梁小軍， 吳 剛

(江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

構(gòu)建工法創(chuàng)新體系對(duì)建設(shè)智慧船廠的促進(jìn)作用

梁小軍， 吳 剛

(江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

通過規(guī)劃工法創(chuàng)新的業(yè)務(wù)內(nèi)容，把握工法創(chuàng)新的專業(yè)方向，利用工法創(chuàng)新的策劃功能，借助工法創(chuàng)新的新裝備管理平臺(tái)，發(fā)揮工法創(chuàng)新的研究職責(zé)作用，建立工法創(chuàng)新體系，不斷開展實(shí)踐探索，才能盡快找到符合船企發(fā)展的智能化道路。

工法創(chuàng)新體系；構(gòu)建體系；智慧船廠；智能裝備

0 引 言

在國(guó)家大力推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、實(shí)施科技創(chuàng)新的背景下，船企在產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型中如何切實(shí)解決造船生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵問題，突破制約造船效率提升的瓶頸，加快企業(yè)與信息化的融合，逐步達(dá)成智慧船廠的發(fā)展目標(biāo)，這些已成為亟需解決的問題。

1 我國(guó)造船企業(yè)智能升級(jí)的背景

1.1 宏觀背景

政治環(huán)境：國(guó)家強(qiáng)調(diào)深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)，加快發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合；為加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，必須建立以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系。

經(jīng)濟(jì)環(huán)境：中國(guó)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)新常態(tài)，從高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為中高速增長(zhǎng)，船企產(chǎn)能過剩，導(dǎo)致船價(jià)總體水平不高。為了適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，傳統(tǒng)造船產(chǎn)業(yè)必須轉(zhuǎn)型升級(jí)。

社會(huì)環(huán)境：勞動(dòng)力和環(huán)保成本持續(xù)上升，尤其是重體力勞動(dòng)力的缺失，提高了企業(yè)盈利難度，非技能型勞動(dòng)力需要被智能設(shè)備取代。

技術(shù)環(huán)境：當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展迅速，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality, VR)等技術(shù)在各個(gè)行業(yè)都得到了普及。各類機(jī)器人、智能設(shè)備也大量研發(fā)并投入使用。

由此可見，國(guó)家倡導(dǎo)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行。

1.2 行業(yè)背景

買方：近年來新造船市場(chǎng)出現(xiàn)了一定幅度反彈，但新造船價(jià)格尚未出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性回升，市場(chǎng)整體仍處于相對(duì)低位。

供方：上游企業(yè)壓減產(chǎn)能致使大宗原材料價(jià)格上漲，部分關(guān)鍵設(shè)備依賴進(jìn)口，導(dǎo)致成本壓力巨大。

產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)者：行業(yè)內(nèi)，日本船企正在推行智能柔性生產(chǎn)線；韓國(guó)船舶工業(yè)為推行智能化技術(shù)應(yīng)用，制定了“三步走”智能規(guī)劃；國(guó)內(nèi)中遠(yuǎn)川崎在先行制造階段實(shí)施流水線智能化，很多船企走在了智能升級(jí)道路前列。

船企為適應(yīng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，搶占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，需加快推進(jìn)智慧船廠建設(shè)[1]。

1.3 內(nèi)部背景

當(dāng)前我國(guó)海軍實(shí)力處于快速提升階段，海軍裝備迎來加速建設(shè)期，未來10～15年間，軍品訂單將穩(wěn)定增長(zhǎng)，軍工市場(chǎng)將進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定期。同時(shí)，“現(xiàn)代造船模式2.0”的逐漸推廣應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的絕佳機(jī)會(huì)。

然而，在企業(yè)智能升級(jí)的道路上也面臨著諸多劣勢(shì)和威脅。勞動(dòng)力紅利減少，信息化、工業(yè)化融合仍未找到有效的突破方式和應(yīng)用推進(jìn)方法，基于智能升級(jí)的造船基礎(chǔ)管理仍薄弱，體系和推行路徑有待探索。

