船舶智能制造

1、船舶智能制造摘要：當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇艱難曲折、全球航運(yùn)市場(chǎng)持續(xù)低迷、造船產(chǎn)能面臨著嚴(yán)重過(guò)剩，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。在這種形勢(shì)下，振興制造業(yè)，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整、全面轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速邁向高端，已成為全行業(yè)的共識(shí)。當(dāng)前，我國(guó)船舶制造行業(yè)處于一個(gè)變革的時(shí)代。新一輪的工業(yè)變革已經(jīng)開(kāi)始，而其中，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化作為革命的核心力量。這場(chǎng)“智”造革命所帶來(lái)的風(fēng)暴，將深刻影響著我國(guó)造船業(yè)的未來(lái)。關(guān)鍵詞：船舶；智能制造；數(shù)字化；自動(dòng)化1.引言 西方發(fā)達(dá)國(guó)家振興制造業(yè)走的是一條新路子，主要是依靠科技創(chuàng)新，搶占國(guó)際產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心競(jìng)爭(zhēng)力，謀求未來(lái)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。以智能化為核心的裝備制造業(yè)變革正牽引著

2、傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展革命性的演變，正推動(dòng)著全球新一輪科技創(chuàng)新高峰的形成。 德、英、日等國(guó)家相繼推出一系列重振制造業(yè)的重大舉措，力圖在知識(shí)技術(shù)密集的高端制造業(yè)重塑競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如“工業(yè) 4.0”是德國(guó)政府推出的高技術(shù)戰(zhàn)略 2020十大未來(lái)項(xiàng)目之一。作為一個(gè)風(fēng)靡全球的概念，“工業(yè) 4.0”提供了工業(yè)制造的新思維，被稱(chēng)為是繼蒸汽機(jī)應(yīng)用、規(guī)?；a(chǎn)和電氣、電子信息技術(shù)等三次工業(yè)革命后的第四次工業(yè)革命，其特征是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以預(yù)測(cè)技術(shù)為核心的智能制造使用，目的是大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)行的質(zhì)量和效率，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型。此外，美國(guó)提出了“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”，日本提出組建科技工業(yè)聯(lián)盟，英國(guó)提出了“工

3、業(yè) 2050”。最近，中國(guó)也公布了中國(guó)版的“工業(yè) 4.0”，即“中國(guó)制造 2025”規(guī)劃，并提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃。 專(zhuān)家表示，我國(guó)要著力改變?cè)齑瑯I(yè)“大而不強(qiáng)”的局面，就要依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，推動(dòng)中國(guó)造船業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)智能化。而“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃和“中國(guó)制造 2025”戰(zhàn)略的提出，為我國(guó)造船業(yè)實(shí)現(xiàn)從“量”到“質(zhì)”的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機(jī)遇，同時(shí)也帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。 2.智能制造介紹“工業(yè)4.0”是繼蒸汽機(jī)應(yīng)用（機(jī)械時(shí)代）、電子信息技術(shù)（電氣時(shí)代）和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（信息時(shí)代）之后的第四次工業(yè)革命，最早在2013年4月的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出，與美國(guó)通過(guò)程序提升“先進(jìn)制造業(yè)”、推進(jìn)“柔性制造系統(tǒng)”有異曲同工之

4、妙?！肮I(yè)4.0”為中國(guó)經(jīng)濟(jì)特別是制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、結(jié)構(gòu)調(diào)整指明了發(fā)展方向。“工業(yè)4.0”其特征是基于信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務(wù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算，以預(yù)測(cè)技術(shù)為核心來(lái)指導(dǎo)高效高品質(zhì)生產(chǎn)的智能制造和應(yīng)用，目的是大幅度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)行的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)和流通消費(fèi)相融合的革命性方法，將徹底推動(dòng)傳統(tǒng)制造工業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及人工智能的基礎(chǔ)上，通過(guò)感知、人機(jī)交互、決策、執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程和企業(yè)管理及服務(wù)的智能化，是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合與集成。智能

