船舶智能制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

魯雄飛，鄧中軍

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 202150）

0 引言

伴隨信息技術(shù)的快速發(fā)展，并且逐漸滲透進(jìn)傳統(tǒng)制造行業(yè)，現(xiàn)代化工業(yè)已進(jìn)入智能制造時(shí)期。為了牢牢把握此全新的發(fā)展機(jī)遇，我國(guó)的各個(gè)行業(yè)都在加速創(chuàng)新發(fā)展，形成若干全新的產(chǎn)業(yè)、模式等?，F(xiàn)階段，全球海運(yùn)量增加緩慢、內(nèi)生動(dòng)力欠缺，船舶行業(yè)亟待創(chuàng)新發(fā)展，面對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的新要求，發(fā)展船舶智能制造技術(shù)極其必要，同樣還是我國(guó)建設(shè)造船強(qiáng)國(guó)的重要渠道[1]。

1 船舶制造現(xiàn)狀

進(jìn)入“十三五”時(shí)期以來(lái)，黨和國(guó)家對(duì)海洋領(lǐng)域的關(guān)注度不斷提升。尤其是“一帶一路”、“建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”等戰(zhàn)略的提出，我國(guó)發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的急切訴求上升到了全新的高度。在如此的環(huán)境下，國(guó)內(nèi)船舶制造行業(yè)取得了顯著的發(fā)展成績(jī)，主要反映在以下幾個(gè)方面：1）科技創(chuàng)新水平進(jìn)一步加強(qiáng)；2）產(chǎn)量與產(chǎn)能有大幅度提升；3）配套智能化有重大突破；4）海工裝備在國(guó)際市場(chǎng)中的占比顯著增加；5）產(chǎn)業(yè)集中度不斷增強(qiáng)。整體而言，國(guó)內(nèi)船舶制造行業(yè)已經(jīng)初步形成現(xiàn)代化制造的理念。但是，船舶制造行業(yè)在不斷發(fā)展環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題同樣應(yīng)引起高度重視，在高附加值與高技術(shù)含量的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中遠(yuǎn)不及韓、日等造船強(qiáng)國(guó)。導(dǎo)致我國(guó)船舶制造行業(yè)“大而不強(qiáng)”的原因，除了核心技術(shù)研發(fā)不到位以外，船舶及相關(guān)設(shè)施制造端的問(wèn)題也是非常重要的限制因素。相較于韓、日造船強(qiáng)國(guó)，國(guó)內(nèi)船舶制造行業(yè)在制造成本、效率以及人工數(shù)量等層面都有比較大的差距。有些企業(yè)采取自主研制及引入技術(shù)等形式，以逐漸降低制造技術(shù)方面的差距。在國(guó)家“兩化”戰(zhàn)略的前提下，國(guó)內(nèi)制造領(lǐng)域的信息化進(jìn)程不斷加速，數(shù)字化技術(shù)逐步滲透進(jìn)船舶制造行業(yè)[2]。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：船舶等領(lǐng)域的數(shù)字化設(shè)計(jì)工具利用率在85%以上；并且，高速軌道交通、智能制造以及海洋工程等行業(yè)的產(chǎn)值占比在10%以上。在船舶制造技術(shù)信息化、智能化背景下，船舶行業(yè)既往的粗放型設(shè)計(jì)、制造形式有著翻天覆地的變化。在船舶制造企業(yè)內(nèi)，MES、ERP 等信息化工具、工業(yè)機(jī)器人、新型傳感器以及智能控制系統(tǒng)等都有著廣泛的應(yīng)用；然而，在信息集成、各制造工序間相互聯(lián)通等層面相較于全球頂尖的船舶制造方式依然有較為明顯的差距。整體而言，當(dāng)前國(guó)內(nèi)船舶制造技術(shù)智能化程度相對(duì)較低，“信息孤島”問(wèn)題依然存在，綜合集成、協(xié)同及創(chuàng)新能力還沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的高度。

