船舶工业数字化转型的思考与建议（3）：数字化生产制造

一、船舶制造面临的形式

    我国船舶建造历史悠久，但是由于各种历史综合因素作用，在过去几十年、甚至上百年间，我国的船舶制造业发展缓慢，与世界其他发达国家造船业相比，相距甚远。自上世纪90年代以来，国家高度重视制造业发展，着手推动现代造船技术，我国船舶工业的船舶建造技术和造船水平得到了明显的提升，但是站在国际造船行业的角度，我国造船技术与国际先进造船企业水平相比，在资源利用率、生产效率、造船利润率等方面仍然存在较大差距，转变粗放性的造船模式尚需时日。

    现代造船技术以计算机技术和数字化管理为基础，统筹优化，合理组织中间产品的生产，实现总装造船模式。现代造船技术强调对传统体制与模式的变革，力求实现工作管理精细化、生产技术创新化以及管理模式现代化，从而促进造船生产效率以及生产效益的提升。

    建立现代化的造船模式，已经成为推动我国船舶工业向造船强国迈进的必然要求。在当前国际造船能力趋于饱和、生产资料价格飞涨的大背景下，通过对物资、资金、信息、人才、设备、场地等资源的合理利用，为我国造船业获取一席之地，从而顺利实现造船强国的发展规划。建立现代化的造船模式，强调船舶制造体系的整合与集成，以体制创新、技术创新和管理创新为突破口，根据企业发展实际情况，改变“大而全”“小而全”的企业发展模式，以总装化造船打造现代化装配工厂，从而实现船舶产业链有效分工和生产，以此取得数字化转型升级的实效。

二、船舶制造领域的瓶颈问题

    我国船舶制造企业通过不断推进数字化建设，已在部分环节实现了自动化和信息化，但是同时仍存在着以手工作业为主、生产和质量监控缺失、管理粗放不透明等瓶颈问题，导致产品研制和生产效率不高，制约了船舶制造企业的发展。

    （1）船体建造自动化程度不高

    企业在船体零部件切割、部分零件加工等环节已经引进了一定数量的数控设备，但在大部分零部件加工、焊接、装配等过程中仍然以机械化、手工作业为主。

    （2）车间生产和质量监控缺失

    企业在船体建造过程中车间生产设备利用率低，能耗问题突出；缺少有效质量监控，精度数据缺失严重。

    （3）车间执行管理粗放、不透明

    大多数制造企业在车间执行管理层面较为粗放，尚不具备对关键生产要素的状态数据进行采集、传递以及执行控制能力，无法实现基于有限能力的设备排产和计划执行过程管理，对生产制造过程中的质量、效率、成本等方面的控制水平较国外先进企业有较大差距。

三、船舶数字化生产制造的发展目标

    船舶数字化生产制造是借助数字化车间解决方案，通过数字量驱动制造、生产和质量数据采集、透明化调度管控等方面的建设，推动船舶产品生产制造模式转型，提升船舶工业核心竞争能力。

    （1）数字量驱动制造

    构建车间工控网络，引入数字化生产装备覆盖主要工序，在船舶制造信息传递和工艺协调过程中，用数字量传递取代传统的模拟量传递，对零部件、中间产品等按数字量进行加工、焊接、测量、检验、装配等。

    （2）生产和质量数据采集

    通过车间物联集成技术，利用传感器、智能仪表、自动控制设备等对人员、设备、物料、环境进行实时状态数据采集和汇聚，实现车间状态实时监控；利用传感器、数字化测量和检验设备，对船体建造质量和精度进行实时在线检测，针对中间过程进行质量精度数据监控和优化决策。

    （3）透明化调度管控

    通过对生产要素进行实时状态数据采集，构建车间运行管理模型，对工序、物料、工艺和工装进行整体优化和柔性配置，推动船舶建造以客户需求为导向实施精益生产、敏捷制造，帮助企业控制成本和提高效益。

四、船舶数字化生产制造的建设内容

    针对船舶制造领域存在的瓶颈问题，围绕船舶数字量驱动制造、生产和质量数据采集、透明化调度管控的发展目标，引入车间物联和数字化制造支撑技术，建议实施以下建设内容。

    1）船舶建造数字化设备集成

    针对主要切割机、焊机、数控加工装备、物流设备及工业机器人等设备数据实时采集性差、信息交互难的问题，构建设备集成工控网络，形成基于时序的海量设备状态数据的采集与传输、作业驱动，并构建覆盖不同种类和型号装备的集成管控平台,实现装备数据状态数据的实时动态采集、传输、存储以及作业指令下发和作业驱动。实现基于三维模型制造数据集的加工和装配信息传递，实现大部分工序自动快速精确定位与测量，减少人工定位、划线等工序，提升制造效率。

    2）船舶数字化测量与精度控制

    构建基于iGPS的船舶车间测量场，根据不同组立阶段精度特征和工艺特征实现车间自动三维测量，形成精度管理大数据数据采集；构建船体数字化车间智能精度监测系统，开发覆盖实时感知、自动分析、动态执行等功能的精度管理数据系统，促进过程数据的实时感知和优化决策；基于三维模型制造数据集进行产品检验并参照标准数据的自动抽取与生成，驱动对零部件的尺寸、形位公差、表面及内部加工质量的快速检验，提高船舶建造的检验效率与精度。

    3）船舶数字化车间管控

    梳理船舶产品车间计划、生产、质量、物流等业务流程，建立船舶生产智能协同管控平台和管理模型，通过生产大数据采集与传输、生产设备互联、中间产品标识与感知，实现车间建模与实时动态调度、质量跟踪与问题快速处理、物流精准配送等，推动车间生产监控全面覆盖和业务精准化协同，提高设备利用效率和分析决策效率。

    下图是造船厂智能管加车间项目业务蓝图。

智能管加车间业务蓝图

五、结语

    船舶工业数字化转型是通过全面的数字化和网络化，在数字世界中以数据自动流动化解竞争环境的不确定性，优化资源配置，构建船舶企业新型竞争优势。针对目前船舶制造领域中存在的瓶颈问题，应全面推进船体建造、生产监控、车间管理的全面数字化和车间物联建设，实现数字化生产制造模式，缩短船舶生产周期、提高建造质量，推动我国船舶建造模式的数字化转型升级。