船舶制造业是生产销售船舶制造产品,为水上交通、海洋开发和国防建设等行业提供技术装备的现代综合性产业,也是劳动、资金、技术密集型产业,对机电、钢铁、化工、航运、海洋资源勘采等上、下游产业发展具有较强带动作用,对促进劳动力就业、发展出口贸易和保障海防安全意义重大[1]。当前,随着人工智能、数字孪生等技术进步,船舶制造业也在向智能化方向发展。一方面,船舶制造的智能化能够提升企业的生产效率与竞争力[2 − 5]。另一方面,也可以缓解船舶制造业普遍存在的劳动力短缺问题[6 − 8]。船舶制造业的智能化升级将提升本国造船业在世界造船产业中的份额,进而增强国力,维护行业稳定。当前美、欧、日、韩等世界上主要造船强国,均已着手寻求本国船舶制造业的智能化升级[9 − 12]。
1 国内外船舶制造业智能化升级的发展趋势 1.1 国外产业现状以及发展趋势 1.1.1 美 国美国船舶制造业在全球船舶贸易市场中所占份额不大,虽然其军用船舶制造在智能化造船技术方面早有探索与积累,但总体上智能造船的规模相对较小,且未有系统的战略规划。
在2017年制造的“福特”号航母中,美国船企就已经使用了无纸化造船技术,更早之前,在与通用动力电船公司(EB)合作建造“弗吉尼亚”级核潜艇时,纽波特纽斯造船厂(NNS)就积累了丰富的无纸化设计经验。2018年,美海军进行耗资数十亿美元的“船厂基础设施优化计划”(SIOP),将数字孪生技术应用于振兴造船厂和改善基础设施。在2023年,美国船级社(ABS)发布了《船厂智能技术指南(Guide for Smart Technologies for Shipyards)》,深入探讨了船厂如何在运营流程中融入新的数字技术,并于同年与新加坡海工巨头Seatrium Limited合作开展智能船厂计划,致力于通过智能技术推动行业智能化转型,例如借助使用5G技术的智能眼镜进行远程检测,以提高船舶生产过程中安全性、生产力和效率。
美国总统特朗普于2025年4月9日签署的行政命令第十条显示,美国将在近期开启一项财政激励计划,计划包括鼓励私人投资商用零部件和船舶的建造;商用船舶船厂的资本改进;通过拨款对商用船舶维修设施和干船坞进行资本改进;以及符合《联邦信贷改革法》的贷款和贷款担保。这项激励计划将为美国船舶制造业的智能化升级注入强大动力。
1.1.2 欧 洲欧洲船舶制造业在高端船型开发、豪华游轮、极地船舶领域较为领先,全球5万吨以上的大型邮轮订单主要被欧洲四大造船集团占据,整体占比超过95%。在拥有船舶核心技术竞争力基础上,欧洲船企可以借助智能化技术显著降低造船成本[13]。相比其他国家,船舶制造业智能化为欧洲船企带来的优越性会更加明显。
当前,法国、德国、意大利等欧洲造船强国的船舶制造业均向数字化、智能化转变。2022年,德国政府出资推动零排放船舶研发和船舶制造业数字化改造,以提高船舶制造的效率。同年,挪威政府制定了“Maritim21”战略,旨在通过推动绿色转型和数字化技术,使挪威到2030年成为世界领先的海洋国家。2023年,意大利芬坎蒂尼集团发布了未来5年的商业计划,预期通过提高船舶建造的数字化、智能化水平,提升意大利船舶制造业的竞争力。同样在2023年,荷兰政府宣布将与行业联合开发多个项目,其中“未来船厂”项目计划通过数字化与机器人大幅提升造船效率,以在与亚洲船厂的竞争中取得优势。2024年,三菱造船与法国船级社合作开发3D模型入级项目,旨在通过数字化创新简化船舶设计流程。同年,西班牙Navantia造船厂在新的沿海水文船项目中应用了西门子Xcelerator软件。该项目是Navantia的Shipyard 5.0概念的一部分,将为其他西班牙船厂树立先例,进而使西班牙船舶制造业处于行业领先地位。
