船舶舾裝件自動化、智能化生產設計與制造研究

沈立剛　劉新東

摘? ? 要：本文以公司船舶舾裝件自動化、智能化生產設計與制造為載體，介紹了船舶舾裝件設計、制造、集配中的自動化、信息化、智能化的開發應用，分析了船舶舾裝件自動化生產設計與制造的實踐，為智能化制造持續改進提供參考。

關鍵詞：船舶舾裝件;自動化生產;智能化管理

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Automatic and Intelligent Production Design and

Manufacturing of Ship Outfit

SHEN Ligang，? LIU Xindong

（ Guangzhou Wenchuan Heavy Industy Co.， Ltd.，? Guangzhou 510725 ）

Abstract： Taking the automatic and intelligent production design and manufacturing of ship outfits in the company as the carrier， this paper introduces the development and application of automation in the design， manufacturing and assembly of ship outfits， systematically analyzes and studies the practice of automatic production design and manufacturing of ship outfits， so as to provide reference for the continuous improvement of intelligent manufacturing.

Key words： ship outfit item;? Automation production;? Intelligent management;

1? ? ?前言

船舶舾裝件具有小批量、多種類、結構類型復雜、技術綜合性較強等特點，使得舾裝件制造處于以人工為主，機、料、法、環諸多因素無法適應，難以實現自動化、智能化設計與制造，且成本和風險較大。因此，需對舾裝件以人工為主的生產模式進行轉型，以適應現代化造船模式的需求。

借鑒智能化柔性生產工廠生產模式，主要從設計和工藝標準化、布局、下料控制、裝焊一體化、集配信息化幾方面進行研究。

2? ? ?設計標準化

舾裝件設計標準化是舾裝件自動化生產的前提，目前舾裝件自動化生產、智能化管理難以推進，主要原因是受制于舾裝件設計標準化程度低。船舶的生產是按單個或小批量生產，因此船舶舾裝件自動化生產的重點是做好舾裝件設計標準化，利用好成組技術，形成批量化舾裝件。

成組技術是對零件相似性進行識別和應用的技術， 它的核心是按照一定的相似性準則對零件分類和編組，將材料規格、制造工藝相同或相似的一組零件組成一個零件族，同族零件能夠采用相同工藝或工序制造，從而減少產品的制造種類，提高生產效率，實現批量生產。

舾裝件設計的標準化，很大程度上取決于船體功能和結構。目前舾裝件設計標準化主要體現在現有規范和設計的基礎上，將各設計院、船廠企標逐步統一，在規格、種類上進行歸類優化，減少個性化設計，總體上有較大提升，固定標準件設計生產模式在國內現階段造船模式下逐步研發推進。

3? ? 工藝標準化

舾裝件生產工藝按“集、分、集”的生產模式：設計按區域集中托盤化出圖，生產前對區域舾裝件圖紙進行分類，分為梯類、欄桿、桅桿、基座、風管、排煙管、門窗蓋、系泊救生、艙蓋舾、電舾件、管舾件、箱柜等多種類型;分區域制作，利于人員熟悉圖紙和制作工藝，提高制作質量和進度，產品集中形成完整托盤交貨;在此基礎上推行自動化生產，主要針對部分物量較大的標準件。根據現有船舶設計生產模式，可階段性地實現部分批量標準舾裝件的自動化生產，研究開發智能化管理。

現有船舶設計生產模式，如圖1所示。

從總體模式改進推進自動化生產，需要船體和舾裝件基本結構形式趨于統一。船舶行業自動化生產理想模式，可采用大飛機生產模式，劃分各船廠主要船舶類型和噸位，設計主推標準化船型，推廣批量預定銷售，排序生產;設計研發人員不斷優化改進，每隔幾年推出一型主力產品，落后船型逐步淘汰。在此模式下，船舶及內部舾裝件整體標準化可顯著提升，持續批量制作，滿足自動化和數字化加工需要，為智能化制造奠定基礎，在此基礎上的部分個性化設計都不影響自動化生產。