2 船舶智能制造技術(shù)的應(yīng)用

2.1 船舶智能制造的關(guān)鍵技術(shù)

1）人工智能技術(shù)

在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展過(guò)程中，人工智能起著無(wú)可取代的作用；智能機(jī)器人、語(yǔ)音與圖像識(shí)別、專家系統(tǒng)以及多信息傳感等先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的不斷加強(qiáng)。在船舶設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，工藝設(shè)計(jì)及概念設(shè)計(jì)是大部分專家創(chuàng)造性思維的重要體現(xiàn)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析、判斷等。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)的歸納及分析，若通過(guò)人工來(lái)完成，則需耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間。在船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用專家系統(tǒng)，可以有效地讓設(shè)計(jì)工作者從繁雜的勞動(dòng)當(dāng)中釋放出來(lái)。從船舶智能設(shè)計(jì)、制造以及運(yùn)行等角度來(lái)看，充分發(fā)揮人工智能深度學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，能夠創(chuàng)建起成熟的智能設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行及管理體系，不斷優(yōu)化從設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)直到制造的智能化控制機(jī)制。從某種意義層面而言，智能制造技術(shù)實(shí)際上是制造技術(shù)和人工智能的相互結(jié)合，當(dāng)前社會(huì)上的智能制造是傳統(tǒng)人工智能在制造領(lǐng)域中的深入運(yùn)用，從人工智能的簡(jiǎn)單運(yùn)用向系統(tǒng)化運(yùn)用轉(zhuǎn)變，打造智能化工廠，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造的目標(biāo)。

2）物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)在虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界間架起了“橋梁”，在很大程度上縮小了物和人在空間上的距離，給人們的日常生活、生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有助于加速對(duì)船舶制造數(shù)據(jù)的傳遞及處理，推進(jìn)船舶制造資源分配的最優(yōu)化。云計(jì)算為數(shù)據(jù)信息的處理、儲(chǔ)存等創(chuàng)造了可靠、安全的環(huán)境，促進(jìn)各個(gè)制造設(shè)施間的數(shù)據(jù)分享，為船舶設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行等提供高效的數(shù)據(jù)支持。大數(shù)據(jù)是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)而產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)依靠云計(jì)算在數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存方面的優(yōu)勢(shì)，全面挖掘數(shù)據(jù)的隱藏價(jià)值。對(duì)于從制造過(guò)程、設(shè)施以及生態(tài)鏈上搜集到的大量數(shù)據(jù)開(kāi)展分析，從而向用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。

3）虛擬仿真技術(shù)

采取虛擬仿真技術(shù)，在虛擬的條件下整個(gè)供應(yīng)鏈條相互分工、協(xié)作，切實(shí)轉(zhuǎn)變了以往“調(diào)試、修改、加工”的制造方法，在虛擬仿真技術(shù)的支撐下對(duì)制造的整個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，事先對(duì)各種性能進(jìn)行預(yù)估、檢驗(yàn)以及判斷等，進(jìn)而提高制造的效率，盡可能避免因?yàn)槌跗谠O(shè)計(jì)不足而導(dǎo)致后期的返工。在船舶制造行業(yè)，創(chuàng)建虛擬模型以預(yù)測(cè)產(chǎn)品或許會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，不再依靠原型樣機(jī)開(kāi)展重復(fù)多次修改，推動(dòng)傳統(tǒng)制造模式逐漸擺脫依靠經(jīng)驗(yàn)的束縛，還能夠讓分布于不同地區(qū)、不同崗位的工作人員在相同的船舶模型內(nèi)同步開(kāi)展工作，強(qiáng)化各相關(guān)方面的溝通、互動(dòng)。比如在設(shè)計(jì)船舶機(jī)艙管道體系時(shí)，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠“進(jìn)入其中”對(duì)管道進(jìn)行布設(shè)，同時(shí)能夠檢查其中是否存在干涉，全部管路都可創(chuàng)建3D模型，能夠從中截取任何部分在計(jì)算機(jī)上對(duì)其加以觀察、分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)時(shí)就有效避免內(nèi)部管路布設(shè)不科學(xué)的問(wèn)題。

