面向船舶總裝制造智能綜合管控平臺應用研究

王 雷，李 剛，左振波，張國政，韓永磊

（江蘇杰瑞信息科技有限公司，江蘇 連云港222000）

“新基建”推動了各種新型信息技術在智能工廠的應用，數字孿生、5G 等技術得到了廣泛的推廣應用，同時隨著中國船舶制造行業復蘇，提高生產效率，培育新型生產方式，提升智能化綜合管控的需求越來越強烈。本文結合實際工程需求以及適配新技術，對船舶總裝制造領域的綜合管控平臺進行了較為深入的研究，提出了綜合管控平臺總體架構亟需攻關的關鍵技術，對船舶總裝制造具有參考意義，同時也可推廣應用至其他軍工應用領域[1]。

1 智能化綜合管控需求分析

目前，中國造船業總體上處于向“工業3.0”轉型升級階段，生產制造過程信息傳遞還未形成協同閉環。

某船舶總裝廠信息化應用現狀如下：①基本建立覆蓋各業務部門的基礎通信網絡，建立了較為完整的生產信息系統。②打破信息孤島，初步實現數據集成。已部署ERP、MES等應用子系統，初步實現生產信息、物流信息、資金信息的集成管控。③部分應用了智能化裝備和技術。部署無人車、工業機器人等，提高生產效率。

雖然已進行了部分信息化升級改造，但是要實現智能化綜合管控還存在較大距離，本文在分析現狀的基礎上，有針對性地進行應用研究和業務分析，實現對船舶總裝廠智能綜合管控的探索[2-3]。

2 面向船舶總裝制造智能綜合管控平臺應用研究

2.1 總體功能架構研究

船舶總裝廠智能制造智能綜合體平臺以船舶智能工廠未來的建設發展特點為主導思想，整體建設將融合信息化數字化建設、物理與虛擬制造的連接與協作、數字孿生及可視化應用、制造業務全流程全方位透明化、未來基于制造大數據及數字孿生的預測優化分析等技術，形成一套系統化、數字化、可視化、個性化及智能化的船舶智能制造綜合體驗平臺。面向高校學生和企業實踐人員提供船舶設計制造領域的設計建模、工藝仿真、制造過程管控、優化分析等方面的培訓與體驗環境。平臺整體功能框架如圖1 所示。

圖1 平臺整體功能框架

三維實體建模技術研究是通過專用三維制作軟件構建出具有接近真實空間的三維數據的模型。通過調研，軟件需支持Pro/E、SolidWorks、CATIA、NX、SINOVATION 等各種主流CAD 各版本數模的數據讀取，并且要將各種車間、產線、設備、工具等三維模型進行導入到仿真系統中。這樣便可在保證模型質量的前提下，完整轉換主流三維CAD 軟件（Pro/E、SolidWorks、CATIA、NX、SINOVATION 等）[4]。

2.2 數據采集與配置技術研究

數據采集與配置技術研究是結合UI 設計需求，設計好可視化的數據采集與管理配置界面，明確設置仿真數據的來源、數據的傳輸方式以及數據的采集頻率等信息。

在傳輸方式指數據的通迅協議選取中，需能支持profibus 通信、profinet、Modbus 通訊協議、工業以太網等[5]。

2.3 工藝仿真優化技術研究

離線工藝仿真主要記錄運動對象的平移、旋轉等機械運動仿真過程。動畫過程以結構樹方式管理，與模型之間有映射關系，可通過指令或鼠標控制動畫仿真，支持檢索與重用。能夠模擬產品流轉過程、物流線運動過程、物流要素運動過程、機器人協同運動過程、加工設備運行過程、立體倉庫庫運行過程、狀態燈啟停等過程。主要設計工藝內容為活塞自動化加工工藝仿真、AGV 及智能工藝物流仿真、車間倉庫物流仿真等。

在線工藝仿真方面以裝配為例，主要是通過高精度測量設備，實時獲得高精度機床、裝配件等實際裝配測量信息（實際位置和坐標），在此基礎上根據裝配件拼接精度要求建立以直線度、平行度、搭接誤差為目標的優化目標函數，結合待裝配件實時理想位置信息，采用優化算法對待裝配件標記點坐標進行優化計算，給出最佳裝配位置，指導安裝，并在裝配過程中根據標記點的實時位置，確定工裝坐標系與測量坐標系的轉換矩陣，給出微調工裝實際調整量從而指導現場裝配。

2.4 制造過程管控技術研究

制造過程管控技術主要包括實時進度跟蹤、車間數據采集與監控以及實時數據交互三個方面。根據配套件裝配狀態及總裝流程進度實時更新計劃進度，實現對產品與設備的實時監控，運用集成數采集系統，采用數字化和虛擬化方式實時展示設備、物流以及人員等信息。

2.5 智能綜合管控技術研究

智能綜合管控技術研究主要從產線工藝優化分析與質量優化分析兩方面進行研究。

產線工藝優化分析：針對成熟的工藝產線，可直接在原有工藝的數據基礎上實現工作地址指派；針對新的工藝產線，可通過新平衡工具提供的自動平衡算法，根據線上節拍，自動計算作業基礎上單元在工作地上的分配，并在計算結果基礎上進行手動調整。產線工藝優化分析可通過提供工位柱狀圖、平衡率統計等圖表等匯總分析方法，獲取整條線的效率以及每個工作地上的工藝負荷。

質量優化分析：支持面向質量管理人員的集成產品全質量過程數據可視化視圖；支持基于產品進行匯總評價和分析判定，支持基于質量過程數據完整性要求，定義檢查規則，通過質量過程結構化數據模型自動檢查數據完整性；支持基于航天質量標準和質量規范進行部分數據質量數據合規性驗證，減少質量人員工作量；支持基于結構化數據模型驗證質量環節的有效性、測試覆蓋性、試驗充分性，用過程數據支撐產品質量的合格率。

3 總結

本文對船舶總裝廠信息化現狀進行了分析，對適配的智能綜合管控平臺應用進行了研究，并結合數字孿生等新興技術，對工藝優化、智能管控等方面進行了較為深入的研究，對指導船舶總裝廠的信息化升級改造具有參考價值，同時也可以向其他領域進行推廣，促進中國智能制造事業高質量發展。