韩国积极推进智能船厂建设或颠覆造船业

 

  目前,国内部分造船企业认为智能船厂“不切实际”,但从韩国智能船厂的发展情况来看,智能船厂并不是想象中的“无人化智能工厂”,而是将过去无法实现收集的数据通过新一代ICT技术进行收集,当船厂所有人、物、空间的数据均能实时收集,加上大数据、人工智能等技术的加工,无论是设计、生产、管理的模式均可能发生颠覆性的变化。

  当前,韩国在积极推进智能船厂建设,韩国政府提出《K-ICT造船海洋融合计划》,大宇造船海洋提出“Shipyard 4.0”概念、现代重工提出“Smart Factory”概念。本文重点对韩国智能船厂发展近况进行总结分析。
  背景与意义
  随着新一代信息通信技术在制造业领域的普及和应用,工厂车间内越来越多功能强大的智能设备以无线方式实现了与互联网或设备之间的互联,通过物理世界和信息世界以信息物理系统(CPS)的方式相融合。韩国正在推进的ICT融合,是指云计算、大数据、人工智能等新一代信息通信技术与信息化、自动化技术融合,实现人与设备、设备与设备之间的纵向集成,从而把整个工厂内部联结起来。
  不同于一般流水线制造业,造船业完全使用机械代替人工存在很大难度,即便是智能化发展到一定程度,预计有70%的生产过程仍需要人的参与。因此,建设智能船厂,要通过人和物的超连接、超智能化来实现产品和工作方式的革新,提升竞争力并创造收益。同时,劳动力短缺对我国船企发展的影响越来越大,而智能船厂可降低对劳动力的依赖,有效化解制约我国造船企业发展的劳动力问题。
  韩国政府提出《K-ICT造船海洋融合计划》
  为重振造船海洋产业,韩国政府于2016年12月发布《K-ICT造船海洋融合计划》,提出到2023年实现造船海洋ICT融合发展的总体目标,ICT融合相关配套国产化率由20%提升至30%,重点推进“造船海洋ICT融合基础建设”、“智能型船舶、船厂、服务技术开发”、“构建协同合作生态”三大任务。此外,韩国三大船企与其他六家机构共同签署“关于联合开发造船海洋ICT融合技术、建立协同发展生态系统”谅解备忘录。
 
  一是成立造船海洋ICT创意融合中心。在蔚山信息产业振兴院内设立造船海洋ICT创意融合中心,提供技术开发基础设施、企业协作平台和专业人才培养等方面的支持。
  二是构建技术开发基础设施。提供63种软件性能验证装备设备(包括模拟器、实船测试环境等),支撑技术开发。
  三是开展专业人才培养。支援中小企业获取知识产权和产品认证等提升竞争力,培养800名造船海洋ICT融合领域专业人才。
  四是共性技术开发。统一开发造船海洋物联网、大数据平台,验证后推广;统一开发并提供最优的造船海洋ICT融合产品和技术软件开发工具包。
  五是大中小生产型企业应用技术开发。支持24个可提升船厂效率、强化船舶技术竞争力和拓展新服务市场的技术产品开发项目;研发基于船舶全生命周期管理的设计平台、基于ICT的船舶综合控制平台等智能船舶核心技术;综合HSE平台、生产费用优化管理等,提高船厂安全管理和生产效率;研发远程监控管理系统(RMS)、维护维修运营平台,拓展造船海洋服务市场的技术。
  六是构建协同平台。成立“造船海洋ICT融合委员会”,通过委员会推进“政产学研”和“大中小企业”间的政策开发、标准化、技术推广和信息交流等,形成协同发展的生态系统。
  七是提供商业支援。开发新的商业模式(船舶海洋航运管理平台、基于ICT的安全管理平台、船舶远程管理服务等),推进示范工程。通过提供基于云计算的O2O服务平台,通过为非造船ICT企业共享技术和市场信息,降低进入门槛。
  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,目标是实现数据实时精准流通、保证计划执行高度一致,总体建设框架包括数据经营、ICT融合、构建作业分析和构建智能作业人员四大方面。目前,取得的主要进展情况如下:
 
  一是“移动生产业务APP”投入使用。大宇造船海洋将过去PC端的业务向移动端转移,通过“移动生产业务APP”,实现基于二维码的HSE安全管理、材料和图面的追踪、质量检查、涂装/脚手架/叉车等材料装备的使用申请、原材料管理和业绩上报等功能,效率大幅提升。
  二是搭建物联网平台。为了监控船厂设备物件,大宇造船海洋正在搭建物联网平台,主要涉及室内外定位、传感器、数据处理、物联网设备和网络等技术。配合正在开发的Shipyard 4.0关联系统,对来自各设备物件传递的信息进行实时分析处理并可视化,实现对物流和装备的运营及管控。
 
  图1. 大宇造船海洋Shipyard 4.0物联网平台
  三是3D设计生产信息系统向移动端延伸。大宇造船海洋3D设计生产信息系统(DaView)逐步向移动端拓展,通过移动端DaView系统,作业人员可快速简便的实时查询不同阶段设计生产信息。目前,该系统可实现组立/安装单元的设计复审、舾装件安装位置的可视化、生产工艺计划/实际业绩的信息查询等功能。此外,通过扫描条码/二维码可以将3D模型和实际材料进行匹配,保证生产情况快速反馈。
 
