吳立新,朱久恩
(中國(guó)遠(yuǎn)洋海運(yùn)集團(tuán)有限公司,上海 200127)
當(dāng)前我國(guó)船舶企業(yè)(以下簡(jiǎn)稱“船企”)的智能化轉(zhuǎn)型主要面臨理念碎片、規(guī)劃滯后、數(shù)字設(shè)計(jì)未整合、信息系統(tǒng)不完備、智能裝備不貫通和船品服務(wù)無平臺(tái)等6個(gè)突出問題。為有效實(shí)現(xiàn)船企智能化轉(zhuǎn)型,應(yīng)圍繞這些問題,著力做好以下2點(diǎn):
1) 理順觀念和思路,由行業(yè)牽頭,形成船企智能化發(fā)展頂層設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見和智能化技術(shù)、工藝、工裝和模式標(biāo)準(zhǔn),制訂行業(yè)、企業(yè)聯(lián)動(dòng)的智能化發(fā)展規(guī)劃;
2) 開展設(shè)計(jì)、信息、裝備、管理和產(chǎn)品服務(wù)等5個(gè)方面的智能化平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè),形成完整的智能化發(fā)展軟硬件架構(gòu)。
船企智能化是造船行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基本方向,隨著我國(guó)裝備制造業(yè)快速高端化發(fā)展,船企智能化轉(zhuǎn)型完全具備實(shí)施和實(shí)現(xiàn)的條件。
1) 船企智能化轉(zhuǎn)型是世界造船業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的基本方向。傳統(tǒng)造船業(yè)屬于資本和勞動(dòng)力密集型裝備制造業(yè),無論是為了降低成本,還是為了提高技術(shù)工藝管理水平,智能化轉(zhuǎn)型都是必要的發(fā)展方向。世界先進(jìn)的造船企業(yè)已著手研究推動(dòng)智能化轉(zhuǎn)型,我國(guó)骨干船企要實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展,也需實(shí)施智能化轉(zhuǎn)型。
2) 船企智能化轉(zhuǎn)型是我國(guó)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展確定的基本目標(biāo)。“中國(guó)制造2025”規(guī)劃是我國(guó)政府實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng),其核心就是智能化轉(zhuǎn)型,船舶建造智能化應(yīng)以此為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。
3) 船企智能化轉(zhuǎn)型是我國(guó)船企實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的基本選擇。當(dāng)前,造船行業(yè)存在中低端產(chǎn)能嚴(yán)重過剩,價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)白熱化,高端產(chǎn)能明顯不足,設(shè)計(jì)、制造和配套水平跟不上等問題,實(shí)施智能化轉(zhuǎn)型,既能提高生產(chǎn)效率,增強(qiáng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力,實(shí)現(xiàn)批量造船,又能提高設(shè)計(jì)研發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量控制水平。加快發(fā)展中高端船型是解決當(dāng)前勞動(dòng)力和采購成本居高不下,高科技和高附加值船舶建造能力不強(qiáng)等問題,實(shí)現(xiàn)建造優(yōu)勢(shì)從勞動(dòng)力和采購成本向建造能力和質(zhì)量提升轉(zhuǎn)變,打造新的可持續(xù)造船核心競(jìng)爭(zhēng)力的根本要求。
1) 智能制造技術(shù)的深入研究和快速發(fā)展使得智能化轉(zhuǎn)型在船企中實(shí)現(xiàn)成為了可能。智能制造在德國(guó)興起,在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用,我國(guó)的工業(yè)制造智能化作為國(guó)家戰(zhàn)略,得到了全面而深入的研究推廣[1]。隨著智能制造戰(zhàn)略的推進(jìn),2019年我國(guó)上海、深圳、蘇州、天津、北京和重慶等6座城市進(jìn)入了世界智能制造中心城市潛力榜前20名,數(shù)字化和信息化作為我國(guó)智能化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ),在我國(guó)中東部的發(fā)展水平已接近(甚至某些方面領(lǐng)先)世界先進(jìn)水平,船企作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分,具有較好的智能科技轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)。