与此同时,欧盟也开始着手进行欧洲船舶制造业整体的智能化升级规划(见表1)。2023年,欧盟资助的智能欧洲造船(SEUS)项目启动,计划为欧洲造船业创建一个智能框架并在欧洲船厂进行测试。该项目基于以人为本的知识管理、数据驱动的人工智能设计、智能制造技术应用和造船工业5.0等概念开发,将影响计算平台解决方案的开发与促进造船业的数字化转型等方面,最终将为船厂节省30%的工程周期,降低20%的装配建造时间,同时消除数字信息流中的差异以优化工作流程,还将为优化造船周期和成本提供巨大空间,为欧盟造船商提供竞争优势,对欧洲船舶制造业产生重大的经济影响。
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表 1 欧洲国家及地区船舶制造业智能化举措 Tab.1 Intelligent measures in the shipbuilding industry in European countries and regions |
2021年以来,全球航运市场呈现快速攀升态势,显著刺激了国际船东的船舶订单需求。在此市场环境下,日本造船企业新船接单量实现突破性增长。然而,日本造船业的综合竞争力相较于中国和韩国仍显不足。为突破发展瓶颈,日本政府与企业协同实施多项战略举措,包括加速行业资源整合以优化产业结构、推进船厂数字化与智能化升级改造工程,以及着力拓展新能源动力船舶业务领域。与此同时,日本还通过制定专项补贴政策等制度性安排构建产业扶持框架,以期实现造船产业的全面振兴。
日本政府于2016年推出了“i-Shipping”项目,旨在推进从船舶设计到船舶运营的行业数字化。2023年日本国土交通省所发布的《2023年国土、基础设施、交通和旅游白皮书》中也明确指出,国土交通省将支持造船厂实现数字化转型的技术开发和示范,以实现船舶制造业的数字化。实际上自2022年以来,日本国土交通省就持续为船厂智能化转型的技术研发和示范项目提供支持,并于2023年启动了有关船厂智能化转型的支持项目,补贴率高达50%。截至2023年9月,共有来自今治造船、日本联合造船、川崎重工、三菱重工、日本船级社等造船企业和组织机构的11个项目得到了国土交通省的财政支持。项目内容包括开发智能化系统、开发3D信息共享平台、开发信息系统、开发最优建造工序系统等,旨在提升智能化水平、提高生产效率、精进产品质量、缩短造船周期。
1.1.4 韩 国造船业是韩国三大支柱产业之一,凭借先进的LNG技术,韩国长期占据全球LNG运输船市场大部分份额。按照CGT计,2021—2023年,韩国在全球LNG运输船市场的份额分别为92.0%、67.7%和79.3%,是名副其实的造船强国。韩国政府也十分重视保持并扩大其在全球船舶市场的优势,于船舶制造业智能化方向较早开始了布局,相关内容如表2所示。
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表 2 韩国船舶制造业智能化政策 Tab.2 Intelligent policy for South Korea's shipbuilding industry |
早在2018年4月,韩国就发布了《造船产业发展战略》,推进开发智能船厂仿真模型并进行示范,再将该模型推广到中小型船厂,促进船厂智能化发展。同年11月,韩国又发布了《造船产业活力提升方案》,以打造全球生产效率最高船厂为目标,针对中小型造船企业和配套设备生产企业,利用信息通讯技术构建高效的物流系统,同时继续推进智能船厂项目。
