韩国造船海洋数字化转型新图景

图源/KSOE

为应对气候变化带来的风险，韩国最大造船集团HD现代集团旗下韩国造船与海洋工程公司(HD KSOE)及其造船子公司制定并实施了三项战略，其中包括基于数字化的智能船厂FoS(Future of Shipyard)建设项目，旨在2030年之前转型为智能船厂，确立其在未来市场中的领先地位，实现可持续增长。

瞄准未来船厂

近年来，以高科技制造业和服务业为中心的经济结构发生重组，气候变化问题日益严峻，国际海事组织(IMO)对于船舶排放的要求日趋严格。面对这些挑战，HD KSOE发现未来船舶产品、设计、生产和物流等造船和海洋工程制造环境的数字化转型，正在成为一种核心竞争力，将支持业务扩张和现有附加值之外的新增长。为了抢占未来市场，实现可持续增长，HD KSOE及其造船子公司联合推出了FoS项目，计划利用先进的造船技术和先进的数字化技术来提高船舶制造流程的效率和安全性，其旨在通过该项目在2030年之前建立一个最安全、最高效的智能造船厂，向着最先进的未来型船厂转型。智能船厂是指在传统船厂的基础上，利用第四次工业革命技术进行创新的数字化船厂。在智能船厂，人们可以在繁重而宏大的造船环境中利用自动化和智能化提前发现问题，从而提高生产管理的效率和稳定性。

FoS项目的愿景是通过实时监控和连接所有流程实现智能、高效，到2030年，逐步转型为智能、自主运营的船厂。FoS项目将把信息通信技术(ICT 技术)、大数据、虚拟现实(VR)/ 增强现实(AR)、机器人、自动化以及人工智能(AI)等先进的数字化技术结合起来，在生产自动化、智能生产管理、新技术和建造方法等方面创新自身的竞争力。FoS项目系统的应用还可以监控整个流程，提前发现潜在问题，从而避免仅靠人力操作可能出现的风险因素。

HD KSOE为FoS项目制定了一个全面详细的数字化转型(DT)路线图，具体分为三个阶段实施。第一阶段为“实现可视化”，旨在通过可视化手段使从材料引进到模块组装和造船的整个复杂过程，转变为帮助人们更好地理解和分析可视化管理，从而完成可视化造船厂的建设，实现一目了然、可控、设计/生产互联互通，项目时间为2021年至2024年，为期三年。主要任务包括建立数字孪生平台“Twin FoS”，通过实时检查进度，消除手工作业、重复作业和闲置时间等低效现象。第二阶段为“互联与优化”，通过分析和模拟提高工作效率，并通过预测管理提前消除风险因素，建设一个能够整合和连接造船过程中众多数据的造船厂，目标是实现智能工作管理、减少资源浪费、人人享有安全的工作场所。项目时间为2024年至2027年，为期三年，主要任务包括通过分析造船过程中收集的大量数据，得出最佳运行条件，通过提前发现风险因素，大幅降低事故发生率，预计每年可减少约700亿韩元的生产成本，同时加强与全球大数据公司“Palantir”的合作，助力目标的实现。第三阶段为“建成智能化船厂”，通过优化从设计到交付的所有流程的自动化，减少不必要的工序延误和库存，并利用最新的智能技术和机器人建立一个最大限度减少人工干预的造船厂，目标是实现无故障运行和自动化。项目时间为2027年至2030年，为期三年，主要任务包括通过赛博物理系统(CPS)实现从船舶设计到交付的所有流程的自动化操作。将生产率提高30%、造船周期缩短30%，并实现零浪费的目标。

主要技术研究

智能船厂的建设必然涉及诸多技术研究，FoS项目的技术研究内容主要包括DT技术发展、造船工艺的智能化以及提高质量和安全三大部分。

DT技术发展，这部分主要分为数字孪生船厂和智能自动化两大部分。数字孪生船厂的主要目标和方向为基于三维设计数据和生产性能模拟建立数字孪生堆场 ；通过基于人工智能的生产资源智能优化操作，最大限度地提高生产率。短期目标为开发基于模拟仿真的综合堆场操作系统，中期目标为开发基于人工智能的综合自主堆场运营系统。智能自动化的主要目标和方向是通过开发和扩展智能生产自动化系统，建设一流船厂。短期目标为基于智能机器人的焊接自动化。中期目标为基于智能机器人的涂装自动化。

造船工艺全流程的智能化，HD KSOE将造船全过程细分为了10个环节进行智能优化。第一是设计环节，主要任务包括自动化设计、实时分析/提供设计信息，以及基于人工智能的自动化设计。第二是生产计划环节，主要任务包括造船中期计划模拟，执行计划生产性能模拟，堆场/工厂计划自动化。第三是加工/单元装配环节，主要任务包括基于机器学习的执行计划，焊接自动化，自动化工厂。第四是装配环节，主要任务包括数字工单，数字孪生工厂的运行，最大化焊接自动化。第五是预舾装环节，主要任务包括基于仿真的执行计划，增强现实技术的应用，可穿戴机器人的应用。第六是喷漆前的环节，主要任务包括涂装设备控制，实时喷涂质量测量，喷涂机器人的使用。第七是PE环节，主要任务包括基于网络物理生产系统(CPPS)的加工优化，基于视频的精度控制，自动加工精度。第八是后舾装环节，主要任务包括复杂的加工计划，增强现实技术的应用，可穿戴机器人的应用。第九是下水/调试环节，主要任务包括基于仿真的码头墙调度，远程调试。第十是交付环节，主要任务包括自我诊断预测性维护，智能运行服务，自动化运行服务。

