我国船舶制造智能化转型战略与战术

吴立新，朱久恩

（中国远洋海运集团有限公司，上海 200127）

0 引 言

当前我国船舶企业（以下简称“船企”）的智能化转型主要面临理念碎片、规划滞后、数字设计未整合、信息系统不完备、智能装备不贯通和船品服务无平台等6个突出问题。为有效实现船企智能化转型，应围绕这些问题，着力做好以下2点：

1) 理顺观念和思路，由行业牵头，形成船企智能化发展顶层设计指导意见和智能化技术、工艺、工装和模式标准，制订行业、企业联动的智能化发展规划；

2) 开展设计、信息、装备、管理和产品服务等5个方面的智能化平台系统建设，形成完整的智能化发展软硬件架构。

1 推动船企智能化转型的必要性和可行性

船企智能化是造船行业高质量发展的基本方向，随着我国装备制造业快速高端化发展，船企智能化转型完全具备实施和实现的条件。

1.1 船企智能化转型的必要性

1) 船企智能化转型是世界造船业现代化发展的基本方向。传统造船业属于资本和劳动力密集型装备制造业，无论是为了降低成本，还是为了提高技术工艺管理水平，智能化转型都是必要的发展方向。世界先进的造船企业已着手研究推动智能化转型，我国骨干船企要实现更好的发展，也需实施智能化转型。

2) 船企智能化转型是我国装备制造业现代化发展确定的基本目标。“中国制造2025”规划是我国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领，其核心就是智能化转型，船舶建造智能化应以此为目标，实现转型发展。

3) 船企智能化转型是我国船企实现高质量发展的基本选择。当前，造船行业存在中低端产能严重过剩，价格竞争白热化，高端产能明显不足，设计、制造和配套水平跟不上等问题，实施智能化转型，既能提高生产效率，增强价格竞争能力，实现批量造船，又能提高设计研发能力和产品质量控制水平。加快发展中高端船型是解决当前劳动力和采购成本居高不下，高科技和高附加值船舶建造能力不强等问题，实现建造优势从劳动力和采购成本向建造能力和质量提升转变，打造新的可持续造船核心竞争力的根本要求。

1.2 船企智能化转型的可行性

1) 智能制造技术的深入研究和快速发展使得智能化转型在船企中实现成为了可能。智能制造在德国兴起，在发达国家得到广泛应用，我国的工业制造智能化作为国家战略，得到了全面而深入的研究推广[1]。随着智能制造战略的推进，2019年我国上海、深圳、苏州、天津、北京和重庆等6座城市进入了世界智能制造中心城市潜力榜前20名，数字化和信息化作为我国智能化转型的基础，在我国中东部的发展水平已接近（甚至某些方面领先）世界先进水平，船企作为现代制造业的重要组成部分，具有较好的智能科技转型基础。

2) 船舶行业已在智能制造转型发展方面进行诸多探索，骨干船企智能化转型已取得初步成果。我国造船业在20世纪70年代起就逐步走上了国际化发展道路，在20世纪90年代开始了造船现代化转模工作，经过多年的发展，目前造船智能化转型的数字化和信息化发展两大基础工作已取得很多积极成果。特别是2016年以来，国内骨干船企纷纷加大了智能制造科研立项，数家大型骨干船企成立了数字造船研究中心，推动智能造船的发展，试制成功了世界首艘入籍智能船，部分骨干船企研究制定了《智能制造顶层设计及行动计划》，形成了《船舶智能制造发展纲要》，以“智能+”为抓手，瞄准智能船厂，建设 5个平台，建成国内智能造船框架。

2 船企智能化转型面临的主要问题

智能造船主要是实现造船理念、模式、技术、装备和管理的深刻转变，目前的现代化造船转模还是基于内部的信息集中管理开展的，在理念、模式、技术、装备和管理的智能集成方面还存在5个明显的瓶颈。

1) 智能化转型理念碎片化，整体规划滞后。智能造船是以信息集成为基础，集智能设计、智能生产和智慧管理于一体的先进造船模式，其基础包括信息化的贯穿集成和形成智能造船的整体规划设计，瓶颈是制造技术和制造装备的智能化。目前我国的先进船企基本上只做到设计信息化和生产管理信息化，信息化集成尚未打通，智能装备尚未集成贯穿，智能造船整体规划不完备，缺乏完善的顶层设计，工作处于局部研究和推动阶段。

2) 设计平台的数字化研究发展尚未实现整体突破。智能设计的核心体现在2个方面：

(1) 设计平台数字化构架和精益化匹配。数字化构架的重点是形成智能制造的设计覆盖和导向，精益化匹配则要求整个设计过程能形成一个开放式结构，使得与客户的沟通更流畅，并能及时响应，调配船厂资源能力以实现客户需求的精准匹配。

