丁衛(wèi)剛，李利民，畢晉燕

（山西汾西重工有限責(zé)任公司，太原 030027）

0 引言

船舶與海洋工程裝備制造業(yè)是為海洋資源的開(kāi)發(fā)和海軍艦船建造提供技術(shù)裝備的現(xiàn)代綜合性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家發(fā)展高端裝備制造業(yè)的重要組成部分，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要支撐和基礎(chǔ)[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)船舶制造業(yè)的發(fā)展，船舶與海洋工程關(guān)鍵裝備需求也越來(lái)越多樣化，企業(yè)傳統(tǒng)的發(fā)展模式已經(jīng)跟不上國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的需求。因此，船舶與海洋工程裝備制造業(yè)不僅在技術(shù)和質(zhì)量方面需進(jìn)一步提升，以滿足目前船舶行業(yè)需求的多樣性和更高的性能指標(biāo)，而且在制造方面也需不斷向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)船舶與海洋工程裝備數(shù)字化制造、網(wǎng)絡(luò)化制造、智能化制造。

高技術(shù)船舶與海洋工程裝備數(shù)字化車(chē)間的建設(shè)是基于網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的[2]。為解決各船舶與海洋工程裝備制造企業(yè)在實(shí)施智能制造過(guò)程中存在的方法多樣性、模式不統(tǒng)一、信息不兼容等問(wèn)題，國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)要求中提出了“智能制造、標(biāo)準(zhǔn)先行”[3]。為解決標(biāo)準(zhǔn)缺失、滯后以及交叉重復(fù)等問(wèn)題，指導(dǎo)當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作，需要制定國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，包含智能制造跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和十大領(lǐng)域重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。

本文主要探討了船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的制定及試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 制約船用發(fā)電機(jī)智能制造的技術(shù)因素

船用發(fā)電機(jī)屬于高技術(shù)船舶與海洋工程裝備，其制造工藝復(fù)雜。制約船用發(fā)電機(jī)智能制造的因素有以下幾點(diǎn)：

1）生產(chǎn)模式。船用發(fā)電機(jī)具有多品種、小批量、系列化的特點(diǎn)，需根據(jù)客戶進(jìn)行定制化生產(chǎn)。

2）質(zhì)量控制方式。以多品種、小批量、系列化生產(chǎn)為特點(diǎn)的船用發(fā)電機(jī)不適用常規(guī)SPC控制方式。

3）數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。由于船用發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)工藝中包含獨(dú)有的鐵心、繞組等工藝，手工勞動(dòng)比重大，其數(shù)字化基礎(chǔ)較差。

4）生產(chǎn)組織方式。

（1）加工。與大批量汽車(chē)零部件自動(dòng)流水生產(chǎn)線不同，船用發(fā)電機(jī)使用的非標(biāo)設(shè)備較多，因此相應(yīng)的非標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)備也較多；生產(chǎn)線主要以柔性生產(chǎn)線FMS為主，一條柔性生產(chǎn)線需用于生產(chǎn)十幾個(gè)以上的類(lèi)似零部件；大型零部件則無(wú)法建立柔性生產(chǎn)線。

（2）物流。船用發(fā)電機(jī)具有較大的尺寸和較重的質(zhì)量，上下料必須使用吊車(chē)或大型平板車(chē)。

（3）裝配。為提高裝配效率，一般在不同區(qū)域進(jìn)行部件裝配與整機(jī)裝配，部件裝配完成后運(yùn)至整機(jī)裝配待裝區(qū)域，開(kāi)始整機(jī)裝配；船用發(fā)電機(jī)特有的繞組工藝，其手工勞動(dòng)占比很大，裝配效率很低。

（4）試驗(yàn)。船用發(fā)電機(jī)裝配完成后需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的性能試驗(yàn)，以確保其滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上，船用發(fā)電機(jī)制造業(yè)具有典型的離散制造的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)船用電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通，不僅需提高其數(shù)字化應(yīng)用基礎(chǔ)，同時(shí)也需根據(jù)其生產(chǎn)模式進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字化建設(shè)。

2 船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)制定

制定船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)，主要解決企業(yè)在建設(shè)船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、設(shè)備互聯(lián)互通、信息交互等問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)建船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)架構(gòu)，對(duì)數(shù)字化車(chē)間的網(wǎng)絡(luò)傳輸、設(shè)備互聯(lián)互通和信息交互等方面進(jìn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)企業(yè)在船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間建設(shè)過(guò)程中的方法統(tǒng)一、模式統(tǒng)一和信息兼容。

在網(wǎng)絡(luò)傳輸要求方面，對(duì)互聯(lián)方式、互通方式和有線無(wú)線傳輸給出了明確要求；在設(shè)備互聯(lián)互通方面，對(duì)組成船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間設(shè)備的數(shù)字化需求進(jìn)行了合理歸納，并提出了相關(guān)要求；在信息交互方面，明確了交互信息的類(lèi)型、傳遞形式和處理方式。

2.1 互聯(lián)互通總體架構(gòu)

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間應(yīng)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將車(chē)間設(shè)備和控制系統(tǒng)連接起來(lái)，以構(gòu)建船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。如圖1所示，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包括車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、可編程控制設(shè)備、可視化監(jiān)控設(shè)備、服務(wù)器、電子看板和 EPR/MES等。在數(shù)字化車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)，有的裝備不能直接與控制中心進(jìn)行通信，需要借助通信組件進(jìn)行連接。