5、化和自動(dòng)化的最大區(qū)別在于知識(shí)的含量。智能制造是基于科學(xué)而非僅憑經(jīng)驗(yàn)的制造，科學(xué)知識(shí)是智能化的基礎(chǔ)。因此，智能制造包含物質(zhì)的和非物質(zhì)的處理過(guò)程，不僅具有完善和快捷響應(yīng)的物料供應(yīng)鏈，還需要有穩(wěn)定且強(qiáng)有力的知識(shí)供應(yīng)鏈和產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，源源不斷地提供高素質(zhì)人才和工業(yè)需要的創(chuàng)新成果，發(fā)展高附加值的新產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能制造是可持續(xù)發(fā)展的制造模式，它借助計(jì)算機(jī)建模仿真和信息通信技術(shù)的巨大潛力，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，大幅度減少物質(zhì)資源和能源的消耗以及各種廢棄物的產(chǎn)生，同時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)再用，減少排放，保護(hù)環(huán)境。3.船舶智能制造“船舶工業(yè)4.0”，需要在現(xiàn)有信息化、自動(dòng)化條件下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)體融合架構(gòu)，通過(guò)

6、適應(yīng)于各類(lèi)用戶(hù)需求的評(píng)估、分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化體系，以“多源數(shù)據(jù)條件下的多維評(píng)估與預(yù)測(cè)、實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中國(guó)船舶工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，從而使得中國(guó)船舶工業(yè)未來(lái)能夠更好地以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以智能船舶為紐帶，走向定制規(guī)?；?、管理精細(xì)化、服務(wù)高效化，以更好地創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)新價(jià)值。“船舶工業(yè)4.0”將促使造船廠借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能取代封閉性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，成為未來(lái)船舶工業(yè)的根基，徹底使我國(guó)由造船大國(guó)向造船強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。雖然“船舶工業(yè)4.0”還在探索，但新的變革浪潮必然會(huì)席卷而來(lái)，企業(yè)只有占得先機(jī)才能成為行業(yè)的引領(lǐng)者。智能制造是自動(dòng)化制造未來(lái)發(fā)展的方向

7、，是信息化和自動(dòng)化的高度集成，具有智能化、柔性化和高度集成化。船舶智能制造是指實(shí)現(xiàn)船舶制造工業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的最優(yōu)化、智能化和自動(dòng)化。涉及到的智能技術(shù)主要包括：新型的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、先進(jìn)的控制和優(yōu)化技術(shù)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的故障診斷與維護(hù)技術(shù)、基于 RFID 芯片的識(shí)別技術(shù)、特殊工藝和精密制造技術(shù)以及安全技術(shù)等。3.1智能船舶系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 智能船舶不是單指船舶實(shí)體本身，而是一套完整的系統(tǒng)，其核心技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)和智能船舶融合、岸海一體的智能信息服務(wù)體系。智能船舶系統(tǒng)是通過(guò)設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、運(yùn)營(yíng)企業(yè)和服務(wù)企業(yè)之間的信息共享，構(gòu)建一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、智能化和服務(wù)化”的網(wǎng)絡(luò)和智能船舶的融合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)

8、、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)到服務(wù)的全流程體系的協(xié)同，建立船舶全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析挖掘，為企業(yè)創(chuàng)造新的價(jià)值。智能船舶系統(tǒng)主要包括：智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能船舶、智能操作、智能運(yùn)營(yíng)、智能服務(wù)以及云計(jì)算平臺(tái)七大模塊，如圖1 所示。 圖1 智能船舶系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)智能船舶系統(tǒng)構(gòu)建在云計(jì)算平臺(tái)之上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)以及大數(shù)據(jù)的分析與挖掘，系統(tǒng)以智能船舶實(shí)體為核心，涉及智能船舶的設(shè)計(jì)、制造、操縱、運(yùn)營(yíng)以及服務(wù)各功能模塊，涵蓋了智能船舶從設(shè)計(jì)制造到報(bào)廢淘汰的整個(gè)生命周期數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用。智能船舶系統(tǒng)的生命周期如圖2 所示。 圖2 智能船舶系統(tǒng)生命周期智能船舶系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1）系統(tǒng)性。智能船舶系統(tǒng)不再單