(2) 建设完整覆盖生产全周期的导引拉动式数据链，全面指导协调各项生产，实现数字化生产管理链条。

目前国内绝大部分船企都未设计实现数字化系统，数字化生产全周期导向和牵引功能尚处于理论研究和碎片探索阶段。

3) 互联互通全覆盖的通信网络硬件设施和生产过程数据采集与分析软件系统建设尚未整体推进。全覆盖的网络硬件和精细有效的过程管控软件系统是智能化从设计阶段延伸到生产阶段（乃至后续服务阶段）的基础，目前国内船企的内部网络尚未形成全覆盖、全渗透的软硬件系统，基于智能化、开放式的整体规划建设尚未建成。

4) 智能化生产装备建设整体推动力度不大。智能化生产装备以智能车间和智能生产线为典型代表，是实现智能造船的关键。目前我国的船企已初步实现装备数控化，但因未实现数控设备整体化、标准化和数字化链接，相互间未形成完整的流水线智能作业，数控设备不完备，制造执行管控系统未贯通统一，关键数控设备只实现局部生产环节智能化。

5) 产品服务平台建设尚未提上日程。智能制造的最终目的是打造船品服务智能平台，将产品生产周期管理延伸到产品生命周期管理，实现制造+服务转型，体现以服务客户和满足客户需求为核心的服务理念，补足造船产业链中的服务短板。

3 构建“2+5”体系，全面推动船企智能化转型

船企智能化转型是再造式系统化改造，涉及思想观念和规划标准，以及设计、共享、生产、控制和服务等5个平台的建设，形成“2（规划、理念）+5（平台）”体系。

3.1 强化顶层设计，从行业全局着眼智能化转型

智能制造须高起点研究、整体性部署：

1) 行业牵头，企业参与，组建专家队伍，共研船企智能化发展顶层设计指导意见。企业研究自身顶层设计规划和行动计划。

2) 行业牵头，研究技术、工艺、工装和模式，形成行业标准和指导意见。企业实施制造层面的规划设计，解决思想认识不统一和规划碎片化的问题。

规划要突出“四大目标”，优化资源要素：

1) 通过智能化转型不断提高建造质量。将智能化和高品质列为船厂最重要的品牌内涵，增强核心竞争力。

2) 通过智能化制造大幅提升生产效率。应用数字化和网络化技术，致力于推动设计、采购等环节与船舶设计单位、船厂和配套单位协同共享，避免重复投入。通过生产线自动化、智能化的应用和改造，提高生产效率，缩短产品制造周期。

3) 通过智能化数据集成稳定保障企业效益。提升土地、岸线、人员和材料等生产要素的整合能力，减少综合能耗，提高钢材的一次利用率和综合利用率，降低运营成本。

4) 通过智能化设计降低安全作业强度。推进切割、焊接、装焊和管加工智能化，降低劳动强度和减小危险系数，实现设备本质安全。切实形成整体性智能化转型规划，解决覆盖不全和对接不到位的问题。

3.2 倡导“三力建设”理念，推动观念转型

智能化转型虽然会增加企业的当期成本压力，但这是造船企摆脱“红海”市场白热化竞争的惟一途径[2]。船企要强化“自主规划智能化改造路线、自主选择合适的智能化设备、自主实施生产线智能化改造”的“三个自主发展”发展理念，并进一步确立“三力建设”理念：

1) 确立做实智能化转型就是生产力的理念。重点转移到提升生产效率上来，切实培育形成符合供给侧改革方向的内涵式增长方式。

2) 确立未来智能化转型是竞争力的理念。智能化转型将以数据为链条，与智能船舶一起推动行业生产+服务新模式的发展，帮助船东实现预测性维护。

3) 确立智能化转型效果需执行力的理念。强化数据平台建设，发挥数据平台执行载体的作用，人人参与智能化转型。

3.3 建设5个平台，推进基于数据控制的精益管理

按总体规划、分步实施的原则，以两化融合为主线，以生产线自动化和智能化改造为切入点，持续推进基于数据控制的精益管理，打造五大平台，尽快建设智能车间。褚健[3]认为，人工智能（Artificial Intelligence, AI）最能发挥作用的领域可能还是工业制造领域。

1) 建设互联互通平台，夯实智能化转型基础。

(1) 加快建设覆盖全厂的通信网络基础设施。切实利用光纤通信和工业以太网互联网等技术，落实现代通信网络的厂区全覆盖，使主要工位关键设备的数据得到全方位采集传输。打造“互联网+设计”，实现船舶设计单位与船厂、船厂与船厂和船厂与配套单位的异地协同设计，共享设计资源，缩短设计周期。