2.1.2 業(yè)務(wù)架構(gòu)

船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通業(yè)務(wù)框架如圖 2所示，主要包括 PDM、ERP、MES和車(chē)間設(shè)備。

2.2 互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)傳輸要求

數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建是船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通的基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將分布于不同生產(chǎn)環(huán)境的各系統(tǒng)和數(shù)控、裝配等設(shè)備連接起來(lái)，打破原有業(yè)務(wù)流程和過(guò)程控制流程脫節(jié)而形成的“信息孤島”的局面，由此數(shù)據(jù)信息才能從底層設(shè)備貫穿至上層決策系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建不僅關(guān)系到數(shù)字化車(chē)間數(shù)據(jù)通信的效率，也會(huì)影響制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)車(chē)間排產(chǎn)任務(wù)的下達(dá)。船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間網(wǎng)絡(luò)傳輸要求見(jiàn)表1和表2。

圖1 船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2 船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通業(yè)務(wù)架構(gòu)

表1 有線網(wǎng)絡(luò)傳輸要求

表2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸要求

2.3 互聯(lián)互通設(shè)備要求

目前，我國(guó)大多數(shù)船用發(fā)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的車(chē)間內(nèi)大多數(shù)設(shè)備還處在單機(jī)自動(dòng)化階段，車(chē)間設(shè)備大多沒(méi)有接入工控網(wǎng)絡(luò)，因此不能直觀地反映車(chē)間設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備作業(yè)任務(wù)和物料供給情況等。根據(jù)船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通建設(shè)需要，規(guī)范車(chē)間加工設(shè)備、裝配設(shè)備、物流設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶終端設(shè)備的數(shù)字化要求，是船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通的設(shè)備基礎(chǔ)，同時(shí)數(shù)字化的設(shè)備也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)間的重要組成部分。

在船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通建設(shè)過(guò)程中，加工設(shè)備應(yīng)能基于現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與 MES之間的通信，并應(yīng)具備數(shù)據(jù)交互和故障報(bào)警等功能；裝配設(shè)備應(yīng)能基于現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與 MES之間的通信；物流設(shè)備應(yīng)具備程序自動(dòng)控制、手動(dòng)控制或半自動(dòng)控制功能，對(duì)于質(zhì)量大的部分工件，若普通機(jī)器人難以進(jìn)行上下料，則可通過(guò)吊車(chē)進(jìn)行上下料，車(chē)間內(nèi)部可通過(guò)運(yùn)輸裝置實(shí)現(xiàn)工件在各工位間的自動(dòng)流轉(zhuǎn)；船用發(fā)電機(jī)物流設(shè)備應(yīng)能基于現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物流設(shè)備與中央控制系統(tǒng)的通信，物流設(shè)備應(yīng)能夠根據(jù)指令將工件運(yùn)至相應(yīng)工位；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和控制中心，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括交換機(jī)、路由器、防火墻和網(wǎng)關(guān)，控制中心應(yīng)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、指令下發(fā)和綜合控制；互聯(lián)互通用戶終端設(shè)備是面向用戶的，可顯示車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)執(zhí)行、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、物料管理等的信息。

2.4 互聯(lián)互通信息交互

船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向制造執(zhí)行系統(tǒng)MES提交的信息類(lèi)型應(yīng)包括設(shè)備狀態(tài)信息、設(shè)備故障信息、生產(chǎn)狀態(tài)和質(zhì)量檢測(cè)信息等；制造執(zhí)行系統(tǒng) MES向工控網(wǎng)絡(luò)傳遞的信息類(lèi)型應(yīng)包括生產(chǎn)計(jì)劃信息、生產(chǎn)物料信息和設(shè)備維護(hù)信息等。

船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通交互信息流如下：車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)數(shù)控設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)信息被收集、分類(lèi)和整理，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、剔除和合并等處理，進(jìn)而在工控系統(tǒng)上進(jìn)行控制、顯示和記錄等，最終相關(guān)信息數(shù)據(jù)被上傳至決策系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

3 標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證方案

通過(guò)建設(shè)船舶與海洋工程智能制造車(chē)間互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證體系，來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)迭代優(yōu)化；通過(guò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容歸納出不同的驗(yàn)證場(chǎng)景，列出各驗(yàn)證場(chǎng)景的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)方案、場(chǎng)景工作流程、內(nèi)容設(shè)計(jì)、案例設(shè)計(jì)、操作步驟及過(guò)程和驗(yàn)證結(jié)論，同時(shí)出具現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證關(guān)系對(duì)照表，確保能驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通的架構(gòu)驗(yàn)證、網(wǎng)絡(luò)傳輸驗(yàn)證、設(shè)備互聯(lián)互通驗(yàn)證和信息交互驗(yàn)證等，最終形成現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證報(bào)告，并根據(jù)行業(yè)特色形成企業(yè)應(yīng)用示范報(bào)告。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)制定船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)，給出船用發(fā)電機(jī)數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通中的網(wǎng)絡(luò)傳輸、設(shè)備互聯(lián)互通、信息交互要求，為船用發(fā)電機(jī)的智能制造提供參考模式，對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)有一定的參考價(jià)值。