构建工法创新体系对建设智慧船厂的促进作用

梁小军， 吴 刚

(江南造船(集团)有限责任公司， 上海 201913)

构建工法创新体系对建设智慧船厂的促进作用

梁小军， 吴 刚

(江南造船(集团)有限责任公司， 上海 201913)

通过规划工法创新的业务内容，把握工法创新的专业方向，利用工法创新的策划功能，借助工法创新的新装备管理平台，发挥工法创新的研究职责作用，建立工法创新体系，不断开展实践探索，才能尽快找到符合船企发展的智能化道路。

工法创新体系；构建体系；智慧船厂；智能装备

0 引 言

在国家大力推进供给侧结构性改革、实施科技创新的背景下，船企在产业发展转型中如何切实解决造船生产过程中的关键问题，突破制约造船效率提升的瓶颈，加快企业与信息化的融合，逐步达成智慧船厂的发展目标，这些已成为亟需解决的问题。

1 我国造船企业智能升级的背景

1.1 宏观背景

政治环境：国家强调深化供给侧结构性改革，加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合；为加快建设创新型国家，必须建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。

经济环境：中国经济呈现新常态，从高速增长转为中高速增长，船企产能过剩，导致船价总体水平不高。为了适应竞争的需要，传统造船产业必须转型升级。

社会环境：劳动力和环保成本持续上升，尤其是重体力劳动力的缺失，提高了企业盈利难度，非技能型劳动力需要被智能设备取代。

技术环境：当前信息技术发展迅速，物联网、云计算、大数据、虚拟现实(Virtual Reality, VR)等技术在各个行业都得到了普及。各类机器人、智能设备也大量研发并投入使用。

由此可见，国家倡导制造业转型升级势在必行。

1.2 行业背景

买方：近年来新造船市场出现了一定幅度反弹，但新造船价格尚未出现实质性回升，市场整体仍处于相对低位。

供方：上游企业压减产能致使大宗原材料价格上涨，部分关键设备依赖进口，导致成本压力巨大。

产品竞争者：行业内，日本船企正在推行智能柔性生产线；韩国船舶工业为推行智能化技术应用，制定了“三步走”智能规划；国内中远川崎在先行制造阶段实施流水线智能化，很多船企走在了智能升级道路前列。

船企为适应行业竞争，抢占市场主导地位，需加快推进智慧船厂建设[1]。

1.3 内部背景

当前我国海军实力处于快速提升阶段，海军装备迎来加速建设期，未来10～15年间，军品订单将稳定增长，军工市场将进入相对稳定期。同时，“现代造船模式2.0”的逐渐推广应用，为企业创造了一个转型升级的绝佳机会。

然而，在企业智能升级的道路上也面临着诸多劣势和威胁。劳动力红利减少，信息化、工业化融合仍未找到有效的突破方式和应用推进方法，基于智能升级的造船基础管理仍薄弱，体系和推行路径有待探索。

综上所述，我国船企在宏观、中观、微观的背景下进行智能升级已进入关键期，寻找着力点和新引擎、建立健全智能化创新体系和路径是当前重点。

2 工法创新体系与智慧船厂

2.1 智慧船厂

智慧船厂(见图1)是信息化和工业化深度融合的必然产物，是支撑“现代造船模式2.0”智能化发展的一种理念和解决方案。

智慧船厂是指以“现代造船模式2.0”为基础，集成应用数字化、网络化、智能化技术手段，实现智能制造与造船过程的深度融合[2]，实现智能制造技术全面应用于船舶产品研发、设计、生产、管理、物流、服务、决策以及全过程协同[3]。智慧船厂是未来船企转型升级的方向。

图1 智慧船厂

2.2 智慧船厂实施的第1阶段

智慧船厂实施的第1阶段是数字造船阶段(见图2)，主要实现建造产业链数字集成和工艺仿真，其关键在于链中各流程要素的一体化受控布局。

图2 数字造船阶段

数字化造船是以造船过程知识为基础，以数字化建模为特征，将信息技术、数字化制造技术、现代造船模式相融合，应用于船舶产品的设计、制造、测试、管理以及船舶生命周期维护的造船模式[4]。

2.3 智慧船厂实施的第2阶段

智慧船厂实施的第2阶段是智慧造船阶段(见图3)，主要功能是实现全面信息集成、数据分析和智能决策，其关键在于建立单一MBD(基于模型的工程定义技术)数据与智能设备的协同和决策。

图3 智慧造船阶段

智慧造船的理念方法有：单一数字模型(Model Based Definition， MBD)、轻量化设计(骨架)、体验式设计(仿真)、关联协同设计(成熟度)、智能设计(知识工程)等。