綜上所述，我國(guó)船企在宏觀、中觀、微觀的背景下進(jìn)行智能升級(jí)已進(jìn)入關(guān)鍵期，尋找著力點(diǎn)和新引擎、建立健全智能化創(chuàng)新體系和路徑是當(dāng)前重點(diǎn)。

2 工法創(chuàng)新體系與智慧船廠

2.1 智慧船廠

智慧船廠(見圖1)是信息化和工業(yè)化深度融合的必然產(chǎn)物，是支撐“現(xiàn)代造船模式2.0”智能化發(fā)展的一種理念和解決方案。

智慧船廠是指以“現(xiàn)代造船模式2.0”為基礎(chǔ)，集成應(yīng)用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)智能制造與造船過程的深度融合[2]，實(shí)現(xiàn)智能制造技術(shù)全面應(yīng)用于船舶產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、物流、服務(wù)、決策以及全過程協(xié)同[3]。智慧船廠是未來船企轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向。

圖1 智慧船廠

2.2 智慧船廠實(shí)施的第1階段

智慧船廠實(shí)施的第1階段是數(shù)字造船階段(見圖2)，主要實(shí)現(xiàn)建造產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字集成和工藝仿真，其關(guān)鍵在于鏈中各流程要素的一體化受控布局。

圖2 數(shù)字造船階段

數(shù)字化造船是以造船過程知識(shí)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化建模為特征，將信息技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)、現(xiàn)代造船模式相融合，應(yīng)用于船舶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、管理以及船舶生命周期維護(hù)的造船模式[4]。

2.3 智慧船廠實(shí)施的第2階段

智慧船廠實(shí)施的第2階段是智慧造船階段(見圖3)，主要功能是實(shí)現(xiàn)全面信息集成、數(shù)據(jù)分析和智能決策，其關(guān)鍵在于建立單一MBD(基于模型的工程定義技術(shù))數(shù)據(jù)與智能設(shè)備的協(xié)同和決策。

圖3 智慧造船階段

智慧造船的理念方法有：?jiǎn)我粩?shù)字模型(Model Based Definition， MBD)、輕量化設(shè)計(jì)(骨架)、體驗(yàn)式設(shè)計(jì)(仿真)、關(guān)聯(lián)協(xié)同設(shè)計(jì)(成熟度)、智能設(shè)計(jì)(知識(shí)工程)等。

智慧造船的技術(shù)體系有：工法創(chuàng)新體系、信息技術(shù)體系。

智慧造船的業(yè)務(wù)流程有：聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)、細(xì)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程、全面走通研發(fā)設(shè)計(jì)流程、重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)(Structural Frame Design， SFD)到有限元分析、三維送審、船體制造端打通、管理端實(shí)踐等。

2.4 工法創(chuàng)新體系

造船工法是造船生產(chǎn)技術(shù)和工藝方法的總稱，它的本質(zhì)就是解決“如何造船”的問題。

造船工法涉及的范圍覆蓋船舶建造的全方位和全過程，包括(但不限于)：(1)建造方針、建造計(jì)劃、建造策劃;(2)生產(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)管理;(3)關(guān)鍵工序、重點(diǎn)工況、難點(diǎn)工程;(4)滿足新要求、適應(yīng)新材料、使用新工裝。

工法創(chuàng)新體系是生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求的指導(dǎo)者，產(chǎn)品建造模式的制定者，要素一體化管控的策劃者。

3 構(gòu)建促成智慧船廠工法創(chuàng)新體系的舉措與做法

3.1 總體思路

總體思路如圖4所示。緊抓實(shí)施智慧船廠兩個(gè)階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工法創(chuàng)新體系不斷促進(jìn)船企智慧船廠建設(shè)走向深入。表1為工法創(chuàng)新體系對(duì)建設(shè)智慧船廠的作用。

