中國造船邁向智能化的關(guān)鍵

本刊記者 趙 博

創(chuàng)新并持續(xù)改進業(yè)務(wù)模式，將助力中國造船邁向智能。

當(dāng)前，我國大型造船企業(yè)造船模式正向集約型和整合模式轉(zhuǎn)變，只有支持精細化管理，多級部署和中央管控，重視各分支機構(gòu)和上下游供應(yīng)商、客戶、伙伴之間的信息資源的互聯(lián)、共享和綜合利用，加強業(yè)務(wù)聯(lián)動和整合，創(chuàng)新并持續(xù)改進業(yè)務(wù)模式，才能進一步提高信息化資源的綜合利用率。

船廠：增加自適應(yīng)能力

基于這個思路，南通中遠海運川崎船舶工程有限公司（以下簡稱南通中遠海運川崎）總經(jīng)理陳弓開宗明義：“放眼今后，我國船舶建造行業(yè)的發(fā)展方向是集數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化、集成化于一體，根據(jù)船舶建造行業(yè)的功能及特點，包括移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)4.0技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等信息技術(shù)都將（或正在）進入造船領(lǐng)域?！?/p>

這棟房子，留給她的，已經(jīng)只剩下每月1475.30元的房貸和這把鑰匙了，易非攥著鑰匙，像是要把它捏碎。當(dāng)她冒著風(fēng)雪，穿越了小半個城市，來到自己的房子里時，看到的是一幅溫暖的熟睡圖。媽和弟弟，還有李倩倩，已經(jīng)住在里面了。

正是看到了船舶建造行業(yè)今后的發(fā)展趨勢，南通中遠海運川崎自2012年開始推進船舶智能制造，并計劃用10年左右的時間，建成具有中國特色的智能船廠?！案鶕?jù)韓國船廠的經(jīng)驗，他們制定了‘三步走’的船舶智能制造和船廠發(fā)展規(guī)劃，第一步是構(gòu)建信息系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、實時監(jiān)控和管理系統(tǒng)，第二步是建設(shè)數(shù)字化虛擬智能船廠，第三步是建設(shè)人與環(huán)境相協(xié)調(diào)的智能船廠。而我們的大膽設(shè)想，或許是首先進入數(shù)字化虛擬智能船廠階段?！标惞M一步解釋到，“即采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對造船全過程進行三維模擬演示。利用建立起來的描述船舶產(chǎn)品、造船廠、車間、生產(chǎn)設(shè)備、工人、制造資源的三維模型，描述產(chǎn)品、制造資源、制造工藝的數(shù)字模型，以及制定船舶建造工藝規(guī)劃，同時采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)成虛擬環(huán)境，對整個造船過程進行三維模擬演示，展現(xiàn)船舶建造的全過程?！?/p>

在采訪過程中，多位業(yè)內(nèi)人士也表示，加快推動新一代信息技術(shù)與先進船舶制造技術(shù)的融合，是提升船舶建造智能化水平的關(guān)鍵，但這也是個循序漸進的過程。暢想可有，但不可“放眼過大”。江南造船（集團）有限責(zé)任公司（以下簡稱江南造船）總工程師胡可一認為，從目前情況看，在一些需要重復(fù)運轉(zhuǎn)或生產(chǎn)小型結(jié)構(gòu)部件的工位上，運用高效的自動化生產(chǎn)設(shè)備是可行的，且國內(nèi)已有多家造船廠運用了焊接機器人，這在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量上較人工焊接的方式都有很大優(yōu)勢。但胡可一也指出：“生產(chǎn)要素的必要投入有助于提高生產(chǎn)效率，管理水平和單元制造的自動化也將強化這一效果，但不可忽略的是，智能制造水平的提升需要標準化作業(yè)作為基礎(chǔ)，很多船東都希望個性化造船，而個性化有別于標準化，存在客觀條件限制的問題?！痹诤梢豢磥恚磥?，船舶建造企業(yè)將先行在一些復(fù)雜、危險的工位使用機器人來代替人工作業(yè)?！按敖ㄔ煨袠I(yè)屬于離散型行業(yè)，智能化制造不會一蹴而就，首先需要提升船舶工業(yè)自動化水平?！?/p>