9、指船舶實(shí)體本身，它是由多個(gè)子系統(tǒng)集成的船舶與岸基一體化智能信息服務(wù)體系，主要包括船舶設(shè)計(jì)、制造、操作、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)等系統(tǒng)。2）網(wǎng)絡(luò)性。系統(tǒng)的基礎(chǔ)是基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，借鑒傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與船舶、船舶與岸基、岸基與云中心等的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)信息共享、遠(yuǎn)程控制與通信交流等。 3）智能性。智能船舶系統(tǒng)是一個(gè)多智能體系統(tǒng)，通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)對(duì)船舶相關(guān)大數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測(cè)、評(píng)估、推理等，實(shí)現(xiàn)正確的決策，通過(guò)傳感技術(shù)、虛擬技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等理論方法，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、制造、操縱、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)過(guò)程的智能化。 4）協(xié)同性。智能船舶系統(tǒng)涵蓋了船舶設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、運(yùn)營(yíng)企業(yè)以及服務(wù)企業(yè)，

10、實(shí)現(xiàn)信息共享，企業(yè)之間可以相互提出請(qǐng)求和提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)作與競(jìng)爭(zhēng)，共同發(fā)展。 5）柔韌性。系統(tǒng)能夠適應(yīng)快速變化的船舶設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)和服務(wù)需求，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和溝通交流，能夠?qū)ψ兓氖袌?chǎng)需求做出及時(shí)的反應(yīng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 6）追溯性。系統(tǒng)對(duì)船舶從設(shè)計(jì)、制造、使用、淘汰的全過(guò)程進(jìn)行跟蹤，對(duì)船舶出現(xiàn)的問(wèn)題能夠及時(shí)的追溯和處理。 7）服務(wù)性。智能船舶系統(tǒng)是船舶與岸基一體化的智能信息服務(wù)體系，能夠及時(shí)提供各種增值服務(wù)，從設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)、維修、物流等全方位提供不同的服務(wù)需求。 3.2數(shù)字化造船3.2.1數(shù)據(jù)集成平臺(tái)技術(shù)船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)，它規(guī)范了信息交

11、換和系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及接口定義等，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供良好的系統(tǒng)接口、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境和嚴(yán)格的管理界面。船舶信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中處理機(jī)、智能傳感器和帶有數(shù)字化接口的設(shè)備物理地分布于船上的各個(gè)部位，各自獨(dú)立運(yùn)行，它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，構(gòu)成一個(gè)分布式系統(tǒng)。該系統(tǒng)又是通過(guò)集成支撐環(huán)境將各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)連通集成進(jìn)行信息交換和消息傳遞，形成一個(gè)有機(jī)的整體。船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)負(fù)責(zé)除指控系統(tǒng)外其他所有信息的共享與交換。資源管理中心、控制中心、信息管理中心和操控臺(tái)之間的信息傳輸和消息傳遞統(tǒng)一通過(guò)船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)控制完成。圖3船舶信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)的核心是任務(wù)管理調(diào)度子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)中間件

12、兩大部分，平臺(tái)本身也是作為中間件以通用組件的形式對(duì)應(yīng)用要求的功能提供支持，包括流程調(diào)度與控制、權(quán)限控制和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)等支持。系統(tǒng)的最底層是各類(lèi)分布的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，任務(wù)管理調(diào)度子系統(tǒng)通過(guò)傳遞消息控制應(yīng)用系統(tǒng)中模塊的運(yùn)行演程、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)中間件通過(guò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)控制應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程。權(quán)限控制子系統(tǒng)、任務(wù)與信息監(jiān)控子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)流和控制流的監(jiān)控和控制完成自身的功能。3.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早由美國(guó)VPL Research Inc公司提出的，涉及計(jì)算機(jī)、微電子、仿真與傳感測(cè)量等眾多高新技術(shù)，它是利用計(jì)算機(jī)在電腦上構(gòu)造出一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相同或相似的環(huán)境，人們通