圖4 總體思路

表1 工法創(chuàng)新體系對(duì)建設(shè)智慧船廠的作用

3.2 工法創(chuàng)新體系的構(gòu)建

3.2.1 規(guī)劃工法創(chuàng)新的業(yè)務(wù)內(nèi)容，健全造船過程受控?cái)?shù)據(jù)鏈

以作業(yè)編碼分析造船流程(見圖5)布局受控程度，主要存在的非受控作業(yè)點(diǎn)：

(1) 圖紙的表達(dá)不能有效區(qū)分主、副工種作業(yè)內(nèi)容；

(2) 沒有專業(yè)清單模型(Browser Object Mo-del， BOM)信息流轉(zhuǎn)，殼、舾、涂中間交接過程沒有描述，數(shù)據(jù)流缺失；

(3) 后行生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的匹配性較差；

(4) 工藝性圖紙缺失，輔助生產(chǎn)管理存在失控風(fēng)險(xiǎn)；

(5) 部分物資供應(yīng)和存儲(chǔ)領(lǐng)用環(huán)節(jié)存在經(jīng)驗(yàn)管控的現(xiàn)象，處于失控狀態(tài)。

圖5 造船流程作業(yè)編碼分析

考慮基于全數(shù)據(jù)管控的造船業(yè)務(wù)趨勢(shì)，工法創(chuàng)新體系要制定詳細(xì)組立要領(lǐng)(Detailed Assembly Procedure， DAP)、綜合工程圖(Work Sequence Diagram， WSD)、總組流程圖(Fabrication Sequence Diagram， FSD)、單元?jiǎng)澐值仍O(shè)計(jì)原則文件標(biāo)準(zhǔn)，保證中間產(chǎn)品及其交接的過程環(huán)節(jié)描述閉環(huán)受控，為健全造船過程受控?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)化打基礎(chǔ)。

3.2.2 把握工法創(chuàng)新的專業(yè)方向，打通生產(chǎn)各階段持續(xù)改進(jìn)

根據(jù)工法傳統(tǒng)專業(yè)領(lǐng)域，工法創(chuàng)新體系須用工程管理和策劃的理念，建設(shè)面向生產(chǎn)各階段的工法工藝數(shù)據(jù)庫，重點(diǎn)推進(jìn)生產(chǎn)類信息植入、工藝件智能響應(yīng)與設(shè)計(jì)等，做精益制造的動(dòng)力，為未來數(shù)字造船發(fā)展指引方向。

3.2.3 利用工法創(chuàng)新的策劃功能，推進(jìn)基于CATIA V6設(shè)計(jì)的制造、管理端的工程實(shí)踐

基于模型的單一數(shù)據(jù)源，以“中間產(chǎn)品”三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，結(jié)合工法設(shè)計(jì)信息植入，建立與三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成的三維數(shù)字化工藝模型，實(shí)現(xiàn)基于三維模型的工藝信息定義、三維工序模型生成以及工藝信息的三維化表達(dá)。建立工藝信息關(guān)系知識(shí)庫，應(yīng)用智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加工、裝配、焊接等方法選擇、工序排序和工藝參數(shù)智能決策，促進(jìn)造船工藝設(shè)計(jì)向數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化[5]發(fā)展。

基于三維模型的可視化作業(yè)指導(dǎo)(見圖6)，打通制造端與管理端的信息聯(lián)接，針對(duì)傳統(tǒng)二維圖紙工藝信息表達(dá)不直觀、信息更新不及時(shí)等問題，開展基于三維模型的工藝可視化設(shè)計(jì)、大規(guī)模產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)研究，研發(fā)船舶三維作業(yè)指導(dǎo)書系統(tǒng)，構(gòu)建車間三維作業(yè)指導(dǎo)平臺(tái)，打造基于三維模型的船舶工藝指導(dǎo)新模式，提高船舶工作建造效率。

