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浅谈智能船厂发展之路

2018/9/29    来源:e-works    作者:智广信  瞿荣泽      
关键字:智能制造  智能船厂  
作为我国船舶行业智能制造的试点示范企业,我司通过学习、吸收、再创新过程,立足更高、更新的起点,致力推动整个船舶行业智能化创新转型工作。本文以我司布局建设智能船厂发展为例,介绍船舶行业智能制造的发展过程与前景。为同行业的从业者提供参考。

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0 前言

    目前,国内船舶制造业都在积极落实国家《智能制造发展规划(2016-2020年)》,智能制造推进效果好的企业是以智能制造为手段,充分布局智能车间,最终瞄准智能船厂的目标。经过近几年的发展,无论国家政策导向还是企业自身转型发展的战略需要,都对船舶总装企业智能制造提出了更高的要求。我司在实现智能制造、智能车间的前提下,提出智能船厂构架蓝图和实施策略,将以整个船舶总装行业为目标建立智能船厂。届时实现最大限度提高生产效率、产品质量;充分减轻劳动强度;有效降低人工成本;全面优化利用各种资源局部解决特殊劳动力资源匮乏问题。

1 项目简介

    当前,全球造船市场面临新一轮科技革命和产业变革,制造业“数字化、网络化、智能化”已成为变革的发展趋势。中国“十三五”期间,我国的船舶工业发展明确了围绕《中国制造2025》,建设海洋强国、造船强国的战略目标。而实现由造船大国向造船强国的转变,智能制造是必由之路,也是我国实现弯道超车的重要途径。为进一步提高市场竞争力,在快节奏生产中保障船舶建造的质量、缩短建造周期,在船厂实施智能制造已经势在必行。

    大连中远海运川崎通过不断的攻关,已初步建立了以数字化、模型化、自动化、可视化、集成化为特征的智能化造船和生产管理体系,实现了研发、设计、生产、管理等环节全面融合、协同运行。通过项目初步的智能化改造,公司在钢材利用率、全员劳动生产率、造船生产率、单位土地产能均居行业前列,已经成为中国船舶工业的先进企业。

    本项目针对厂区和车间工艺流程及布局架构优化设计、先进设计技术应用和产品数据管理系统建设、智能制造装备应用、制造运营管理平台及与关联系统的集成、以及信息安全保障制度和技术进行的实施。整个项目以需求、技术创新、结构优化为驱动组织实施。为顺利完成项目,制定技术路线图如下图1。

技术路线图

图1 技术路线图

    公司通过吸收、创新、集成,建立了从船型研发设计、造船生产管理、物流管理,到制造工艺、企业管理的全过程信息化管理平台,使公司数字化设计、生产装备智能化升级、工艺流程优化、精益生产、可视化管理、质量控制等方面得到大幅提升。

    公司引进吸收先进造船技术、制造工艺和管理体系,结合自身实际情况,对设计及周边系统、ERP系统进行二次开发,实现了100%数字化建模、多专业异地并行设计协同作业;利用工业互联网和传感器信息采集技术,实现智能设备与设计、业务系统互联互通,并能实时采集、分析生产数据,为生产管理和决策提供依据。公司形成的主要信息平台及数据流如下图2。

主要信息平台及数据流

图2 主要信息平台及数据流

    通过项目的实施应用,全面建立了数字化船舶研发、设计、制造、加工、测试、管理集成平台环境,打通了船舶数字化设计、制造、管理等企业生产经营主线;应用“壳、舾、涂一体化”数字化样船技术,实现了模块化造船和产品模拟建造,建立起具有自身特色的船舶精益建造体系,为智能船厂建设奠定良好基础。

2 项目内容

    厂区布局根据国际先进的工艺流程,以中间产品为导向,按照“壳、舾、涂”一体化工艺流程理念设计而成,通过U字型布局,提高厂内物流效率,减少无效工时和资源的浪费。车间产线布局按照工艺设定,产品按生产节拍有序流动,既不滞后也不过剩,保障作业负荷均衡化、物流高效化。板材和型材都是在内业车间按部件装配、平面和曲面分段分道加工的,然后再连续不断的提供给部件装配、平面分段流水线和曲面分段流水线,这样不但节约了堆放场地和理料时间,且有效缩短了物流距离,减少中间库的停滞。

    2.1 先进设计技术应用和产品数据管理系统(PDM)建设情况

    公司拥有完整的设计系统,通过基本设计、详细设计、生产设计全流程设计完成船舶设计过程,并最终根据工艺技术标准,提供最适合于工艺需求、最佳施工性的生产信息,强化精细设计、精益设计,全面展开生产信息过程中,细化每个操作步骤和方法,将设计信息转化为工艺信息,最终形成生产数据传递到车间设备终端。产品数据管理架构图如下图3。

产品数据管理架构图

图3 产品数据管理架构图

    2.2 关键技术设备应用情况

    公司大力推进以数控技术、通讯技术、控制技术和网络技术等先进技术为基础的智能制造装备应用,先后实施了全面数码打印机、先行分段智能焊接机器人、管材智能焊接机器人、FCB/RF焊接设备、型钢自动切割生产线、钢板数控切割生产线等先进智能制造装备。其中全面数码打印机是世界首台实现钢板全幅面数码印字工艺的智能设备,国内第一家设计定制了全面印字机工艺。先行分段智能焊接机器人用于小分段工件的制作,包括装配、焊接、修补、背烧等作业内容,使用了智能传感技术、机器人技术,并实现了生产线可视化,详见下图4。管材智能焊接机器人自动读取加工信息、调校参数、自动喷码,极大的提高了作业效率和精度,现场实物图见下图5。

