計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)在造船領域中的應用研究

1、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)在造船領域中的應用研究船舶是一種十分特殊的產品，一艘大型船舶由數以萬計的零部件和配套設備構成，數十個功能各異的子系統(tǒng)，以船體為平臺有機地整合成整體。因此，船舶制造業(yè)是綜合工業(yè)之冠，涉及大量不同學科、專業(yè)和產品，技術領域寬廣，技術更新頻率較高，對高新技術的吸納能力極強。計算機集成制造系統(tǒng)簡稱CIMS。1974年美國的約瑟夫·哈林頓博士首先提出了計算機集成制造系統(tǒng)的概念。20世紀90年代，國外先進船廠就通過研究應用CIMS技術，逐步由“分段制造、設備密集”的傳統(tǒng)造船模式，發(fā)展到“集成制造、信息密集”的現代造船模式，實現了“生產效率大幅度提高、生產成本明顯降低

2、”的目的。據有關研究表明，在未來十年，中國造船產量將占到世界市場四分之一強，有可能成為世界第一造船大國。但是，我們要清醒的認識到，與世界造船強國相比，我們還有較大差距，必須認真借鑒國外現代造船技術，尤其是CIMS技術的應用經驗，結合我國實際，采用先進適用的技術改造傳統(tǒng)造船模式，使我國造船生產在一個更高的起點上完成“跳躍式”發(fā)展。隨著計算機在制造業(yè)中的普遍應用，20世紀80年代初，在制造業(yè)中出現了許多自動化系統(tǒng)，如FMS、CADCAM系統(tǒng)等。通過對這些系統(tǒng)的不斷強化，一種新的更高層次的集成開始形成，即用大系統(tǒng)的概念，把各部門之間孤立、局部的“自動化孤島”在新的管理模式及制造工藝的指導下，通過計算

3、機網絡及分布式數據管理系統(tǒng)有機地集成起來，構成一個完整的計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。1.CIMS基本原理典型的CIMS系統(tǒng)是以“規(guī)范管理、標準設計、信息集成共享”為標志，運用信息技術，以生產設計和成本控制為主線，通過統(tǒng)一管理標準、管理流程、數據處理和資源平衡，將造船過程中所需的人、財、物、設計及制造等信息融于一個軟件系統(tǒng)中來整體協調殼、舾、涂等不同類型的作業(yè)計劃，同步安排所需物質、設備等的資源供應，精確控制每個生產環(huán)節(jié)的節(jié)拍。由于實現了系統(tǒng)集成，保證了數據的準確性、一致性和實時性，因而達到了均衡、高效生產的目的。造船CIMS是在自動化技術、信息技術和先進制造技術的基礎上，應用成組技術原理和

4、統(tǒng)籌優(yōu)化理論，確立殼舾涂一體化的先進的造船模式，通過計算機及其軟件，將造船訂貨、船型試驗、船舶設計、船舶建造、造船管理和交船后服務等造船廠全部生產活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地結合起來，以形成適用于多品種、中小批量生產實現總體高效益的智能化制造系統(tǒng)。造船CIMS技術是按其建模原則所形成的全新生產作業(yè)體系，既在船舶設計過程中合理規(guī)劃，并在規(guī)劃中與制造策略、管理思想和各項先進造船技術有機地結合，把設計、制造、管理信息集成，做到船舶設計制造一體化，從而實現造船工程優(yōu)質、安全、高效、低耗的目的，促進造船生產向技術密集型和高科技發(fā)展，提高造船經濟效益和市場競爭能力。2.CIMS的主要特征CIMS的

5、主題是集成化和智能化，其主要特征如下：(1)CIMS不僅是一種技術系統(tǒng)，更是一個企業(yè)整體集成制造優(yōu)化系統(tǒng)。其核心是集成，包括人員集成(設計人員、生產人員、管理人員等)、信息集成(報價、技術、管理、信息等)、功能集成、技術集成等方面；(2)CIMS強調人的主體作用，強調入、技術、管理三者的有機結合；(3)CIMS中的設計、制造技術是動態(tài)響應技術，倡導不斷采用新手段研究、改造和充實傳統(tǒng)技術；(4)CIMS實施需要經費支持，其投資亦為動態(tài)投入，根據不同企業(yè)的不同技術發(fā)展水平、設備和資產狀況，動態(tài)投入不同的所需資金；(5)CIMS是一個龐大的生產系統(tǒng)，應該在總體規(guī)劃下分步實施，逐步見效。3.CIMS關

6、鍵技術及技術體系CIMS包含設計技術、制造技術、管理技術和計算機技術四項關鍵技術，它們之間的相互關系如圖2所示。CIMS通過計算機技術及其軟件科學，將企業(yè)內部生產活動所需的各自分散的信息有機地集成起來，從而形成船舶集成制造技術體系，如圖3所示。4.CIMS的發(fā)展階段自上世紀70年代中期提出CIMS的概念以來，隨著電子、信息、自動化、人工智能、新材料等技術的迅速發(fā)展，CIMS的研究和應用也日趨深入，其發(fā)展進程可以分為三個階段表1。進人新世紀以來，我國造船工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，已連續(xù)8年位居世界第三造船大國，造船產量已占世界造船總量的一成。但是，在船舶生產組織、生產過程控制、和生產效率控制方面與發(fā)達國

