構建工法創(chuàng)新體系對建設智慧船廠的促進作用

梁小軍， 吳 剛

(江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

構建工法創(chuàng)新體系對建設智慧船廠的促進作用

梁小軍， 吳 剛

(江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

通過規(guī)劃工法創(chuàng)新的業(yè)務內容，把握工法創(chuàng)新的專業(yè)方向，利用工法創(chuàng)新的策劃功能，借助工法創(chuàng)新的新裝備管理平臺，發(fā)揮工法創(chuàng)新的研究職責作用，建立工法創(chuàng)新體系，不斷開展實踐探索，才能盡快找到符合船企發(fā)展的智能化道路。

工法創(chuàng)新體系；構建體系；智慧船廠；智能裝備

0 引 言

在國家大力推進供給側結構性改革、實施科技創(chuàng)新的背景下，船企在產業(yè)發(fā)展轉型中如何切實解決造船生產過程中的關鍵問題，突破制約造船效率提升的瓶頸，加快企業(yè)與信息化的融合，逐步達成智慧船廠的發(fā)展目標，這些已成為亟需解決的問題。

1 我國造船企業(yè)智能升級的背景

1.1 宏觀背景

政治環(huán)境：國家強調深化供給側結構性改革，加快建設制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合；為加快建設創(chuàng)新型國家，必須建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研深度融合的技術創(chuàng)新體系。

經濟環(huán)境：中國經濟呈現新常態(tài)，從高速增長轉為中高速增長，船企產能過剩，導致船價總體水平不高。為了適應競爭的需要，傳統(tǒng)造船產業(yè)必須轉型升級。

社會環(huán)境：勞動力和環(huán)保成本持續(xù)上升，尤其是重體力勞動力的缺失，提高了企業(yè)盈利難度，非技能型勞動力需要被智能設備取代。

技術環(huán)境：當前信息技術發(fā)展迅速，物聯網、云計算、大數據、虛擬現實(Virtual Reality, VR)等技術在各個行業(yè)都得到了普及。各類機器人、智能設備也大量研發(fā)并投入使用。

由此可見，國家倡導制造業(yè)轉型升級勢在必行。

1.2 行業(yè)背景

買方：近年來新造船市場出現了一定幅度反彈，但新造船價格尚未出現實質性回升，市場整體仍處于相對低位。

供方：上游企業(yè)壓減產能致使大宗原材料價格上漲，部分關鍵設備依賴進口，導致成本壓力巨大。

產品競爭者：行業(yè)內，日本船企正在推行智能柔性生產線；韓國船舶工業(yè)為推行智能化技術應用，制定了“三步走”智能規(guī)劃；國內中遠川崎在先行制造階段實施流水線智能化，很多船企走在了智能升級道路前列。

船企為適應行業(yè)競爭，搶占市場主導地位，需加快推進智慧船廠建設[1]。

1.3 內部背景

當前我國海軍實力處于快速提升階段，海軍裝備迎來加速建設期，未來10～15年間，軍品訂單將穩(wěn)定增長，軍工市場將進入相對穩(wěn)定期。同時，“現代造船模式2.0”的逐漸推廣應用，為企業(yè)創(chuàng)造了一個轉型升級的絕佳機會。

然而，在企業(yè)智能升級的道路上也面臨著諸多劣勢和威脅。勞動力紅利減少，信息化、工業(yè)化融合仍未找到有效的突破方式和應用推進方法，基于智能升級的造船基礎管理仍薄弱，體系和推行路徑有待探索。

綜上所述，我國船企在宏觀、中觀、微觀的背景下進行智能升級已進入關鍵期，尋找著力點和新引擎、建立健全智能化創(chuàng)新體系和路徑是當前重點。

2 工法創(chuàng)新體系與智慧船廠

2.1 智慧船廠

智慧船廠(見圖1)是信息化和工業(yè)化深度融合的必然產物，是支撐“現代造船模式2.0”智能化發(fā)展的一種理念和解決方案。

智慧船廠是指以“現代造船模式2.0”為基礎，集成應用數字化、網絡化、智能化技術手段，實現智能制造與造船過程的深度融合[2]，實現智能制造技術全面應用于船舶產品研發(fā)、設計、生產、管理、物流、服務、決策以及全過程協(xié)同[3]。智慧船廠是未來船企轉型升級的方向。