2) 船舶行業(yè)已在智能制造轉(zhuǎn)型發(fā)展方面進(jìn)行諸多探索,骨干船企智能化轉(zhuǎn)型已取得初步成果。我國(guó)造船業(yè)在20世紀(jì)70年代起就逐步走上了國(guó)際化發(fā)展道路,在20世紀(jì)90年代開始了造船現(xiàn)代化轉(zhuǎn)模工作,經(jīng)過多年的發(fā)展,目前造船智能化轉(zhuǎn)型的數(shù)字化和信息化發(fā)展兩大基礎(chǔ)工作已取得很多積極成果。特別是2016年以來,國(guó)內(nèi)骨干船企紛紛加大了智能制造科研立項(xiàng),數(shù)家大型骨干船企成立了數(shù)字造船研究中心,推動(dòng)智能造船的發(fā)展,試制成功了世界首艘入籍智能船,部分骨干船企研究制定了《智能制造頂層設(shè)計(jì)及行動(dòng)計(jì)劃》,形成了《船舶智能制造發(fā)展綱要》,以“智能+”為抓手,瞄準(zhǔn)智能船廠,建設(shè) 5個(gè)平臺(tái),建成國(guó)內(nèi)智能造船框架。
智能造船主要是實(shí)現(xiàn)造船理念、模式、技術(shù)、裝備和管理的深刻轉(zhuǎn)變,目前的現(xiàn)代化造船轉(zhuǎn)模還是基于內(nèi)部的信息集中管理開展的,在理念、模式、技術(shù)、裝備和管理的智能集成方面還存在5個(gè)明顯的瓶頸。
1) 智能化轉(zhuǎn)型理念碎片化,整體規(guī)劃滯后。智能造船是以信息集成為基礎(chǔ),集智能設(shè)計(jì)、智能生產(chǎn)和智慧管理于一體的先進(jìn)造船模式,其基礎(chǔ)包括信息化的貫穿集成和形成智能造船的整體規(guī)劃設(shè)計(jì),瓶頸是制造技術(shù)和制造裝備的智能化。目前我國(guó)的先進(jìn)船企基本上只做到設(shè)計(jì)信息化和生產(chǎn)管理信息化,信息化集成尚未打通,智能裝備尚未集成貫穿,智能造船整體規(guī)劃不完備,缺乏完善的頂層設(shè)計(jì),工作處于局部研究和推動(dòng)階段。
2) 設(shè)計(jì)平臺(tái)的數(shù)字化研究發(fā)展尚未實(shí)現(xiàn)整體突破。智能設(shè)計(jì)的核心體現(xiàn)在2個(gè)方面:
(1) 設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)字化構(gòu)架和精益化匹配。數(shù)字化構(gòu)架的重點(diǎn)是形成智能制造的設(shè)計(jì)覆蓋和導(dǎo)向,精益化匹配則要求整個(gè)設(shè)計(jì)過程能形成一個(gè)開放式結(jié)構(gòu),使得與客戶的溝通更流暢,并能及時(shí)響應(yīng),調(diào)配船廠資源能力以實(shí)現(xiàn)客戶需求的精準(zhǔn)匹配。
(2) 建設(shè)完整覆蓋生產(chǎn)全周期的導(dǎo)引拉動(dòng)式數(shù)據(jù)鏈,全面指導(dǎo)協(xié)調(diào)各項(xiàng)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)管理鏈條。
目前國(guó)內(nèi)絕大部分船企都未設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化系統(tǒng),數(shù)字化生產(chǎn)全周期導(dǎo)向和牽引功能尚處于理論研究和碎片探索階段。
3) 互聯(lián)互通全覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與分析軟件系統(tǒng)建設(shè)尚未整體推進(jìn)。全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)硬件和精細(xì)有效的過程管控軟件系統(tǒng)是智能化從設(shè)計(jì)階段延伸到生產(chǎn)階段(乃至后續(xù)服務(wù)階段)的基礎(chǔ),目前國(guó)內(nèi)船企的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)尚未形成全覆蓋、全滲透的軟硬件系統(tǒng),基于智能化、開放式的整體規(guī)劃建設(shè)尚未建成。
4) 智能化生產(chǎn)裝備建設(shè)整體推動(dòng)力度不大。智能化生產(chǎn)裝備以智能車間和智能生產(chǎn)線為典型代表,是實(shí)現(xiàn)智能造船的關(guān)鍵。目前我國(guó)的船企已初步實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)控化,但因未實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備整體化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化鏈接,相互間未形成完整的流水線智能作業(yè),數(shù)控設(shè)備不完備,制造執(zhí)行管控系統(tǒng)未貫通統(tǒng)一,關(guān)鍵數(shù)控設(shè)備只實(shí)現(xiàn)局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化。
5) 產(chǎn)品服務(wù)平臺(tái)建設(shè)尚未提上日程。智能制造的最終目的是打造船品服務(wù)智能平臺(tái),將產(chǎn)品生產(chǎn)周期管理延伸到產(chǎn)品生命周期管理,實(shí)現(xiàn)制造+服務(wù)轉(zhuǎn)型,體現(xiàn)以服務(wù)客戶和滿足客戶需求為核心的服務(wù)理念,補(bǔ)足造船產(chǎn)業(yè)鏈中的服務(wù)短板。
