圖源/KSOE

為應對氣候變化帶來的風險，韓國最大造船集團HD現(xiàn)代集團旗下韓國造船與海洋工程公司(HD KSOE)及其造船子公司制定并實施了三項戰(zhàn)略，其中包括基于數(shù)字化的智能船廠FoS(Future of Shipyard)建設項目，旨在2030年之前轉型為智能船廠，確立其在未來市場中的領先地位，實現(xiàn)可持續(xù)增長。

瞄準未來船廠

近年來，以高科技制造業(yè)和服務業(yè)為中心的經(jīng)濟結構發(fā)生重組，氣候變化問題日益嚴峻，國際海事組織(IMO)對于船舶排放的要求日趨嚴格。面對這些挑戰(zhàn)，HD KSOE發(fā)現(xiàn)未來船舶產(chǎn)品、設計、生產(chǎn)和物流等造船和海洋工程制造環(huán)境的數(shù)字化轉型，正在成為一種核心競爭力，將支持業(yè)務擴張和現(xiàn)有附加值之外的新增長。為了搶占未來市場，實現(xiàn)可持續(xù)增長，HD KSOE及其造船子公司聯(lián)合推出了FoS項目，計劃利用先進的造船技術和先進的數(shù)字化技術來提高船舶制造流程的效率和安全性，其旨在通過該項目在2030年之前建立一個最安全、最高效的智能造船廠，向著最先進的未來型船廠轉型。智能船廠是指在傳統(tǒng)船廠的基礎上，利用第四次工業(yè)革命技術進行創(chuàng)新的數(shù)字化船廠。在智能船廠，人們可以在繁重而宏大的造船環(huán)境中利用自動化和智能化提前發(fā)現(xiàn)問題，從而提高生產(chǎn)管理的效率和穩(wěn)定性。

FoS項目的愿景是通過實時監(jiān)控和連接所有流程實現(xiàn)智能、高效，到2030年，逐步轉型為智能、自主運營的船廠。FoS項目將把信息通信技術(ICT 技術)、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(VR)/ 增強現(xiàn)實(AR)、機器人、自動化以及人工智能(AI)等先進的數(shù)字化技術結合起來，在生產(chǎn)自動化、智能生產(chǎn)管理、新技術和建造方法等方面創(chuàng)新自身的競爭力。FoS項目系統(tǒng)的應用還可以監(jiān)控整個流程，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而避免僅靠人力操作可能出現(xiàn)的風險因素。

HD KSOE為FoS項目制定了一個全面詳細的數(shù)字化轉型(DT)路線圖，具體分為三個階段實施。第一階段為“實現(xiàn)可視化”，旨在通過可視化手段使從材料引進到模塊組裝和造船的整個復雜過程，轉變?yōu)閹椭�人們更好地理解和分析可視化管理，從而完成可視化造船廠的建設，實現(xiàn)一目了然、可控、設計/生產(chǎn)互聯(lián)互通，項目時間為2021年至2024年，為期三年。主要任務包括建立數(shù)字孿生平臺“Twin FoS”，通過實時檢查進度，消除手工作業(yè)、重復作業(yè)和閑置時間等低效現(xiàn)象。第二階段為“互聯(lián)與優(yōu)化”，通過分析和模擬提高工作效率，并通過預測管理提前消除風險因素，建設一個能夠整合和連接造船過程中眾多數(shù)據(jù)的造船廠，目標是實現(xiàn)智能工作管理、減少資源浪費、人人享有安全的工作場所。項目時間為2024年至2027年，為期三年，主要任務包括通過分析造船過程中收集的大量數(shù)據(jù)，得出最佳運行條件，通過提前發(fā)現(xiàn)風險因素，大幅降低事故發(fā)生率，預計每年可減少約700億韓元的生產(chǎn)成本，同時加強與全球大數(shù)據(jù)公司“Palantir”的合作，助力目標的實現(xiàn)。第三階段為“建成智能化船廠”，通過優(yōu)化從設計到交付的所有流程的自動化，減少不必要的工序延誤和庫存，并利用最新的智能技術和機器人建立一個最大限度減少人工干預的造船廠，目標是實現(xiàn)無故障運行和自動化。項目時間為2027年至2030年，為期三年，主要任務包括通過賽博物理系統(tǒng)(CPS)實現(xiàn)從船舶設計到交付的所有流程的自動化操作。將生產(chǎn)率提高30%、造船周期縮短30%，并實現(xiàn)零浪費的目標。

