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船舶“智”造的变革与未来

新闻来源:中国船检    浏览量:1262 李晓川 2017-03-14
        |► 船舶智能制造的重点是梳理好两大关系:机器人与数据的关系、船厂上下游之间的关系。未来的智能制造,一个很重要特征是满足人类个性化需求。
        第四次工业革命席卷全球。在这场变革中,数字化、网络化、智能化技术将进一步影响现有生产模式和产业形态。在这种形势下,振兴制造业,加快结构调整、全面转型升级、推动产业快速迈向高端,已成为全行业的共识。当前,我国船舶制造行业处于一个变革的时代,业内人士普遍认为,这场“智”造革命所带来的风暴,将深刻影响着我国造船业的未来。
        从工业2.0到4.0
        船舶工业是为水上交通、海洋资源开发及国防建设提供技术装备的现代综合性和战略性产业,是国家发展高端装备制造业的重要组成部分,是国家实施海洋强国战略的基础和重要支撑。同时,造船业作为我国制造业的主要部分,从中共十六大第一次提出“两化融合”的雏形,再到2015年国务院公布《中国制造2025》,中国造船业的水平已经有了质的飞跃。
        自2010年起,我国造船完工量、新接订单量和手持订单量三大造船指标连续6年稳居世界前列,成为名副其实的造船大国。但是,我们也清醒地看到,在生产效率和管理水平方面,我国造船企业仍有较大提升空间,我国船舶工业大而不强, 船舶的技术含量和复杂程度、造船每修正总吨工时消耗、造船周期和全员造船效率等效率效益指标与造船强国的差距仍然较大。
      《中国制造2025》把海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进,明确了今后10年的发展重点和目标,涉及到具体装备和技术上百项,其中囊括了海洋资源开发装备、海洋空间资源开发装备、综合试验检测平台、高技术船舶、核心配套系统,为我国海洋工程装备和高技术船舶发展指明了方向。
        为贯彻落实国务院《中国制造2025》,船舶行业加快了推进智能制造示范应用的步伐。2016年5月18日,工业和信息化部在南通进行了船舶智能制造的现场经验交流推广,公布了《关于推进船舶智能制造指导意见》的征求意见稿。新发布的指导意见明确提出,到2020年,我国造船效率和建造质量要接近日本和韩国一流船厂的水平;到2025年,全面建成信息感知网、物联网及信息物理系统管理平台,实现大数据与智能化技术的全面深化应用,力争骨干造船企业、产品质量赶超造船先进国家。
        工业和信息化副部长辛国斌表示,“十三五”时期是我国船舶工业由大变强的关键期,产业发展已经进入增速减缓期、结构调整期和优势重构攻坚期三期叠加阶段。加快推动新一代信息技术与先进船舶制造技术融合,大力推动智能制造,能够快速提升船舶建造质量和效率,降低成本和资源能源消耗,是增强我国造船企业核心竞争力的有效途径。
        智能制造成为船舶工业发展新趋势,但还得直面当前严酷的现实。不同于美德等国从工业3.0到工业4.0的渐进式发展,国内船厂总体处于工业2.0阶段,在数字化、自动化、精益生产等方面,仍有很多短板需要补齐。国内船厂要实现从工业2.0到4.0的跨越式发展,这一过程难免痛苦,有些问题还将“边跑边调整”,并不断从先进造船国的发展路径中获得一些借鉴。截止目前,外界对船舶智能制造的概念没有一个确切的定义,有报道将焊接机械手、机械臂和机器人混淆了,前者属于自动化,后者则更倾向于有思维和学习功能的智能化。
        2016年12月,在第七届中国(广州)国际海事贸易展览会上,中国船舶工业行业协会会长郭大成提出,将智能制造作为造船厂转型升级的主攻方向。目前,船舶工业智能制造的水平相比流程工业以及电子、汽车、工程机械等离散制造业仍然较低,还没有真正意义上的智能船厂,韩国、日本、欧洲先进造船企业在智能船厂领域的研究也处于起步阶段,现有的研究主要集中在造船自动化工装设备研制、生产物流优化、船舶设计建造虚拟仿真、厂区无线高速网络建设、物联网应用、全生命周期管理等方面。面向未来,船舶行业要准确把握时代发展脉搏,抓住智能制造发展历史机遇,立足船舶工业行业实际,逐步实现从智能分段、智能车间到智能工厂的转变。可以预见,新一轮科技和产业革命将为中国船舶工业创造机遇,将推动船舶制造向设计智能化、产品智能化、管理精细化和信息集成化等方向发展,智能制造、智能船厂将成为世界造船强国发展的新趋势。
