智能造船蓄勢(shì)待發(fā)

本刊記者 趙 博

推行現(xiàn)代造船模式，推動(dòng)船舶總裝建造智能化轉(zhuǎn)型，是我國(guó)造船企業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要選擇。

2018年12月28日，工業(yè)和信息化部、國(guó)防科工局印發(fā)《推進(jìn)船舶總裝建造智能化轉(zhuǎn)型行動(dòng)計(jì)劃（2019-2021年）》（以下簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》）。旨在加快新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)造船技術(shù)深度融合，逐步實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、建造、管理與服務(wù)全生命周期的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，推動(dòng)船舶總裝建造智能化轉(zhuǎn)型，促進(jìn)船舶工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。《行動(dòng)計(jì)劃》的推出，將對(duì)我國(guó)船舶工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

《行動(dòng)計(jì)劃》推動(dòng)轉(zhuǎn)型

隨著信息通信技術(shù)快速更迭，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化漸成為未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，世界主要造船國(guó)紛紛加快智能制造步伐。我國(guó)出臺(tái)的《行動(dòng)計(jì)劃》正是結(jié)合了新時(shí)代我國(guó)船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展需要，充分考慮了當(dāng)前智能制造發(fā)展趨勢(shì)，緊扣行業(yè)特點(diǎn)與需求，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，以全面推進(jìn)數(shù)字化造船為重點(diǎn)，以關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化改造為切入點(diǎn)而提出的。

數(shù)字化被認(rèn)為是智能制造的開端和基礎(chǔ)，主要特征包括數(shù)字化技術(shù)（如數(shù)控機(jī)床）的廣泛應(yīng)用、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（如CAD、CAPP、CAM）的興起、生產(chǎn)過程管控信息化（如ERP、MES）等。“數(shù)字化的核心特征為計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。”中國(guó)船舶重工集團(tuán)七一四研究所海事研究中心工程師吳笑風(fēng)總結(jié)道：“網(wǎng)絡(luò)化是在數(shù)字化基礎(chǔ)上深入應(yīng)用先進(jìn)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)，將人、流程、數(shù)據(jù)和事物連接起來，打通企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間的‘信息孤島’，通過協(xié)同和各種社會(huì)資源的共享與集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化，進(jìn)而快速、高質(zhì)量、低成本地為市場(chǎng)提供所需的產(chǎn)品和服務(wù)，其核心特征則為信息的聯(lián)通。而智能化的主要特征表現(xiàn)在制造和服務(wù)系統(tǒng)具備認(rèn)知學(xué)習(xí)能力（如企業(yè)具備為產(chǎn)品提供預(yù)測(cè)性維護(hù)服務(wù)的能力），更注重于學(xué)習(xí)能力的形成。”

理解了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化之間的區(qū)別，便會(huì)領(lǐng)悟“以全面推進(jìn)數(shù)字化造船為重點(diǎn)，以關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化改造為切入點(diǎn)”的含義。

在吳笑風(fēng)看來，推進(jìn)數(shù)字化造船的重點(diǎn)是將骨干企業(yè)數(shù)字化造船水平“拉平”，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)全面普及，為后續(xù)實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)較好的示范型/標(biāo)桿型企業(yè)（已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和一定程度網(wǎng)絡(luò)化的企業(yè)）而言，需要在已有基礎(chǔ)上，針對(duì)智能化做出重點(diǎn)突破。“至于數(shù)字化技術(shù)中的工作重點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能化改造，需要結(jié)合各企業(yè)的實(shí)際情況來分析。如果單從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化‘并行推進(jìn)、融合發(fā)展’的角度宏觀來看，一項(xiàng)比較關(guān)鍵的任務(wù)是采用‘基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）’理念和實(shí)踐，逐步替換傳統(tǒng)的‘基于文檔’的模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型在整個(gè)生命周期內(nèi)的一致性。”

對(duì)于我國(guó)船舶制造業(yè)而言，要實(shí)現(xiàn)“換道超車”，須采取“并聯(lián)式”的發(fā)展方式，并行推進(jìn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，使中國(guó)船舶工業(yè)得到進(jìn)一步的融合發(fā)展。

南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司內(nèi)業(yè)（船體）車間內(nèi)的機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線

領(lǐng)先企業(yè)率先發(fā)力

南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎船舶工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎）總經(jīng)理陳弓，則從船舶建造智能化轉(zhuǎn)型實(shí)踐的角度，分享了他的體會(huì)。陳弓說：“數(shù)字化造船的重點(diǎn)，包括數(shù)字化造船體系及其建設(shè)。數(shù)字化造船體系就是基于‘五化’（數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化、集成化)的數(shù)字化信息技術(shù)建立起來的數(shù)字、信息驅(qū)動(dòng)的船舶設(shè)計(jì)建造體系。數(shù)字化造船體系建設(shè)是在網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化信息空間中建立造船生產(chǎn)方式的空間結(jié)構(gòu)、時(shí)序關(guān)系和發(fā)展模式，形成數(shù)字化造船技術(shù)研發(fā)平臺(tái)、造船模式和運(yùn)行機(jī)制。‘五化’建設(shè)，也正是南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎數(shù)字化造船的重點(diǎn)。”