圖6 造船全過程三維模型可視化作業(yè)

通過生產(chǎn)要素狀態(tài)的全過程感知(見圖7)，構(gòu)建船廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶制造過程中物與人的智能識(shí)別、定位、跟蹤和監(jiān)控，建立“零部件、設(shè)備、場(chǎng)地空間與人”等全方位的物聯(lián)關(guān)系。構(gòu)建船舶制造信息感知網(wǎng)，覆蓋物資供給、零件切割加工、分段建造、分段堆放、搭載、涂裝與舾裝的船舶制造的全過程，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)獲取船舶制造過程中生產(chǎn)人員與設(shè)備的健康狀態(tài)、零部件物流與質(zhì)量、生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)、生產(chǎn)環(huán)境和能耗等信息，實(shí)現(xiàn)船舶制造全過程的狀態(tài)“可視”。

圖7 造船全過程實(shí)時(shí)協(xié)同

總體上，工法創(chuàng)新體系注重策劃先行，抓全局謀劃，以“按生產(chǎn)要求的符合性設(shè)計(jì)”理念，推進(jìn)CATIA 制造端廠房設(shè)施、設(shè)備仿真建模和管理端工程實(shí)踐，形成單一數(shù)據(jù)模型信息化集成和體驗(yàn)式糾錯(cuò)。

3.2.4 借助工法創(chuàng)新的裝備管理平臺(tái)，統(tǒng)籌智能設(shè)備的試用和引入

建立新工裝/設(shè)備管理流程，明確分工，簡(jiǎn)化試用和引入流程，實(shí)現(xiàn)工裝的專業(yè)化管理和全壽命周期集中管理。

根據(jù)合理的年度預(yù)算制定年度配置需求，通過規(guī)范的分類和計(jì)劃負(fù)荷分析，提出合理的需求，經(jīng)過審核批準(zhǔn)、深化設(shè)計(jì)、精細(xì)派工、過程配建、計(jì)劃管控、完工驗(yàn)收入賬、正常使用、維護(hù)保養(yǎng)、報(bào)廢處置等全過程管控，實(shí)現(xiàn)全壽命周期集中管理。

3.2.5 發(fā)揮工法創(chuàng)新的研究職責(zé)作用，推行新項(xiàng)目攻關(guān)平臺(tái)和機(jī)制

造船工法創(chuàng)新研究是船企實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新的重要手段。通過制定建造方案研究報(bào)告和工法管理平臺(tái)來確立攻關(guān)項(xiàng)目以推進(jìn)新項(xiàng)目(包括但不限于智能車間)多維度的發(fā)展進(jìn)步，最終完成智慧船廠藍(lán)圖的實(shí)踐建設(shè)。

(1) 合理的廠區(qū)布局。合理的廠區(qū)布局是造船生產(chǎn)順利高效進(jìn)行的基礎(chǔ)，是產(chǎn)能最大化的保障。工法研究體系必須結(jié)合產(chǎn)品類型，綜合考慮建造周期、核心資源分配、標(biāo)準(zhǔn)建造流程來進(jìn)行合理的廠區(qū)布局。

(2) 高效的工位布置。隨著智能化設(shè)備的投入使用，高效的工位布置是為了滿足流程優(yōu)化和設(shè)備合理使用的需求。工法研究體系需要探索和創(chuàng)新適應(yīng)新智能化設(shè)備的新工藝、新方法。例如，如果先行組立機(jī)器人生產(chǎn)線投入使用，應(yīng)制定其標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)上、下道工序正常連接，達(dá)成工件傳輸和焊接智能化及自動(dòng)背燒、自動(dòng)工件出料的功能。

(3) 先進(jìn)的設(shè)備配置。先進(jìn)的設(shè)備配置是實(shí)現(xiàn)智能車間運(yùn)作的硬件基礎(chǔ)。配置和使用先進(jìn)的設(shè)備能有效降低勞動(dòng)成本、減少生產(chǎn)工時(shí)、提升生產(chǎn)質(zhì)量，使產(chǎn)品生產(chǎn)走向規(guī)?；?、高效化的智能制造模式。