圖1 智慧船廠

2.2 智慧船廠實施的第1階段

智慧船廠實施的第1階段是數字造船階段(見圖2)，主要實現建造產業(yè)鏈數字集成和工藝仿真，其關鍵在于鏈中各流程要素的一體化受控布局。

圖2 數字造船階段

數字化造船是以造船過程知識為基礎，以數字化建模為特征，將信息技術、數字化制造技術、現代造船模式相融合，應用于船舶產品的設計、制造、測試、管理以及船舶生命周期維護的造船模式[4]。

2.3 智慧船廠實施的第2階段

智慧船廠實施的第2階段是智慧造船階段(見圖3)，主要功能是實現全面信息集成、數據分析和智能決策，其關鍵在于建立單一MBD(基于模型的工程定義技術)數據與智能設備的協(xié)同和決策。

圖3 智慧造船階段

智慧造船的理念方法有：單一數字模型(Model Based Definition， MBD)、輕量化設計(骨架)、體驗式設計(仿真)、關聯協(xié)同設計(成熟度)、智能設計(知識工程)等。

智慧造船的技術體系有：工法創(chuàng)新體系、信息技術體系。

智慧造船的業(yè)務流程有：聯合技術攻關、細化設計業(yè)務流程、全面走通研發(fā)設計流程、重點解決結構框架設計(Structural Frame Design， SFD)到有限元分析、三維送審、船體制造端打通、管理端實踐等。

2.4 工法創(chuàng)新體系

造船工法是造船生產技術和工藝方法的總稱，它的本質就是解決“如何造船”的問題。

造船工法涉及的范圍覆蓋船舶建造的全方位和全過程，包括(但不限于)：(1)建造方針、建造計劃、建造策劃;(2)生產設計、生產流程、生產管理;(3)關鍵工序、重點工況、難點工程;(4)滿足新要求、適應新材料、使用新工裝。

工法創(chuàng)新體系是生產設計要求的指導者，產品建造模式的制定者，要素一體化管控的策劃者。

3 構建促成智慧船廠工法創(chuàng)新體系的舉措與做法

3.1 總體思路

總體思路如圖4所示。緊抓實施智慧船廠兩個階段的關鍵環(huán)節(jié)，工法創(chuàng)新體系不斷促進船企智慧船廠建設走向深入。表1為工法創(chuàng)新體系對建設智慧船廠的作用。

圖4 總體思路

表1 工法創(chuàng)新體系對建設智慧船廠的作用

3.2 工法創(chuàng)新體系的構建

3.2.1 規(guī)劃工法創(chuàng)新的業(yè)務內容，健全造船過程受控數據鏈

以作業(yè)編碼分析造船流程(見圖5)布局受控程度，主要存在的非受控作業(yè)點：

(1) 圖紙的表達不能有效區(qū)分主、副工種作業(yè)內容；

(2) 沒有專業(yè)清單模型(Browser Object Mo-del， BOM)信息流轉，殼、舾、涂中間交接過程沒有描述，數據流缺失；

(3) 后行生產系統(tǒng)設計與生產的匹配性較差；

(4) 工藝性圖紙缺失，輔助生產管理存在失控風險；

(5) 部分物資供應和存儲領用環(huán)節(jié)存在經驗管控的現象，處于失控狀態(tài)。

圖5 造船流程作業(yè)編碼分析

考慮基于全數據管控的造船業(yè)務趨勢，工法創(chuàng)新體系要制定詳細組立要領(Detailed Assembly Procedure， DAP)、綜合工程圖(Work Sequence Diagram， WSD)、總組流程圖(Fabrication Sequence Diagram， FSD)、單元劃分等設計原則文件標準，保證中間產品及其交接的過程環(huán)節(jié)描述閉環(huán)受控，為健全造船過程受控數據鏈系統(tǒng)化打基礎。

3.2.2 把握工法創(chuàng)新的專業(yè)方向，打通生產各階段持續(xù)改進

根據工法傳統(tǒng)專業(yè)領域，工法創(chuàng)新體系須用工程管理和策劃的理念，建設面向生產各階段的工法工藝數據庫，重點推進生產類信息植入、工藝件智能響應與設計等，做精益制造的動力，為未來數字造船發(fā)展指引方向。