  图2. 3D设计生产信息系统“DaView”(PC端和移动端)
  四是助力配套厂商构建智能工厂。2017年5月,大宇造船海洋与舾装生产厂商FHI签署基于物联网的智能工厂构建协议,大宇造船海洋为FHI搭建智能工厂。根据协议,大宇造船海洋将DAView上生成的3D模型和舾装件制造过程中需要的生产信息与FHI实时共享,设计与生产信息也实时传递给FHI的数控机器人装备,实现加工及制造信息流的贯通。大宇造船海洋计划为更多的配套企业构建智能工厂。
  现代重工建设“Smart Factory”
  现代重工的智能船厂建设,除工厂自动化外,在设计方面提出要实现基于3D模型的实时协同作业及生产信息共享,在生产方面提出要实现基于数据的实时监控、风险管理和协同生产,并对人力资源和安全的统一监控管理。近期,现代重工智能船厂建设内容主要包括构建智能工作环境、基于大数据的焊接作业优化、能源管理系统和聘任首席数字官等。
  一是调整组织结构,推进数字化转型。2017年5月,现代重工成立ICT企划部、设立首席数字官(CDO)职务,在造船企业中尚属首次。CDO由韩国智能制造产业协会会长担任。9月,现代重工发布数字化转型战略(Digital Transformation),通过将数字运营技术大幅应用在设计和生产现场,计划到2021年,实现品质和安全数据综合管理、生产效率大幅提升以及推出更多智能型产品的目标。
  二是联手韩国电信,布局窄带物联网。2017年11月,现代重工与韩国电信签署企业专用NB-IoT(窄带物联网)服务合约,计划通过NB-IoT服务实现厂区的移动设备和装备位置追踪、作业人员安全管理和码头船舶移动管理等功能,利用各种传感器数据推进信息服务商业化。
  三是建设储能和能源管理系统,降低能耗。2017年11月,现代重工投资约1.5亿人民币设立储能系统中心(ESS),有效避免用电高峰时电力不足,ESS中心占地1180平方米,储存容量达51.5兆瓦时,是目前世界规模最大的企业ESS。同时,现代重工匹配FEMS(工厂能源管理系统),FEMS是通过ICT来管理分析优化厂区的电力、燃气和压缩气体等能源使用。由此预计每年可节省费用约5880万人民币。
  四是使用VR技术进行安全管控。2017年3月,现代重工将VR技术应用于船厂的安全管控,并在蔚山总部成立船厂安全培训中心,目前已经有超过1万名员工接受VR安全教育。集中控制中心可通过安装于厂区内的250个闭路电视设备实时监控、识别厂区内的安全风险,并利用智能图像分析系统对安全风险进行预判与报警。
  五是成立HILS实验室提升产品系统品质。2017年7月,现代重工成立HILS实验室,可在系统搭载之前在虚拟环境下进行仿真,提前发现系统存在的问题。现代重工HILS实验室目前拥有9套HILS装备,其中,4套用于船舶领域,3套用于预测海工运行性能和控制系统的水下仿真,1套用于主机状态诊断,1套用于航行训练系统。
  有关措施建议
  目前,国内部分造船企业认为智能船厂“不切实际”,但从韩国智能船厂的发展情况来看,智能船厂并不是想象中的“无人化智能工厂”,而是将过去无法实现收集的数据通过新一代ICT技术进行收集,当船厂所有人、物、空间的数据均能实时收集,加上大数据、人工智能等技术的加工,无论是设计、生产、管理的模式均可能发生颠覆性的变化。积极推进智能船厂建设,相关措施建议如下:
  一是加强顶层设计,形成专业团队。智能船厂涉及到信息通信、软件开发、数据处理等技术,与船厂过去的模式也存在较大差异,需要专业人才团队的顶层规划。韩国船企发展智能船厂均是通过新设ICT独立部门或子公司形成专业团队来负责业务流程改造、信息系统维护和数据中心运营等方面的工作。建议国内船企组建相关部门集中力量,统筹推进智能船厂建设。
  二是加大与外部资源的合作力度。经过多年的发展,我国在智能制造、工业互联网等领域已经有较多成熟的解决方案。建议国内船企根据韩国船企发展情况,结合实际情况,促进与装备、自动化、软件、通信、互联网等不同领域专业企业的深入合作,借助外部成熟力量推动多领域融合型技术研发与产业化应用。
  三是抓紧补齐自动化、信息化和网络基础设施短板。没有良好的自动化、信息化和网络基础设施建设作为支撑,智能船厂只是纸上谈兵。建议国内船企一方面加快升级老旧设备,实现内部设备与信息系统的广泛互联以及相关工业数据的集成互通;另一方面,依托国家大力发展工业互联网的契机,寻求政策和经费支持,加快厂区网络基础设施建设与改造。
  (中国船舶工业经济与市场研究中心  李星)
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