大型船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系研究

史 超，廖良闖，費(fèi)宇霆，富 威

（1.江蘇自動化研究所，江蘇連云港 222021；2.哈爾濱工程大學(xué)，哈爾濱 150001）

大型船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系研究

史 超1，廖良闖1，費(fèi)宇霆2，富 威2

（1.江蘇自動化研究所，江蘇連云港 222021；2.哈爾濱工程大學(xué)，哈爾濱 150001）

文章介紹了大型船舶分段焊接智能車間的內(nèi)涵及其標(biāo)準(zhǔn)體系研究現(xiàn)狀，構(gòu)建了大型船舶分段焊接智能車間的標(biāo)準(zhǔn)體系，闡述了該標(biāo)準(zhǔn)體系各部分的基本內(nèi)容。大型船舶分段焊接智能車間的標(biāo)準(zhǔn)體系的研究為船舶企業(yè)分段焊接智能車間的建設(shè)提供了基礎(chǔ)平臺。

船舶分段焊接智能車間；標(biāo)準(zhǔn)體系；參考模型

0 引言

中國船舶工業(yè)的振興和強(qiáng)大需要先進(jìn)的船舶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系做支撐。標(biāo)準(zhǔn)是船舶設(shè)計(jì)、建造、維修和管理的基石，是縮短造船周期、確保造船質(zhì)量、控制造船成本和提高造船水平的重要手段。根據(jù)《船舶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系（2012年版）》，金屬船舶制造大類有標(biāo)準(zhǔn)583項(xiàng)，其中，國標(biāo)179項(xiàng)，行標(biāo)404項(xiàng)；新增標(biāo)準(zhǔn)149項(xiàng)[1]。標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)仍存在大量標(biāo)準(zhǔn)缺項(xiàng)，無法完全滿足高技術(shù)產(chǎn)品的科研生產(chǎn)需要。支撐船舶行業(yè)管理工作的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量較少，對船舶先進(jìn)制造技術(shù)、信息應(yīng)用技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)的研究不夠，安全生產(chǎn)、節(jié)能減排等行業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)仍不完善。為了推動我國船舶企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和推進(jìn)數(shù)字化造船工程，建立完善的船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系成為當(dāng)務(wù)之急。

1 智能焊接車間研究概述

船舶制造企業(yè)是典型的多品種小批量離散型制造企業(yè)，該類企業(yè)由于缺乏高端智能裝備的支持，更多還是采用普通裝備依靠工人的勞動密集型加工，造成產(chǎn)品生產(chǎn)組織難度大、制造過程柔性差、生產(chǎn)成本和能耗與歐美國家有較大差距等問題。隨著“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，國內(nèi)諸多船廠都在致力于智能制造裝備、智能車間、數(shù)字化船廠的研究，但因沒有統(tǒng)一的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可借鑒，易造成技術(shù)難度增加、接口不統(tǒng)一、上下工序銜接困難等問題?！皼]有標(biāo)準(zhǔn)，就沒有規(guī)?；保捎谌鄙傧嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)的智能船舶制造車間和智能船廠需要的軟硬件配置太雜，不具有通用性，導(dǎo)致建設(shè)成本極高。

焊接是船體制造中的重要環(huán)節(jié)，也是決定船體質(zhì)量的關(guān)鍵因素[2]。由于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，船舶分段結(jié)構(gòu)件焊接有望實(shí)現(xiàn)自動化焊接過程，因此很多船舶企業(yè)正在圍繞分段焊接開展數(shù)字化車間及智能車間的建設(shè)工作。船舶分段焊接智能車間通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，清楚掌握船舶分段的生產(chǎn)管理流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上的人工干預(yù)、即時準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以合理編排生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)進(jìn)度，并融合CPS、智能焊接機(jī)器人、數(shù)字化焊機(jī)、焊縫智能識別等技術(shù)，最終達(dá)到最優(yōu)生產(chǎn)、無人干預(yù)、效益最佳、動態(tài)平衡的目標(biāo)。

2 船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系研究現(xiàn)狀

研究和編制船舶分段焊接智能車間的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)能夠指導(dǎo)分段焊接智能車間的建設(shè)。船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系指的是有關(guān)分段焊接智能車間的一系列、多維度的標(biāo)準(zhǔn)，用來闡述分段焊接智能車間相關(guān)的技術(shù)和管理等問題。

船舶分段焊接智能車間采用大量新技術(shù)與新設(shè)備，設(shè)備與技術(shù)是船舶分段焊接智能車間進(jìn)行生產(chǎn)活動的載體和手段，關(guān)系到分段焊接智能車間生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量，因此良好的設(shè)備與技術(shù)管理必不可少。船舶分段焊接智能車間的技術(shù)水平越來越高，設(shè)備也趨于智能化、信息化、精密化，因此，相應(yīng)地，管理標(biāo)準(zhǔn)也要進(jìn)步，才能適應(yīng)現(xiàn)代船舶企業(yè)的發(fā)展需要，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

