船舶舾裝件自動化、智能化生產(chǎn)設(shè)計與制造研究

沈立剛　劉新東

摘? ? 要：本文以公司船舶舾裝件自動化、智能化生產(chǎn)設(shè)計與制造為載體，介紹了船舶舾裝件設(shè)計、制造、集配中的自動化、信息化、智能化的開發(fā)應(yīng)用，分析了船舶舾裝件自動化生產(chǎn)設(shè)計與制造的實踐，為智能化制造持續(xù)改進(jìn)提供參考。

關(guān)鍵詞：船舶舾裝件;自動化生產(chǎn);智能化管理

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Automatic and Intelligent Production Design and

Manufacturing of Ship Outfit

SHEN Ligang，? LIU Xindong

（ Guangzhou Wenchuan Heavy Industy Co.， Ltd.，? Guangzhou 510725 ）

Abstract： Taking the automatic and intelligent production design and manufacturing of ship outfits in the company as the carrier， this paper introduces the development and application of automation in the design， manufacturing and assembly of ship outfits， systematically analyzes and studies the practice of automatic production design and manufacturing of ship outfits， so as to provide reference for the continuous improvement of intelligent manufacturing.

Key words： ship outfit item;? Automation production;? Intelligent management;

1? ? ?前言

船舶舾裝件具有小批量、多種類、結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜、技術(shù)綜合性較強等特點，使得舾裝件制造處于以人工為主，機、料、法、環(huán)諸多因素?zé)o法適應(yīng)，難以實現(xiàn)自動化、智能化設(shè)計與制造，且成本和風(fēng)險較大。因此，需對舾裝件以人工為主的生產(chǎn)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)現(xiàn)代化造船模式的需求。

借鑒智能化柔性生產(chǎn)工廠生產(chǎn)模式，主要從設(shè)計和工藝標(biāo)準(zhǔn)化、布局、下料控制、裝焊一體化、集配信息化幾方面進(jìn)行研究。

2? ? ?設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化

舾裝件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化是舾裝件自動化生產(chǎn)的前提，目前舾裝件自動化生產(chǎn)、智能化管理難以推進(jìn)，主要原因是受制于舾裝件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化程度低。船舶的生產(chǎn)是按單個或小批量生產(chǎn)，因此船舶舾裝件自動化生產(chǎn)的重點是做好舾裝件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，利用好成組技術(shù)，形成批量化舾裝件。

成組技術(shù)是對零件相似性進(jìn)行識別和應(yīng)用的技術(shù)， 它的核心是按照一定的相似性準(zhǔn)則對零件分類和編組，將材料規(guī)格、制造工藝相同或相似的一組零件組成一個零件族，同族零件能夠采用相同工藝或工序制造，從而減少產(chǎn)品的制造種類，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

舾裝件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，很大程度上取決于船體功能和結(jié)構(gòu)。目前舾裝件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化主要體現(xiàn)在現(xiàn)有規(guī)范和設(shè)計的基礎(chǔ)上，將各設(shè)計院、船廠企標(biāo)逐步統(tǒng)一，在規(guī)格、種類上進(jìn)行歸類優(yōu)化，減少個性化設(shè)計，總體上有較大提升，固定標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計生產(chǎn)模式在國內(nèi)現(xiàn)階段造船模式下逐步研發(fā)推進(jìn)。

3? ? 工藝標(biāo)準(zhǔn)化

舾裝件生產(chǎn)工藝按“集、分、集”的生產(chǎn)模式：設(shè)計按區(qū)域集中托盤化出圖，生產(chǎn)前對區(qū)域舾裝件圖紙進(jìn)行分類，分為梯類、欄桿、桅桿、基座、風(fēng)管、排煙管、門窗蓋、系泊救生、艙蓋舾、電舾件、管舾件、箱柜等多種類型;分區(qū)域制作，利于人員熟悉圖紙和制作工藝，提高制作質(zhì)量和進(jìn)度，產(chǎn)品集中形成完整托盤交貨;在此基礎(chǔ)上推行自動化生產(chǎn)，主要針對部分物量較大的標(biāo)準(zhǔn)件。根據(jù)現(xiàn)有船舶設(shè)計生產(chǎn)模式，可階段性地實現(xiàn)部分批量標(biāo)準(zhǔn)舾裝件的自動化生產(chǎn)，研究開發(fā)智能化管理。