武漢船用機械有限責(zé)任公司（以下簡稱武漢船用機械）相關(guān)負責(zé)人表示，未來，會有越來越多的船配企業(yè)在現(xiàn)有標準化工藝體系的基礎(chǔ)上，匹配智能化生產(chǎn)管控的需求，建立三維結(jié)構(gòu)化工藝體系，實現(xiàn)船用產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)化機加工藝設(shè)計和裝配工藝設(shè)計，在生產(chǎn)車間實現(xiàn)工藝驅(qū)動生產(chǎn)，實現(xiàn)工步級管控。同時，通過對智能裝配工具的應(yīng)用與智能裝配管控系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)裝配過程的流程化引導(dǎo)、關(guān)鍵點智能化監(jiān)控、裝配質(zhì)量的數(shù)字化分析等防呆、防錯功能。而通過在關(guān)鍵加工設(shè)備上安裝一系列的傳感設(shè)備，并對加工過程的電流、振動等特征進行知識分析調(diào)整設(shè)備的切削參數(shù)，提高加工和效率?！把b配過程智能化，是船配企業(yè)未來最重要的發(fā)展看點之一?！?/p>

車間：實現(xiàn)智能制造

標準也是船舶智能制造不可忽視的一個重要環(huán)節(jié)，因為標準是“軟設(shè)施”，決定生產(chǎn)效率和技術(shù)水平?！暗虼芭c海洋工程裝備產(chǎn)品種類繁多，產(chǎn)品和工藝的復(fù)雜程度不同，制造周期不同，部件特點各異、生產(chǎn)批量不定，因此在實現(xiàn)高效、有序、均衡、柔性的生產(chǎn)上具有更大的難度?！壁w川說。由此可見標準化在實現(xiàn)船舶智能制造方面的重要性。

我國首條船舶工業(yè)智能無人生產(chǎn)線在中船重工武船集團開始試運行

南京國際船舶設(shè)備配件有限公司（以下簡稱南京國際船配）也是從“船配制造”向“船配智造”邁進的典型。對于未來船配企業(yè)的發(fā)展趨勢，南京國際船配認為圍繞產(chǎn)品數(shù)字化、工藝標準化、單據(jù)電子化、要素條碼化、生產(chǎn)自動化、流程可視化、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化是船配企業(yè)的發(fā)展方向和目標，嘗試對離散制造信息物理系統(tǒng)的組態(tài)應(yīng)用，創(chuàng)新地將業(yè)務(wù)信息管理系統(tǒng)對接生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)管理“扁網(wǎng)化”、業(yè)務(wù)流程信息化、設(shè)計制造一體化、生產(chǎn)管控可視化，進而提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少人為干預(yù)失誤因素。

“推動發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)向智能化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，將可以在一定程度上帶動船舶制造行業(yè)智能化發(fā)展?！睆V西玉柴機器股份有限公司（以下簡稱玉柴機器）董事局主席宴平說，“已正式投入生產(chǎn)的玉柴機器大中型發(fā)動機缸體數(shù)字化鑄造車間是‘中國制造2025’首批新智能制造項目，專項通過數(shù)字化鑄造技術(shù)、中控系統(tǒng)等智能制造手段，實現(xiàn)了缸體產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化、鑄造工藝數(shù)字化，制造裝備智能化、過程管理數(shù)字化，鑄造工藝數(shù)字化設(shè)計率達100%，制造過程數(shù)控率達91%。玉柴機器在傳統(tǒng)機械制造業(yè)智能化改造上取得了新突破。”

大船集團船舶分段制造數(shù)字化車間

6000T三維數(shù)控彎板機在江南造船成功使用

船配：過程智能化

提升三維結(jié)構(gòu)化工藝，同樣是船配企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的一個前提。

總而言之，船舶智能制造模式概念的基本內(nèi)涵，是要以模塊化設(shè)計建造為基礎(chǔ)，以數(shù)字化流水線為導(dǎo)向，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使造船工藝流程、物流、信息流一體化，實現(xiàn)無缺陷、準時化生產(chǎn)。至于未來船舶建造行業(yè)的圖景，我們可以延伸展開：即應(yīng)用智能技術(shù)，使智能機器和人一體化，實現(xiàn)決策、規(guī)劃、設(shè)計、調(diào)度、監(jiān)測、生產(chǎn)、管理等人機高效交互，通過工況在線感知、智能決策與控制和裝備自律執(zhí)行等閉環(huán)過程，不斷提高完善裝備性能、增加自適應(yīng)能力，從而實現(xiàn)健康、安全、環(huán)保、人性的智能化總裝建造。