安全生產(chǎn)管理是保障船舶分段焊接智能車間進(jìn)行生產(chǎn)活動的另一個重要內(nèi)容，由于車間內(nèi)設(shè)備密集、種類繁雜、空間狹小、情況復(fù)雜，智能車間的安全生產(chǎn)管理能力顯得尤為重要。編寫相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該從技術(shù)、管理及體系評價等多個層面查找、分析和預(yù)測船舶分段焊接智能車間系統(tǒng)中存在的危險以及不利于生產(chǎn)的因素，提出合理可行的對策措施，指導(dǎo)生產(chǎn)管理和事故預(yù)防，以實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)、減少損失和最優(yōu)的安全投資效益[3-4]。

3 船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建原則

大型船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系框架是對船舶分段焊接車間現(xiàn)有、應(yīng)有和將要制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過研究、分析后進(jìn)行科學(xué)合理的安排，形成一個技術(shù)先進(jìn)、層次分明、結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)配套的框架圖。體系框架的編制尤其要遵循：

1）完整性。系統(tǒng)分析船舶分段焊接智能車間各個層次的支撐技術(shù)，提出完整的船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系框架。在一段時間內(nèi)，根據(jù)船舶分段焊接智能車間發(fā)展的需要，標(biāo)準(zhǔn)體系框架應(yīng)包括現(xiàn)有的、應(yīng)有的和預(yù)計(jì)發(fā)展的國家標(biāo)準(zhǔn)。

2）可擴(kuò)展性。標(biāo)準(zhǔn)體系框架應(yīng)充分考慮技術(shù)發(fā)展，為將來增加新的標(biāo)準(zhǔn)留有余地。當(dāng)前有些技術(shù)正處于研發(fā)和推廣階段，這些技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化對于推廣其應(yīng)用以加快船舶分段焊接智能車間的發(fā)展有非常大的促進(jìn)作用。對于這些尚未成熟的新技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)體系框架中也應(yīng)給出相應(yīng)的位置。

3）層次性。層次性反映出標(biāo)準(zhǔn)使用的范圍。使用范圍大的標(biāo)準(zhǔn)處于標(biāo)準(zhǔn)體系框架的頂端，反之處于較低層次上，具體的個性標(biāo)準(zhǔn)處于最低層次。

4）協(xié)調(diào)性。標(biāo)準(zhǔn)體系框架中的子體系既相互獨(dú)立，又相互依存，子體系間有邊界，也有交叉。同一標(biāo)準(zhǔn)不能列入兩個子體系中。

5）先進(jìn)性。標(biāo)準(zhǔn)體系框架應(yīng)該能夠適應(yīng)船舶分段焊接智能車間發(fā)展對標(biāo)準(zhǔn)的需求，強(qiáng)調(diào)并突出發(fā)展船舶分段焊接智能車間所需要制定和推廣的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，并能指導(dǎo)船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展方向。

4 船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系框架

針對船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)化需求，遵循標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建原則，本文提出了如圖1所示的大型船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系，包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、支撐標(biāo)準(zhǔn)四個模塊。

1）基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要任務(wù)有三方面：一是明確一些基本概念，也就是相關(guān)術(shù)語等；二是確定通用符號，制造業(yè)工程圖樣、車間設(shè)備等需要用一些通用符號來說明和闡述；三是參考模型，參考模型是為了理解某一環(huán)境實(shí)體間的重要關(guān)系而建立的抽象框架，以參考模型的方式建立一個公共框架，以便有助于未來標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)。本文提出的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)包含技術(shù)術(shù)語、通用符號、參考模型、前期規(guī)劃四個部分，其框架如圖2所示。船舶分段焊接智能車間參考模型的標(biāo)準(zhǔn)對于焊接車間的生產(chǎn)工藝管理有著重要的意義。

2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是對產(chǎn)品研制過程中所有專業(yè)技術(shù)事項(xiàng)、要求進(jìn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。船舶分段焊接智能車間技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系包括技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、智能設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、三維數(shù)字化工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、智能設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)方法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、誤差與測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、智能信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)體系框架如圖3所示。

船舶分段焊接智能車間技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系是指導(dǎo)船舶分段焊接智能車間進(jìn)行生產(chǎn)活動的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。在此標(biāo)準(zhǔn)框架內(nèi)，可引用現(xiàn)有的或今后發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)領(lǐng)域的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)；某些方面，可以根據(jù)大型船舶分段焊接智能車間的實(shí)際需要進(jìn)行針對性地編制。