現(xiàn)有船舶設(shè)計生產(chǎn)模式，如圖1所示。

從總體模式改進(jìn)推進(jìn)自動化生產(chǎn)，需要船體和舾裝件基本結(jié)構(gòu)形式趨于統(tǒng)一。船舶行業(yè)自動化生產(chǎn)理想模式，可采用大飛機生產(chǎn)模式，劃分各船廠主要船舶類型和噸位，設(shè)計主推標(biāo)準(zhǔn)化船型，推廣批量預(yù)定銷售，排序生產(chǎn);設(shè)計研發(fā)人員不斷優(yōu)化改進(jìn)，每隔幾年推出一型主力產(chǎn)品，落后船型逐步淘汰。在此模式下，船舶及內(nèi)部舾裝件整體標(biāo)準(zhǔn)化可顯著提升，持續(xù)批量制作，滿足自動化和數(shù)字化加工需要，為智能化制造奠定基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上的部分個性化設(shè)計都不影響自動化生產(chǎn)。

自動化生產(chǎn)理想設(shè)計生產(chǎn)模式，如圖2所示。

4? ? 布局

改造或新建車間的整體布局，要綜合考慮數(shù)字化智能車間要求，根據(jù)長遠(yuǎn)規(guī)劃布局新設(shè)備，確保在規(guī)劃期內(nèi)能有效生產(chǎn);規(guī)劃舊場地改造，要兼顧實際生產(chǎn)，綜合考慮最佳布局，減少對現(xiàn)有施工影響。

目前舾裝件種類和物量不穩(wěn)定，在布局前可按總體或單線進(jìn)行布局，按物量設(shè)計合理的節(jié)拍，計算總體和單線節(jié)拍進(jìn)行布局設(shè)計及設(shè)備選型。整體規(guī)劃和布局，應(yīng)盡量按自動化生產(chǎn)流程直線或擴散性布局，減少交接工序和運輸距離;總體方案考慮因素多，設(shè)備要求高，需兼容多套產(chǎn)品;并易于調(diào)整變動，可根據(jù)物量調(diào)整生產(chǎn)，快速替補上損壞、停用設(shè)備，預(yù)防造成生產(chǎn)物量不足，防止單一生產(chǎn)線會因一個設(shè)備出問題，而整體受影響。

根據(jù)舾裝件自身特點，宜做總體通用布局方案，以利于兼容產(chǎn)品生產(chǎn)，提高整體利用率，減少反復(fù)調(diào)整布局和更換設(shè)備;板材、型材集中下料、分類輸送，進(jìn)行裝焊、后續(xù)處理，采用柔性方案，兼顧一定范圍產(chǎn)品的生產(chǎn)，即使計劃變動，也不影響自動化車間整體有效運轉(zhuǎn);布局設(shè)計應(yīng)從人、機、料、法、環(huán)綜合考慮，難以實現(xiàn)一次性建成數(shù)字化生產(chǎn)線的舾裝件廠，還應(yīng)增加時間規(guī)劃，確保各階段有效執(zhí)行前期布局方案，推進(jìn)由點到線、由線到面的過程。

布局方案設(shè)計時，應(yīng)規(guī)劃好整個項目期投資、質(zhì)量、進(jìn)度、安全、信息及過程中的溝通協(xié)調(diào)問題。目前生產(chǎn)布局多為人工設(shè)置生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)系統(tǒng)的二維靜態(tài)原理圖，隨著競爭日益激烈，產(chǎn)品、設(shè)備更新迭代周期縮短，長期方案必定需要不斷擴展和更新。但二維圖由于缺乏關(guān)聯(lián)性，每次更新依賴原策劃人員及經(jīng)驗，需要大量的精力和廣泛協(xié)調(diào)，否則決策者無法接收準(zhǔn)確和最新的相關(guān)信息，不利于智能車間布局方案優(yōu)化，增大了運行成本。因此，策劃布局應(yīng)形成模擬仿真三維軟件，包括生產(chǎn)布局、流程、設(shè)備、資源、人員等關(guān)鍵信息。