(4) 暢通的物流。建立智能物流系統(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、減少庫存、提高生產(chǎn)效率、降低成本等提供強(qiáng)有力的支持。

(5) 先進(jìn)的設(shè)計(jì)模式。在實(shí)船的建造過程中使用VR技術(shù)，在設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)、管系、軸系、電裝、設(shè)備都可以利用VR技術(shù)進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，在施工之前，整個(gè)船舶的建造工藝流程也可以通過VR技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃。

(6) 精準(zhǔn)的生產(chǎn)管理。通過車間裝有的磁條和條形碼閱讀器的終端，掃描員工的ID，獲取員工的出勤信息；通過掃描派工單上的條形碼獲取工作時(shí)間。此舉能更精準(zhǔn)地對(duì)員工進(jìn)行追蹤，減少處理信息時(shí)間，快速獲取員工出勤信息和資質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)員工安全、責(zé)任制的信息支持。

3.3 小結(jié)

本文通過規(guī)劃工法創(chuàng)新的業(yè)務(wù)內(nèi)容，把握工法創(chuàng)新的專業(yè)方向，利用工法創(chuàng)新的策劃功能，借助工法創(chuàng)新的新裝備管理平臺(tái)，發(fā)揮工法創(chuàng)新的研究職責(zé)作用，構(gòu)筑流程受控、方向規(guī)劃、三維策劃應(yīng)用、裝備管理、研究功能等5大模塊(見表2)為主體的工法創(chuàng)新體系。

表2 工法創(chuàng)新體系模塊

工法創(chuàng)新體系是建設(shè)智慧船廠的必由之路。從工法創(chuàng)新體系5大模塊業(yè)務(wù)入手，樹立先進(jìn)理念，聯(lián)合設(shè)計(jì)、信息化、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐等形成系統(tǒng)工程，逐步構(gòu)建智慧船廠雛形。

各船企因產(chǎn)品和機(jī)構(gòu)設(shè)置不同，可以以此為模板，不斷開展實(shí)踐探索，找到符合本企業(yè)的大腦(工藝知識(shí)、控制編程)+感官(建模、仿真、識(shí)別)+四肢(網(wǎng)絡(luò)集成、人機(jī)交互)的智能化道路[6]。

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4 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展，融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化手段，智慧船廠將成為未來造船企業(yè)長(zhǎng)期建設(shè)發(fā)展的目標(biāo)，抓住主線業(yè)務(wù)，堅(jiān)持生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新，堅(jiān)定工法發(fā)展動(dòng)力牽引，敢于建制，科學(xué)規(guī)劃，實(shí)踐跨步。

[1] OTTO Brauckmann.智能制造：未來工業(yè)模式和業(yè)態(tài)的顛覆與重構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.[2] 刁廣州，邢宏巖.智能造船工程技術(shù)體系與模式研究[C]//智能制造與智能造船工程研討會(huì)論文集，2017.

[3] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)(版本1.0)[R].2016.

[4] 劉建峰，鞠理?xiàng)?數(shù)字化制造是實(shí)現(xiàn)智能造船的必由之路[C]//智能制造與智能造船工程研討會(huì)論文集，2017.

[5] 程慶和，伍英杰，馬彥軍.面向智能制造的船舶數(shù)字化車間研究和實(shí)踐[C]//智能制造與智能造船工程研討會(huì)論文集，2017.

[6] 林忠欽，習(xí)俊通.智能制造在智慧船廠的應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展[C]//第十九屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)科技論壇，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

梁小軍(1978-)，男，高級(jí)工程師，研究領(lǐng)域?yàn)樵齑髽I(yè)管理技術(shù)

1000-3878(2017)06-0006-07

U673

A