2.2 智能制造技術(shù)在船舶制造中的應(yīng)用

現(xiàn)階段智能制造技術(shù)在船舶制造行業(yè)中的應(yīng)用主要包含智能設(shè)計(jì)、智能運(yùn)營(yíng)、智能服務(wù)、智能操控、智能制造以及云計(jì)算平臺(tái)等。從智能設(shè)計(jì)角度來(lái)看，應(yīng)當(dāng)從需求方面著手開(kāi)展多層次的柔性設(shè)計(jì)，采取模塊化形式以提高船舶設(shè)計(jì)的便利性。從智能運(yùn)營(yíng)角度來(lái)看，通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)以不斷降低船舶制造管理的困難程度，采取現(xiàn)代化的方式促進(jìn)船舶制造、運(yùn)營(yíng)的智能化。從智能服務(wù)角度來(lái)看，其主要反映在船舶制造全周期的信息反饋及處理方面，能夠更加快捷、便利的對(duì)船舶制造進(jìn)行控制。從智能操縱角度來(lái)看，在船舶制造的大部分狀況下無(wú)需人為操作就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的問(wèn)題，同時(shí)能夠自動(dòng)加以糾正，如此就大幅度減少了人工成本，有助于加強(qiáng)船舶制造的效率。從智能制造角度來(lái)看，所有模塊都能夠在計(jì)算機(jī)的支持下開(kāi)展預(yù)先設(shè)計(jì)，具體運(yùn)作環(huán)節(jié)僅需根據(jù)對(duì)應(yīng)的流程操作即可，如果發(fā)生異常的問(wèn)題，機(jī)器自身就會(huì)即刻做出判斷，接著開(kāi)展有針對(duì)性的糾正。從云計(jì)算平臺(tái)角度來(lái)看，其能夠高效采集、處理所有的數(shù)據(jù)，為以上五類“智能”奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而產(chǎn)生系統(tǒng)化的循環(huán)。在此系統(tǒng)的支持下，能夠妥善化解現(xiàn)有船舶制造模式存在的不足，有助于大大加強(qiáng)船舶制造的智能化及集成化水平。

3 船舶智能制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的大環(huán)境下，必定會(huì)形成多樣化的船舶制造技術(shù)。在我國(guó)已有的船舶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制中，除了信息化技術(shù)手段以及應(yīng)用領(lǐng)域的極少許數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)、3D 模型以外，并不存在關(guān)于智能化制造及數(shù)字化車間的標(biāo)準(zhǔn)?；趪?guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制構(gòu)建指引與船舶智能制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在已有船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制的前提下，構(gòu)建與高技術(shù)含量船舶和海洋工程裝備相關(guān)的智能制造標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制，是動(dòng)態(tài)化創(chuàng)新、改革的過(guò)程；應(yīng)當(dāng)首先確定“迫切的、重要的、成熟的”標(biāo)準(zhǔn)，完成好標(biāo)準(zhǔn)審核、及時(shí)修訂等工作，通過(guò)“滾雪球”的形式，由點(diǎn)到線、由線到面，進(jìn)一步優(yōu)化船舶智能制造標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨信息化時(shí)代的來(lái)臨，世界制造領(lǐng)域的智能化已邁入高速發(fā)展階段。在當(dāng)前的市場(chǎng)背景下，必須逐漸提升船舶制造的智能化程度，確保船舶制造企業(yè)可以在日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)方。目前，船舶智能制造已成為實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)的中堅(jiān)力量，為船舶行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力，推動(dòng)我國(guó)船舶制造行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。