設(shè)計布局方案時，可設(shè)置詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行虛擬運作，對仿真運行暴露出可能存在的問題進(jìn)行改進(jìn);實施后，可接入實際自動化車間，將生產(chǎn)計劃、實時生產(chǎn)、設(shè)備操作等接入系統(tǒng)，形成可控智能化車間;需要更改時，先進(jìn)行虛擬更改，相關(guān)信息能關(guān)聯(lián)，確定后將實物進(jìn)行變更，如此虛擬和實際結(jié)合，可以節(jié)省大量人工及發(fā)現(xiàn)問題，容易得出最佳布局方案并應(yīng)用到數(shù)字化車間管理。

5? ? 下料控制

物料是產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)，舾裝件種類繁雜，對采購，儲備、管理等造成很大壓力。隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作推進(jìn)，在保證設(shè)計舾裝件滿足使用要求和安全的基礎(chǔ)上，精簡物料種類、規(guī)格，形成設(shè)計優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，為自動化生產(chǎn)的物料管理的先決條件;同時自動化生產(chǎn)中物料要求更高，需要定點、定時、定量供應(yīng)，減少庫存物料;材質(zhì)、規(guī)格、實際尺寸、精度等形成標(biāo)準(zhǔn)，確保自動化生產(chǎn)有效實施。

目前部分非標(biāo)物料的到貨質(zhì)量差、精度低，影響加工、裝焊及成品質(zhì)量。難以滿足自動化生產(chǎn)和質(zhì)量控制要求。

自動化生產(chǎn)物料按國標(biāo)要求采購，整體材料質(zhì)量有保證，同時在材料轉(zhuǎn)運、存儲、加工過程中要注意控制變形、腐蝕等問題，確保物料的平直度、金屬性能，為后續(xù)裝焊、產(chǎn)品質(zhì)量和涂裝等提供良好基礎(chǔ)。

舾裝件物料分板材、型材及定制配件。目前板材利用數(shù)控等離子切割機、激光切割機等加工，基本滿足自動化生產(chǎn);型材仍以人工機械沖剪設(shè)備為主，一般采用沖剪、鋸、鉆等多道工序;小部分因裝配面精度高的需進(jìn)行機加工。機械沖剪易造成型材變形，需二次矯平矯直，人工需求量大，效率低，相比自動化生產(chǎn)對物料加工的精度要求，仍需進(jìn)一步改進(jìn);定制配件一般不需要加工。

通過分析，原有設(shè)備難以滿足自動化生產(chǎn)要求，加工設(shè)備要滿足可編程軟件控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、伺服精確驅(qū)動、信息化接口等才能為后續(xù)智能制造提供基礎(chǔ)，具備拓展使用可行性，同時滿足設(shè)備利用最大化。結(jié)合目前型材加工設(shè)備水平，從成本、適用、操作便利性、后續(xù)融合等多方面考慮，適合的自動加工設(shè)備主要有數(shù)控液壓沖剪和等離子切割兩種，如圖3所示。

綜上所述，下料控制前提是優(yōu)選物料種類，保質(zhì)保量的準(zhǔn)時供應(yīng);在此基礎(chǔ)上保證下料精度滿足后續(xù)自動化生產(chǎn)使用要求;板材切割沿用等離子和激光切割設(shè)備;型材加工以數(shù)控自動化加工設(shè)備代替人工機械沖剪設(shè)備。實現(xiàn)程序編制、自動化下料，信息化管理、控制變形，進(jìn)一步開發(fā)可調(diào)柔性工裝，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)線，加工范圍擴大，實現(xiàn)80%以上物料自動化加工。