自動化生產理想設計生產模式，如圖2所示。

4? ? 布局

改造或新建車間的整體布局，要綜合考慮數字化智能車間要求，根據長遠規劃布局新設備，確保在規劃期內能有效生產;規劃舊場地改造，要兼顧實際生產，綜合考慮最佳布局，減少對現有施工影響。

目前舾裝件種類和物量不穩定，在布局前可按總體或單線進行布局，按物量設計合理的節拍，計算總體和單線節拍進行布局設計及設備選型。整體規劃和布局，應盡量按自動化生產流程直線或擴散性布局，減少交接工序和運輸距離;總體方案考慮因素多，設備要求高，需兼容多套產品;并易于調整變動，可根據物量調整生產，快速替補上損壞、停用設備，預防造成生產物量不足，防止單一生產線會因一個設備出問題，而整體受影響。

根據舾裝件自身特點，宜做總體通用布局方案，以利于兼容產品生產，提高整體利用率，減少反復調整布局和更換設備;板材、型材集中下料、分類輸送，進行裝焊、后續處理，采用柔性方案，兼顧一定范圍產品的生產，即使計劃變動，也不影響自動化車間整體有效運轉;布局設計應從人、機、料、法、環綜合考慮，難以實現一次性建成數字化生產線的舾裝件廠，還應增加時間規劃，確保各階段有效執行前期布局方案，推進由點到線、由線到面的過程。

布局方案設計時，應規劃好整個項目期投資、質量、進度、安全、信息及過程中的溝通協調問題。目前生產布局多為人工設置生產設備、生產系統的二維靜態原理圖，隨著競爭日益激烈，產品、設備更新迭代周期縮短，長期方案必定需要不斷擴展和更新。但二維圖由于缺乏關聯性，每次更新依賴原策劃人員及經驗，需要大量的精力和廣泛協調，否則決策者無法接收準確和最新的相關信息，不利于智能車間布局方案優化，增大了運行成本。因此，策劃布局應形成模擬仿真三維軟件，包括生產布局、流程、設備、資源、人員等關鍵信息。

設計布局方案時，可設置詳細參數進行虛擬運作，對仿真運行暴露出可能存在的問題進行改進;實施后，可接入實際自動化車間，將生產計劃、實時生產、設備操作等接入系統，形成可控智能化車間;需要更改時，先進行虛擬更改，相關信息能關聯，確定后將實物進行變更，如此虛擬和實際結合，可以節省大量人工及發現問題，容易得出最佳布局方案并應用到數字化車間管理。

5? ? 下料控制

物料是產品生產的基礎，舾裝件種類繁雜，對采購，儲備、管理等造成很大壓力。隨著標準化工作推進，在保證設計舾裝件滿足使用要求和安全的基礎上，精簡物料種類、規格，形成設計優選標準，為自動化生產的物料管理的先決條件;同時自動化生產中物料要求更高，需要定點、定時、定量供應，減少庫存物料;材質、規格、實際尺寸、精度等形成標準，確保自動化生產有效實施。

目前部分非標物料的到貨質量差、精度低，影響加工、裝焊及成品質量。難以滿足自動化生產和質量控制要求。

自動化生產物料按國標要求采購，整體材料質量有保證，同時在材料轉運、存儲、加工過程中要注意控制變形、腐蝕等問題，確保物料的平直度、金屬性能，為后續裝焊、產品質量和涂裝等提供良好基礎。

舾裝件物料分板材、型材及定制配件。目前板材利用數控等離子切割機、激光切割機等加工，基本滿足自動化生產;型材仍以人工機械沖剪設備為主，一般采用沖剪、鋸、鉆等多道工序;小部分因裝配面精度高的需進行機加工。機械沖剪易造成型材變形，需二次矯平矯直，人工需求量大，效率低，相比自動化生產對物料加工的精度要求，仍需進一步改進;定制配件一般不需要加工。