        船厂纷纷“试水”
        赶上新一代制造业发展的浪潮,以工业机器人和3D打印为代表的数字化、智能化制造技术将成为引领未来包括造船业在内的装备制造业变革的重要技术之一,使制造业从传统迈向智能化时代。在这样的背景下,国家政策加大对船舶智能制造的支持,期望通过产业升级换代提高造船行业生产效率。国内船舶企业的智能制造应用近年来发展迅速。
        南通中远川崎一直被公认为中国质量和效率最高的船厂之一,该公司智能制造系统更是领先一步。作为船舶智能车间的基础设施建设,南通中远川崎建立了覆盖全厂的计算机网络系统,通过光纤连接到各生产车间,并借助计算机网络,实现物理制造空间与信息空间的无缝对接和映射,为精细化和智能化管控提供基础;同时,利用数字专线连接大连中远川崎船舶工程有限公司,中远川崎实现两家船厂异地协同,设计、采购、经营等信息共享;南通中远川崎的智能造船模式使设计、制造、加工、管理信息一体化,贯穿了零件设计信息、工艺信息、工装信息、材料配套信息、加工信息和装配信息的信息生成和传输全过程,并且在采购申请单、物料清单、托盘清单等业务方面全面实现了无纸化。据了解,该公司在未来发展中还将继续扩大工业机器人应用。
        大连船舶重工从2015年开始针对船舶智能制造开展研究,基本原则是以精益生产、总装造船为核心,建立和完善现代造船模式。通过流程再造,推进中间产品专业化生产,推行工种复合化,进而逐步实施专业化生产线的自动化,同时建立生产管理信息系统,建设中间产品数字化车间,最终达到智能制造。2016年大船集团建成并投入使用了小组立数字化示范车间,自动倒角工作站、先行小组立工作站和小组立辊道生产线已实际运行,示范效果明显。
        中船重工七二四所鹏力科技集团牵头承担的“大型复杂箱型结构件智能制造数字化车间”和“船舶分段制造数字化车间”、“大型船舶立体结构件成形及焊接装备”数个国家智能制造装备发展专项先后通过国家验收后按照现有规划。到2018年,中船重工将建设7家智能制造试点示范企业,突破共性关键技术……
        江南造船(集团)有限责任公司在测量场、复杂曲面的加工、特殊钢种的焊接管控等方面也实现了数字化。其配套企业江南管业引进了3条全自动管子焊接生产流水线,并配备了6台焊接机器人。在高技术复杂船型的研发、设计和生产过程中,江南造船依托体验式3DEXP平台,借助于统一的数据模型,进行船型的设计研发、建造策划、工艺和工法研究,从数据源头抓起提高利用效率,同时,将个人智能装备也作为一种先进的终端应用操作流程中。
        如何看待当前船舶智能制造的发展进程?江南造船(集团)有限责任公司总工程师胡可一表示:“目前,智能制造在船舶建造领域大规模应用仍有一定难度,一方面智能制造需要船厂在智能化方面的投入,船企成本压力不小;另一方面造船作业与其他大批量、精细化作业不一样,对智能制造有着自身的行业挑战,比如工件重、构件尺寸大、船舶结构中有的空间狭小等要求智能设备有相当大的容错度,真正实现起来并不容易。”
        国内船厂纷纷“试水”智能制造,船厂根据自身现有模式的不同各有侧重,智能制造的投入也不尽相同,但殊途同归,造船智能化的最终目的是提高造船厂的盈利水平,有效控制造船工业的成本。国内船舶工业智能制造的发展正迈着自己的步伐,既不同于造船先进国家拥有长期智能化技术的积累与沉淀,也不同于其他制造行业的轻快、好上,国内船舶工业智能制造仍在摸索着前行。
        真正的“未来”是个性化制造
      《推进船舶智能制造指导意见》明确了五项重点任务,包括深化工艺数字化设计与推进造船智能焊接等。这意味着,从切割到焊接,到组装,再到涂装,造船业的整个流程都要实现智能化。
