論“工業(yè)4.0”對中國船舶業(yè)的影響

中遠(yuǎn)船務(wù)集團技術(shù)中心　齊東周

論“工業(yè)4.0”對中國船舶業(yè)的影響

中遠(yuǎn)船務(wù)集團技術(shù)中心齊東周

“工業(yè)4.0”（Industry4.0）是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，中德兩國簽訂《中德合作行動綱要》明確指出兩國要在“工業(yè)4.0”方面加強合作，這為中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級帶來了前所未有的機遇，更為掙扎在精益管理、高端技術(shù)、3D打印、自動化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的中國船舶業(yè)突破當(dāng)前瓶頸指明了發(fā)展方向，是趕上世界先進水平、打造智能船舶的千載難逢的機會。

“工業(yè)4.0”；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；智能船舶

一、工業(yè)4.0介紹

“工業(yè)4.0”是繼蒸汽機應(yīng)用（機械時代）、電子信息技術(shù)（電氣時代）和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（信息時代）之后的第四次工業(yè)革命，最早在2013年4月的德國漢諾威工業(yè)博覽會上正式提出，與美國通過程序提升“先進制造業(yè)”、推進“柔性制造系統(tǒng)”有異曲同工之妙。2014年10月中德簽署的《中德合作行動綱要》中明確指出，雙方將在“工業(yè)4.0”方面加強合作，“工業(yè)4.0”這個詞在中國一夜間就傳遍大江南北，成為政府、學(xué)界、業(yè)界以及媒體熱議的話題。WIND資訊數(shù)據(jù)顯示，“工業(yè)4.0”指數(shù)已從2014年年初的914.93點上漲至2014年12月2日收盤時的1575.03點，漲幅高達72%，［1］尤其在當(dāng)今后國際金融危機時代和行業(yè)持續(xù)低迷情況下，“工業(yè)4.0”為中國經(jīng)濟特別是制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、結(jié)構(gòu)調(diào)整指明了發(fā)展方向。

“工業(yè)4.0”其特征是基于信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務(wù)，通過大數(shù)據(jù)分析和云計算，以預(yù)測技術(shù)為核心來指導(dǎo)高效高品質(zhì)生產(chǎn)的智能制造和應(yīng)用，目的是大幅度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)、運行的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)和流通消費相融合的革命性方法，將徹底推動傳統(tǒng)制造工業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型升級。它通過“嵌入技術(shù)”把計算和通信深深嵌入產(chǎn)品實體，使信息與實物密切互動，建立包含設(shè)備、供應(yīng)鏈、物流與倉儲系統(tǒng)和工業(yè)產(chǎn)品的全球信息網(wǎng)絡(luò)，以產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)量為基礎(chǔ)，讓人工智能服務(wù)于現(xiàn)實技術(shù)，與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能（云計算）結(jié)合得更加緊密，形成類似如圖1［2］人體大腦產(chǎn)生的視覺、聽覺、嗅覺、運動等全新的、系統(tǒng)化的互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)智慧工程，解決當(dāng)今世界遭遇的諸如生產(chǎn)能力和組織方式、資源利用與效率方面的一些難題和挑戰(zhàn)，開發(fā)出全新的商業(yè)模式，給人們的生活帶來巨大的變化。

二、當(dāng)前船舶業(yè)困境

船舶業(yè)是國際化最充分的行業(yè)，中國作為航運大國和第一造船大國（2010年，中國大陸22個港口進入億噸大港行列，世界排位前20位的億噸大港和集裝箱大港，中國大陸分別占12個和9個；造船完工6560萬載重噸，新接訂單7523萬載重噸，手持訂單19590萬載重噸，分別占世界市場的43%、54%、41%，均居世界第一），［3，4］卻面臨井噴式增長后的發(fā)展瓶頸。

