造船制管的數(shù)字化轉(zhuǎn)型分析

吳擁軍，張浩若，邵志峰，儲(chǔ)年生

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引言

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是制造企業(yè)為提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本與流程再造的必然選擇，為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)新的生機(jī)與活力，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)了技術(shù)革新和管理創(chuàng)新。造船行業(yè)往往采用個(gè)性化設(shè)計(jì)與建造模式，具有零件種類(lèi)數(shù)量多、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、技術(shù)要求高等典型特點(diǎn)，盡管中外各骨干船廠做了大量的工作，但在此番數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中明顯落后于其他先進(jìn)制造業(yè)[1]。

船舶建造是一個(gè)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，而管子制造是船舶建造過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[2]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，如一艘20萬(wàn)噸的油船管根數(shù)超過(guò)20 000根，管子車(chē)間的生產(chǎn)能力及效率直接影響整船的生產(chǎn)進(jìn)度，及時(shí)滿(mǎn)足管子的需求量對(duì)不少船舶企業(yè)來(lái)說(shuō)是個(gè)難題[3]。

各船廠都非常關(guān)注管子的制造技術(shù)，持續(xù)努力優(yōu)化流程、節(jié)約成本、縮短加工周期。制管的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將提高船廠信息化應(yīng)用水平，優(yōu)化資源配置，提高數(shù)字化創(chuàng)新能力。本文以上海外高橋造船有限公司SWS TIME管子制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）模塊應(yīng)用為例，對(duì)造船制管的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行分析說(shuō)明。

1 船舶企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索

中外造船企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中做了大量的探索和大膽的嘗試，部分技術(shù)應(yīng)用卓有成效。

現(xiàn)代重工針對(duì)企業(yè)自身特點(diǎn)，提出“Smart Factory”概念，通過(guò)解決船舶設(shè)計(jì)建造協(xié)同一體化建設(shè)、船舶生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控、能源使用效率、信息共享等問(wèn)題，從而提高企業(yè)船舶建造效率、降低成本、提升船廠核心競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)造高收益高品質(zhì)產(chǎn)品[4]。

江南造船以三維模型為核心，貫穿經(jīng)營(yíng)、設(shè)計(jì)、建造、交付和維修全生命周期過(guò)程，擯棄紙質(zhì)圖紙，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化建造和管理，提升了企業(yè)整體精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、精確建造、精細(xì)化管理水平[5]。上海外高橋依托新建設(shè)的薄板中心，將5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)建造中，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化、智能化的郵輪薄板分段建造和物流運(yùn)輸，獲授首批“上海市智能工廠”稱(chēng)號(hào)。

對(duì)成熟制造型企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型來(lái)說(shuō)，最大的矛盾是企業(yè)的系統(tǒng)化需求與碎片式供給的矛盾，不可能將現(xiàn)有的設(shè)備、設(shè)施、生產(chǎn)方式完全推翻，而只能一點(diǎn)一滴開(kāi)始，局部?jī)?yōu)化和改善從而提高整體數(shù)字化水平和生產(chǎn)效率。

2 制管流程介紹

管子從原材料到可用于安裝上船的成品管，需要經(jīng)過(guò)下料、彎管、裝配、焊接等多道工序[6]，典型的制造流程見(jiàn)圖1。

圖1 典型管子制造流程

傳統(tǒng)非數(shù)字化制管的弊端顯而易見(jiàn)，制造過(guò)程中存在著大量孤立的數(shù)據(jù)和紙質(zhì)圖紙，管理基本靠人來(lái)實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)效率、質(zhì)量、自動(dòng)化和信息化的水平均比較低下，其主要缺點(diǎn)如下[7]：

1）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)系統(tǒng)不通，造成設(shè)計(jì)和生產(chǎn)脫節(jié)。

2）生產(chǎn)安排和負(fù)荷不夠智能化，系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)度。

3）生產(chǎn)信息不透明，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤。

3 制管過(guò)程的數(shù)字化應(yīng)用

SWS TIME是由上海外高橋造船自主開(kāi)發(fā)的新一代一體化移動(dòng)管理平臺(tái)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，將移動(dòng)端和電腦（Personal Computer，PC）端統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通。其中管子MES模塊將涉及管子制作設(shè)計(jì)、物資采購(gòu)、材料檢驗(yàn)、計(jì)劃管理、制作過(guò)程、質(zhì)量報(bào)驗(yàn)、成品配送等業(yè)務(wù)集成在同一平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)管子制作全生命周期的管控，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

圖2 SWS TIME管系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 原材料供應(yīng)

在原材料供應(yīng)方面，管材按照通用件管理模式，根據(jù)生產(chǎn)物量和供應(yīng)鏈水平優(yōu)化設(shè)置最低庫(kù)存量和補(bǔ)貨周期[1]，倉(cāng)庫(kù)保證滿(mǎn)足生產(chǎn)所需的各類(lèi)管材。管附件由船廠與供應(yīng)商建立虛擬超市，通過(guò)系統(tǒng)搶單平臺(tái)將生產(chǎn)所需物資配送倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)地，管附件供給邏輯圖見(jiàn)圖 3。生產(chǎn)管理人員根據(jù)生產(chǎn)制作計(jì)劃在系統(tǒng)內(nèi)提出材料申請(qǐng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成配料單，倉(cāng)儲(chǔ)人員按照配料單將管材和管附件配送至相應(yīng)工位。