3.2.3 利用工法創(chuàng)新的策劃功能，推進基于CATIA V6設計的制造、管理端的工程實踐

基于模型的單一數據源，以“中間產品”三維數字化模型為基礎，結合工法設計信息植入，建立與三維產品設計集成的三維數字化工藝模型，實現基于三維模型的工藝信息定義、三維工序模型生成以及工藝信息的三維化表達。建立工藝信息關系知識庫，應用智能技術，實現加工、裝配、焊接等方法選擇、工序排序和工藝參數智能決策，促進造船工藝設計向數字化、自動化和智能化[5]發(fā)展。

基于三維模型的可視化作業(yè)指導(見圖6)，打通制造端與管理端的信息聯接，針對傳統(tǒng)二維圖紙工藝信息表達不直觀、信息更新不及時等問題，開展基于三維模型的工藝可視化設計、大規(guī)模產品設計數據組織與存儲研究，研發(fā)船舶三維作業(yè)指導書系統(tǒng)，構建車間三維作業(yè)指導平臺，打造基于三維模型的船舶工藝指導新模式，提高船舶工作建造效率。

圖6 造船全過程三維模型可視化作業(yè)

通過生產要素狀態(tài)的全過程感知(見圖7)，構建船廠物聯網系統(tǒng)，實現船舶制造過程中物與人的智能識別、定位、跟蹤和監(jiān)控，建立“零部件、設備、場地空間與人”等全方位的物聯關系。構建船舶制造信息感知網，覆蓋物資供給、零件切割加工、分段建造、分段堆放、搭載、涂裝與舾裝的船舶制造的全過程，實時動態(tài)獲取船舶制造過程中生產人員與設備的健康狀態(tài)、零部件物流與質量、生產計劃執(zhí)行狀態(tài)、生產環(huán)境和能耗等信息，實現船舶制造全過程的狀態(tài)“可視”。

圖7 造船全過程實時協(xié)同

總體上，工法創(chuàng)新體系注重策劃先行，抓全局謀劃，以“按生產要求的符合性設計”理念，推進CATIA 制造端廠房設施、設備仿真建模和管理端工程實踐，形成單一數據模型信息化集成和體驗式糾錯。

3.2.4 借助工法創(chuàng)新的裝備管理平臺，統(tǒng)籌智能設備的試用和引入

建立新工裝/設備管理流程，明確分工，簡化試用和引入流程，實現工裝的專業(yè)化管理和全壽命周期集中管理。

根據合理的年度預算制定年度配置需求，通過規(guī)范的分類和計劃負荷分析，提出合理的需求，經過審核批準、深化設計、精細派工、過程配建、計劃管控、完工驗收入賬、正常使用、維護保養(yǎng)、報廢處置等全過程管控，實現全壽命周期集中管理。

3.2.5 發(fā)揮工法創(chuàng)新的研究職責作用，推行新項目攻關平臺和機制

造船工法創(chuàng)新研究是船企實現管理創(chuàng)新的重要手段。通過制定建造方案研究報告和工法管理平臺來確立攻關項目以推進新項目(包括但不限于智能車間)多維度的發(fā)展進步，最終完成智慧船廠藍圖的實踐建設。

(1) 合理的廠區(qū)布局。合理的廠區(qū)布局是造船生產順利高效進行的基礎，是產能最大化的保障。工法研究體系必須結合產品類型，綜合考慮建造周期、核心資源分配、標準建造流程來進行合理的廠區(qū)布局。

(2) 高效的工位布置。隨著智能化設備的投入使用，高效的工位布置是為了滿足流程優(yōu)化和設備合理使用的需求。工法研究體系需要探索和創(chuàng)新適應新智能化設備的新工藝、新方法。例如，如果先行組立機器人生產線投入使用，應制定其標準作業(yè)流程，實現上、下道工序正常連接，達成工件傳輸和焊接智能化及自動背燒、自動工件出料的功能。

(3) 先進的設備配置。先進的設備配置是實現智能車間運作的硬件基礎。配置和使用先進的設備能有效降低勞動成本、減少生產工時、提升生產質量，使產品生產走向規(guī)?；⒏咝Щ闹悄苤圃炷Ｊ?。