受國際金融危機和油價持續(xù)走低（截至2015年1 月12日，倫敦布倫特原油期貨價格為每桶47.43美元）的影響，世界經(jīng)濟增長乏力，全球航運市場持續(xù)低迷，已對全球尤其是對中國海上船舶行業(yè)產(chǎn)生不利影響，使船舶產(chǎn)能及運力嚴(yán)重過剩，大量船舶及海工裝備產(chǎn)品退訂單不斷出現(xiàn)，缺少現(xiàn)金流的航運企業(yè)和油氣公司開始降低造船預(yù)付的比例，造成造船企業(yè)融資成本增加，影響交船進度，交付延期，盈利困難，造船企業(yè)虧損嚴(yán)重，中小企業(yè)倒閉潮不斷涌現(xiàn)。

面對勞動力成本的逐年上升和發(fā)達國家再工業(yè)化進程的加快逼迫，我國制造業(yè)總體發(fā)展戰(zhàn)略必須從基于要素的低成本戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向基于創(chuàng)新的技術(shù)差異化戰(zhàn)略邁進，從而推動中國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級。中國船舶業(yè)抓住上一輪歐美和日韓新的制造業(yè)轉(zhuǎn)移機遇，除相關(guān)高端設(shè)備、材料和標(biāo)準(zhǔn)外，已基本完全占領(lǐng)總裝等中低端市場領(lǐng)域，但技術(shù)含量和附加值低，船廠相互間差異小，同質(zhì)化、惡意競爭嚴(yán)重，產(chǎn)品國際化競爭力較弱，以價格換數(shù)量；海工產(chǎn)品訂單類型繁多，基本是針對某個海域的定制產(chǎn)品，難以進行大規(guī)模生產(chǎn)，設(shè)備和前端技術(shù)基本由國外設(shè)備商和設(shè)計公司提供，相關(guān)技術(shù)近乎壟斷，致使國內(nèi)造船業(yè)高端產(chǎn)品技術(shù)革新困難重重，成本和質(zhì)量管控困難。

圖1　互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦

同樣是重資產(chǎn)型的航運企業(yè)，也面臨運營成本難以控制、受市場波動影響較大、人員和設(shè)備來源繁雜、管理成本高、安全和經(jīng)濟性難以保障等問題，深陷虧損泥潭。雖短期內(nèi)航運企業(yè)由于油價下跌盈利能力有所回升，但技術(shù)和管理能力基本面還處于相對低的層次，航運企業(yè)整體競爭力不強。而“工業(yè)4.0”的出現(xiàn)將為船舶業(yè)特別是為中國轉(zhuǎn)型期的船舶制造和航運領(lǐng)域的發(fā)展帶來真正的重大契機。

三、“工業(yè)4.0”影響及船舶業(yè)的應(yīng)對

“工業(yè)4.0”一經(jīng)提出就擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑸榻鉀Q當(dāng)今世界遇到的一些挑戰(zhàn)如資源效率平衡、工業(yè)實體與信息融合等提供了方向。“工業(yè)4.0”為轉(zhuǎn)型期的中國制造業(yè)帶來了重大發(fā)展機遇的同時，也帶來了重大挑戰(zhàn)。發(fā)達國家是先工業(yè)化后信息化，而我國則是工業(yè)化與信息化同步發(fā)展，新型工業(yè)化的發(fā)展道路使智能化設(shè)備機器代替人工操作的機器，通過物聯(lián)網(wǎng)把所有資源都連接起來，生成大數(shù)據(jù)，在人與物之間形成互動，自動修正生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。“工業(yè)4.0”化的工廠將讓用戶的個性化定制需求得到極大的滿足，實現(xiàn)真正的智能化生產(chǎn)，生產(chǎn)線上的加工件、硬件設(shè)備和人之間能夠互相感知和交流，是一條“會說話”“能思考”的生產(chǎn)線。智能生產(chǎn)線不僅極大地提高了生產(chǎn)效率，還將建立起高度靈活、快速反應(yīng)的個性化生產(chǎn)模式。

