中国智能船厂建设探索

发布时间：2024-09-04 05:10:186浏览次数：1来源于：m6体育官网下载

  复杂多变的国际形势，对船舶工业的发展提出了新的要求。在新形势下抓住机遇，提升造船效率和质量，实现造船技术赶超国际领先水平，数字化提升、智能化转变发展方式与经济转型慢慢的变成了推动中国造船业发展的必然选择，通过研究人机一体化智能系统关键共性技术、研发智能装备软件系统，优化生产工艺流程，增强企业核心竞争力，实现造船业智能化转型。

  当前，全球造船业竞争日趋激烈，在新的产业竞争环境下，造船企业核心竞争要素由设施规模、劳动力成本向先进的技术、智能装备、管理和服务转变，竞争要素的变化导致我国船舶工业竞争优势减弱，同时，我国造船业正在经受劳动力大量流失、劳动力成本升高、招工难等问题困扰，机遇与挑战并存，国际新发展格局下，新一轮科技革命和产业变革深入发展，信息技术与先进制造技术加速融合，为制造业高端化、智能化、绿色化发展提供了历史机遇。我国船舶行业亟需抓住这一转变发展方式与经济转型的历史机遇，加快先进造船技术与大数据、物联网、云计算、人工智能、5G等新一代信息技术深层次地融合，建设智能船厂，增强我国造船企业核心竞争力，支撑造船强国建设。

  船舶工业激烈的市场之间的竞争对船舶建造模式的先进性、流程与工艺的标准化、资源管理的精益化、物流与生产的高效化、产品的个性化等提出了更高的要求。通过数字化、自动化和智能化的手段，可以优化产品质量、降低生产所带来的成本、提高生产效率、改善工作环境，从而增加企业竞争力。大力应用新一代信息技术，快速推进智能船厂建设成为当前世界造船业发展的主要趋势，世界造船强国纷纷采取智能船厂措施提高造船效率，推动船舶总装建造技术转型升级，船舶人机一体化智能系统已成为行业发展的必然选择。

  “十三五”期间，我国船舶工业智能制造提出了“三步走”的战略发展规划，第一步建设智能车间，第二步智能船厂，第三步智能联盟。工业与信息化部发布了《推进船舶总装建造智能化转型行动计划(2019-2020)》和《船舶总装建造智能化标准体系建设指南(2020版)》旨在加快新一代信息技术深层次地融合，推动船舶总装建造智能化转型，促进船舶工业高质量发展。

  近10年来，我国船舶工业持续不断的发展，从传统造船模式向现代造船模式转变，造船完工量、新承接订单量、手持订单量占世界市场比重明显提高。2023年，我国造船完工量、新接订单量和手持订单量以载重吨计分别占全球总量的50.2%、66.6%和55%，造船三大指标国际市场占有率继续保持世界第一。

  船舶工业核心设施和技术能力大幅度的提高，形成了长三角、珠三角和环渤海湾三大造船基地，造船核心设施能力达到国际领先水平，三维设计、ERP等软件系统在骨干船厂得到普遍应用。骨干船厂全面建立了船舶总装建造模式，船舶人机一体化智能系统技术在车间层面取得一系列核心技术突破，一批绿色智能关键装备与系统在骨干船企示范应用。

  江南造船(集团)有限责任公司(以下简称“江南造船”)在智能制造转型方面一直走在前列，提出了围绕船舶总装建造数字化设计能力提升，打造先进制造能力，加快智能化高效装备研发和应用，加大先进产品和生产技术、网络技术和人工智能技术深层次地融合的转型目标。江南造船与上海交通大学、联通、华为合作，成立了5G人机一体化智能系统创新实验室，把数字化技术推广到生产的全部过程中。采用5G控制焊接机器人为总体思路，融合AI、边缘计算等技术，解决了协同作业的难题，突破了人工产能限制，在保证质量的前提下大幅度缩短了工期。