我國船舶工業(yè)在推進智能制造過程中，以精益、數(shù)字、自動、智能等技術(shù)應(yīng)用為主線，實施船舶“中間產(chǎn)品”的智能制造，勢必會全面推進我國船舶設(shè)計制造、管理、維護等全流程的智能化。

“直觀理解，智能單元＜智能產(chǎn)線＜智能車間?！敝袊爸毓ぜ瘓F七一四研究所國際海事與標準化研究部主任助理、中船重工智能制造標準體系建設(shè)專家趙川表示，“對于流程工業(yè)來講，智能車間就是通過數(shù)據(jù)驅(qū)動將流程工業(yè)離散化，理想的狀態(tài)是均為離散化生產(chǎn)，沒有嚴格意義上的產(chǎn)線。船舶行業(yè)作為離散型制造的典型行業(yè)代表，需以智能單元應(yīng)用為基礎(chǔ)，打通產(chǎn)線數(shù)據(jù)自主有序流動，推動車間級數(shù)據(jù)互通，進而實現(xiàn)從設(shè)計端到建造端模型傳遞和現(xiàn)場可視化應(yīng)用?！?/p>

陳弓認為，通過對智能化生產(chǎn)線的持續(xù)研究與應(yīng)用，將智能裝備覆蓋到預(yù)處理、切割、焊接、裝配、打磨、涂裝等環(huán)節(jié)，有助于完成智能化技術(shù)和裝備在船體、管子、平面分段等數(shù)字化車間的全面布局?！岸七M智能車間建設(shè)，需要通過以下項目來實施。在車間智能管控方面，開發(fā)與應(yīng)用制造執(zhí)行系統(tǒng)，其中包括內(nèi)業(yè)、組立、外業(yè)、涂裝、舾裝等幾個部分的作業(yè)計劃。同時注意生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、中間產(chǎn)品的質(zhì)量追溯、物流實時管控、生產(chǎn)實績實時監(jiān)控、人員/設(shè)備實時管控和安全生產(chǎn)實時管控。在車間智能制造執(zhí)行方面，將圍繞著零件加工、部件裝焊、平面分段、管子加工等智能車間建設(shè)，在已建成的型鋼加工線、條材加工線、先行小組立線、小組立線、中一徑和中二徑管加工線的基礎(chǔ)上，建設(shè)鋼板全面印字生產(chǎn)線、小組立定盤焊接機器人生產(chǎn)線、大徑直管焊接機器人生產(chǎn)線、大組立焊接機器人生產(chǎn)線等?！?/p>

清華大學(xué)老校長梅貽琦說過，“大學(xué)之謂，非大樓也”。現(xiàn)在大學(xué)房子越蓋越豪華，但是教授越來越不像教授，學(xué)生越來越不像學(xué)生，大學(xué)精神不斷淪落，大學(xué)校園彌漫的學(xué)術(shù)不端氛圍，令人憂慮。高校、科研機構(gòu)擔(dān)負著傳承文化、弘揚正義的職責(zé)。如果為人師表者學(xué)術(shù)道德失守，不僅有辱學(xué)術(shù)尊嚴，還會誤導(dǎo)學(xué)生、搞壞學(xué)術(shù)風(fēng)氣。韓愈說，“師者，傳道、授業(yè)、解惑也”。教師除了教給學(xué)生學(xué)問外，更有義務(wù)教給他們做人的道理、做學(xué)問的道德。如果教師自身學(xué)術(shù)不端，即使道貌岸然給學(xué)生講學(xué)術(shù)道德，學(xué)生也聽不進去。

由表5可見，在土壤全氮養(yǎng)分地球化學(xué)等級中，一級土壤面積所占比率非常小，僅為2.94%，全氮含量為2.675 g/kg；二級土壤面積占調(diào)查區(qū)面積的20.59%，全氮在1.514～1.968 g/kg；三級土壤面積占調(diào)查區(qū)面積的44.12%，全氮在1.033～1.50 g/kg；四級土壤面積占調(diào)查區(qū)面積的32.35%，全氮在0.818～0.991 g/kg。由此可知，本區(qū)土壤全氮多半處于中等至較豐富狀態(tài)。

但應(yīng)當(dāng)注意到的是，在智能制造融合了機器人、人工智能等眾多前沿科技之后，程序控制似乎變得更加簡單，然而在設(shè)備增多的情況下，如何有效管理人機交互時的安全性，還需要重點關(guān)注。這也是我國造船企業(yè)智能化升級決策的重要依據(jù)。

