史 超，廖良闖，費宇霆，富 威

（1.江蘇自動化研究所，江蘇連云港 222021；2.哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001）

大型船舶分段焊接智能車間標準體系研究

史 超1，廖良闖1，費宇霆2，富 威2

（1.江蘇自動化研究所，江蘇連云港 222021；2.哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001）

文章介紹了大型船舶分段焊接智能車間的內(nèi)涵及其標準體系研究現(xiàn)狀，構(gòu)建了大型船舶分段焊接智能車間的標準體系，闡述了該標準體系各部分的基本內(nèi)容。大型船舶分段焊接智能車間的標準體系的研究為船舶企業(yè)分段焊接智能車間的建設提供了基礎平臺。

船舶分段焊接智能車間；標準體系；參考模型

0 引言

中國船舶工業(yè)的振興和強大需要先進的船舶工業(yè)標準體系做支撐。標準是船舶設計、建造、維修和管理的基石，是縮短造船周期、確保造船質(zhì)量、控制造船成本和提高造船水平的重要手段。根據(jù)《船舶工業(yè)標準體系（2012年版）》，金屬船舶制造大類有標準583項，其中，國標179項，行標404項；新增標準149項[1]。標準體系內(nèi)仍存在大量標準缺項，無法完全滿足高技術產(chǎn)品的科研生產(chǎn)需要。支撐船舶行業(yè)管理工作的標準數(shù)量較少，對船舶先進制造技術、信息應用技術等標準的研究不夠，安全生產(chǎn)、節(jié)能減排等行業(yè)管理標準仍不完善。為了推動我國船舶企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和推進數(shù)字化造船工程，建立完善的船舶行業(yè)標準體系成為當務之急。

1 智能焊接車間研究概述

船舶制造企業(yè)是典型的多品種小批量離散型制造企業(yè)，該類企業(yè)由于缺乏高端智能裝備的支持，更多還是采用普通裝備依靠工人的勞動密集型加工，造成產(chǎn)品生產(chǎn)組織難度大、制造過程柔性差、生產(chǎn)成本和能耗與歐美國家有較大差距等問題。隨著“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的實施，國內(nèi)諸多船廠都在致力于智能制造裝備、智能車間、數(shù)字化船廠的研究，但因沒有統(tǒng)一的相關標準可借鑒，易造成技術難度增加、接口不統(tǒng)一、上下工序銜接困難等問題?！皼]有標準，就沒有規(guī)?；保捎谌鄙傧嚓P標準，建設的智能船舶制造車間和智能船廠需要的軟硬件配置太雜，不具有通用性，導致建設成本極高。

焊接是船體制造中的重要環(huán)節(jié)，也是決定船體質(zhì)量的關鍵因素[2]。由于相關技術的發(fā)展，船舶分段結(jié)構(gòu)件焊接有望實現(xiàn)自動化焊接過程，因此很多船舶企業(yè)正在圍繞分段焊接開展數(shù)字化車間及智能車間的建設工作。船舶分段焊接智能車間通過物聯(lián)網(wǎng)技術、設備監(jiān)控技術加強信息管理和服務，清楚掌握船舶分段的生產(chǎn)管理流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上的人工干預、即時準確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以合理編排生產(chǎn)技術與生產(chǎn)進度，并融合CPS、智能焊接機器人、數(shù)字化焊機、焊縫智能識別等技術，最終達到最優(yōu)生產(chǎn)、無人干預、效益最佳、動態(tài)平衡的目標。

2 船舶分段焊接智能車間標準體系研究現(xiàn)狀

研究和編制船舶分段焊接智能車間的應用標準，應能夠指導分段焊接智能車間的建設。船舶分段焊接智能車間標準體系指的是有關分段焊接智能車間的一系列、多維度的標準，用來闡述分段焊接智能車間相關的技術和管理等問題。

船舶分段焊接智能車間采用大量新技術與新設備，設備與技術是船舶分段焊接智能車間進行生產(chǎn)活動的載體和手段，關系到分段焊接智能車間生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量，因此良好的設備與技術管理必不可少。船舶分段焊接智能車間的技術水平越來越高，設備也趨于智能化、信息化、精密化，因此，相應地，管理標準也要進步，才能適應現(xiàn)代船舶企業(yè)的發(fā)展需要，進而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