6? ? 裝焊一體化

將原人工生產(chǎn)的裝配——轉(zhuǎn)運——焊接三道工序轉(zhuǎn)變?yōu)檠b焊一體，降低工人勞動強度;裝焊一體化工裝都設(shè)有限位夾緊夾具，有利于控制裝配精度、焊接質(zhì)量及減少工件變形;裝焊一體化減少人工參與量，提高工作效率;一般采用焊接機器人，具備自動化能力和信息擴展接口，滿足柔性生產(chǎn)需要，結(jié)合具體工件設(shè)計裝焊一體化柔性夾具工裝。

7? ? ?集配信息化

集配依托于各類物資、商品市場進(jìn)行集貨、儲存、包裝、裝卸、分貨、配貨、加工、信息服務(wù)、送貨等服務(wù)的物資商品集散場地.物流集配包括流向、流量、流時等要素，集配物流一定程度上反映一個國家、地區(qū)、企業(yè)之間的經(jīng)濟聯(lián)系、經(jīng)濟狀況、管理水平和運輸水平。

目前先進(jìn)物流中心的主要特點為：

（1）以高科技為依托。在運輸技術(shù)、儲存保管技術(shù)、裝卸搬運技術(shù)、貨物檢驗技術(shù)、包裝技術(shù)、流通加工技術(shù)以及物流各環(huán)節(jié)都密切相關(guān)的信息處理技術(shù)等，都采用信息化管理;

（2）以規(guī)模效益為核心。獲取足夠規(guī)模運行，降本增效，形成競爭力;

（3）以靈活多樣的形式為基礎(chǔ)。船舶舾裝件集配目前仍以人工集配為主（如圖5所示），效率低，定點、定量、定時交貨難以有效保證，對船舶殼、舾、涂一體化生產(chǎn)帶來較大影響。隨著船舶行業(yè)整體轉(zhuǎn)型升級和智能制造的推進(jìn)，物流集配向著規(guī)?；⒁?guī)范化、專業(yè)化、跨系統(tǒng)、跨地區(qū)、系統(tǒng)化、集約化、信息化方向發(fā)展，如不能緊跟形勢則將被淘汰。

集配信息化要融入到舾裝件設(shè)計、物資采購、生產(chǎn)、集配交付整個過程中，及時了解需求和生產(chǎn)進(jìn)度，及時發(fā)現(xiàn)運作流程存在的問題，無論本廠生產(chǎn)，還是委托外廠生產(chǎn)，都需要納入信息化管理系統(tǒng)，制定詳細(xì)的計劃，及時跟蹤，提升舾裝件集配交付及時性和完整性，產(chǎn)品完成進(jìn)入集配場地后施行信息化管理，自動化打碼及自動錄入信息庫，便于隨時查找進(jìn)行集配送貨，滿足智能化制造需要。

信息化集配流程，如圖6所示。

8? ? ?結(jié)語

自動化工廠是數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)，是智能化制造的一部分。目前智能制造尚處在起步階段，還有大量的橫向、縱向、端與端的集成、大量的設(shè)計研發(fā)、軟件開發(fā)、售后維護(hù)等工作?？傮w上宜遵循長期轉(zhuǎn)型規(guī)劃與短期快速適用、產(chǎn)生效益相結(jié)合原則，結(jié)合公司產(chǎn)品和發(fā)展方向，逐步推進(jìn)自動化、智能化生產(chǎn)設(shè)計與制造，循序漸進(jìn)。作為后來者要抓住機遇，充分借鑒智能制造發(fā)展路徑上發(fā)生的問題，減少繞彎路，縮短升級周期。除了文中所述的問題，還有培養(yǎng)熟悉自動化人員、信息化生產(chǎn)管理模式、軟件控制集成、自動化生產(chǎn)工法研究、設(shè)備升級、信息庫編制積累、環(huán)境干凈整齊等問題，形成適合企業(yè)實際情況的智能化生產(chǎn)線，持續(xù)不斷的創(chuàng)新發(fā)展。

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