2014年10月，首屆以大數(shù)據(jù)和智能船舶發(fā)展為主題的“大數(shù)據(jù)與智能船舶發(fā)展高峰論壇”在京舉行，論壇提出了船舶與航運行業(yè)在“工業(yè)4.0”時代下的發(fā)展和挑戰(zhàn)，船舶與航運行業(yè)裝備與運營智能化創(chuàng)新與發(fā)展、轉(zhuǎn)型與升級，初步建立了我國船舶與海洋裝備領(lǐng)域甚至智能技術(shù)裝備發(fā)展的智慧源泉、交流窗口和合作平臺，為我國在大數(shù)據(jù)時代的工業(yè)智能化發(fā)展變革作出了積極的貢獻。

“變革呼喚創(chuàng)新，創(chuàng)新需要合作”，中船集團與美國國家科學(xué)基金會智能維護系統(tǒng)IMS中心開展全面合作，成立中船集團海洋裝備智能信息管理與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心，并與英國勞氏船級社（LR）建立深度合作關(guān)系。這些顯示出國內(nèi)船舶業(yè)希望通過與國際先進機構(gòu)合作，形成以裝備管理技術(shù)為核心的信息智能管理與應(yīng)用“產(chǎn)、學(xué)、研”一體化的能力，構(gòu)建海洋裝備智能管理與應(yīng)用體系，以更好地把握大數(shù)據(jù)時代船舶與海洋工程裝備的發(fā)展脈絡(luò)，探索適應(yīng)我國船舶工業(yè)發(fā)展的新技術(shù)和新途徑，走出一條中國特色的“船舶工業(yè)4.0”發(fā)展之路，真正實現(xiàn)中國造船業(yè)的跨越式發(fā)展。

四、船舶業(yè)發(fā)展趨勢探討

“船舶工業(yè)4.0”，需要在現(xiàn)有信息化、自動化條件下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)——實體融合架構(gòu)，通過適應(yīng)于各類用戶需求的評估、分析、預(yù)測和優(yōu)化體系，以“多源數(shù)據(jù)條件下的多維評估與預(yù)測、實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化”為核心，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國船舶工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，從而使得中國船舶工業(yè)未來能夠更好地以市場為導(dǎo)向，以智能船舶為紐帶，走向定制規(guī)模化、管理精細(xì)化、服務(wù)高效化，以更好地創(chuàng)造和實現(xiàn)新價值。“船舶工業(yè)4.0”將促使造船廠借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能取代封閉性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，成為未來船舶工業(yè)的根基，徹底使我國由造船大國向造船強國轉(zhuǎn)變。雖然“船舶工業(yè)4.0”還在探索，但新的變革浪潮必然會席卷而來，企業(yè)只有占得先機才能成為行業(yè)的引領(lǐng)者。基于“工業(yè)4.0”在船舶業(yè)的未來應(yīng)用方向，進行以下思考：

1.生產(chǎn)智能化

目前國內(nèi)船舶業(yè)尤其是海工裝備產(chǎn)品以型多量少、船東個性化要求高、船型復(fù)雜技術(shù)含量高著稱，但市場的低迷、傳統(tǒng)生產(chǎn)的瓶頸、高端技術(shù)的缺乏等越來越影響到船舶業(yè)的發(fā)展，以智能化為核心的裝備制造業(yè)變革正牽引著傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展革命性的演變，為船舶業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的智能化指明了方向：建立智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)和車間，使智能化設(shè)備機器代替人工操作的機器，搭建設(shè)計、生產(chǎn)、采購一體化智能生產(chǎn)流程設(shè)施，通過云技術(shù)把所有生產(chǎn)資源都連接起來，使目前的半自動化生產(chǎn)向智能化生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，促使船舶及海工產(chǎn)品向定制化、規(guī)模化、管理精細(xì)化、以最小代價獲取最大利益的方向發(fā)展，實現(xiàn)定制化與規(guī)模化、個性化與普適化、虛擬與實體、微觀與宏觀、當(dāng)前與未來的結(jié)合。