安全生產(chǎn)管理是保障船舶分段焊接智能車間進行生產(chǎn)活動的另一個重要內(nèi)容，由于車間內(nèi)設備密集、種類繁雜、空間狹小、情況復雜，智能車間的安全生產(chǎn)管理能力顯得尤為重要。編寫相應的標準，應該從技術、管理及體系評價等多個層面查找、分析和預測船舶分段焊接智能車間系統(tǒng)中存在的危險以及不利于生產(chǎn)的因素，提出合理可行的對策措施，指導生產(chǎn)管理和事故預防，以實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)、減少損失和最優(yōu)的安全投資效益[3-4]。

3 船舶分段焊接智能車間標準體系構(gòu)建原則

大型船舶分段焊接智能車間標準體系框架是對船舶分段焊接車間現(xiàn)有、應有和將要制定的一系列標準經(jīng)過研究、分析后進行科學合理的安排，形成一個技術先進、層次分明、結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)配套的框架圖。體系框架的編制尤其要遵循：

1）完整性。系統(tǒng)分析船舶分段焊接智能車間各個層次的支撐技術，提出完整的船舶分段焊接智能車間標準體系框架。在一段時間內(nèi)，根據(jù)船舶分段焊接智能車間發(fā)展的需要，標準體系框架應包括現(xiàn)有的、應有的和預計發(fā)展的國家標準。

2）可擴展性。標準體系框架應充分考慮技術發(fā)展，為將來增加新的標準留有余地。當前有些技術正處于研發(fā)和推廣階段，這些技術的標準化對于推廣其應用以加快船舶分段焊接智能車間的發(fā)展有非常大的促進作用。對于這些尚未成熟的新技術在標準體系框架中也應給出相應的位置。

3）層次性。層次性反映出標準使用的范圍。使用范圍大的標準處于標準體系框架的頂端，反之處于較低層次上，具體的個性標準處于最低層次。

4）協(xié)調(diào)性。標準體系框架中的子體系既相互獨立，又相互依存，子體系間有邊界，也有交叉。同一標準不能列入兩個子體系中。

5）先進性。標準體系框架應該能夠適應船舶分段焊接智能車間發(fā)展對標準的需求，強調(diào)并突出發(fā)展船舶分段焊接智能車間所需要制定和推廣的關鍵標準，并能指導船舶分段焊接智能車間標準化的發(fā)展方向。

4 船舶分段焊接智能車間標準體系框架

針對船舶分段焊接智能車間標準化需求，遵循標準體系構(gòu)建原則，本文提出了如圖1所示的大型船舶分段焊接智能車間標準體系，包括基礎標準、技術標準、管理標準、支撐標準四個模塊。

1）基礎標準。基礎標準主要任務有三方面：一是明確一些基本概念，也就是相關術語等；二是確定通用符號，制造業(yè)工程圖樣、車間設備等需要用一些通用符號來說明和闡述；三是參考模型，參考模型是為了理解某一環(huán)境實體間的重要關系而建立的抽象框架，以參考模型的方式建立一個公共框架，以便有助于未來標準的開發(fā)。本文提出的基礎標準包含技術術語、通用符號、參考模型、前期規(guī)劃四個部分，其框架如圖2所示。船舶分段焊接智能車間參考模型的標準對于焊接車間的生產(chǎn)工藝管理有著重要的意義。

2）技術標準。技術標準是對產(chǎn)品研制過程中所有專業(yè)技術事項、要求進行規(guī)范的標準。船舶分段焊接智能車間技術標準體系包括技術基礎標準、智能設計技術標準、產(chǎn)品技術標準、三維數(shù)字化工藝技術標準、智能設備技術標準、檢驗方法技術標準、誤差與測量技術標準、智能信息技術標準。標準體系框架如圖3所示。

船舶分段焊接智能車間技術基礎標準體系是指導船舶分段焊接智能車間進行生產(chǎn)活動的技術標準的基礎。在此標準框架內(nèi)，可引用現(xiàn)有的或今后發(fā)展的技術基礎領域的相關國家標準；某些方面，可以根據(jù)大型船舶分段焊接智能車間的實際需要進行針對性地編制。

船舶分段焊接智能車間技術標準體系還制訂了其他一系列標準，包括智能設計技術標準、產(chǎn)品質(zhì)量技術標準、三維數(shù)字化工藝技術標準、智能設備技術標準、檢驗方法技術標準、誤差與測量技術標準、智能信息技術標準。技術標準體系貫穿了產(chǎn)品的整個生命周期，從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)工藝、設備管理、質(zhì)量檢驗、誤差測量、數(shù)據(jù)信息交流等多個角度對焊接車間的產(chǎn)品進行了全過程的質(zhì)量控制。