其后几年内,韩国政府始终致力于推进其国内船舶制造业智能化。2022年10月,韩国政府发布《确保造船产业超级差距战略》,计划包括加快智能船厂等数字化生产力建设,到2030年将船舶制造业生产率比2020年提高30%左右,以提高竞争力。2023年,韩国出台《K-造船新一代领先战略》目标是抢占下一代造船市场80%以上的份额。2024年7月,韩国发布《K-造船超级差距蓝图2040》,提出“2040年世界最高造船技术强国”目标。
1.2 我国产业现状以及发展趋势相较于美欧日韩等造船强国,我国船舶制造业在高附加值船舶制造领域一度落后,但在船舶制造业智能化方面的重视却并未放松[13]。早在2018年,我国工信部就下发了文件《推进船舶总装建造智能化转型行动计划》,在2020年又下发了《船舶总装建造智能化标准体系建设指南》。《十四五智能制造发展规划》明确指出,面向船舶与海洋工程装备等行业,开展智能制造装备创新发展行动,加快研发智能制造装备;开展智能制造标准领航行动,持续优化标准顶层设计,统筹推进国家智能制造标准体系和行业应用标准体系建设。《船舶制造业绿色发展行动纲要(2024—2030年)》中也指出,要提升船厂数字化与精益管理水平。加快数字化工艺、智能装备等关键技术攻关和示范应用,打造数字车间和智能船厂。
在现有政策鼓励下,当前我国头部船企已着手进行智能造船相关技术的研发并建立试点车间,智能化成果主要集中在一体化设计、智能焊接、智能涂装、工厂智能管控等领域。以上海船舶设计研究院为代表的设计单位已经开始着手研究船舶设计一体化技术、智能设计技术。以外高桥造船厂、江南造船厂为代表的船舶总装单位已经开始着手从焊接、喷涂、管理三方面开展智能研究。现今,虽然我国造船业在全球市场上份额领先,然而在总体上,我国船舶制造业智能化程度与老牌造船强国仍然存在差距,集装箱船、油船、LNG船的建造关键周期相对落后于世界先进船企,在效率与质量上都还有较大提升空间[14 - 15]。
当前,世界造船市场已经形成了欧美设计、亚洲制造的格局,美欧日韩等造船强国均为本国船舶制造业未来进一步智能化制定了战略规划并付诸实施。尤其我国的最大竞争对手韩国,正通过一系列智能化升级举措保持其竞争优势,力求巩固并扩大其在船舶制造领域的领先地位。我国船舶制造业虽已开始智能化进程,但在顶层战略规划的步伐上还相对落后。国家应尽快针对我国船舶制造业智能化升级开展研究并制定战略,在激烈的国际竞争中保证我国船舶制造业的竞争力。
2 我国船舶制造业智能化升级面临的主要问题 2.1 技术研发面临的问题首先,权威标准体系的缺位导致我国船舶制造业智能化缺乏有效牵引。我国于2020年8月发布了《船舶总装建造智能化标准体系建设指南》,然而时至今日,我国仍没有形成一套权威可靠的船舶总装建造智能化标准体系,使得船舶企业在智能化道路上缺乏引导。其次,缺乏政府统筹规划导致各船舶企业之间缺乏合作,数据共享难、技术互通难,造成资源浪费。最后,当前船舶企业内部广泛存在生产端与研发端脱节,为了智能化而智能化的现象。企业内部所产出的大部分科研成果并不能尽快解决生产现场所面临的紧迫难题,仍局限于研究探索层面。许多新技术只是单点突破,甚至需要人力配合才能实现功能,由此造成智能化技术应用后反而比之前更加成本高工期长的怪现象。
船舶制造工艺流程复杂,智能化难度高,智能化技术研制周期长,投入成本大,需要进行长线规划,持续推进。当前船舶制造业技术研发模式不健全,一方面浪费国家所划拨的科研资金,一方面也限制企业对智能化技术研发的进一步投入,不利于我国船舶制造业长期发展。