(4) 暢通的物流。建立智能物流系統(tǒng)，采用“橫向到邊、縱向到底”的設計原則，建立功能完善的智能物流系統(tǒng)，并與設計系統(tǒng)高度集成，從而將企業(yè)的人力、資金、信息、物料、設備、時間、方法等各方面資源充分調配和平衡，為企業(yè)加強財務管理、提高資金運營水平、減少庫存、提高生產效率、降低成本等提供強有力的支持。

(5) 先進的設計模式。在實船的建造過程中使用VR技術，在設計階段，結構、管系、軸系、電裝、設備都可以利用VR技術進行布置設計，在施工之前，整個船舶的建造工藝流程也可以通過VR技術進行規(guī)劃。

(6) 精準的生產管理。通過車間裝有的磁條和條形碼閱讀器的終端，掃描員工的ID，獲取員工的出勤信息；通過掃描派工單上的條形碼獲取工作時間。此舉能更精準地對員工進行追蹤，減少處理信息時間，快速獲取員工出勤信息和資質信息，實現對員工安全、責任制的信息支持。

3.3 小結

本文通過規(guī)劃工法創(chuàng)新的業(yè)務內容，把握工法創(chuàng)新的專業(yè)方向，利用工法創(chuàng)新的策劃功能，借助工法創(chuàng)新的新裝備管理平臺，發(fā)揮工法創(chuàng)新的研究職責作用，構筑流程受控、方向規(guī)劃、三維策劃應用、裝備管理、研究功能等5大模塊(見表2)為主體的工法創(chuàng)新體系。

表2 工法創(chuàng)新體系模塊

工法創(chuàng)新體系是建設智慧船廠的必由之路。從工法創(chuàng)新體系5大模塊業(yè)務入手，樹立先進理念，聯合設計、信息化、現場實踐等形成系統(tǒng)工程，逐步構建智慧船廠雛形。

各船企因產品和機構設置不同，可以以此為模板，不斷開展實踐探索，找到符合本企業(yè)的大腦(工藝知識、控制編程)+感官(建模、仿真、識別)+四肢(網絡集成、人機交互)的智能化道路[6]。

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4 結束語

通過設計、生產、管理領域創(chuàng)新發(fā)展，融合大數據、物聯網等信息化手段，智慧船廠將成為未來造船企業(yè)長期建設發(fā)展的目標，抓住主線業(yè)務，堅持生產技術創(chuàng)新，堅定工法發(fā)展動力牽引，敢于建制，科學規(guī)劃，實踐跨步。

[1] OTTO Brauckmann.智能制造：未來工業(yè)模式和業(yè)態(tài)的顛覆與重構[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.[2] 刁廣州，邢宏巖.智能造船工程技術體系與模式研究[C]//智能制造與智能造船工程研討會論文集，2017.

[3] 工業(yè)互聯網產業(yè)聯盟.工業(yè)互聯網體系架構(版本1.0)[R].2016.

[4] 劉建峰，鞠理楊.數字化制造是實現智能造船的必由之路[C]//智能制造與智能造船工程研討會論文集，2017.

[5] 程慶和，伍英杰，馬彥軍.面向智能制造的船舶數字化車間研究和實踐[C]//智能制造與智能造船工程研討會論文集，2017.

[6] 林忠欽，習俊通.智能制造在智慧船廠的應用與創(chuàng)新發(fā)展[C]//第十九屆中國國際工業(yè)博覽會科技論壇，2017.

InovativeSystemofConstructionMethodonPositiveImpactofanIntelligentShipyard

LIANG Xiaojun, WU Gang

(Jiangnan Shipyard (Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The system of innovative construction methods is constructed by planning the orientation of the innovation of construction method, mastering the professional direction of the innovation of construction method, making use of the planning function of the innovation of construction method, using new equipment management platform, playing the role of the research on the innovation of construction method, and establishing the innovation system of construction method to find an intelligent way for shipyard development.

innovative system of construction method； construction system； intelligent shipyard； intelligent equipment

梁小軍(1978-)，男，高級工程師，研究領域為造船企業(yè)管理技術

1000-3878(2017)06-0006-07

U673

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