船企智能化轉(zhuǎn)型是再造式系統(tǒng)化改造,涉及思想觀念和規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn),以及設(shè)計(jì)、共享、生產(chǎn)、控制和服務(wù)等5個(gè)平臺(tái)的建設(shè),形成“2(規(guī)劃、理念)+5(平臺(tái))”體系。
智能制造須高起點(diǎn)研究、整體性部署:
1) 行業(yè)牽頭,企業(yè)參與,組建專家隊(duì)伍,共研船企智能化發(fā)展頂層設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見。企業(yè)研究自身頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃和行動(dòng)計(jì)劃。
2) 行業(yè)牽頭,研究技術(shù)、工藝、工裝和模式,形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)意見。企業(yè)實(shí)施制造層面的規(guī)劃設(shè)計(jì),解決思想認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一和規(guī)劃碎片化的問題。
規(guī)劃要突出“四大目標(biāo)”,優(yōu)化資源要素:
1) 通過智能化轉(zhuǎn)型不斷提高建造質(zhì)量。將智能化和高品質(zhì)列為船廠最重要的品牌內(nèi)涵,增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
2) 通過智能化制造大幅提升生產(chǎn)效率。應(yīng)用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù),致力于推動(dòng)設(shè)計(jì)、采購等環(huán)節(jié)與船舶設(shè)計(jì)單位、船廠和配套單位協(xié)同共享,避免重復(fù)投入。通過生產(chǎn)線自動(dòng)化、智能化的應(yīng)用和改造,提高生產(chǎn)效率,縮短產(chǎn)品制造周期。
3) 通過智能化數(shù)據(jù)集成穩(wěn)定保障企業(yè)效益。提升土地、岸線、人員和材料等生產(chǎn)要素的整合能力,減少綜合能耗,提高鋼材的一次利用率和綜合利用率,降低運(yùn)營(yíng)成本。
4) 通過智能化設(shè)計(jì)降低安全作業(yè)強(qiáng)度。推進(jìn)切割、焊接、裝焊和管加工智能化,降低勞動(dòng)強(qiáng)度和減小危險(xiǎn)系數(shù),實(shí)現(xiàn)設(shè)備本質(zhì)安全。切實(shí)形成整體性智能化轉(zhuǎn)型規(guī)劃,解決覆蓋不全和對(duì)接不到位的問題。
智能化轉(zhuǎn)型雖然會(huì)增加企業(yè)的當(dāng)期成本壓力,但這是造船企擺脫“紅?!笔袌?chǎng)白熱化競(jìng)爭(zhēng)的惟一途徑[2]。船企要強(qiáng)化“自主規(guī)劃智能化改造路線、自主選擇合適的智能化設(shè)備、自主實(shí)施生產(chǎn)線智能化改造”的“三個(gè)自主發(fā)展”發(fā)展理念,并進(jìn)一步確立“三力建設(shè)”理念:
1) 確立做實(shí)智能化轉(zhuǎn)型就是生產(chǎn)力的理念。重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到提升生產(chǎn)效率上來,切實(shí)培育形成符合供給側(cè)改革方向的內(nèi)涵式增長(zhǎng)方式。
2) 確立未來智能化轉(zhuǎn)型是競(jìng)爭(zhēng)力的理念。智能化轉(zhuǎn)型將以數(shù)據(jù)為鏈條,與智能船舶一起推動(dòng)行業(yè)生產(chǎn)+服務(wù)新模式的發(fā)展,幫助船東實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。
3) 確立智能化轉(zhuǎn)型效果需執(zhí)行力的理念。強(qiáng)化數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè),發(fā)揮數(shù)據(jù)平臺(tái)執(zhí)行載體的作用,人人參與智能化轉(zhuǎn)型。
按總體規(guī)劃、分步實(shí)施的原則,以兩化融合為主線,以生產(chǎn)線自動(dòng)化和智能化改造為切入點(diǎn),持續(xù)推進(jìn)基于數(shù)據(jù)控制的精益管理,打造五大平臺(tái),盡快建設(shè)智能車間。褚健[3]認(rèn)為,人工智能(Artificial Intelligence, AI)最能發(fā)揮作用的領(lǐng)域可能還是工業(yè)制造領(lǐng)域。
1) 建設(shè)互聯(lián)互通平臺(tái),夯實(shí)智能化轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)。