2.2 智能设备研发面临的问题首先,船舶制造智能设备研发难度高。船舶制造工艺具有高度复杂性与高度的定制化需求[16]。以国产邮轮为例,仅一艘船就拥有136个分系统,2万多套各类设备,
资本的天性是逐利,如果仅凭市场驱动,适合船舶制造业智能设备的研发也就无从谈起,而没有相应智能设备的智能化升级注定会举步维艰。
2.3 现有基础设施面临的问题首先,许多船舶企业厂区的基础设施落后,无法部署实现智能技术的设备,阻碍了船舶企业技术升级与现代化改造。其次,大部分船舶企业面临信息基础设施匮乏的困境,5G等前沿通信技术,目前仅在少数顶尖船舶企业新建的厂房中得以应用。根据工信部印发的《2023年5G工厂名录》显示,300间5G工厂中仅1家属于船舶行业,且为配套管线生产工厂。最后,船舶企业对基础设施进行改造时所需投入的资金规模庞大,高昂的成本使得许多企业在权衡利弊后,缺乏足够的动力去推动转型。
船厂是船舶制造业的动力车间,厂区基础设施在船舶制造业智能化升级中至关重要,确保厂区基础设施的现代化与适应性,是推动船舶制造业智能化转型不可或缺的先决条件[17]。
2.4 人才引培面临的问题首先,船舶制造业正面临着严峻的人才流失挑战,一些地方的船舶技校船舶专业新生占比已经降至10%左右,几乎难以再维持行业技校的特色。其次,船舶制造业的智能化升级需要来自如IT领域的其他行业人才,但由于薪资水平相对偏低,船舶行业难以留住这些宝贵的人才。在2023年的统计中,船舶行业硕士平均年薪为
要进行系统的智能化升级,船舶企业内部需设置专门的智能化升级部门,因此应从不同领域引培人才。然而面向这些人才,船舶企业普遍无法提供相较于其他行业企业更具有竞争力的薪资,这就使得船舶企业的智能化升级陷入困境。
3 我国船舶制造业智能化升级的发展目标与战略建议 3.1 发展目标 3.1.1 2025—2030年(短期目标):政策引导与初步智能化布局在这一阶段,我国将初步形成船舶制造业智能化升级的政策引导环境,为行业智能化转型奠定坚实基础。部分关键技术研发取得突破,为智能化升级提供有力支撑。在头部船企的智能化试点取得显著成效,为行业智能化升级树立标杆。
本阶段内,应建立至少5项关键智能化升级政策,形成政策体系。初步完成至少3项紧迫急要技术的针对性研发,并取得初步应用成果。在至少3家头部船企搭建智能化试点车间,实现生产效率提升至少20%。
3.1.2 2030—2035年(中期目标):市场驱动与全面智能化升级在这一阶段,我国船舶制造业智能化升级进入快速发展阶段,市场驱动作用明显增强,智能化技术得到广泛应用,显著提升行业生产效率和竞争力。此时,智能化升级的必要性已成为行业共识,推动整个行业向智能化转型。
本阶段内,我国船舶制造业智能化升级技术研发体系基本完善,新增研发项目不少于10项。智能化技术在至少50%的腰部船企得到广泛应用,生产效率提升至少30%。带动至少30%的尾部船企进行智能化升级,整体行业智能化水平显著提升。
3.1.3 2035—2040年(长期目标):全球领先与智能化生态构建在这一阶段,我国将成为全球船舶制造业智能化升级的领跑者,具备强大的国际竞争力。智能化生态构建完善,推动行业向更高水平发展。引领行业技术创新和转型升级,为船舶制造业的可持续发展贡献力量。
本阶段内,我国头部船企将成为全球船舶制造业智能化升级的领军企业,智能化程度达到国际领先水平,人工工作替代率超过50%,国际市场份额提升至至少20%。我国将引领行业技术创新和转型升级,探索并实践至少2项下一代船舶制造创新技术。