7、家相比還存在較大差距，設計技術、制造技術、管理技術也相對落后。據有關研究機構分析，當今世界造船技術的發(fā)展分為5組水平，日本、韓國達到第4級水平正向著第5級水平發(fā)展，我國尚處在第2級水平和第3組水平之間。我國造船企業(yè)仍屬單件小批量生產類型，制造工件大、周期長、成本高、效率低、工種、專業(yè)繁多，配套產品及生產過程復雜，設備利用率較低，這些情況說明我國原有的造船模式已不能適應現代造船的需要，模式轉換迫在眉睫。造船企業(yè)可以通過實施CIMS建設推行先進造船技術，促進造船模式轉換，實現并行設計、制造、管理的“殼、舾、涂”一體化和“設計、制造、管理一體化”的造船模式，并運用“成組技術”建立船體和管子零件加工裝

8、配流水線，對原有造船CAD、CAPP、CAM、MIS、MRP等各領域信息系統(tǒng)進一步發(fā)展、深化和集成，將其統(tǒng)一在CIMS中。CIMS的建設對于我國造船企業(yè)生產建設水平的提高有著極其重大的意義?；贑IMS的造船模式是造船企業(yè)的發(fā)展之路、騰飛之翼?，F代造船模式中CIMS的實施構想:1總體實施要則：總體規(guī)劃，分步實施，效益驅動，穩(wěn)妥推進。2實施方式：吸收和消化國外軟件的先進理念和技術，引進具有先進水平的關鍵模塊、支撐數據和管理模式，結合自主開發(fā)，解決共享數據庫和軟件接口等關鍵技術，提高信息化水平，縮短實施周期。3概略實施步驟(1)準備：系統(tǒng)調查研究，分析瓶頸項目，確定現實目標；(2)安裝調試：選擇設

9、計、計劃、物流三方面核心模塊安裝調試，并選擇合適產品進行試運行，根據試運行結果及發(fā)現的問題，調整完善管理、設計、物流、生產等環(huán)節(jié)，固化成果；(3)系統(tǒng)集成：根據“效益驅動”的原則，逐步應用實施成本管理、生產準備、質量管理、設備負荷管理、營銷報價管理等模塊，實現數據共享。4實施預期目標(1)提高生產工藝、作業(yè)管理過程標準化水平，主要信息由系統(tǒng)快速處理，縮短設計周期；(2)提高計劃可控性，統(tǒng)一協調大節(jié)點計劃，中、小日程計劃，控制與平衡勞動力資源，縮短造船周期；(3)準確的生產設計及控制。較好地控制物流，減少存貨，縮短資金循環(huán)周期，降低生產成本。要爭取做到以實際應用為抓手，推進業(yè)務標準化：(1)通過

10、載體船試運行，掌握數據、標準的準備方法由于CIMS系統(tǒng)較為復雜，有必要在合同期里以實際產品作為系統(tǒng)實施載體，目的是“打通業(yè)務流程，掌握規(guī)則方法，校正數據標準，驗證系統(tǒng)性能”。打通業(yè)務流程:系統(tǒng)能否按照設計、生產、物資一體化原則運行。掌握規(guī)則方法:系統(tǒng)對編碼標準、設計規(guī)則、運行規(guī)則要求。校正數據標準:及時消除軟件、數據或標準方面  可能存在的問題。驗證系統(tǒng)性能:驗證集成性、適用性、可靠性、操作性。信息集成后，許多數據相互牽制。一旦修改，必須多部門協調進行。因此，需要通過載體船試運行，落實具體規(guī)程和編制方法。逐步建立跨部門的數據協調機制，加快基礎數據同步更新速度。 2

11、)建立信息反饋體系，提高生產組織管理水平系統(tǒng)實行嚴格的任務包管理模式。在任務包中，所有作業(yè)物理量按工時來體現。工時是計劃管理的基本單位，是衡量作業(yè)區(qū)、班組和勞動者作業(yè)負荷和生產效率的基本指標之一。因此，需要根據作業(yè)性質和內容，編寫載體船任務包和派工單。并結合班組固化、作業(yè)標準化工作，通過工作包、派工單反饋和實績分析，不斷優(yōu)化任務和派工單。系統(tǒng)集成性提高后，信息相互依賴性明顯增加。例如，任務包和派工單中含有相應的工作量和托盤清單，如果缺乏托盤數據或物資未按計劃到貨，工時管理系統(tǒng)便無法下達派工單，同時也就無法填寫反饋實際工時。因此，在實施中要加強協調，同步提高設計水平和生產組織水平，及時總結標準作

12、業(yè)和標準設計規(guī)范。     (3)因地制宜改進物流管理，提高生產準備水平 CIMS要求建立有效的物流管理體系，這需要在采購指令、采購控制、庫存管理、托盤管理及配送等環(huán)節(jié)進行變革。例如，CIMS要求物流部門根據物資納期計劃，按托盤組織集配，并且按照班組申請，實行現場配送，這需要有集配場地、專用托盤架和設施。  最后，推進信息化建設是一項非常迫切的工作，同時又是一個長期的過程。企業(yè)唯有從經營戰(zhàn)略目標出發(fā)，通過引進先進制造技術，堅定地轉換舊的造船模式，積極調整文化傳統(tǒng)、作業(yè)習慣和行為方式，運用現代管理技術、信息技術，走精益生產、精細管理的道路，從而實