先行分段智能焊接机器人产线可视化

图4 先行分段智能焊接机器人产线可视化

管材智能焊接机器人

图5 管材智能焊接机器人

    2.3 生产过程数据采集与分析系统建设情况

    公司对车间内作业设备实施硬件升级改造,增加传感器并设置OPC数据采集服务器和数据库服务器,架设Web发布服务器用于可视化页面设计。通过在车间内布置大屏幕,使管理人员可以随时掌握现场实时生产信息。显示器上可查询的信息包括:设备有效运行比率、当日计划与完成情况、产线设备运转情况、周加工量统计、当日设备加工量统计、单台设备实施加工状况展示、作业人员信息等。现场数据可视化样图见下图6。为保障起重机作业安全,设置了运行监控系统,系统从数据采集到分析处理架构了四层系统结构。具备报警及超载、超速保护功能,有效提高作业数据可追溯性和起重机的安全性。

现场数据可视化样图

图6 现场数据可视化样图

3 发展计划

    公司以信息化促进智能化,通过扩大智能化设备应用,完备信息化管理体系,直至成功构建智能船厂,励志成为造船行业智能制造和智能船舶的典范。充分运用高精度感知控制、智能机器人技术,契合企业先进工艺流程,已自主开发定制了以下智能设备和生产线:全面数码打印机是世界首台实现钢板全幅面数码印字工艺的智能设备,它为预处理后的钢板打印上所有的加工信息,这些信息覆盖钢板整个加工周期,为后道工序智能识别提供了必要基础;先行分段智能焊接机器人和管材智能焊接机器人在保障高焊接质量的同时,使生产效率提高2至3倍,已达到世界先进、行业领先水平;FCB/RF焊接设备可支持40mm厚板单面焊接双面成形,是国内首台;型钢自动切割生产线和条材自动加工生产线已实现无人化/少人化作业。

    公司综合运用AM12、NAPA等三维数字化软件,集成CAD/CAPP/CAM系统,实现100%三维数字化建模、模拟仿真检验、异地协同设计、产品数据全生命周期管理。

    公司基于集成框架和数据分析技术,结合公司管理模式分别定制了ERP系统和MES系统。ERP系统集供、销、存、工时、成本管理等功能,实现资源平衡、协同优化、辅助决策;MES系统集拉动式排程、生产过程采集与分析、质量控制等功能,实现设备与信息系统之间的互联互通,设备/产线数据采集,生产指令快速下达、生产过程可视化等管理。

    接下来仍将大力推动数字化和智能化转型,下一步项目建设的重点是系统集成和工场设备自动化的深入推进,为最终实现智能船厂的目标奠定坚实基础。包括:进一步完善二次开发及其与ERP系统的紧密集成功能;继续推进条材机器人生产线、智能仓库等项目;继续加强软件自主研发,船厂有独自的制造工艺,智能装备也有其特性,参与软件开发与客户化,可以形成具有自身特色的船舶加工制造模式,有利于再创新。

    项目的继续实施,将极大程度缩短设计、制造周期,使得产品质量和建造效率达到世界先进水平;同时有效促进了管理人员经营决策的科学化,为加强企业管理、提高资金运营水平、减少库存、提高效率和产品质量、降低成本等提供了强有力的保障。按照目前项目推进计划,预计未来10年内将建成国内示范型智能船厂。

4 结论

    当前中国造船工业具有劳动强度大、工作环境恶劣等普遍性特点。大连中远海运川崎的智能制造项目,是以数控技术、通讯技术、控制技术和网络技术等先进技术为基础,将与制造过程有关的设备(如全面数码打印机、工业机器人等)同上层控制计算机集成,形成一个系统,可实现制造设备的集中控制管理,实现制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换,通过辅助设计系统进行数据处理,并传输至数控切割机和工业机器人,实现自动化作业。特别是全球首创的全面数码打印机为零件赋予了身份信息,未来为后续智能制造技术的应用提供了无限的可能。此项目可有效减少人工成本、减轻劳动强度、改善作业环境、提高生产效率、降低产品不良品率,从而持续提升企业竞争能力。通过该项目使公司已初步具备实施全面智能船厂的条件。

    大连中远海运川崎船舶工程有限公司以智能船厂为目标,涵盖内业、组立、管工场、外场等全场所、全方位、全过程领域。按照生产流程和工艺特点,以CPS系统为导向,厂区规划和建设之初构建了完整、高速的区域网络系统和从产品设计到业务管控、生产流程的高度集成的数字化系统,生产设备及流水线引进先进、成熟的数控系统。截至目前拥有10余条智能生产线和智能车间,不仅实现了设计、工艺、制造等流程数字化、网络化,还将数字技术应用于外场吊机设备监控,试点造船企业关键设备安全监控技术智能化维护。励志成为我国造船行业智能制造和智能船厂的典范,并为同行业的从业者提供一定参考。

责任编辑:程玥
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