3）管理標準。船舶分段焊接智能車間管理標準體系，包括設備與基礎設施管理標準、安全生產(chǎn)管理標準、質(zhì)量管理標準、環(huán)境管理標準以及體系評價管理標準。大型船舶分段焊接智能車間對整個組織體系的管理水平提出了很高的要求，為了保障分段焊接智能車間能夠高效可靠地運作，需要多角度多層次地考慮影響車間管理水平的條件要素。標準體系框架如圖4所示。

其中，船舶分段焊接智能車間安全生產(chǎn)管理標準是保障船舶分段焊接智能車間進行生產(chǎn)活動的標準。主要包括設計安全標準、設備安全標準、安全評價標準、信息安全標準、人員作業(yè)標準、安全監(jiān)察與檢查標準、事故應急管理標準、安全管理方法標準等。建立這些標準對提高車間安全生產(chǎn)管理能力有著不可低估的意義。船舶分段焊接智能車間體系評價管理標準包括可靠性評估標準與能效性評估標準等方面，目的是保障大型船舶分段焊接智能車間高效可靠地運行。

4）支撐標準。支撐標準指的是確立智能車間所需要的新一代信息技術在船舶分段焊接領域上的應用和實踐方法。船舶分段焊接智能車間支撐技術標準包括工業(yè)云標準、車間物聯(lián)網(wǎng)標準、車間智能物流系統(tǒng)標準、工業(yè)大數(shù)據(jù)標準、離散制造系統(tǒng)能效數(shù)據(jù)模型組成，其標準體系框架如圖5所示。

工業(yè)云是所有智能信息技術的支撐，大型船舶分段焊接智能車間工業(yè)云標準是針對企業(yè)運營層、工廠管理層和智能設備自動化及控制三個層次間和同層間的數(shù)據(jù)交互而制定的標準。

船舶分段焊接智能車間工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準是指車間內(nèi)智能設備上的數(shù)據(jù)傳輸、管理和智能物流系統(tǒng)的跟蹤、定位及識別等方面有關的標準。

車間智能物流標準是為了車間智能物流系統(tǒng)滿足生產(chǎn)要求而制定的標準。

船舶分段焊接智能車間工業(yè)大數(shù)據(jù)標準是指與產(chǎn)品數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、供應鏈數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)等企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)等有關的標準。目的是通過對大數(shù)據(jù)的分析處理，使研發(fā)數(shù)據(jù)受到規(guī)范化、模塊化的管理，從而提高智能車間的研發(fā)效率。

5 結(jié)論

船舶分段焊接智能車間標準體系的建立，對于船舶分段焊接智能車間的建設與管理具有里程碑式的意義。一方面為智能車間設計人員了解、查詢和選用所需標準提供了依據(jù)，還可以促進未發(fā)布的相關標準制定，另一方面也滿足了船舶分段焊接智能車間管理的需要，它明確了船舶分段焊接智能車間標準體系的總體架構(gòu)，為智能車間建設主管部門指明未來工作重點和發(fā)展方向，提供了相關決策依據(jù)。

[1]殷毅.造船大國的標準之憂[J].中國船檢, 2012(3): 54-56.

[2]譚一炯.焊接機器人技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[D].電焊機, 2006,3(3): 6-10.

[3]蘇宏杰.國內(nèi)外安全標準體系的現(xiàn)狀研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術, 2008(4): 132-134.

[4]蘇宏杰.我國安全標準體系的構(gòu)建設想[J].中國安全生產(chǎn)科學技術, 2008,4(3): 92-96.

[5]杜寶瑞, 王勃, 趙璐.智能制造系統(tǒng)及其層級模型[J].航空制造技術, 2015(13): 46-50.

Research on Standard System of Intelligent Workshop for Large-scale Ship Subsection Welding

Shi Chao1, Liao Liangchuang1, Fei Yuting2, Fu Wei2
(1.JiangSu Automation Research Institute, Jiangsu Lianyungang 222021, China; 2.Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

The paper introduces the research present situation of the connotation and standard system of the large ship subsection welding intelligent workshop.The standard system of large ship section welding intelligent workshop is established.The paper expounds the basic contents of each part of the standard system.The research of the standard system of large ships subsection welding intelligent workshop provides a basic platform for shipbuilding enterprises to construct the subsection welding intelligent workshop.

intelligent workshop for ship subsection welding; standard system; reference model

U671.8

A

10.14141/j.31-1981.2017.01.003

項目名稱：大型船舶分段焊接智能車間參考模型研究，2015智能制造專項項目第23項。

史超（1983—），男，碩士，研究方向：智能制造及數(shù)字化車間。