智慧造船的技术体系有：工法创新体系、信息技术体系。

智慧造船的业务流程有：联合技术攻关、细化设计业务流程、全面走通研发设计流程、重点解决结构框架设计(Structural Frame Design， SFD)到有限元分析、三维送审、船体制造端打通、管理端实践等。

2.4 工法创新体系

造船工法是造船生产技术和工艺方法的总称，它的本质就是解决“如何造船”的问题。

造船工法涉及的范围覆盖船舶建造的全方位和全过程，包括(但不限于)：(1)建造方针、建造计划、建造策划;(2)生产设计、生产流程、生产管理;(3)关键工序、重点工况、难点工程;(4)满足新要求、适应新材料、使用新工装。

工法创新体系是生产设计要求的指导者，产品建造模式的制定者，要素一体化管控的策划者。

3 构建促成智慧船厂工法创新体系的举措与做法

3.1 总体思路

总体思路如图4所示。紧抓实施智慧船厂两个阶段的关键环节，工法创新体系不断促进船企智慧船厂建设走向深入。表1为工法创新体系对建设智慧船厂的作用。

图4 总体思路

表1 工法创新体系对建设智慧船厂的作用

3.2 工法创新体系的构建

3.2.1 规划工法创新的业务内容，健全造船过程受控数据链

以作业编码分析造船流程(见图5)布局受控程度，主要存在的非受控作业点：

(1) 图纸的表达不能有效区分主、副工种作业内容；

(2) 没有专业清单模型(Browser Object Mo-del， BOM)信息流转，壳、舾、涂中间交接过程没有描述，数据流缺失；

(3) 后行生产系统设计与生产的匹配性较差；

(4) 工艺性图纸缺失，辅助生产管理存在失控风险；

(5) 部分物资供应和存储领用环节存在经验管控的现象，处于失控状态。

图5 造船流程作业编码分析

考虑基于全数据管控的造船业务趋势，工法创新体系要制定详细组立要领(Detailed Assembly Procedure， DAP)、综合工程图(Work Sequence Diagram， WSD)、总组流程图(Fabrication Sequence Diagram， FSD)、单元划分等设计原则文件标准，保证中间产品及其交接的过程环节描述闭环受控，为健全造船过程受控数据链系统化打基础。

3.2.2 把握工法创新的专业方向，打通生产各阶段持续改进

根据工法传统专业领域，工法创新体系须用工程管理和策划的理念，建设面向生产各阶段的工法工艺数据库，重点推进生产类信息植入、工艺件智能响应与设计等，做精益制造的动力，为未来数字造船发展指引方向。

3.2.3 利用工法创新的策划功能，推进基于CATIA V6设计的制造、管理端的工程实践

基于模型的单一数据源，以“中间产品”三维数字化模型为基础，结合工法设计信息植入，建立与三维产品设计集成的三维数字化工艺模型，实现基于三维模型的工艺信息定义、三维工序模型生成以及工艺信息的三维化表达。建立工艺信息关系知识库，应用智能技术，实现加工、装配、焊接等方法选择、工序排序和工艺参数智能决策，促进造船工艺设计向数字化、自动化和智能化[5]发展。

基于三维模型的可视化作业指导(见图6)，打通制造端与管理端的信息联接，针对传统二维图纸工艺信息表达不直观、信息更新不及时等问题，开展基于三维模型的工艺可视化设计、大规模产品设计数据组织与存储研究，研发船舶三维作业指导书系统，构建车间三维作业指导平台，打造基于三维模型的船舶工艺指导新模式，提高船舶工作建造效率。

图6 造船全过程三维模型可视化作业

通过生产要素状态的全过程感知(见图7)，构建船厂物联网系统，实现船舶制造过程中物与人的智能识别、定位、跟踪和监控，建立“零部件、设备、场地空间与人”等全方位的物联关系。构建船舶制造信息感知网，覆盖物资供给、零件切割加工、分段建造、分段堆放、搭载、涂装与舾装的船舶制造的全过程，实时动态获取船舶制造过程中生产人员与设备的健康状态、零部件物流与质量、生产计划执行状态、生产环境和能耗等信息，实现船舶制造全过程的状态“可视”。

图7 造船全过程实时协同

总体上，工法创新体系注重策划先行，抓全局谋划，以“按生产要求的符合性设计”理念，推进CATIA 制造端厂房设施、设备仿真建模和管理端工程实践，形成单一数据模型信息化集成和体验式纠错。

3.2.4 借助工法创新的装备管理平台，统筹智能设备的试用和引入

建立新工装/设备管理流程，明确分工，简化试用和引入流程，实现工装的专业化管理和全寿命周期集中管理。

根据合理的年度预算制定年度配置需求，通过规范的分类和计划负荷分析，提出合理的需求，经过审核批准、深化设计、精细派工、过程配建、计划管控、完工验收入账、正常使用、维护保养、报废处置等全过程管控，实现全寿命周期集中管理。