2.船舶智能化

過去的船舶制造，更多地側(cè)重于船舶基本功能的實現(xiàn)，未來的船舶將在“工業(yè)4.0”的指導(dǎo)下，對船舶（含海工平臺）本身將會更加關(guān)注設(shè)備的智能化、系統(tǒng)的智能化甚至整體船舶運營的智能化，充分利用現(xiàn)有條件，從環(huán)境、能源、材料、空間、電子、機械、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等多個基礎(chǔ)行業(yè)領(lǐng)域，增加相應(yīng)實體和虛擬設(shè)施，實現(xiàn)最佳操縱系統(tǒng)、自動航行系統(tǒng)、新型生活保障和救生系統(tǒng)、高可靠設(shè)備技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、自動勘探開發(fā)油氣生產(chǎn)系統(tǒng)等系統(tǒng)智能化，分階段地建造出具備感知、分析、評估、預(yù)測、決策、控制、管理、遠(yuǎn)程支持等能力的船舶人工智能體系（見圖2［5］），逐步形成能夠自感知、自評估、自預(yù)測、自組織、自重構(gòu)于一體的智能船舶，實現(xiàn)無人操縱、自我作業(yè)的船舶與海洋工程裝備的信息與實體的智能耦合全過程。

圖2　智能船舶“路線圖”

3.岸海智能化

對后期船舶航運公司（含海工平臺油氣公司）營運，將逐步以智能服務(wù)中心建設(shè)帶動全產(chǎn)業(yè)鏈智能體系，整合船舶的設(shè)計、生產(chǎn)、制造、使用、維護、售后、物流各個環(huán)節(jié)，通過網(wǎng)絡(luò)和實體的融合，使船舶真正變成“會思考”的智能船舶，從而在運營公司、設(shè)計建造商及設(shè)備商等之間建立起更全面的生產(chǎn)關(guān)系，使設(shè)計到最后的服務(wù)融合成一個產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，形成一個更加全面的生產(chǎn)關(guān)系，真正實現(xiàn)海洋裝備信息智能管理與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心提出的“海洋、船舶、系統(tǒng)、智能、服務(wù)”的5S船舶運營智能服務(wù)體系。

五、結(jié)語

總之，“船舶工業(yè)4.0”不是簡單的數(shù)據(jù)堆積和處理，而是一段革命性的工業(yè)巨變，更是一場新的工業(yè)革命。現(xiàn)有的工業(yè)基礎(chǔ)、科學(xué)技術(shù)和船舶經(jīng)驗都要進行改變和革新，是新觀念、新模式、新價值的創(chuàng)造。船舶智能化發(fā)展大方向是明確的，已成為當(dāng)今船舶制造和航運領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，要求造船業(yè)和航運業(yè)在保持企業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)上，用更大的勇氣、更廣闊的視角，在新領(lǐng)域和新市場重新探索創(chuàng)新解決方案，在保持行業(yè)優(yōu)勢的前提下提升企業(yè)的全球競爭力，真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和實體融合、岸海一體的智能信息服務(wù)體系。

［1］上市公司紛紛試水“工業(yè)4.0”［EB/OL］.（2014-04-12）［2015-01-12］.http://jizhiyun.com/archives/239749.html.

［2］劉鋒.互聯(lián)網(wǎng)進化論［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2012.

［3］王煒.船舶業(yè):由大到強怎么走［N］.人民日報，2011-05-23（05）.

［4］嚴(yán)冰，劉哲.展現(xiàn)中國航運港口大國形象［N］.人民日報:海外版，2011-05-09（04）.

［5］李予陽.大數(shù)據(jù):開啟智能船舶時代［N］.經(jīng)濟日報，2014-10-20 （14）.