全球完整運(yùn)用三維體驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)、建造的首艘船舶——“東方紅3”號(hào)輪

事實(shí)上，南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎早在2012年就將機(jī)器人應(yīng)用作為信息化和工業(yè)化深度融合的切入點(diǎn)，積極進(jìn)行智能車間化建設(shè)，引進(jìn)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線，提高船舶精準(zhǔn)制造、敏捷制造能力，以打造智能制造新引擎。

近幾年來，南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎在智能化轉(zhuǎn)型探索方面做了很多探索，以精益設(shè)計(jì)、精益生產(chǎn)、精益管理為基礎(chǔ)，將船舶先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)相融合，圍繞著數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)完善、車間智能化提升、信息管控平臺(tái)開發(fā)、產(chǎn)品服務(wù)平臺(tái)構(gòu)筑、互聯(lián)互通平臺(tái)建設(shè)等方面開展工作，持續(xù)推進(jìn)船舶設(shè)計(jì)、采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)、產(chǎn)品服務(wù)等環(huán)節(jié)的智能化提升，分步推進(jìn)智能制造車間建設(shè)，提升造船質(zhì)量和效率，打造面向客戶的綠色船舶柔性制造生態(tài)系統(tǒng)。

“至于關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能化改造，實(shí)際上是針對(duì)船舶建造關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)，特別是‘臟險(xiǎn)難’工序，‘先簡(jiǎn)單后復(fù)雜’推進(jìn)智能制造。根據(jù)船舶建造流程，南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎優(yōu)先選擇船舶建造過程中關(guān)鍵工序（切割、焊接、先行小組立、管加工等）進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造，未來，還將在大組立分段焊接、機(jī)器人涂裝和機(jī)器人打磨等方面進(jìn)行智能化改造。”陳弓說，“目前，南通中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎的‘五化’建設(shè)初見成效，完成智能化技術(shù)和裝備在船體、管子等智能化車間的布局。建成并投產(chǎn)多條自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線，建成工信部智能制造示范基地項(xiàng)目1個(gè)，江蘇省示范智能車間2個(gè)。”

提到善用數(shù)字化造船的企業(yè)，想必大家還會(huì)想到江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱江南造船）。2018年初交付的全球完整運(yùn)用三維體驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)、建造的首艘船舶——“東方紅3”號(hào)輪，正是出自江南造船。

從方案設(shè)計(jì)階段點(diǎn)、線模型，到詳細(xì)設(shè)計(jì)實(shí)體模型、CAE分析模型，再到工廠工藝模型、工藝指令和作業(yè)指導(dǎo)，數(shù)字化技術(shù)貫穿于江南造船產(chǎn)品研制的全過程。江南造船江南研究院副院長(zhǎng)朱明華介紹，現(xiàn)在，一個(gè)三維模型就可以分析全部要素，船東也可一目了然地看到船舶的整體情況。“以前與船東商定船型，就是攤開圖紙，確定一些技術(shù)指標(biāo)。現(xiàn)在，我們可以根據(jù)船東需求快速做出數(shù)字樣船，把一艘船完整地展現(xiàn)出來。未來，船東還能隨時(shí)查看建造進(jìn)度和全船質(zhì)量數(shù)據(jù)。”

江南造船應(yīng)用三維體驗(yàn)平臺(tái)完成的第一艘數(shù)字樣船，高度集成了CAD/CAE/CAM等技術(shù)，不但構(gòu)建了100%的三維模型，而且可以模擬船員在船上的行走、操作和運(yùn)維，充分反映出人在船上的行為，這不僅有助于在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)問題，而且有效控制了更改及造船成本，提高了船東的滿意度和用戶體驗(yàn)。

為了提高建造質(zhì)量和建造效率，江南造船還根據(jù)船廠實(shí)際情況，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，聯(lián)合設(shè)備廠商和設(shè)計(jì)院所，共同研發(fā)自動(dòng)化、數(shù)字化設(shè)備，開發(fā)相應(yīng)的智能系統(tǒng)，并不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自我感知、自我分析、自我糾偏、自我調(diào)整和自我檢測(cè)等自適應(yīng)行為，達(dá)到一體化智能作業(yè)，建立了數(shù)據(jù)集成管理、流程集成管理的精益制造生產(chǎn)模式。與此同時(shí)，江南造船還建立了標(biāo)準(zhǔn)化示范作業(yè)區(qū)，借助數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了船體結(jié)構(gòu)建造全過程管控，建立了全要素、多維度管控的流程化生產(chǎn)模式，構(gòu)建了高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的精益管理車間。