主要技術研究

智能船廠的建設必然涉及諸多技術研究，F(xiàn)oS項目的技術研究內容主要包括DT技術發(fā)展、造船工藝的智能化以及提高質量和安全三大部分。

DT技術發(fā)展，這部分主要分為數(shù)字孿生船廠和智能自動化兩大部分。數(shù)字孿生船廠的主要目標和方向為基于三維設計數(shù)據(jù)和生產(chǎn)性能模擬建立數(shù)字孿生堆場 ；通過基于人工智能的生產(chǎn)資源智能優(yōu)化操作，最大限度地提高生產(chǎn)率。短期目標為開發(fā)基于模擬仿真的綜合堆場操作系統(tǒng)，中期目標為開發(fā)基于人工智能的綜合自主堆場運營系統(tǒng)。智能自動化的主要目標和方向是通過開發(fā)和擴展智能生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，建設一流船廠。短期目標為基于智能機器人的焊接自動化。中期目標為基于智能機器人的涂裝自動化。

造船工藝全流程的智能化，HD KSOE將造船全過程細分為了10個環(huán)節(jié)進行智能優(yōu)化。第一是設計環(huán)節(jié)，主要任務包括自動化設計、實時分析/提供設計信息，以及基于人工智能的自動化設計。第二是生產(chǎn)計劃環(huán)節(jié)，主要任務包括造船中期計劃模擬，執(zhí)行計劃生產(chǎn)性能模擬，堆場/工廠計劃自動化。第三是加工/單元裝配環(huán)節(jié)，主要任務包括基于機器學習的執(zhí)行計劃，焊接自動化，自動化工廠。第四是裝配環(huán)節(jié)，主要任務包括數(shù)字工單，數(shù)字孿生工廠的運行，最大化焊接自動化。第五是預舾裝環(huán)節(jié)，主要任務包括基于仿真的執(zhí)行計劃，增強現(xiàn)實技術的應用，可穿戴機器人的應用。第六是噴漆前的環(huán)節(jié)，主要任務包括涂裝設備控制，實時噴涂質量測量，噴涂機器人的使用。第七是PE環(huán)節(jié)，主要任務包括基于網(wǎng)絡物理生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)的加工優(yōu)化，基于視頻的精度控制，自動加工精度。第八是后舾裝環(huán)節(jié)，主要任務包括復雜的加工計劃，增強現(xiàn)實技術的應用，可穿戴機器人的應用。第九是下水/調試環(huán)節(jié)，主要任務包括基于仿真的碼頭墻調度，遠程調試。第十是交付環(huán)節(jié)，主要任務包括自我診斷預測性維護，智能運行服務，自動化運行服務。

提高質量和安全，目標是船東無需進行質量檢查，且爭取零工傷事故。HD KSOE計劃從三個方面的優(yōu)化來實現(xiàn)目標，首先是設備，主要是對設備進行綜合控制，實現(xiàn)預測性維護。其次是材料/物流，主要是優(yōu)化堆場物流，實現(xiàn)可視化。再次是IT技術，主要是實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)和人工智能的決策制定、數(shù)字化性能處理以及堆場狀態(tài)的實時監(jiān)控。

項目進展情況

2023年12月，HD KSOE宣布如期完成了FoS第一階段目標，建成了“可視化船廠”，這是FoS項目的一個重要里程碑，初級階段目標的順利達成為后期工作打下了堅實基礎。

“可視化船廠”的核心是基于數(shù)字孿生技術的虛擬船廠“Twin FoS”，其包含實際造船廠的詳細3D VR模型，可實現(xiàn)從設計到生產(chǎn)的所有流程的實時連接。這種數(shù)字化轉型允許從第三個位置同時查看船廠的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而促進智能工作管理和運營效率。HD KSOE代表金成俊表示 ：“通過構建‘可視化船廠’，奠定了數(shù)據(jù)的決策基礎。公司將通過推進FoS項目，實現(xiàn)生產(chǎn)性革新，轉換造船模式。”