  江南造船优先面向“简单重复、苦脏累险”生产环节，构建数字化小组立生产线、吊马人机一体化智能系统单元、三维数控弯板生产线、管子加工数字化生产线等智能生产单元及生产线。建设数字化小组立生产线实现设计端与制造端的数据流贯通，提高小组立焊接质量与效率 ；吊马人机一体化智能系统单元实现主体作业无人化，产能覆盖全厂需求，集成机器人智能抓取、焊接、搬运等先进的技术，达到行业领先水平 ；管子加工数字化生产线，实现管子先焊后弯，工艺流程再造。瞄准船舶焊接关键环节，提出数字化管控思路，应用工业互联、数字化技术，实现焊缝模型智能化精准设计、焊接任务及参数智能化预设、基于过程参数的焊缝质量智能预判、基于焊接质量的焊接智能管控、焊接进度实时跟踪与显示等，在多个型号工程化应用和推广，形成了行业应用示范。

  在船舶焊接智能管控系统方面，江南造船已打通了完整的焊接作业环节管控线路。焊接作业从焊缝设计、焊前准备、焊接数据管控到焊后质量评估与问题追溯，涉及流程复杂、数据量巨大，需要强大而稳定的信息化平台做支撑。江南造船基于焊接仍然以人为主要生产资源的作业形态，运用数字化技术，把焊工、焊机、焊接过程、焊材等焊接工作要素有机地融为一个系统来进行有效的管理，以实现焊接更规范，焊机管理更有效，焊工管理更为合理，达到质量可控，从“人管机器”向“机器管人”转变。

  沪东中华造船(集团)有限公司(以下简称“沪东中华”)基于长兴二期数字化船厂建设，逐步推动海洋装备基地由制造向人机一体化智能系统转型，推广智能化生产线和绿色造船技术，打造世界先进的全要素产业基地。

  针对基于三维模型的完整性定义问题，通过开发三维建模功能模块，已基本满足船舶产品的三维设计建模需要，三维设计系统能基本统一船舶产品中的船体、舾装、涂装三大专业的三维数字化设计，提高了船舶产品的三维数字化建模率。国内开发了第一代的虚拟装配工艺仿真系统，能初步满足简单工序仿真的需求，并研发了三维作业指导书系统，在部分产品上进行了三维工艺仿真，在分段制作环节依托于三维工艺文档指导现场工人的施工作业，基于三维模型的一体化设计能力得到了显著提升。

  在相互连通方面，沪东中华开展了生产现场数字化设备互联互通试点应用，焊机联网管控项目已完成了制造部的内场作业区204台数字化焊机的联网，基于底层协议进行自主化数据采集软件开发，实现了突破通信接口、参数信息实时采集和工艺信息下发等技术，实时监测焊机工作电压、电流、送丝速度，统计焊接时间、焊丝用量等功能。通过应用打破了信息壁垒，实现了数据共享，焊机工作数据、工艺参数、系统指令的上传下达，实现了焊机故障自动报警，提高了报修维修响应，以便合理的安排设备保养，降低了设备故障率，能够对空闲焊机远程控制开关降低能耗，提高了设备利用效率。

  同时，沪东中华也大力推动小组立焊接生产线等数字化装备的应用，基于完整的模型数据，通过一系列技术方法实现了从设计向现场终端设备的信息连贯传递，并通过数字化装备实现现场数据的采集与反馈，对生产任务计划的调整和及时管理提供了技术支撑，从自动化、机械化、工装化方面提升整体造船水平。

  广船国际有限公司(以下简称“广船国际”)构建船舶分段制造数字化车间，包括型材自动化切割流水线、中小组立智能焊接生产线、平面分段流水线等智能生产线，建设车间级工业互联网、车间看板系统，形成涵盖智能生产装备、智能生产线、车间管控系统等的数字化车间体系。实现智能车间装备物联感知平台的研制集成，建立分段所需的各种规格的板材、型材、焊条、焊接规格、铁舾件、设备等物资及工时数据管理系统(PDM)，对自动下料切割、自动焊接拼装等关键工艺的数值模拟及加工、装配的可视化仿真。推广基于大数据分析的决策支持、可视化展现等技术应用，实现生产准备过程中的透明化协同管理、数控设备智能化相互连通、智能化生产资源管理、智能化决策支持，全方位达到智能化生产的全部过程管理与控制，提高船舶分段制造效率和质量，推动船舶行业数字化车间建设。

  南通中远海运川崎船舶工程有限公司(以下简称“南通中远海运川崎”)一直不断推进智能制造技术探讨研究与应用，成功实现了由劳动密集型向技术信息密集企业的转型，建立了智能、高效、集约、精益的智能化造船模式，步入了效率和效益同步增长的良性发展快车道。以数字化精益设计为源头，集成化信息系统和工业网络站点平台为支撑，精益生产和智能化装备为抓手，精益管理为保障，将工业机器人应用和自动化生产线改造作为两化融合、人机一体化智能系统的切入点，分步推进人机一体化智能系统 ；在自动化、智能化生产线的基础上，建设智能车间，目标是建设成中国特色的智能船厂。

