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论述智能制造对船舶制造业发展的影响

2020-03-30 909 上传者：管理员

摘要：近年来，以船舶制造业和船舶航运业为代表的传统行业遇到了困境，而为了摆脱这一困境，国内外各大船厂相继布局智能化车间，来不断提高生产效率和产品质量。为了推动船舶智能制造的快速发展，需要在船舶的软硬件、船联网的软硬件等各个方面建立统一的标准。对于我国的船舶企业，其智能化进程虽已取得了一定的成果，但大多数船舶企业也面临着资金不足、部分核心技术未掌握、缺少大数据积累等诸多困难，本文认为相关企业应把握住机遇，积极应对挑战，深入探索适合我国船舶工业发展的新技术、新方法、新模式和新价值，创造出一条适合中国船舶制造业发展的“船舶工业4.0”。

关键词：
工业4.0
智能制造
智能船厂
标准
船舶制造业
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随着物联网、云计算、大数据等新兴技术推动的信息大潮的来临，智能制造业工程领域的全球化竞争变得愈加激烈。制造业发达的德国率先提出了以大幅度提高产品生产、运行质量和效率为目标，以网络技术为依托，以大数据分析为基础，以预测技术为核心的智能制造和智能使用的“工业4.0”，目的是促进传统制造业的发展，提高工业生产的效率和产品的质量，推动实现传统制造工业的服务化转型，之后“工业4.0”的浪潮席卷了全世界。

近年来，以船舶制造业和船舶航运业为代表的传统行业处于一种困境，为了摆脱这一困境，船舶行业迫切需要融入“工业4.0”的浪潮。中国于2014年10月与德国签署《中德合作行动纲要》，旨在在“工业4.0”的各个方面加强合作，这为制造业带来了重大的发展机遇，特别为转型期的船舶制造和航运领域的发展带来重大契机。

1、船舶企业正向“智能船厂”迈进

近年来，国内外各大船厂积极布局智能化车间，船舶企业正在向“智能船厂”迈进。以韩国现代重工为例，20世纪90年代末，现代重工以PTC公司的Winchile为核心，开发出HICIMS集成制造系统，并全面实施。该系统可使平均设计周期缩短约25%、平均建造周期缩短约10%；新世纪初，现代重工开始全面采用Tribon系统作为其主流的CAD/CAM系统。另外，三星重工、大宇造船、川崎重工和三菱重工等公司也都在积极建设智能船厂，并带来了产品生产效率和产品质量不同程度的提升。

近年来，大连船舶重工集团有限公司、江南造船（集团）有限责任公司、沪东中华造船（集团）有限公司、上海外高桥造船有限公司以及南通中远川崎造船厂等国内船厂也都在积极建设智能船厂。其中，智能化进程最快的船厂当属南通中远川崎造船厂，该船厂的智能船体车间被工信部认定为国内首个船舶智能制造试点示范项目。

另外，大连船舶重工集团从2015年开始针对船舶智能制造进行系统研究，2016年，我国首套具有完全自主知识产权的船舶制造多功能舱室焊接机器人已在大连船舶重工集团顺利上岗焊接造船。该机器人的研制成功打破了国外垄断，使我国成为世界上第四个拥有该种先进技术装备的国家。船舶制造多功能舱室焊接机器人上岗后，我国船舶的分段制造能力接近日韩先进船舶企业水平，车间能耗降低10.8%，设备有效利用率提高30%。

2、发展船舶智能制造，标准先行

现代智能船厂总架构如图1所示。智能船厂以打通企业生产经营全部流程为着眼点，实现从产品设计到销售，从设备控制到企业资源管理所有环节的信息快速交换、传递、存储、处理和无缝智能化集成，主要分为建设规划、系统集成、智能设计、智能生产、智能管理、智能物流等6个部分。

