船舶业发展趋势探讨

“船舶工业4.0”，需要在现有信息化、自动化条件下构建网络——实体融合架构，通过适应于各类用户需求的评估、分析、预测和优化体系，以“多源数据条件下的多维评估与预测、实现协同优化”为核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中国船舶工业全产业链，从而使得中国船舶工业未来能够更好地以市场为导向，以智能船舶为纽带，走向定制规模化、管理精细化、服务高效化，以更好地创造和实现新价值。“船舶工业4.0”将促使造船厂借助物联网、大数据、人工智能取代封闭性的生产制造系统，成为未来船舶工业的根基，彻底使我国由造船大国向造船强国转变。虽然“船舶工业4.0”还在探索，但新的变革浪潮必然会席卷而来，企业只有占得先机才能成为行业的引领者。基于“工业4.0”在船舶业的未来应用方向，进行以下思考：

1.生产智能化

目前国内船舶业尤其是海工装备产品以型多量少、船东个性化要求高、船型复杂技术含量高著称，但市场的低迷、传统生产的瓶颈、高端技术的缺乏等越来越影响到船舶业的发展，以智能化为核心的装备制造业变革正牵引着传统工业发展革命性的演变，为船舶业产品生产的智能化指明了方向：建立智能化的生产系统和车间，使智能化设备机器代替人工操作的机器，搭建设计、生产、采购一体化智能生产流程设施，通过云技术把所有生产资源都连接起来，使目前的半自动化生产向智能化生产系统转变，促使船舶及海工产品向定制化、规模化、管理精细化、以最小代价获取最大利益的方向发展，实现定制化与规模化、个性化与普适化、虚拟与实体、微观与宏观、当前与未来的结合。

2.船舶智能化

过去的船舶制造，更多地侧重于船舶基本功能的实现，未来的船舶将在“工业4.0”的指导下，对船舶（含海工平台）本身将会更加关注设备的智能化、系统的智能化甚至整体船舶运营的智能化，充分利用现有条件，从环境、能源、材料、空间、电子、机械、物联网、大数据、云计算等多个基础行业领域，增加相应实体和虚拟设施，实现最佳操纵系统、自动航行系统、新型生活保障和救生系统、高可靠设备技术、节能技术、自动勘探开发油气生产系统等系统智能化，分阶段地建造出具备感知、分析、评估、预测、决策、控制、管理、远程支持等能力的船舶人工智能体系（见图2［5］），逐步形成能够自感知、自评估、自预测、自组织、自重构于一体的智能船舶，实现无人操纵、自我作业的船舶与海洋工程装备的信息与实体的智能耦合全过程。

图2　智能船舶“路线图”

3.岸海智能化

对后期船舶航运公司（含海工平台油气公司）营运，将逐步以智能服务中心建设带动全产业链智能体系，整合船舶的设计、生产、制造、使用、维护、售后、物流各个环节，通过网络和实体的融合，使船舶真正变成“会思考”的智能船舶，从而在运营公司、设计建造商及设备商等之间建立起更全面的生产关系，使设计到最后的服务融合成一个产业联盟，形成一个更加全面的生产关系，真正实现海洋装备信息智能管理与应用技术创新中心提出的“海洋、船舶、系统、智能、服务”的5S船舶运营智能服务体系。

五、结语

总之，“船舶工业4.0”不是简单的数据堆积和处理，而是一段革命性的工业巨变，更是一场新的工业革命。现有的工业基础、科学技术和船舶经验都要进行改变和革新，是新观念、新模式、新价值的创造。船舶智能化发展大方向是明确的，已成为当今船舶制造和航运领域发展的必然趋势，要求造船业和航运业在保持企业健康稳步发展的基础上，用更大的勇气、更广阔的视角，在新领域和新市场重新探索创新解决方案，在保持行业优势的前提下提升企业的全球竞争力，真正实现网络和实体融合、岸海一体的智能信息服务体系。

［1］上市公司纷纷试水“工业4.0”［EB/OL］.（2014-04-12）［2015-01-12］.http://jizhiyun.com/archives/239749.html.

［2］刘锋.互联网进化论［M］.北京:清华大学出版社，2012.

［3］王炜.船舶业:由大到强怎么走［N］.人民日报，2011-05-23（05）.

［4］严冰，刘哲.展现中国航运港口大国形象［N］.人民日报:海外版，2011-05-09（04）.

［5］李予阳.大数据:开启智能船舶时代［N］.经济日报，2014-10-20 （14）.