上海外高橋造船有限公司（以下簡(jiǎn)稱外高橋造船）總經(jīng)理陳剛認(rèn)為，智能船廠不再僅是智能設(shè)備的應(yīng)用，更是造船工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈連接的關(guān)鍵支撐，是實(shí)現(xiàn)造船工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基石。據(jù)悉，外高橋造船實(shí)施的通用部件焊接機(jī)器人項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)一鍵式操作、智能化焊接、連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)，為外高橋造船加快推進(jìn)智能制造奠定基礎(chǔ)。而外高橋造船依托自主研發(fā)的推進(jìn)現(xiàn)代造船模式SEM系統(tǒng)，深化建模2.0，不斷嘗試傳統(tǒng)造船與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，重塑管理模式和信息系統(tǒng)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)改革。

在打通數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全流程覆蓋，再推進(jìn)智能單元、局部模塊改造，進(jìn)而完成生產(chǎn)線和整個(gè)車間的智能化建設(shè)，才能最終實(shí)現(xiàn)船廠智能制造的深刻變革。但在此過程中，船廠還應(yīng)堅(jiān)持提高管理協(xié)調(diào)能力，增強(qiáng)考核機(jī)制的靈活性，以及提升應(yīng)對(duì)效率暫時(shí)下降、成本短時(shí)上升等問題的能力，以更好地解決可能出現(xiàn)的磨合、調(diào)整問題。

標(biāo)準(zhǔn)化要先行

“智能制造靠過程。”江南造船總工程師胡可一曾不止一次地提出過這個(gè)觀點(diǎn)。的確，智能制造符合我國(guó)船舶工業(yè)由大到強(qiáng)的長(zhǎng)期訴求，但要真正提升我國(guó)船舶建造能力，實(shí)現(xiàn)智能制造，將是一個(gè)漫長(zhǎng)的推進(jìn)過程。

“機(jī)械臂的生產(chǎn)效率低，能耗比較大，部件的標(biāo)準(zhǔn)化和精度在技術(shù)應(yīng)用上有客觀限制。”胡可一舉例稱：“在自動(dòng)化程度較高的汽車、電子等行業(yè)的流水線上，有很多固定工位的機(jī)器人或機(jī)械臂從事高效率的重復(fù)性裝配、焊接工作。這些產(chǎn)品是包容在流水線之內(nèi)的，而適合船舶工業(yè)的是‘非包容性自動(dòng)化’。由于大中型鋼質(zhì)船舶的分段、設(shè)備體量大，一些傳統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備無法滿足船舶建造需求，這成為船舶工業(yè)提高自動(dòng)化水平的最大難點(diǎn)。假如能夠讓穩(wěn)定、高效的機(jī)器人離開固定工位或軌道，形成一種自適應(yīng)能力，可以進(jìn)入船艙等各個(gè)位置進(jìn)行作業(yè)，船舶工業(yè)就可能進(jìn)入更高級(jí)的智能化制造階段。要實(shí)現(xiàn)這一頗具后現(xiàn)代色彩的圖景，需要大量的數(shù)據(jù)積累，以及在機(jī)器人工程化上取得突破。”

如此看來，智能制造需要設(shè)計(jì)、建造、管理多方面的大數(shù)據(jù)庫(kù)做支撐，船舶建造企業(yè)也要根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行更加深入的研究。

“《行動(dòng)計(jì)劃》提出的重點(diǎn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)起來確有不小的難度，技術(shù)攻關(guān)只是第一步，還需要在實(shí)踐中經(jīng)過多輪優(yōu)化和提升迭代才能最終固化形成生產(chǎn)力的提升。”吳笑風(fēng)所持觀點(diǎn)與胡可一類似，他進(jìn)一步說到，“同時(shí)，我國(guó)造船企業(yè)還存在發(fā)展水平參差不齊的情況。實(shí)現(xiàn)《行動(dòng)計(jì)劃》中提出的重點(diǎn)任務(wù)，需要造船企業(yè)全面參與和宏觀統(tǒng)籌，取長(zhǎng)補(bǔ)短。這要求企業(yè)客觀分析短板和優(yōu)勢(shì)，選取重點(diǎn)集中發(fā)力，再通過集成實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)質(zhì)的提升。在這一過程中，標(biāo)桿企業(yè)也應(yīng)發(fā)揮示范作用，在提供經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，注重標(biāo)準(zhǔn)積累，將發(fā)展路徑和模式通過標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行固化。”

中國(guó)船舶重工集團(tuán)七一四研究所國(guó)際海事與標(biāo)準(zhǔn)化研究部主任助理、中船重工智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)專家趙川也強(qiáng)調(diào)，推進(jìn)智能制造，標(biāo)準(zhǔn)化要先行。船舶智能化工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)完整性及三維建模要求、三維模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、船體構(gòu)件智能化加工、裝配及焊接工藝設(shè)計(jì)要求、面向智能制造的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理要求、建造過程工藝仿真要求、面向現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的三維作業(yè)要求等。“要推進(jìn)船舶制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型，標(biāo)準(zhǔn)方面要解決設(shè)計(jì)全三圍模型化，使三維模型從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)有效傳遞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車間總裝建造三維可視化，使車間各系統(tǒng)有效集成，此外，形成基于MBD的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，有效指導(dǎo)一體化協(xié)同研制。”趙川說。