提高质量和安全，目标是船东无需进行质量检查，且争取零工伤事故。HD KSOE计划从三个方面的优化来实现目标，首先是设备，主要是对设备进行综合控制，实现预测性维护。其次是材料/物流，主要是优化堆场物流，实现可视化。再次是IT技术，主要是实现基于大数据和人工智能的决策制定、数字化性能处理以及堆场状态的实时监控。

项目进展情况

2023年12月，HD KSOE宣布如期完成了FoS第一阶段目标，建成了“可视化船厂”，这是FoS项目的一个重要里程碑，初级阶段目标的顺利达成为后期工作打下了坚实基础。

“可视化船厂”的核心是基于数字孪生技术的虚拟船厂“Twin FoS”，其包含实际造船厂的详细3D VR模型，可实现从设计到生产的所有流程的实时连接。这种数字化转型允许从第三个位置同时查看船厂的现场数据，从而促进智能工作管理和运营效率。HD KSOE代表金成俊表示 ：“通过构建‘可视化船厂’，奠定了数据的决策基础。公司将通过推进FoS项目，实现生产性革新，转换造船模式。”

为了建设最先进的智能船厂，HD KSOE选择加强与世界级企业的合作。在项目第一阶段，HD KSOE及其造船子公司与美国Palantir Technologies达成合作，决定引入Palantir Technologies的企业大数据平台“Foundry”。这项合作旨在实现几项关键成果，包括通过提高数据可靠性和利用率来提高工作效率。其目标是在从高层管理决策到销售、工程、研发和生产流程的所有领域建立以数据为中心的工作文化。

项目第一阶段期间，HD现代重工(HD HHI)和现代三湖重工(HSHI)分别与Palantir Technologies合作进行了大数据平台的试点测试。通过有效整合和补充大量积累的数据，制定了设计和生产流程的优化方案。这些努力旨在加快数字化转型，进一步提高运营效率。此外，HD KSOE、现代尾浦造船(Hyundai Mipo)、现代三湖重工与德国西门子(SIEMENS)公司签订“设计-制造一体化革新平台联合开发项目(JDP)协议”，携手开发构建智能船厂的数据平台。HD现代集团计划通过此协议，构建从船舶设计到制造的所有数据共用一个平台管理的数字自动化生产体系。其目标是通过这一措施，减轻因工程之间数据不互通而产生的低效率，实现生产性革新。到2025年底前，在现代尾浦造船的内业工程中引进钢板成形机器人、面板焊接机器人等自动化设备，并完成与设计联动的赛博物理系统的构建，实现内业工程的数字自动化。之后，将把现代尾浦造船的制造自动化体系与HD现代重工和现代三湖重工正在开发的新一代设计平台合并，将设计到制造的数据作为一个平台进行管理，由此HD现代集团将完成应用于所有造船子公司的基于数字孪生技术的综合革新平台。2023年，韩国HD现代集团将与谷歌云(Google Cloud)携 手，加快利用生成式人工智能(AI)的数字产业革新速度。HD现代集团表示，集团将以谷歌云的技术和解决方案为基础，加强旨在构筑HD现代AI平台的战略合作。通过此次合作，HD现代计划在世界领先的造船业务以及韩国国内第一的建设机械业务等核心业务领域引进生成式AI技术，加快数字革新速度。谷歌云提供包括企业定制型 AI 平“Vertex AI”在内的多种解决方案，并获得在HD现代多个产业领域积累经验的机会。

此外，项目第一阶段还完成了包括焊接监控系统、非面对面远程检测平台和AR标记识别视觉传感器系统在内约10项数字技术的研发与推广。2023年，HD KSOE成立了高级人工智能团队，这是一个专注于人工智能的组织，旨在通过利用人工智能技术解决集团内部的核心挑战。高级人工智能团队将规划和协调集团所有子公司的人工智能相关计划，为集团的三大核心业务(造船、能源和建筑设备)制定基于人工智能技术的发展战略，并监督数据管理。此外，HD KSOE还成立了DT创新办公室，以促进数字化转型计划的实施。通过DT创新办公室及其与先进人工智能团队的合作，HD KSOE旨在利用其在数字化转型和人工智能技术方面的专业知识，进一步巩固其作为自主导航领域领先企业的地位。

随着FoS项目第一阶段工作的顺利如期完成，项目第二阶段也将正式全面启动。这一阶段工作目标到2026年完成，将重点关注预测能力，提高决策和运营前瞻性。