13、過(guò)虛擬設(shè)備就可以與虛擬環(huán)境進(jìn)行交流互動(dòng)，就像在現(xiàn)實(shí)世界中一樣。人們不僅能從視覺(jué)上感知虛擬世界，同時(shí)也可以從嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)甚至觸覺(jué)等方面來(lái)感知虛擬世界。在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造的虛擬世界是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，不僅能夠?qū)θ藗兺ㄟ^(guò)虛擬設(shè)備傳遞給它的信息做出反饋，還能夠讓人們“真實(shí)”地感知虛擬環(huán)境下的虛擬實(shí)物。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要由五方面組成：虛擬引擎、輸入/輸出設(shè)備、軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)以及任務(wù)，其中虛擬引擎和I/O設(shè)備是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心，他們之間是通過(guò)以下組成關(guān)系來(lái)完成虛擬任務(wù)的，如圖3所示：圖3 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成部分VR引擎是虛擬仿真系統(tǒng)的核心部位，通過(guò)讀取輸入設(shè)備中的數(shù)據(jù)信息，訪(fǎng)問(wèn)與任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，

14、完成相應(yīng)工作任務(wù)，最后通過(guò)輸出設(shè)備反饋任務(wù)結(jié)果。I/O設(shè)備是實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境交互性的基礎(chǔ)。人們通過(guò)專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)接口給計(jì)算機(jī)發(fā)送命令，同時(shí)計(jì)算機(jī)也會(huì)將實(shí)時(shí)的模擬信息反饋給用戶(hù)。比較常見(jiàn)的I/O設(shè)備有三維位置跟蹤器，即傳感衣、三維聲音發(fā)生器、數(shù)據(jù)傳感手套等。軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同，目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的VR仿真軟件有很多種，軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能有兩部分：1)建立虛擬對(duì)象的幾個(gè)模型，根據(jù)需要也可以加入物理屬性和行為特性，同時(shí)構(gòu)造虛擬對(duì)象層次結(jié)構(gòu)，建立I/O設(shè)備到虛擬場(chǎng)景的映射。2)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，創(chuàng)建連通應(yīng)用程序與虛擬世界的數(shù)據(jù)接口，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。任務(wù)指的是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要完成的命令和

15、工作。傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要運(yùn)用在教育、娛樂(lè)、醫(yī)療和軍事，新型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要運(yùn)用在機(jī)器人、制造業(yè)和信息可視化等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)主要通過(guò)四個(gè)方面來(lái)表現(xiàn)，他們之間的關(guān)系如圖4所示：圖4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)多感知性：所謂多感知性就是除了一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺(jué)感知之外，還擁有其他方面的感知，比如聽(tīng)覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知、味覺(jué)感知、甚至運(yùn)動(dòng)感知等。沉浸感：沉浸感是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境讓人有一種真實(shí)的存在感，猶如身臨其境，所有感知就像在真實(shí)世界一樣。要有沉浸感，除了逼真的三維模型，還必須有人機(jī)交互作用才能夠?qū)崿F(xiàn)。想象性：在進(jìn)入虛擬環(huán)境時(shí)，不僅僅是依靠外設(shè)的一些虛擬設(shè)備，像數(shù)據(jù)手套之類(lèi)的來(lái)提

16、供沉浸感，同時(shí)也要通過(guò)想象把虛擬的環(huán)境構(gòu)造出來(lái)，想象性從一方面也表達(dá)了作者的設(shè)計(jì)思路。交互性：虛擬環(huán)境是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，它能通過(guò)人們輸入的信息感知人們的意愿，并做出相應(yīng)的反饋，交互性的優(yōu)劣主要由實(shí)時(shí)性和自然性來(lái)體現(xiàn)。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，尤其是工程制造領(lǐng)域。新技術(shù)、新產(chǎn)品日新月異，這對(duì)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和制造提出了更高的要求，企業(yè)要在這樣嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)下生存發(fā)展，就必須有全新的、強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是工程制造領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的技術(shù)力量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早是由國(guó)外提出的，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)在航空航天、汽車(chē)制造、醫(yī)療康復(fù)、教育娛樂(lè)以及軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而我國(guó)在上世紀(jì)九

