基于云的船舶智能制造協(xié)同管理平臺(tái)設(shè)計(jì)探討

王夢(mèng)，李剛，董奇

（江蘇杰瑞信息科技有限公司，江蘇連云港 222000）

當(dāng)前，制造企業(yè)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，更為快速地提升生產(chǎn)效率是制造企業(yè)的一個(gè)重要議題。而在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，投入較少成本來(lái)改善產(chǎn)能則顯得更為關(guān)鍵。因此制造活動(dòng)的靈活組織和動(dòng)態(tài)調(diào)整，合理分配資源，提高協(xié)同制造水平是解決這類問(wèn)題的重要手段。

協(xié)同設(shè)計(jì)制造方式是一種降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本及提高生產(chǎn)效率的有效方式。傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在數(shù)據(jù)傳輸效率及資源利用率方面受到限制，對(duì)異構(gòu)、異地、海量資源的協(xié)同制造，難以滿足用戶需求。而基于云計(jì)算的協(xié)同制造模式將更好地利用設(shè)計(jì)資源，實(shí)現(xiàn)高效共享與協(xié)同海量制造資源，適配柔性制造和網(wǎng)絡(luò)化制造等先進(jìn)模式。增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性并提高了用戶參與度，所以這種新型的制造方式將促進(jìn)船舶制造企業(yè)更好的轉(zhuǎn)型和發(fā)展[1]。

在國(guó)家宏觀政策指引下，中國(guó)船舶工業(yè)基礎(chǔ)信息化能力提升，中國(guó)已超過(guò)老牌造船強(qiáng)國(guó)，慢慢成為世界上重要的造船國(guó)家，對(duì)行業(yè)有較大影響力。船舶設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程信息化程度越來(lái)越高。

但是，船舶制造企業(yè)在協(xié)同制造過(guò)程中，還是存在較多問(wèn)題制約了生產(chǎn)效率，如：①數(shù)據(jù)傳輸效率低，管理方式不統(tǒng)一；②設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)類型繁多；③知識(shí)未進(jìn)行分類，可用率低；④應(yīng)用軟件未覆蓋完整，“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象仍然存在；⑤分布式硬件資源利用效率低。本文將基于這些問(wèn)題進(jìn)行分析，提出解決方案，用來(lái)提升企業(yè)軟硬件資源利用率，提升協(xié)同制造效率[2]。

1 總體架構(gòu)

圍繞面向船舶行業(yè)智能制造協(xié)同管理平臺(tái)的應(yīng)用需求，結(jié)合船舶制造企業(yè)多工廠協(xié)同制造需求，本文研究了多工廠協(xié)同制造模式，提出了協(xié)同制造管理平臺(tái)整體架構(gòu)，如圖1所示，以及包含資源層、云技術(shù)層、云服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層5 個(gè)層面技術(shù)架構(gòu)，如圖2 所示[3-4]。

圖1 制造協(xié)同管理平臺(tái)整體架構(gòu)

圖2 制造協(xié)同管理平臺(tái)總體技術(shù)架構(gòu)

2 協(xié)同管理平臺(tái)工作模式

基于云的船舶智能制造協(xié)同管理平臺(tái)將重點(diǎn)圍繞協(xié)同設(shè)計(jì)以及協(xié)同制造，并結(jié)合兩者應(yīng)用形成的協(xié)同設(shè)計(jì)制造三個(gè)模式。在協(xié)同設(shè)計(jì)方面，將重點(diǎn)打通船舶行業(yè)主件和部分配件設(shè)計(jì)廠所之間的協(xié)同，明確協(xié)同間的設(shè)計(jì)流程、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等基本情況；在協(xié)同制造方面，則重點(diǎn)打通船舶總裝制造廠與配套生產(chǎn)廠之間的制造業(yè)務(wù)，明確制造管理工具、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)排程等業(yè)務(wù)；在協(xié)同設(shè)計(jì)制造方面，將重點(diǎn)打通總體所與總裝廠之間的數(shù)據(jù)連通，明確設(shè)計(jì)主體與制造主體的數(shù)據(jù)傳輸、工藝設(shè)計(jì)版本、工藝制造流程、設(shè)計(jì)變更等方向的協(xié)同工作。

2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

在型號(hào)任務(wù)確定后，各個(gè)參研的設(shè)計(jì)所將圍繞各自的單元件或者子系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行任務(wù)分配。并嚴(yán)格遵守總體牽頭設(shè)計(jì)所的技術(shù)要求和規(guī)范，各自進(jìn)行相應(yīng)任務(wù)的設(shè)計(jì)，完成后，通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)提交至總體設(shè)計(jì)所，再由總體設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)多單元件數(shù)據(jù)的信息融合，實(shí)現(xiàn)型號(hào)任務(wù)的總體設(shè)計(jì)及各子系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。而在實(shí)際應(yīng)用中，也要打通各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所之間的通信，部分單元件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，也會(huì)涉及到與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