图1 智能船厂总架构

在船舶智能制造方面，目前各大船厂采用的标准不一。为推动船舶智能制造的快速发展，需要在船舶的软硬件、船联网的软硬件等各个方面建立统一的标准。比如制定智能制造车间现场设备集成、测试等系统集成标准，制定设计生产管理和壳舾涂一体化关联设计标准，制定建模、仿真、优化等智能设计标准，制定分段、总段、托盘、单元、模块等中间产品的壳舾涂完整性要求标准，制定智能制造车间、中间产品智能生产线、生产智能控制等智能生产标准，制定造船计划管理、精度管理、物流管理、仓储管理等智能管理标准，制定船舶产品信息条码、电子标签、立体仓库等智能物流标准^[1]。

另外，智能制造是一个长期发展和推进的过程，造船企业为分析判断智能制造发展现状、水平，制定规划及发展战略，需要建立智能制造评价指标及评估方法，为各船厂提供一个指导、考评本厂智能制造发展水平的工具，为企业制定智能制造发展规划提供依据。目前国内外在智能制造评价指标方面研究较少，评价标准不一，方法多样。龚炳铮^[2]等人提出智能制造企业智能化评价指标，根据相关评价指标构建的船舶智能制造指标体系如表1所示。

表1 企业智能制造评价指标体系

以上述评价指标体系为基础，可构建船舶智能制造指标体系如表2所示。该指标体系包含造船企业智能生态环境、造船企业智能建造水平和造船企业效益3个一级指标，并细分了6个二级指标和23个三级指标。

表2 造船企业智能化指标体系

3、我国船舶企业智能化进程任重而道远

近年来，虽然我国各大船厂积极推进船厂智能制造，但造船企业是资金密集、劳动力密集、技术密集的大型装备制造业，其数字化、网络化、智能化的升级改造必然是一项复杂的、长期的、投入巨大的项目。目前对于国内的造船企业来说，推动船舶智能制造的发展还存在诸多挑战^[1]。我国从“转模”以来，刚刚建立起以中间产品为中心的现代化造船模式，中间产品的完整性、生产过程的精益度、生产效率和质量都与先进水平有一定的差距。可以说，相较于其他先进造船国家，我国的造船企业起点较低，想要在同等的时间赶超日韩，真正成为造船强国，需要迈开更大的步伐，以更快的速度达到智能制造的目标。

然而，我国的造船企业普遍存在资金不足的问题，能够投入到新技术和新设备引进和研发的资金非常有限。而且国外先进造船企业对于他们的核心技术一直采取对外封闭的政策，一些成品装备也以十分高昂的价格出售，使得我国造船企业对于各类支撑技术、关键技术、核心技术都不能完全掌握，像工业机器人、数控机床、优质钢料等等都需要从国外进口。另外，船舶设计、制造、管理、服务都需要借助大数据互通。而大数据的支撑必须要5至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。令人担忧的是，我国多数船厂长期管理粗放，缺乏真实可靠的数据积累，缺乏对细微事情的认真与坚持。智能制造中仅大数据一项要求，就难倒不少船企。

虽然我国船舶企业智能化进程面临诸多挑战，但总体来说前景是光明的，相关船厂应积极制定相关应对措施，比如造船企业应该充分利用国家政策，组织实施智能制造技术重大专项，加强对智能制造技术的研发投入力度，提高智能化水平，推进智能船厂建设。各个造船企业需要根据自身情况制定合理的目标和发展规划，遵循边改造边生产的原则，分阶段稳步实现智能船厂建设。

4、结束语

通过智能制造，可有效缩短船舶行业建造周期，提高生产效率和产品质量，在智能化时代，船厂智能化是大势所趋。针对目前船舶制造业的发展瓶颈，船舶行业应积极推动智能化发展，把握大数据时代下船舶制造业的发展脉络，探索适应我国船舶工业发展的新技术、新方法、新模式和新价值，创造一条适合中国船舶制造业发展的“船舶工业4.0”。

参考文献：

[1]工业和信息化部,国家标准化管理委员会.国家智能制造标准体系建设指南(2015版)[EB/OL].2016-01-21.

[2]龚炳铮.智能制造企业评价指标及评估方法的探讨[J].电子技术应用,2015,41(11).

[3]李辰昱.造船企业智能制造技术应用规划研究[D].江苏科技大学,2016.

张勤杰,陈叶,马宇坤,等.智能制造:推动船舶制造业发展新引擎[J].船舶标准化与质量,2019,(1):48-51.