為了建設最先進的智能船廠，HD KSOE選擇加強與世界級企業(yè)的合作。在項目第一階段，HD KSOE及其造船子公司與美國Palantir Technologies達成合作，決定引入Palantir Technologies的企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺“Foundry”。這項合作旨在實現(xiàn)幾項關鍵成果，包括通過提高數(shù)據(jù)可靠性和利用率來提高工作效率。其目標是在從高層管理決策到銷售、工程、研發(fā)和生產(chǎn)流程的所有領域建立以數(shù)據(jù)為中心的工作文化。

項目第一階段期間，HD現(xiàn)代重工(HD HHI)和現(xiàn)代三湖重工(HSHI)分別與Palantir Technologies合作進行了大數(shù)據(jù)平臺的試點測試。通過有效整合和補充大量積累的數(shù)據(jù)，制定了設計和生產(chǎn)流程的優(yōu)化方案。這些努力旨在加快數(shù)字化轉型，進一步提高運營效率。此外，HD KSOE、現(xiàn)代尾浦造船(Hyundai Mipo)、現(xiàn)代三湖重工與德國西門子(SIEMENS)公司簽訂“設計-制造一體化革新平臺聯(lián)合開發(fā)項目(JDP)協(xié)議”，攜手開發(fā)構建智能船廠的數(shù)據(jù)平臺。HD現(xiàn)代集團計劃通過此協(xié)議，構建從船舶設計到制造的所有數(shù)據(jù)共用一個平臺管理的數(shù)字自動化生產(chǎn)體系。其目標是通過這一措施，減輕因工程之間數(shù)據(jù)不互通而產(chǎn)生的低效率，實現(xiàn)生產(chǎn)性革新。到2025年底前，在現(xiàn)代尾浦造船的內業(yè)工程中引進鋼板成形機器人、面板焊接機器人等自動化設備，并完成與設計聯(lián)動的賽博物理系統(tǒng)的構建，實現(xiàn)內業(yè)工程的數(shù)字自動化。之后，將把現(xiàn)代尾浦造船的制造自動化體系與HD現(xiàn)代重工和現(xiàn)代三湖重工正在開發(fā)的新一代設計平臺合并，將設計到制造的數(shù)據(jù)作為一個平臺進行管理，由此HD現(xiàn)代集團將完成應用于所有造船子公司的基于數(shù)字孿生技術的綜合革新平臺。2023年，韓國HD現(xiàn)代集團將與谷歌云(Google Cloud)攜 手，加快利用生成式人工智能(AI)的數(shù)字產(chǎn)業(yè)革新速度。HD現(xiàn)代集團表示，集團將以谷歌云的技術和解決方案為基礎，加強旨在構筑HD現(xiàn)代AI平臺的戰(zhàn)略合作。通過此次合作，HD現(xiàn)代計劃在世界領先的造船業(yè)務以及韓國國內第一的建設機械業(yè)務等核心業(yè)務領域引進生成式AI技術，加快數(shù)字革新速度。谷歌云提供包括企業(yè)定制型 AI 平“Vertex AI”在內的多種解決方案，并獲得在HD現(xiàn)代多個產(chǎn)業(yè)領域積累經(jīng)驗的機會。

此外，項目第一階段還完成了包括焊接監(jiān)控系統(tǒng)、非面對面遠程檢測平臺和AR標記識別視覺傳感器系統(tǒng)在內約10項數(shù)字技術的研發(fā)與推廣。2023年，HD KSOE成立了高級人工智能團隊，這是一個專注于人工智能的組織，旨在通過利用人工智能技術解決集團內部的核心挑戰(zhàn)。高級人工智能團隊將規(guī)劃和協(xié)調集團所有子公司的人工智能相關計劃，為集團的三大核心業(yè)務(造船、能源和建筑設備)制定基于人工智能技術的發(fā)展戰(zhàn)略，并監(jiān)督數(shù)據(jù)管理。此外，HD KSOE還成立了DT創(chuàng)新辦公室，以促進數(shù)字化轉型計劃的實施。通過DT創(chuàng)新辦公室及其與先進人工智能團隊的合作，HD KSOE旨在利用其在數(shù)字化轉型和人工智能技術方面的專業(yè)知識，進一步鞏固其作為自主導航領域領先企業(yè)的地位。

隨著FoS項目第一階段工作的順利如期完成，項目第二階段也將正式全面啟動。這一階段工作目標到2026年完成，將重點關注預測能力，提高決策和運營前瞻性。