保障：開展重點領(lǐng)域標準研制

《推進船舶總裝建造智能化轉(zhuǎn)型行動計劃（2019-2021年）》（以下簡稱《行動計劃》）提到，要加快智能車間建設(shè)。那么，通過怎樣的方式強化智能制造單元、智能生產(chǎn)線、智能車間建設(shè)？未來的智能車間會是什么樣子？

平心而論，智能制造尚屬于新生事物，似乎還沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗和模式可以借鑒。趙川表示：“在國際標準方面，ISO、IEC和ITU等國際標準化組織在通信技術(shù)、接口協(xié)議、系統(tǒng)集成、機器人、過程控制、人機交互等關(guān)鍵領(lǐng)域均制定了一批國際標準，可為船舶智能制造提供參考。但在國內(nèi)行業(yè)層面，目前船舶行業(yè)智能制造相關(guān)標準很少，僅涉及三維設(shè)計方面，如艦船CAD通用要求、艦船三維建模通用要求、艦船船體結(jié)構(gòu)建模和輸出要求等。這些存量標準僅是針對船舶三維設(shè)計共性要素的基本規(guī)定/通用要求，且均是基于原有設(shè)計平臺，不涉及不同廠所間或不同系統(tǒng)間的協(xié)同?！闭绻俜奖硎觯覈圃鞓I(yè)制造環(huán)節(jié)互聯(lián)互通等制約智能制造發(fā)展的關(guān)鍵問題仍沒有解決，跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的智能制造標準化需求日益迫切。

2018年10月30日北京水科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究研討會上，與會專家形成了一份《關(guān)于加強水基礎(chǔ)科學(xué)研究和學(xué)科發(fā)展的政策建議》初稿，提出加強對水基礎(chǔ)科學(xué)研究的重視、支持和宣傳，組建水科學(xué)研究中心，建立水科學(xué)人才培養(yǎng)體系和加強水科學(xué)的國際合作等具體任務(wù)。這也是國內(nèi)科學(xué)共同體對水科學(xué)的明確支持。

建立船舶智能制造的行業(yè)標準，是深入推進智能制造的重要前提，沒有信息化和工業(yè)化的融合就顯得脆弱，難以推進智能制造及大規(guī)模應(yīng)用推廣。目前，我國在船舶智能制造標準化領(lǐng)域已陸續(xù)開展了標準體系框架研究和標準現(xiàn)狀梳理工作，針對急需領(lǐng)域，也完成了部分標準研制工作。

推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，充足的資金必不可少。只有具備充足的資金，才能更好地發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，加速農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的資金投入量少，這對于農(nóng)民來說，確實是阻礙農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)推廣的一大難題。農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展比較緩慢，資金實力弱，很難購買農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的設(shè)備。因此，需要政府減免一部分農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的設(shè)備資金，這樣才能緩解農(nóng)民購買農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)設(shè)備的壓力，提高農(nóng)民推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的熱情，加快農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣速度。

針對下一步將繼續(xù)開展的重點領(lǐng)域標準研制工作，趙川總結(jié)道：“首先，是船舶總體廠所協(xié)同研制。目前，船舶總體廠所協(xié)同尚未形成覆蓋總體設(shè)計、總裝建造，以及基于協(xié)同配套的協(xié)同研制模式和相關(guān)標準規(guī)范，急需在標準層面解決三維建模數(shù)據(jù)源不唯一的問題，保證三維設(shè)計建模規(guī)范性。其次，是智能車間/智能船廠的互聯(lián)互通。由于船舶總裝建造單位車間設(shè)備數(shù)據(jù)接口有待統(tǒng)一，企業(yè)進行整線集成周期長、實施難度大，對生產(chǎn)線集成數(shù)據(jù)統(tǒng)一要求越來越迫切。標準層面需對智能車間設(shè)備、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)互通和信息接口進行統(tǒng)一，規(guī)范智能單元/智能車間/智能產(chǎn)線的數(shù)據(jù)互通和集成要求。第三，是基于模型的數(shù)字化設(shè)計制造。面向船舶廠所協(xié)同要求，需在標準層面統(tǒng)一設(shè)計、生產(chǎn)階段對三維設(shè)計的要求，有效指導(dǎo)建造施工，形成系列標準來滿足產(chǎn)品建造要求，保證設(shè)計質(zhì)量和建造質(zhì)量?！?/p>