(1) 加快建設(shè)覆蓋全廠的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。切實(shí)利用光纖通信和工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),落實(shí)現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的廠區(qū)全覆蓋,使主要工位關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)據(jù)得到全方位采集傳輸。打造“互聯(lián)網(wǎng)+設(shè)計(jì)”,實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)單位與船廠、船廠與船廠和船廠與配套單位的異地協(xié)同設(shè)計(jì),共享設(shè)計(jì)資源,縮短設(shè)計(jì)周期。
(2) 構(gòu)建生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。圍繞造船全過程,推進(jìn)生產(chǎn)、安全、質(zhì)量和效率等各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的建設(shè),精準(zhǔn)分析數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)管控。真正建成全周期覆蓋、全環(huán)節(jié)滲透的信息分析應(yīng)用系統(tǒng)。
2) 建設(shè)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái),提升精益建造能力。
(1) 建立精益設(shè)計(jì)體系。精益化設(shè)計(jì)的核心是精準(zhǔn)匹配客戶的需求和船廠的資源能力。面向船東,定制性能更好、滿足船東和規(guī)范要求的綠色節(jié)能船舶;面向船廠,發(fā)揮生產(chǎn)裝備的作用,提高生產(chǎn)效率,節(jié)約生產(chǎn)資源。核心是強(qiáng)化船型的數(shù)字優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)一體化,解決地域和人員協(xié)同設(shè)計(jì)的問題,整合設(shè)計(jì)資源。引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)系統(tǒng),并對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā),將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)能力匹配,形成有船廠特色的生產(chǎn)設(shè)計(jì)體系。對(duì)每塊鋼板、每個(gè)零部件都納入完整、有序的編碼體系,將船舶制造過程數(shù)字化、符號(hào)化,保證生產(chǎn)過程始終可控、在控,能針對(duì)出現(xiàn)的問題做出敏捷反應(yīng)。
(2) 構(gòu)建基于數(shù)據(jù)支撐的拉動(dòng)式生產(chǎn)計(jì)劃管理。以計(jì)劃管理為手段,協(xié)調(diào)局部工作。根據(jù)手持訂單評(píng)估勞動(dòng)力、場(chǎng)地、設(shè)備和資金等資源,結(jié)合接單計(jì)劃、人員招聘計(jì)劃和設(shè)備改造計(jì)劃等制訂年度線表計(jì)劃,保障均衡生產(chǎn)。將年度線表計(jì)劃細(xì)化為單船綜合預(yù)定表,按“JIT”的方式組織生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理,倒推制作工序預(yù)定。
(3) 以制度體系、作業(yè)基準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托,將精益管理體系(Debit Production System, DPS)、質(zhì)量控制(Quality Control, QC)和全面質(zhì)量管理(Total Quality Control, TQC)等融入日常生產(chǎn),實(shí)施全員、全組織和全過程的自主管理。有效解決設(shè)計(jì)平臺(tái)數(shù)字化架構(gòu)和精益化匹配瓶頸。
3) 改造重點(diǎn)生產(chǎn)車間智能制造平臺(tái),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能控制。
(1) 打通制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System, MES)和企業(yè)資源管理系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning, ERP)。切實(shí)將以船體、裝焊、外業(yè)、涂裝、管加工和舾裝等主要工序的數(shù)字化管控為重點(diǎn)的MES流程中的大預(yù)定計(jì)劃與執(zhí)行、工藝設(shè)計(jì)和質(zhì)量監(jiān)控等管理基準(zhǔn)固化,上承ERP,下接車間底層智能化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)線和電裝作業(yè)管理的數(shù)據(jù)采集三維可視化,作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)三維可視化、指導(dǎo)化。