圖3 管附件供給邏輯圖

為解決材質(zhì)可追溯的問(wèn)題，原材料到貨時(shí)，以產(chǎn)品二維碼的方式，需將材料的證書(shū)、爐批號(hào)、供貨商等信息和到貨信息一起錄入系統(tǒng)。在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，材料的信息會(huì)自動(dòng)關(guān)聯(lián)到相關(guān)產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)全生命周期跟蹤管控，同時(shí)完成財(cái)務(wù)結(jié)算。

3.2 生產(chǎn)管理

為了更好地服務(wù)于生產(chǎn)管理，MES模塊開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于管子制造的3個(gè)功能：生產(chǎn)派工、生產(chǎn)過(guò)程信息錄入及過(guò)程監(jiān)控看板。

3.2.1 生產(chǎn)派工

根據(jù)管子特性、班組情況、制作周期等因素確定派工單劃分原則，系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃將設(shè)計(jì)生成的管子參數(shù)導(dǎo)入管子模塊中，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃、定義生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)周期及派工工時(shí)，自動(dòng)生成派工單，確定系列工序、施工班組和具體計(jì)劃要求，并在派工單上打印跟蹤二維碼。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)生產(chǎn)工人周度或月度的生產(chǎn)物量統(tǒng)計(jì)和計(jì)劃考核。

3.2.2 生產(chǎn)信息錄入

管子制作流轉(zhuǎn)過(guò)程中圖紙與管束同步流轉(zhuǎn)，在手機(jī)端應(yīng)用程序（Appliance，APP）或者移動(dòng)掌上電腦（Personal Digital Assistant，PDA）可實(shí)時(shí)查詢(xún)上道工序已完工但本工序未開(kāi)工的在制品信息，做好本道工序勞動(dòng)力的合理調(diào)配。每道工序的工作完成后，生產(chǎn)班組通過(guò)手機(jī)端APP或者移動(dòng)PDA掃描確認(rèn)完成，流入下道工序。

3.2.3 過(guò)程監(jiān)控看板

系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示各半成品的生產(chǎn)信息，能根據(jù)需要生成各種生產(chǎn)物量、人工效率、計(jì)劃完成情況等生產(chǎn)信息報(bào)表，并可匯總至整個(gè)SWS TIME其他模塊構(gòu)成造船生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，很好的實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)與管理的目視化，便于管理者對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行狀況的掌握和決策分析。

3.3 檢驗(yàn)

對(duì)于每個(gè)過(guò)程檢驗(yàn)，質(zhì)檢員均通過(guò)手持 PDA將檢驗(yàn)信息登記進(jìn)系統(tǒng)。除了記錄產(chǎn)品生產(chǎn)各階段和完工檢驗(yàn)信息外，該模塊還可追溯原材料信息如材質(zhì)證書(shū)、爐批號(hào)、供貨商等，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量管理。同時(shí)，各工序的質(zhì)量指標(biāo)也盡在掌握之中，管理可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各班組的質(zhì)量表現(xiàn)，對(duì)于異常情況可及時(shí)采取相應(yīng)措施，提升了產(chǎn)品合格率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

4 應(yīng)用效果分析

與傳統(tǒng)制管方式相比，MES模塊可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、計(jì)劃、派工、制造、管理等方面信息的互聯(lián)互通和全流程管控。通過(guò)手機(jī)APP和PDA進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)和物理現(xiàn)實(shí)互通，完成了傳統(tǒng)制造的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

MES模塊主要包括以下4個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

1）簡(jiǎn)單高效的原材料申請(qǐng)、發(fā)放和結(jié)算。

2）通過(guò)在生產(chǎn)派工、生產(chǎn)過(guò)程信息錄入、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控上的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能派工，并監(jiān)控員工及生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)負(fù)荷，避免窩工、等工等問(wèn)題，提升了生產(chǎn)效率。

3）實(shí)行管子制作的全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)了原材料到產(chǎn)品的質(zhì)量追溯，避免瑕疵產(chǎn)品進(jìn)入裝船階段。

4）手機(jī)APP和移動(dòng)終端的人機(jī)交互方式，為下一步的智能化的管理留下進(jìn)一步提升的空間。

5 結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，借助手機(jī) APP、移動(dòng)PDA進(jìn)行人機(jī)交互，將設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)管理一體化，實(shí)現(xiàn)了船舶制管的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。改變了原來(lái)依賴(lài)圖紙和工藝卡片流轉(zhuǎn)、每道工序孤立的生產(chǎn)方式，提升了生產(chǎn)效率和管理效率，但并沒(méi)有徹底打破原有生產(chǎn)廠房的布局，對(duì)原有生產(chǎn)設(shè)施也沒(méi)有進(jìn)行大量的改造，而是基于原有的廠房、設(shè)施，為造船數(shù)字化轉(zhuǎn)型探明了道路，也為目前造船數(shù)字化轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)需求與碎片化供給的矛盾解決進(jìn)行了初步的嘗試。

隨著焊接機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)等更多數(shù)字化技術(shù)的研發(fā)與運(yùn)用，該系統(tǒng)仍有進(jìn)一步拓展和提升效率的空間，將更多的智能設(shè)備數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，進(jìn)行再次集成，從而提升造船制管的自動(dòng)化和智能化水平。在統(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)接的數(shù)字化運(yùn)行體系，整體推動(dòng)造船企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。