        一直以来,对于这样一个比较有前瞻性的指导意见,业界都有不同的观点。上海外高桥造船有限公司总工艺师刘建峰认为,企业以效率为核心,才能实现目标:“如果企业不对效率进行研究,不以效率指标作为抓手,来改善企业各项的管理,那么实施精益生产、精益管理等一系列措施的话,我感觉是没办法推进的。”
        南通中远川崎船舶工程有限公司总经理韩成敏则认为,造船业推进智能化,关键在于大数据的支撑:“要实现智能制造,首先要有一个大数据的支撑,而大数据的支撑必须要5到10年的数据累积,然后对这些累积的数据进行筛选,变成整个制造流程中有用的数据,从而能降低成本,实现0库存制造。”
        此外,当前业内有说法用“骨干造船企业造船效率达到15工时/修正总吨”、“分段无余量制造率90%”、“搭载前预舾装率85%”三个量化指标来衡量船舶智能制造和船舶分段智能制造车间示范工程。对此,胡可一表示需要进一步斟酌,这些指标没有反映出智能制造的特点,而且修正总吨存在着外包外协的统计口径问题,其他两个对高技术复杂船型也不合适。
        胡可一认为:“船舶智能制造的发展目标应该是全面实现数字样船(DMU)在整个设计、建造和管理全方位流程贯通,并作为单一数据源,实现设计、物资采办和配送的多平台和多方协同。突破智能船厂关键共性技术,建成若干示范性智能船厂,智能船厂常规主流载重量船型的船舶性能、造船计划、采办和建造效率、建造质量方面达到造船先进国家水平,布置型和容积型的复杂船型的设计布置、建造水平和质量接近造船先进国家水平,针对复杂船型需求的应变能力大幅度提高。”
        尽管当前业界对《推进船舶智能制造指导意见》还有着不同的看法与意见,但从长远来看,未来的智能制造,一个很重要的特征是满足人类个性化需求。接下来,船舶智能制造指标的落实还需重点梳理两大关系:机器人与数据的关系、船厂上下游之间的关系。
        随着智能化制造技术的飞速发展,“工业4.0”时代正在来临,机器人和智能装备产业正受到广泛关注。在船厂“试水”智能制造案例中,机器人作为开启下一代技术革命的关键,给传统行业特别是传统制造业中的造船业带来了巨大挑战和无限的想象空间。然而,透过机器人助推船企智能制造的现象,我们更应该发现智能制造实现的关键是数据库。
       “没有数据,再多机器人也是传统制造业。”大数据专家涂子沛曾在媒体上表示,“真正的未来制造,或者说智能制造,一定是可以满足人类个性化需求的制造。”目前,数据收集技术的普及,数据分析能力的提升让传统工业站上了一个更广阔、更精细、更个性化的空间,也能更切合船舶产品的非标准化和定制化特点。
        不仅如此, 上述业内人士认为,在推动我国由造船大国向造船强国转变的过程中,首先要着力提升船舶和海工装备配套设备的国产化率,尤其要尽早提高动力系统、通讯导航等关键设备的本土化装船率。如今,面向未来,船厂及上下游所有信息基于一个平台,实现“物联互通”,智能制造将更加有力促进我国船舶工业的发展。
        展望智能制造在船舶领域的发展,尤其是未来船厂上下游全产业链的发展局面,大船设计所副所长严锦林向记者推演表示:“船厂上游,所有钢材、设备和工用具的制作、质量和物流信息均在该平台上予以体现,并与船厂需求计划一一关联,当出现可能影响计划时,系统给出预警,并给出解决方案,在无法解决的情况下人工干预予以解决。船厂,融合设计信息、计划信息、生产物量信息、成本信息、人员信息等主要信息,并与厂内所有设备互联,能够独自按照生产要求操作设备进行生产,无需人工参与;实际生产与系统模拟一一对应,管理人员仅需通过虚拟界面即可了解当前生产情况;在出现生产问题时,系统能够解决的直接予以解决,在遇到无法解决的问题时,人工参与予以解决。船厂下游,船舶交船后所有维保售后信息均体现在该系统中,由系统自行予以解决,在无法解决的情况下人工干预予以解决。”
        船舶智能制造发展关系的梳理,效率是核心、数据是支撑、上下游关系是导航。智能制造作为一种制造手段,将整体提升的是船厂制造的应变能力。因为,未来船舶的个性化制造不仅仅是提供个性化的产品,还有个性化的服务,除了效率的提高,还将包括模式转变、降低成本;施工稳定、质量可靠;柔性制造、快速转变……
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