  南通中远海运川崎已建成29条自动化、智能化生产线，均使用先进的设计理念和船舶制造技术，智能装备的功能及技术规格和造船企业的生产、管理特点相契合，能够最大限度上发挥设备产能和效率。在推进人机一体化智能系统的过程中，构建了数字化设计、工艺数据支撑、业务管控一体化的信息集成平台。充分的发挥智能化装备和精益管理的优势。在高度集成的一体化信息平台的支撑下，实现数字化设计与工艺规划系统(CAD/CAPP)、辅助制造系统(CAM)、企业资源计划管理系统(ERP)、制造执行系统(MES)等深度集成和各造船业务一体化，同时为固化精益管理和知识管理提供工具和平台。

  南通中远海运川崎建成了一体化的生产数字化管控中心，以船舶制造全业务流程数字化管理为主线，综合数据实时采集、数据资产管理、生产的全部过程可视化、信息系统集成等多方面技术，对各个系统来进行深层次地融合，为生产调度和决策提供重要依据，推动造船企业“绿色化生产、数字化运营、智能化制造”。以规范生产管理和优化业务流程，完善物流管理与控制，全程监控，提高生产管理实时性与工作效率为目标，打造智能、高效的制造执行系统。实现生产计划、调度、统计、操作与管理的业务集成，统一数据源，保证调度与统计的数据一致性。在生产环节建立数据采集和分析系统，能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、安全状况等生产现场信息。各坞、各船项目、各分段、各工种等制造进度、主要工程节点、生产质量、物料配送情况等生产现场信息都有专门的信息化工具采集、整理、分析，逐步提升企业在车间层面的精益管理和数字化管理水平。

  船舶人机一体化智能系统是指利用先进的信息技术、传感器、自动控制和人工智能等技术，实现船舶制作的完整过程的自动化、智能化和高效化。未来，船舶人机一体化智能系统将朝着以下几个方向发展。

  自动化生产。未来船舶制造将更看重自动化生产。通过引入机器人、自动化设备和智能系统，能轻松实现船舶生产线的自动化操作，提高生产效率和质量。例如，采用自动化的焊接、切割和组装技术，能够大大减少人工操作错误和劳动强度，提高生产效率。

  智能工厂。船舶制造企业将逐渐发展成为智能工厂。通过引入物联网、大数据分析和云计算等技术，实现设备之间的互联互通和信息共享。智能工厂能轻松实现生产的全部过程的实时监控和调度，提高生产计划的准确性和灵活性。此外，智能工厂还能够最终靠数据分析和预测模型，优化生产流程和资源利用，减少相关成本并提高生产效率。

  虚拟仿真和数字孪生。虚拟仿真和数字孪生技术能在船舶制作的完整过程中发挥及其重要的作用。虚拟仿真能够最终靠计算机模拟实现对船舶设计和制作的完整过程的全面验证和优化，减少实际试错成本。数字孪生则是将实际船舶与其数字模型相连接，实现对船舶的实时监测、维护和性能优化。这些技术的发展将提高船舶制造的效率和质量，并推动船舶的数字化转型。

  智能材料和先进制造技术。未来船舶人机一体化智能系统将采用更多的智能材料和先进制造技术。例如，智能材料可具有自愈合、自感知和自适应等特性，提高船舶的安全性和可靠性。先进制造技术如增材制造、激光成形和复合材料制造等，能轻松实现船舶零部件的定制化生产和轻量化设计，提高船舶的性能和节能效果。

  绿色和可持续发展。船舶人机一体化智能系统的未来发展还将注重绿色和可持续发展。通过优化船舶设计和制作的完整过程，减少资源消耗和环境污染。例如，采用节能设计和绿色材料，推广清洁能源和低碳技术，实现船舶的绿色运营和环保。

  总体而言，船舶人机一体化智能系统的未来发展将围绕自动化生产、智能工厂、虚拟仿真、智能材料和绿色可持续等方向进行。这些发展的新趋势将提高船舶制造的效率、质量和可持续性，推动整个航运业的发展。

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