17、十年代，工程界和科學(xué)界才開(kāi)始關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，雖然起步較晚，但是信息技術(shù)的快速發(fā)展和信息共享，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)國(guó)內(nèi)的科研院所和高校也在不斷的對(duì)其進(jìn)行深入地研究。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程制造業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品裝配工藝過(guò)程的優(yōu)化確定。產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又分為三個(gè)方面：以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造技術(shù)、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造技術(shù)和以控制為中心的虛擬制造技術(shù)。4.船廠項(xiàng)目案例4.1南通中遠(yuǎn)川崎船舶智能制造項(xiàng)目案例南通中遠(yuǎn)川崎的船舶制造智能車(chē)間建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了各加工系列的智能制造，達(dá)到工裝自動(dòng)化、工藝流水化、控制智能化、管理精益化，保障

18、了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，縮短了加工周期，極大地提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量和建造效率達(dá)到世界先進(jìn)水平。南通中遠(yuǎn)川崎在船舶智能化制造方面，率開(kāi)國(guó)內(nèi)先河，高度自動(dòng)化的流水作業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)加上柔性化的船舶生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)了船舶制造的自動(dòng)化操作和流水式作業(yè)。1型鋼生產(chǎn)線(xiàn)型鋼是船體常川部材之一，原先的生產(chǎn)方式從畫(huà)線(xiàn)、寫(xiě)字到切割、分料完全采用手工作業(yè)，效率低。周期長(zhǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度大，且難免出現(xiàn)誤操作。型鋼自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)建成后實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)料一切割一自動(dòng)分揀一成材分類(lèi)疊放全過(guò)程的智能制造包括物料信息傳輸和物料切割智能化以及物料分類(lèi)感知智能化配員由原來(lái)的20人減少為7人有效減少了人工成本，縮短了生產(chǎn)周期降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為后續(xù)擴(kuò)大機(jī)器人

19、應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。2條材機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)條材是分段制造的主要部材之一，它的特點(diǎn)是數(shù)量多，大部分部材比較短小原來(lái)的生產(chǎn)方式包括畫(huà)線(xiàn)、寫(xiě)字、開(kāi)條、端部切割、打磨、分料等全是手工作業(yè)效率低生產(chǎn)周期長(zhǎng)，容易出錯(cuò)。條材機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)的投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸和物料傳輸感知智能化以及加工智能化配員南原來(lái)的22人減少為8人，提高了生產(chǎn)效率縮短了生產(chǎn)周期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度 3先行小組立機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)盡管造船中厚板電弧焊接實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)困難很多，但南通巾遠(yuǎn)川崎還是從最簡(jiǎn)單的先行小組材開(kāi)始，推進(jìn)機(jī)器人焊接。傳統(tǒng)的制造方式是，鋼板在定盤(pán)上全面鋪開(kāi)。一塊一塊地裝配、焊接、翻身、背燒，占用面積大，制造周期長(zhǎng)效率低。先行小組立機(jī)器人生產(chǎn)