船舶分段焊接智能車間技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系還制訂了其他一系列標(biāo)準(zhǔn)，包括智能設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、三維數(shù)字化工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、智能設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)方法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、誤差與測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、智能信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系貫穿了產(chǎn)品的整個生命周期，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、設(shè)備管理、質(zhì)量檢驗(yàn)、誤差測量、數(shù)據(jù)信息交流等多個角度對焊接車間的產(chǎn)品進(jìn)行了全過程的質(zhì)量控制。

3）管理標(biāo)準(zhǔn)。船舶分段焊接智能車間管理標(biāo)準(zhǔn)體系，包括設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施管理標(biāo)準(zhǔn)、安全生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)以及體系評價管理標(biāo)準(zhǔn)。大型船舶分段焊接智能車間對整個組織體系的管理水平提出了很高的要求，為了保障分段焊接智能車間能夠高效可靠地運(yùn)作，需要多角度多層次地考慮影響車間管理水平的條件要素。標(biāo)準(zhǔn)體系框架如圖4所示。

其中，船舶分段焊接智能車間安全生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)是保障船舶分段焊接智能車間進(jìn)行生產(chǎn)活動的標(biāo)準(zhǔn)。主要包括設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)、安全評價標(biāo)準(zhǔn)、信息安全標(biāo)準(zhǔn)、人員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、安全監(jiān)察與檢查標(biāo)準(zhǔn)、事故應(yīng)急管理標(biāo)準(zhǔn)、安全管理方法標(biāo)準(zhǔn)等。建立這些標(biāo)準(zhǔn)對提高車間安全生產(chǎn)管理能力有著不可低估的意義。船舶分段焊接智能車間體系評價管理標(biāo)準(zhǔn)包括可靠性評估標(biāo)準(zhǔn)與能效性評估標(biāo)準(zhǔn)等方面，目的是保障大型船舶分段焊接智能車間高效可靠地運(yùn)行。

4）支撐標(biāo)準(zhǔn)。支撐標(biāo)準(zhǔn)指的是確立智能車間所需要的新一代信息技術(shù)在船舶分段焊接領(lǐng)域上的應(yīng)用和實(shí)踐方法。船舶分段焊接智能車間支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括工業(yè)云標(biāo)準(zhǔn)、車間物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、車間智能物流系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、離散制造系統(tǒng)能效數(shù)據(jù)模型組成，其標(biāo)準(zhǔn)體系框架如圖5所示。

工業(yè)云是所有智能信息技術(shù)的支撐，大型船舶分段焊接智能車間工業(yè)云標(biāo)準(zhǔn)是針對企業(yè)運(yùn)營層、工廠管理層和智能設(shè)備自動化及控制三個層次間和同層間的數(shù)據(jù)交互而制定的標(biāo)準(zhǔn)。

船舶分段焊接智能車間工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是指車間內(nèi)智能設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳輸、管理和智能物流系統(tǒng)的跟蹤、定位及識別等方面有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

車間智能物流標(biāo)準(zhǔn)是為了車間智能物流系統(tǒng)滿足生產(chǎn)要求而制定的標(biāo)準(zhǔn)。

船舶分段焊接智能車間工業(yè)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是指與產(chǎn)品數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)等企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)等有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。目的是通過對大數(shù)據(jù)的分析處理，使研發(fā)數(shù)據(jù)受到規(guī)范化、模塊化的管理，從而提高智能車間的研發(fā)效率。

5 結(jié)論

船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，對于船舶分段焊接智能車間的建設(shè)與管理具有里程碑式的意義。一方面為智能車間設(shè)計(jì)人員了解、查詢和選用所需標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)，還可以促進(jìn)未發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，另一方面也滿足了船舶分段焊接智能車間管理的需要，它明確了船舶分段焊接智能車間標(biāo)準(zhǔn)體系的總體架構(gòu)，為智能車間建設(shè)主管部門指明未來工作重點(diǎn)和發(fā)展方向，提供了相關(guān)決策依據(jù)。

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Research on Standard System of Intelligent Workshop for Large-scale Ship Subsection Welding

Shi Chao1, Liao Liangchuang1, Fei Yuting2, Fu Wei2
(1.JiangSu Automation Research Institute, Jiangsu Lianyungang 222021, China; 2.Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

The paper introduces the research present situation of the connotation and standard system of the large ship subsection welding intelligent workshop.The standard system of large ship section welding intelligent workshop is established.The paper expounds the basic contents of each part of the standard system.The research of the standard system of large ships subsection welding intelligent workshop provides a basic platform for shipbuilding enterprises to construct the subsection welding intelligent workshop.

intelligent workshop for ship subsection welding; standard system; reference model

U671.8

A

10.14141/j.31-1981.2017.01.003

項(xiàng)目名稱：大型船舶分段焊接智能車間參考模型研究，2015智能制造專項(xiàng)項(xiàng)目第23項(xiàng)。

史超（1983—），男，碩士，研究方向：智能制造及數(shù)字化車間。