(2) 持續(xù)建設(shè)智能化生產(chǎn)線。智能化生產(chǎn)線是智能車間建設(shè)的基礎(chǔ),起步期要著力在船舶建造的預(yù)處理、切割、焊接、裝配和舾裝等主要工序上建成投產(chǎn)相應(yīng)的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線(例如鋼板全面印字生產(chǎn)線、先行小組焊接機(jī)器人生產(chǎn)線、管材加工焊接機(jī)器人生產(chǎn)線、FCB/RF焊接生產(chǎn)線、型鋼自動(dòng)切割生產(chǎn)線和鋼板數(shù)控切割生產(chǎn)線等),徹底解決智能化轉(zhuǎn)型設(shè)備不完整、不全備和不貫通等問題。
4) 建設(shè)信息管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)造船數(shù)字化集成。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化造船,必須建立數(shù)字化造船系統(tǒng),將設(shè)計(jì)、制造、過程自動(dòng)化、管理、電子商務(wù)和系統(tǒng)集成與優(yōu)化等技術(shù)結(jié)合在一起,不僅能實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息集成和功能集成,而且能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理和營(yíng)銷過程與企業(yè)間的集成[4]。數(shù)字化造船主要在集成能力建設(shè)上實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn):
(1) 加快建立有效整合與深度集成的信息系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering,CAE)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design, CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)(Computer Aided Process Planning, CAPP)和計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM)與ERP和生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理(Product Data Management, PDM)的有效集成,建立數(shù)據(jù)管理平臺(tái),打通船舶項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型、工程圖紙、技術(shù)規(guī)范、工藝資料和加工流程等數(shù)據(jù)流。
(2) 深化供應(yīng)鏈和智能物流建設(shè)。以實(shí)現(xiàn)鋼材的供應(yīng)鏈集成為切入點(diǎn),將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸給供應(yīng)商,實(shí)現(xiàn)定尺生產(chǎn)供應(yīng)。以智能倉庫為起點(diǎn),開展外部供應(yīng)鏈集成,實(shí)現(xiàn)舾裝品入庫、管理和自動(dòng)出庫的智能化管理,構(gòu)建智能化倉儲(chǔ)體系,具備完整的數(shù)字化生產(chǎn)集成能力。
5) 開發(fā)產(chǎn)品服務(wù)平臺(tái),奠定服務(wù)型制造基礎(chǔ)。研究建立覆蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和質(zhì)量控制等內(nèi)容的客戶意見處理系統(tǒng),快速準(zhǔn)確地處理船東的意見,提升客戶的滿意度;推進(jìn)智能船舶系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,為船東提供增值服務(wù);打造“互聯(lián)網(wǎng)+”售后服務(wù)平臺(tái),利用大數(shù)據(jù)分析方法優(yōu)化船舶建造;實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶產(chǎn)品信息的統(tǒng)一管理,建設(shè)覆蓋船舶研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造的全生命周期管理系統(tǒng),向運(yùn)營(yíng)端延伸。
船企智能化轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,為推動(dòng)此項(xiàng)轉(zhuǎn)型真正落到實(shí)處,應(yīng)做到:
1) 在戰(zhàn)略層面,深化整體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì),解決思想觀念錯(cuò)位和頂層設(shè)計(jì)缺位造成的工作推動(dòng)不完整、不系統(tǒng)和各自為政、重復(fù)建設(shè)的問題;
2) 在戰(zhàn)術(shù)層面,統(tǒng)籌研究和推動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)字化整體牽引、網(wǎng)絡(luò)覆蓋化整體連通、生產(chǎn)精益化整體管控、設(shè)備智能化完整貫通和服務(wù)一體化有效對(duì)接的智能化運(yùn)行體系,整體推動(dòng)船企向智能化轉(zhuǎn)型。