3.2.5 发挥工法创新的研究职责作用，推行新项目攻关平台和机制

造船工法创新研究是船企实现管理创新的重要手段。通过制定建造方案研究报告和工法管理平台来确立攻关项目以推进新项目(包括但不限于智能车间)多维度的发展进步，最终完成智慧船厂蓝图的实践建设。

(1) 合理的厂区布局。合理的厂区布局是造船生产顺利高效进行的基础，是产能最大化的保障。工法研究体系必须结合产品类型，综合考虑建造周期、核心资源分配、标准建造流程来进行合理的厂区布局。

(2) 高效的工位布置。随着智能化设备的投入使用，高效的工位布置是为了满足流程优化和设备合理使用的需求。工法研究体系需要探索和创新适应新智能化设备的新工艺、新方法。例如，如果先行组立机器人生产线投入使用，应制定其标准作业流程，实现上、下道工序正常连接，达成工件传输和焊接智能化及自动背烧、自动工件出料的功能。

(3) 先进的设备配置。先进的设备配置是实现智能车间运作的硬件基础。配置和使用先进的设备能有效降低劳动成本、减少生产工时、提升生产质量，使产品生产走向规模化、高效化的智能制造模式。

(4) 畅通的物流。建立智能物流系统，采用“横向到边、纵向到底”的设计原则，建立功能完善的智能物流系统，并与设计系统高度集成，从而将企业的人力、资金、信息、物料、设备、时间、方法等各方面资源充分调配和平衡，为企业加强财务管理、提高资金运营水平、减少库存、提高生产效率、降低成本等提供强有力的支持。

(5) 先进的设计模式。在实船的建造过程中使用VR技术，在设计阶段，结构、管系、轴系、电装、设备都可以利用VR技术进行布置设计，在施工之前，整个船舶的建造工艺流程也可以通过VR技术进行规划。

(6) 精准的生产管理。通过车间装有的磁条和条形码阅读器的终端，扫描员工的ID，获取员工的出勤信息；通过扫描派工单上的条形码获取工作时间。此举能更精准地对员工进行追踪，减少处理信息时间，快速获取员工出勤信息和资质信息，实现对员工安全、责任制的信息支持。

3.3 小结

本文通过规划工法创新的业务内容，把握工法创新的专业方向，利用工法创新的策划功能，借助工法创新的新装备管理平台，发挥工法创新的研究职责作用，构筑流程受控、方向规划、三维策划应用、装备管理、研究功能等5大模块(见表2)为主体的工法创新体系。

表2 工法创新体系模块

工法创新体系是建设智慧船厂的必由之路。从工法创新体系5大模块业务入手，树立先进理念，联合设计、信息化、现场实践等形成系统工程，逐步构建智慧船厂雏形。

各船企因产品和机构设置不同，可以以此为模板，不断开展实践探索，找到符合本企业的大脑(工艺知识、控制编程)+感官(建模、仿真、识别)+四肢(网络集成、人机交互)的智能化道路[6]。

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4 结束语

通过设计、生产、管理领域创新发展，融合大数据、物联网等信息化手段，智慧船厂将成为未来造船企业长期建设发展的目标，抓住主线业务，坚持生产技术创新，坚定工法发展动力牵引，敢于建制，科学规划，实践跨步。

[1] OTTO Brauckmann.智能制造：未来工业模式和业态的颠覆与重构[M].北京：机械工业出版社，2015.[2] 刁广州，邢宏岩.智能造船工程技术体系与模式研究[C]//智能制造与智能造船工程研讨会论文集，2017.

[3] 工业互联网产业联盟.工业互联网体系架构(版本1.0)[R].2016.

[4] 刘建峰，鞠理杨.数字化制造是实现智能造船的必由之路[C]//智能制造与智能造船工程研讨会论文集，2017.

[5] 程庆和，伍英杰，马彦军.面向智能制造的船舶数字化车间研究和实践[C]//智能制造与智能造船工程研讨会论文集，2017.

[6] 林忠钦，习俊通.智能制造在智慧船厂的应用与创新发展[C]//第十九届中国国际工业博览会科技论坛，2017.

InovativeSystemofConstructionMethodonPositiveImpactofanIntelligentShipyard

LIANG Xiaojun, WU Gang

(Jiangnan Shipyard (Group) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The system of innovative construction methods is constructed by planning the orientation of the innovation of construction method, mastering the professional direction of the innovation of construction method, making use of the planning function of the innovation of construction method, using new equipment management platform, playing the role of the research on the innovation of construction method, and establishing the innovation system of construction method to find an intelligent way for shipyard development.

innovative system of construction method； construction system； intelligent shipyard； intelligent equipment

梁小军(1978-)，男，高级工程师，研究领域为造船企业管理技术

1000-3878(2017)06-0006-07

U673

A