3.2 战略建议 3.2.1 加强标准体系建设,扶持共性关键技术研发第一,依据《船舶总装建造智能化标准体系建设指南》尽快牵头构建出一套包含基础共性标准、关键技术标准、船厂应用标准的船舶制造业智能化标准体系,有效促进技术间的兼容与协同,加速智能化转型的步伐。第二,设立船舶制造智能技术专项科研基金,加速科研成果向实际生产力的转化,鼓励并支持产学研用检的深度融合。以企业为主导的科研项目可以促进学术界、产业界、用户及检测机构紧密合作,形成创新合力,共同攻克智能化升级中的技术难题。第三,建立企业之间的数据共享机制,形成企业之间共享数据的安全规范,促进信息资源的优化配置与高效利用,为技术研发提供强有力的数据支撑。同时,这种合作模式也有助于企业间相互学习、借鉴经验,共同提升整个行业的智能化水平。
3.2.2 协调智能设备供需双方,打造智能制造设备供需生态第一,举办智能设备供需双方专题洽谈会,积极协调船舶企业与智能设备制造商之间的关系,促进双方之间的深入交流与相互理解。同时让智能设备制造商了解船舶行业的特殊性与挑战,从而共同探索合作的新模式与新机遇。第二,拨款资助智能制造设备关键共性技术攻关课题,鼓励智能设备生产厂商将更多资源投入到船舶制造业所需的智能设备研发与生产之中,进而满足船舶企业的实际需求。第三,设立智能化升级专项基金。可对那些积极购入国产智能设备、实施智能化改造的船舶企业给予专项补贴或奖励,还可通过提供低息贷款、融资担保等金融服务,进一步降低船舶企业的融资成本,鼓励其加大在智能化升级方面的投入力度。
3.2.3 完善财税金融政策保障机制,鼓励企业进行基础设施升级第一,建立智能化示范厂区。选取具有代表性的船舶企业建立试点,通过实际运营展示智能化技术如何显著提升生产效率,让其他船舶企业见证智能化升级带来的好处,从而激发主动寻求转型的动力。第二,制定基础设施建设优惠政策,鼓励企业在厂区规划阶段就充分考虑智能化元素,为后期智能化转型做好铺垫。第三,提供基础设施升级专项补贴。对于已建成的老旧船舶企业厂区,一方面可以设立专项改造基金,为企业提供必要的资金支持;另一方面,还可以出台相关政策,如加速折旧、税收返还等,以经济手段激励企业加快智能化改造步伐。
3.2.4 完善人才政策,助力船舶行业人才引培第一,建立高技能人才认定与激励机制,对优秀技能人才给予荣誉表彰和物质奖励,以提升社会对高技能人才的认可度和尊重度,营造一种崇尚技能、尊重人才的良好社会氛围。第二,加大对船舶技校和职业教育的投入,推动教育质量的提升,鼓励技校开设与船舶制造业紧密相关的专业课程,以满足市场需求。第三,制定跨界人才引进政策,以物质及荣誉奖励吸引其他行业的人才进入船舶制造业,为船舶制造业提供政策保障和支持。第四,牵头设立校企联合培养专项,协调高校与企业对所需的复合人才进行协同培养,为船舶制造业智能化升级进行人才储备。
4 结 语尽管近年来我国船舶制造业取得了显著的发展成就,但其智能化程度相较于国际先进水平仍存在一定差距,面临着技术研发缺乏系统规划、智能设备研发瓶颈、基础设施落后及人才引培困难等诸多挑战。在我国在船舶制造领域的主要竞争对手已经率先展开布局的背景下,加快推动我国船舶制造业的智能化升级显得尤为紧迫。
实现船舶制造业的智能化升级不仅有助于提升我国造船企业的生产效率和市场竞争力,还将对促进海洋经济高质量发展、护卫国防安全等方面产生积极影响。因此,制定并实施一套全面系统的智能化发展战略,对于我国船舶制造业的长远发展至关重要。未来,随着相关政策的逐步落实和技术进步的不断推进,我国有望在全球船舶制造业智能化转型的竞争中占据一席之地,进而成为世界领先的造船强国之一。这不仅将增强国家综合实力,也将为全球船舶制造业的技术革新与发展贡献中国智慧与中国方案。
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