通過分析，原有設備難以滿足自動化生產要求，加工設備要滿足可編程軟件控制系統、電控系統、伺服精確驅動、信息化接口等才能為后續智能制造提供基礎，具備拓展使用可行性，同時滿足設備利用最大化。結合目前型材加工設備水平，從成本、適用、操作便利性、后續融合等多方面考慮，適合的自動加工設備主要有數控液壓沖剪和等離子切割兩種，如圖3所示。

綜上所述，下料控制前提是優選物料種類，保質保量的準時供應;在此基礎上保證下料精度滿足后續自動化生產使用要求;板材切割沿用等離子和激光切割設備;型材加工以數控自動化加工設備代替人工機械沖剪設備。實現程序編制、自動化下料，信息化管理、控制變形，進一步開發可調柔性工裝，實現柔性生產線，加工范圍擴大，實現80%以上物料自動化加工。

6? ? 裝焊一體化

將原人工生產的裝配——轉運——焊接三道工序轉變為裝焊一體，降低工人勞動強度;裝焊一體化工裝都設有限位夾緊夾具，有利于控制裝配精度、焊接質量及減少工件變形;裝焊一體化減少人工參與量，提高工作效率;一般采用焊接機器人，具備自動化能力和信息擴展接口，滿足柔性生產需要，結合具體工件設計裝焊一體化柔性夾具工裝。

7? ? ?集配信息化

集配依托于各類物資、商品市場進行集貨、儲存、包裝、裝卸、分貨、配貨、加工、信息服務、送貨等服務的物資商品集散場地.物流集配包括流向、流量、流時等要素，集配物流一定程度上反映一個國家、地區、企業之間的經濟聯系、經濟狀況、管理水平和運輸水平。

目前先進物流中心的主要特點為：

（1）以高科技為依托。在運輸技術、儲存保管技術、裝卸搬運技術、貨物檢驗技術、包裝技術、流通加工技術以及物流各環節都密切相關的信息處理技術等，都采用信息化管理;

（2）以規模效益為核心。獲取足夠規模運行，降本增效，形成競爭力;

（3）以靈活多樣的形式為基礎。船舶舾裝件集配目前仍以人工集配為主（如圖5所示），效率低，定點、定量、定時交貨難以有效保證，對船舶殼、舾、涂一體化生產帶來較大影響。隨著船舶行業整體轉型升級和智能制造的推進，物流集配向著規模化、規范化、專業化、跨系統、跨地區、系統化、集約化、信息化方向發展，如不能緊跟形勢則將被淘汰。

集配信息化要融入到舾裝件設計、物資采購、生產、集配交付整個過程中，及時了解需求和生產進度，及時發現運作流程存在的問題，無論本廠生產，還是委托外廠生產，都需要納入信息化管理系統，制定詳細的計劃，及時跟蹤，提升舾裝件集配交付及時性和完整性，產品完成進入集配場地后施行信息化管理，自動化打碼及自動錄入信息庫，便于隨時查找進行集配送貨，滿足智能化制造需要。

信息化集配流程，如圖6所示。

8? ? ?結語

自動化工廠是數字化工廠的基礎，是智能化制造的一部分。目前智能制造尚處在起步階段，還有大量的橫向、縱向、端與端的集成、大量的設計研發、軟件開發、售后維護等工作。總體上宜遵循長期轉型規劃與短期快速適用、產生效益相結合原則，結合公司產品和發展方向，逐步推進自動化、智能化生產設計與制造，循序漸進。作為后來者要抓住機遇，充分借鑒智能制造發展路徑上發生的問題，減少繞彎路，縮短升級周期。除了文中所述的問題，還有培養熟悉自動化人員、信息化生產管理模式、軟件控制集成、自動化生產工法研究、設備升級、信息庫編制積累、環境干凈整齊等問題，形成適合企業實際情況的智能化生產線，持續不斷的創新發展。

參考文獻

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