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浅谈新基建背景下新一代智能船厂建设研究

2021/9/1    来源:e-works    作者:智广信  王涛涛      
关键字:智能船厂  新基建  
新基建正在催生和重构一个全新的新造船工程体系,升级智能制造构建新一代智能船厂,是我国造船业提质增效、高质量发展的重要手段,对我国造船行业的持续科学发展具有重要战略意义。
前言

       “新基建”时期的新一代智能船厂建设是在新基建的背景下,基于新一代信息通信技术与先进设计、制造、管理技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产场所。在船舶设计、建造、管理、服务的全过程中综合应用各种先进技术,包括基于以5G、物联网、工业互联网为核心的信息网络技术进行信息感知和集成,基于大数据、人工智能、虚拟制造等技术进行动态调度决策,基于三维数字建模、并行工程、专家系统等技术进行高效精确设计,基于敏捷制造、柔性制造的自动化和智能化生产设备进行智能流水作业等,从而在船厂实现高度集成化、智能化的设计、生产及管理。

       新基建正在催生和重构一个全新的新造船工程体系,升级智能制造构建新一代智能船厂,是我国造船业提质增效、高质量发展的重要手段,对我国造船行业的持续科学发展具有重要战略意义。

1 新一代智能船厂的发展思路

       在新基建背景的支持下,聚焦船舶总装企业智能制造的摸索和发展,兼顾其他制造企业在个别领域的突破;积极探索智能制造在船舶总装行业的表现形式、实现手段和潜在方向,打造企业工业互联网平台。将船舶先进制造技术与信息技术、自动化技术、通信技术、5G技术、大数据、区块链、物联网、VR/AR/MR、人工智能技术、边缘计算和企业云相融合,持续推进船舶设计、采购、仓储、生产、产品服务等各环节的智能化提升,完善船厂信息化建设和智能化设备布局,提升船厂造船质量和效率,逐步推进新一代智能船厂建设。

       1.1 新一代智能船厂构架图

       新一代智能船厂的建设以构建绿色生态系统为核心,通过数字主线技术将物理船厂与虚拟数字厂相连通,基于“钻石”模型下方的“三层三模型”互联互通平台,共享物理与虚拟空间大数据,建设围绕产品数字化设计平台、车间智能化生产能力提升、信息管控及物流平台、产品全生命周期服务平台和能够完成协同设计、人机交互、运维决策的虚拟孪生船厂等方面切实推进新一代智能船厂,以提升船厂的船舶建造竞争力和增值服务能力。

新一代智能船厂“钻石”模型

图1 新一代智能船厂“钻石”模型

       1.2 新一代智能船厂介绍

       新一代智能船厂是具备互联互通的高速网络、高效准确的工业软件、先进智能制造装备流水线和车间等的物理空间,实现产品从设计建造到交付运营的全生命周期服务场所;同时通过分布在物理设备和环境中的多个传感器,进行大规模分布式数据采集(如材料属性、实时性能和环境条件)和状态标识,以实现使信息世界和物理世界之间的交互,结合已掌握数据,依托高速率、低时延、高可靠的5G技术,与工业互联网、大数据、物联网、人工智能、移动边缘计算等技术进行有机的结合,以数据为核心主线孪生出相应的物理模型、数据模型和应用操作平台,打造虚拟船厂和企业大脑,赋能工厂创新设计、安全生产、管理、经营和服务环节,加速实现智能制造,全面赋能船舶制造业再度升级。实现对物理场所和产品的数据驱动、模型支撑、软件定义的精准映射和智能决策。

       物理现实部分感知和收集数据,而数字信息部分分析和处理数据,然后根据数字主线双向反馈做出决策。物理世界是动态的,同一实体可能在不同的时间显示不同的属性。为了保持一致,使用传感器收集来自物理世界的实时数据,并传达到信息世界,以驱动信息元素与物理世界同步。信息世界使用感知数据来计算控制输出并将其发送到执行器进行物理实现。通过数学模型和相关计算工具,可以提高生产效率,对设备进行监测管理、预测未来状态和故障。在物理模型和数据模型的平台上,基于“感知-分析-决策-执行”的闭环,通过“状态传感、实时分析、科学决策和精确执行”的闭环完成新一代智能船厂的营运发展。

2 新一代智能船厂的发展目标

       新一代智能船厂建设发展的“两步走”规划:2025年前基于5G技术完善工业互联网平台、物联网的全要素实时监控并实现全流程可视化,积极推进大数据、人工智能技术与切割加工机器人、焊接机器人、涂装机器人等智能化装备的结合应用,构建人机互动的智能化柔性生产线和智能化生产车间。2030年前协同数字主线构建虚拟与物理船舶制造信息系统,实现少人化运维决策,完善物理和数字高智能化船厂建设,联通上下游供应链,组建模块化、专业化合作生产的绿色动态联盟,提供船厂和产品全生命周期的智能化服务。

3 新一代智能船厂的发展策略

       新一代智能船厂的建设核心是围绕产品的核心业务流程与标准化,从根本上优化企业管理、设计、采购、生产等环节,实现企业“效率、质量、利润”的有效提升。建设采用“总体规划、着眼长远、分步实施、效益驱动、模式创新、协同发展”的实施方针。

       1.不以投资驱动,以提升效率、质量、效益为目标。以解决痛点、难点问题为导向,先易后难,优先落实投资少、见效快的建设项目。

       2.以点带面,以面建体,稳步推进、不盲从、不冒进。完全打通信息孤岛,从完善业务跟踪出发,理顺生产管理、设计、采购、计划等环节,增加与厂外的协同,完善与船东船检、订单与库存、计划与生产等多重要素之间的协同发展。