20、線(xiàn)投產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)了工件傳輸和焊接智能化，以及自動(dòng)背燒、自動(dòng)工件出料整條生產(chǎn)線(xiàn)僅配一名員員操作，配員減少一半以上。流水線(xiàn)生產(chǎn)方式是工業(yè)化大生產(chǎn)的必然要求對(duì)造船業(yè)而言車(chē)間內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)的流水線(xiàn)化將是今后實(shí)施船舶智能制造的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前南通中遠(yuǎn)川崎已實(shí)施了大艙肋骨生產(chǎn)線(xiàn)、Y龍筋生產(chǎn)線(xiàn)、焊接裝置等數(shù)個(gè)半自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)技改項(xiàng)目，取得了良好的效果。4智能物流系統(tǒng)采用“橫向到邊、縱向到底”的設(shè)計(jì)原則，建立了功能完善的智能物流系統(tǒng)，并與設(shè)計(jì)系統(tǒng)高度集成，從而將企業(yè)的人力、資金、信息、物料、設(shè)備、時(shí)間、方法等各方面資源充分調(diào)配和平衡，為企業(yè)加強(qiáng)財(cái)務(wù)管理、提高資金運(yùn)營(yíng)水平、減少庫(kù)存、提高生產(chǎn)效率、降低成本等提供強(qiáng)有

21、力的支持。4.2金海重工打造智能船廠之路船舶制造是一項(xiàng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)，金海重工股份有限公司對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化和智能制造的改造，以期把企業(yè)打造成先進(jìn)的智能船廠。目前，這項(xiàng)工作取得了一定進(jìn)展和成效。攻堅(jiān)重點(diǎn)金海重工在開(kāi)始打造智能化船廠時(shí)，非常重視數(shù)字化基礎(chǔ)工作的落地。目前，金海重工主要圍繞以下3個(gè)核心開(kāi)展工作：一是生產(chǎn)計(jì)劃管理與實(shí)施核心；二是物流核心；三是設(shè)計(jì)核心。3個(gè)核心中有一個(gè)靈魂，就是生產(chǎn)計(jì)劃管理與實(shí)施。這項(xiàng)計(jì)劃管理工作不是一個(gè)數(shù)據(jù)管理，而是一個(gè)行為管理。它的里面包括了計(jì)劃的制訂和計(jì)劃實(shí)施的監(jiān)控，以及可控化的計(jì)劃的落實(shí)。此項(xiàng)工作是金海重工眾多數(shù)字化項(xiàng)目中比較通順的。船廠的物流情況通常十分復(fù)雜，

22、不僅廠外供應(yīng)商物流復(fù)雜，而是廠內(nèi)各種配料、送料等情況也十分繁瑣。為此，金海重工搭建了一套完整的供應(yīng)鏈系統(tǒng)。這套供應(yīng)鏈系統(tǒng)從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開(kāi)始，包括設(shè)計(jì)、預(yù)算/規(guī)劃、供應(yīng)商、詢(xún)價(jià)/合同、送貨/質(zhì)檢、廠區(qū)物流、領(lǐng)導(dǎo)生產(chǎn)、托盤(pán)集配、倉(cāng)諸管理等子項(xiàng)目。金海重工十分重視設(shè)計(jì)工作，無(wú)圖紙化設(shè)計(jì)是其目前大力推廣的一項(xiàng)內(nèi)容。與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種工作，都離不開(kāi)數(shù)據(jù)的支撐。為此，金海重工重點(diǎn)實(shí)施了把行為變成數(shù)據(jù)、讓數(shù)據(jù)變成可控狀態(tài)的一項(xiàng)工作。這項(xiàng)工作緊要，卻十分艱巨，僅其中一項(xiàng)編碼工作，就花了6個(gè)月的時(shí)間。注重工作協(xié)同船廠工作千端萬(wàn)緒，若要做好工作，必須加強(qiáng)協(xié)同。計(jì)劃生產(chǎn) 計(jì)劃生產(chǎn)這項(xiàng)工作，既涉及到銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，又涉及到供應(yīng)鏈