(2) 构建生产过程数据采集与分析系统。围绕造船全过程，推进生产、安全、质量和效率等各环节数据采集和分析系统的建设，精准分析数据，实现精益化生产管控。真正建成全周期覆盖、全环节渗透的信息分析应用系统。

2) 建设数字化设计平台，提升精益建造能力。

(1) 建立精益设计体系。精益化设计的核心是精准匹配客户的需求和船厂的资源能力。面向船东，定制性能更好、满足船东和规范要求的绿色节能船舶；面向船厂，发挥生产装备的作用，提高生产效率，节约生产资源。核心是强化船型的数字优化和实现生产、设计一体化，解决地域和人员协同设计的问题，整合设计资源。引进先进的设计系统，并对其进行二次开发，将设计数据与生产能力匹配，形成有船厂特色的生产设计体系。对每块钢板、每个零部件都纳入完整、有序的编码体系，将船舶制造过程数字化、符号化，保证生产过程始终可控、在控，能针对出现的问题做出敏捷反应。

(2) 构建基于数据支撑的拉动式生产计划管理。以计划管理为手段，协调局部工作。根据手持订单评估劳动力、场地、设备和资金等资源，结合接单计划、人员招聘计划和设备改造计划等制订年度线表计划，保障均衡生产。将年度线表计划细化为单船综合预定表，按“JIT”的方式组织生产经营管理，倒推制作工序预定。

(3) 以制度体系、作业基准和经验数据为依托，将精益管理体系（Debit Production System, DPS）、质量控制（Quality Control, QC）和全面质量管理（Total Quality Control, TQC）等融入日常生产，实施全员、全组织和全过程的自主管理。有效解决设计平台数字化架构和精益化匹配瓶颈。

3) 改造重点生产车间智能制造平台，实现生产智能控制。

(1) 打通制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）和企业资源管理系统（Enterprise Resource Planning, ERP）。切实将以船体、装焊、外业、涂装、管加工和舾装等主要工序的数字化管控为重点的MES流程中的大预定计划与执行、工艺设计和质量监控等管理基准固化，上承ERP，下接车间底层智能化设备，实现智能化生产线和电装作业管理的数据采集三维可视化，作业现场三维可视化、指导化。

(2) 持续建设智能化生产线。智能化生产线是智能车间建设的基础，起步期要着力在船舶建造的预处理、切割、焊接、装配和舾装等主要工序上建成投产相应的自动化、智能化生产线（例如钢板全面印字生产线、先行小组焊接机器人生产线、管材加工焊接机器人生产线、FCB/RF焊接生产线、型钢自动切割生产线和钢板数控切割生产线等），彻底解决智能化转型设备不完整、不全备和不贯通等问题。

4) 建设信息管控平台，实现造船数字化集成。实现数字化造船，必须建立数字化造船系统，将设计、制造、过程自动化、管理、电子商务和系统集成与优化等技术结合在一起，不仅能实现企业内部的信息集成和功能集成，而且能实现产品设计、制造、管理和营销过程与企业间的集成[4]。数字化造船主要在集成能力建设上实现以下几点：

(1) 加快建立有效整合与深度集成的信息系统。实现计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE）、计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD）、计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning, CAPP）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）与ERP和生产数据管理（Product Data Management, PDM）的有效集成，建立数据管理平台，打通船舶项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、工艺资料和加工流程等数据流。

(2) 深化供应链和智能物流建设。以实现钢材的供应链集成为切入点，将设计数据传输给供应商，实现定尺生产供应。以智能仓库为起点，开展外部供应链集成，实现舾装品入库、管理和自动出库的智能化管理，构建智能化仓储体系，具备完整的数字化生产集成能力。

5) 开发产品服务平台，奠定服务型制造基础。研究建立覆盖设计、生产和质量控制等内容的客户意见处理系统，快速准确地处理船东的意见，提升客户的满意度；推进智能船舶系统的研发和产业化，为船东提供增值服务；打造“互联网+”售后服务平台，利用大数据分析方法优化船舶建造；实现对船舶产品信息的统一管理，建设覆盖船舶研发、设计和制造的全生命周期管理系统，向运营端延伸。

4 结 语

船企智能化转型是一项系统工程，为推动此项转型真正落到实处，应做到：

1) 在战略层面，深化整体规划和顶层设计，解决思想观念错位和顶层设计缺位造成的工作推动不完整、不系统和各自为政、重复建设的问题；

2) 在战术层面，统筹研究和推动设计数字化整体牵引、网络覆盖化整体连通、生产精益化整体管控、设备智能化完整贯通和服务一体化有效对接的智能化运行体系，整体推动船企向智能化转型。