       3.坚持持续改善,注重积累,确保安全,引导和鼓励发展精益管理、提升设计能力、流程优化,同时开展物理空间和虚拟世界的相应建设。

       4.加强各环节的交流,相互借鉴,共同发展。实现船舶制造价值链的横向贯通,以造船厂为核心,拉动供应商的供货和协同,推动船检的协同应用,进一步推动对传动的数据化交付和运维能力。

4 新一代智能船厂的发展内容

       4.1 完善信息化基础工程,搭建互联互通平台

       积极引进5G技术,基于智能装备的要求和精益生产的流程,在船厂工业互联网和船舶制造物联网系统方面推进互联互通平台建设。

       (1)实现厂域空间全5G网络覆盖。有线网络延伸到车间、班组,有线不能到达的地方,采取无线网络厂域全覆盖,并对无线网络进行集中管理,实现船舶设计、制造、管理和服务等各类数据互联互通。

       (2)推进传感器、GPS、智能标识、二维码、RFID和跟踪定位等技术的应用和物流感知网络的建设,实时获取物流配送、零件加工、分段制造等阶段的位置、形态等动态信息,实现船舶制造过程的数字化、移动端的可视化和物流信息的可追溯。

       (3)引进完善先进工业软件,包括产品创新数字化软件(CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM、PLM等),业务运营管理软件(ERP、MES、CRM、SCM、SRM、BI、MDM等),数据采集、安全管控运行的工控软件(APC、PLC、SCADA等)。重点进一步深化可“壳舾涂”综合管理系统应用,普及应用工程计划管理系统、船体生产计划执行系统、舾装作业生产管理系统、管系管理系统、海工管理系统、设计管理平台、质量管理系统、工时管理系统、以及与ERP集成应用等。

       (4)完善船舶工业互联网安全,按照国家、行业和集团公司网络安全相关法律法规的要求,发展适应智能船厂建设需要的网络安全保护能力。重点完善船舶制造5G、工业物联网和移动终端安全,加强船舶混合云边缘计算和工业控制网络的网络安全防护措施,积极实现船舶制造数据和工业应用安全,建立船舶智能制造网络安全管理体系。

       4.2 引进智能化生产装备,提升智能化水平

       虽然新一代智能船厂的目标提供全生命周期的智能化服务,但船厂的实质落脚点仍是生产,生产实现的主要手段是生产装备。未来几年船舶/海工总装企业将围绕生产流程优化、解决痛点难点、实施见效快为优先原则,务求实效,分步对生产装备进行自动化、智能化改造,重点引进或改造建设的生产装备和设施有:智能仓储物流、全面印字生产线、自动拼板多头焊接生产线、小组机器人生产线、大组立焊接机器人生产线、自由边自动打磨生产线、管加工自动化生产线、合拢管再现测量生产线、条材线改造、型钢线智能化改造、涂装机器人、水下检查机器人等。

       4.3 构建数字孪生船厂,让数据成为生产资料

       通过数字孪生船厂的构建,最迫切可以有效实现设备的管理,数据的管理。数据充斥了造船流程的方方面面,数据的种类亦纷繁复杂,涵盖了船舶设计、生产计划、物流、仓储、制造、搭载、调试、商务、行政管理等几乎所有船厂活动,既有“原生”性人为创造的数据、也有在活动过程中生成的数据、传感器采集记录的数据、更有依据数据“再加工”的数据。如何保存、分类、建设数据库、分析、运用、提升数据质量,让沉淀数据复活、让数据孤岛互联、让数据促进生产力、让数据成为有效资产、建设和运用大数据是长期未引起足够重视、甚至被忽视的一项工作。

       随着大数据在社会生活中越来越深入和广泛的应用,造船企业也要抓紧时间整理研究沉淀数据,形成大数据中心,从船舶设计数字化输出、工艺设计标准化、作业指令数字化驱动入手,逐步打通各流程、各环节的数字流,搭建船舶建造过程大数据平台,探索船舶制造过程大数据的存储、分析、可视化、模式识别、人工智能决策等技术的研发与创新应用,让数据成为新的生产资料,为智能装备运行、车间智能管控和企业智能决策等提供技术支撑,显著提升船厂生产过程决策水平和管理效率。

       4.4 建立战略合作伙伴,构建绿色生态系统

       新一代智能船厂的建设是复杂的系统性工程,需要各行业企业资源协同完成,本着降本增效,提高效率为原则,发挥规模效用,联合各配套企业选取优质解决方案设备商、供应商等单位建立战略合作伙伴,为企业提供智力和实施支持。

       船舶行业绿色生态系统的建设是一个涉及到矿产、钢材、机械、通讯、化工、美工等50多个行业专业的综合工业的联盟,需集聚金融机构、科研院所、设备厂家、船级船东、航运代表和高等院校等,建立战略合作机制,开展面向需求的创新型商业模式,推动协同创新,构建面向客户的绿色生态系统。

5 结论

       新一代智能船厂建设是我国造船企业长期坚持的战略任务,是企业实现高质量发展的必由之路,将信息化升级、智能制造等常态化、持续推进。各船厂要成立工作专班负责对新一代智能船厂建设的推进进行顶层设计、统筹协调、整体推进、督促落实,对新一代智能船厂建设的推进进行纲要起草、规划提案、项目实施、进展跟踪;在充分研究论证的基础上,结合船厂发展实际,加强跨界融合,组建国际化的项目联合团队,以项目为牵引,高效利用资源,组织各企业多措并举筹措专项投入资金,以企业为基础,积极争取外部资金渠道支持。
 
责任编辑:程玥
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