2.2 協(xié)同制造應(yīng)用研究

協(xié)同制造涉及到船舶總裝廠與承擔(dān)子系統(tǒng)制造任務(wù)的配套廠以及供應(yīng)商之間的關(guān)系，重點(diǎn)打通各實(shí)體部門(mén)的信息傳遞，實(shí)現(xiàn)異地協(xié)同。將構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化供應(yīng)鏈體系、協(xié)同制造體系，完成產(chǎn)品制造信息的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程同步。

2.3 協(xié)同設(shè)計(jì)制造應(yīng)用研究

面向船舶行業(yè)一些特殊零部件生產(chǎn)制造，設(shè)計(jì)與制造會(huì)存在協(xié)同工作。例如初期的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與原材料生產(chǎn)的結(jié)合，后期產(chǎn)線對(duì)設(shè)計(jì)的反響修正?；趨f(xié)同管理平臺(tái)，完成設(shè)計(jì)所與生產(chǎn)制造廠的業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)，完成生產(chǎn)制造中的工程圖樣數(shù)據(jù)、技術(shù)指導(dǎo)文件等信息的及時(shí)交互，做到工程變更反饋的有效性和及時(shí)性，進(jìn)而降低生產(chǎn)制造成本。

3 應(yīng)用研究

選取船舶制造領(lǐng)域典型應(yīng)用，在進(jìn)行特定設(shè)備研制時(shí)，考慮到是多設(shè)計(jì)所聯(lián)合進(jìn)行，定義其任務(wù)分界面是單元體或部件/系統(tǒng)一級(jí)的。按照總體指定的技術(shù)要求，各設(shè)計(jì)所在其內(nèi)部完成所承擔(dān)的設(shè)計(jì)任務(wù)后，將設(shè)計(jì)結(jié)果提交到總體設(shè)計(jì)所；總體設(shè)計(jì)所負(fù)責(zé)完成對(duì)整個(gè)型號(hào)產(chǎn)品進(jìn)行裝配，完成對(duì)型號(hào)產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)所之間的協(xié)同一般發(fā)生在單元體或部件/系統(tǒng)之間，但對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要深入到單元體/部件的設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)所協(xié)同設(shè)計(jì)模式如圖3 所示。

圖3 設(shè)計(jì)所協(xié)同設(shè)計(jì)模式

而基于廠所協(xié)同模式的制造集成應(yīng)用研究，利用協(xié)同管理平臺(tái)將生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)的零件制造數(shù)據(jù)提前進(jìn)行預(yù)發(fā)放，隨著協(xié)同制造的信息交互，部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了更新，將通過(guò)正式版數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)原有初設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，再由設(shè)計(jì)所將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞給總裝廠，總裝廠根據(jù)各承擔(dān)單位實(shí)際情況，分解到各子系統(tǒng)制造單位，完成制造工藝后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)再提交至總體廠來(lái)進(jìn)展總裝，廠所協(xié)同設(shè)計(jì)制造模式圖如圖4 所示。

圖4 廠所協(xié)同設(shè)計(jì)制造模式

而在云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用方面，更好地提升了資源利用效率。將充分考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬和任務(wù)文件大小，并結(jié)合任務(wù)細(xì)粒度，初始化數(shù)據(jù)和可用資源。根據(jù)不同任務(wù)需求類型對(duì)資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，依托資源對(duì)任務(wù)分組的處理能力，將任務(wù)分組分配至連續(xù)的資源節(jié)點(diǎn)處理，以減少任務(wù)等待時(shí)間，提高任務(wù)執(zhí)行效率。利用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)、應(yīng)用工具等的數(shù)學(xué)基本模型，便于后期統(tǒng)一集成化處理，通過(guò)協(xié)同管理管理的數(shù)據(jù)交互，完成各廠所間產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)交換，形成了統(tǒng)一的BOM 和系列產(chǎn)品管理能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)存取一致性的要求。

4 總結(jié)

綜上所述，本文有針對(duì)性地對(duì)船舶行業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)制造進(jìn)行了較為深入的研究，提出了基于云的協(xié)同制造管理平臺(tái)設(shè)計(jì)思路和關(guān)鍵技術(shù)，這將給船舶制造行業(yè)提供一種參考思路，后期，將繼續(xù)圍繞協(xié)同制造，并結(jié)合新興信息技術(shù)，優(yōu)化整體架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，推動(dòng)中國(guó)船舶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。