23、環(huán)節(jié)，而且它最后要落實(shí)到工人的崗位金海重工采用的是給每個(gè)工人發(fā)派工作包的形式。這個(gè)工作包就是每名工人在作業(yè)開(kāi)始的時(shí)候就必須要明確的落實(shí)的工作內(nèi)容，包括工作對(duì)象、工作量、工作場(chǎng)地和工作中需要注意之處。供應(yīng)鏈 金海重工的供應(yīng)鏈很長(zhǎng)，包括從供應(yīng)商開(kāi)始，經(jīng)計(jì)劃調(diào)度、項(xiàng)目管理到進(jìn)庫(kù)，及進(jìn)庫(kù)后的模塊化出庫(kù)。出庫(kù)兩個(gè)含義，一是外來(lái)產(chǎn)品組裝件的組合，另一個(gè)是廠內(nèi)產(chǎn)品和外來(lái)產(chǎn)品的組合船舶行業(yè)稱(chēng)之為“托盤(pán)管理”。托盤(pán)管理需要在物流環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)等供應(yīng)鏈中間充分地組合好?！巴斜P(pán)管理”中可能要涉及到上千個(gè)零部件，所以，這項(xiàng)工作的內(nèi)容也是數(shù)字化集成和邏輯關(guān)系的一種表現(xiàn)。生產(chǎn)過(guò)程智能化智能船廠的生產(chǎn)過(guò)程必須用自動(dòng)化和數(shù)據(jù)

24、化來(lái)完成，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成本降低、質(zhì)量提升和安全生產(chǎn)。目前，金海重工對(duì)此領(lǐng)域進(jìn)行積極而成功的探索。鋼板自動(dòng)標(biāo)記這項(xiàng)工作遠(yuǎn)非一般人認(rèn)為的買(mǎi)一塊鋼板然后在其上貼二維碼那么簡(jiǎn)單。船廠在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)遇到一個(gè)很大的困難，鋼板進(jìn)廠后，必須進(jìn)行高溫高壓條件下的預(yù)處理。如果事先把二維碼貼在上面，那么鋼板預(yù)處理結(jié)束后，二維碼肯定消失了。所以，這就要求廠方加強(qiáng)鋼板預(yù)處理前的一個(gè)編碼控制。金海重工經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，解決了這個(gè)難題。鋼板在預(yù)處理之后，編碼也會(huì)留在上面，而且經(jīng)過(guò)多少道工序，都會(huì)被找到，甚至它與其他原配料結(jié)合一起成為一個(gè)零件，都會(huì)留有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)控聯(lián)合集成 數(shù)控設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，傳統(tǒng)方式下都是單機(jī)操作，金海

25、重工把它們改造成流水線(xiàn)作業(yè)組合的操作模式。目前在切割環(huán)節(jié)中進(jìn)行了成功的應(yīng)用。汽車(chē)行業(yè)是用機(jī)器人進(jìn)行切割，而金海重工根據(jù)自身生產(chǎn)的特點(diǎn)和需求，用了焊接組合的方式來(lái)進(jìn)行代替，取得了不錯(cuò)的效果。這種通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備以適應(yīng)智能制造要求的模式，在以后還有很大的發(fā)展空間。柔性模具 船體的形狀多變，不同的船型，所以要根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)用冷加工和熱加工。所以，船廠就要設(shè)計(jì)一個(gè)柔性模態(tài)。用同一個(gè)模態(tài)應(yīng)對(duì)所有船舶曲線(xiàn)、平面的加工。這其中數(shù)據(jù)的采集點(diǎn)和數(shù)據(jù)量，包括有線(xiàn)源的控制，金海重工投入很大精力才完成。自動(dòng)涂裝系統(tǒng) 涂裝工序是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)工作，企業(yè)面臨招不到工人從事此項(xiàng)工作的困境。涂裝的機(jī)器人作為一種理想的解決方案，在船廠向智能化推進(jìn)過(guò)程還面臨著一些問(wèn)題，金海重工目前正存積極研究，博采眾長(zhǎng)，準(zhǔn)備攻克這個(gè)難題。5. 結(jié)語(yǔ)船舶智能制造，需要在現(xiàn)有信息化、自動(dòng)化條件下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)體融合架構(gòu)，通過(guò)適應(yīng)于各類(lèi)用戶(hù)需求的評(píng)估、分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化體系，以“多源數(shù)據(jù)條件下的多維評(píng)估與預(yù)測(cè)、實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期