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建设“智慧车间” 聚焦造船模式升级

2015-07-27

 

日前,国务院正式发布了我国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领——《中国制造2025》并提出,要推进信息化与工业化深度融合,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。其中一项重要举措,就是在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间。这与我国船舶行业加快建立现代造船模式、走“两化融合”道路的战略选择是一致的,也因此受到业界普遍欢迎。北京中船信息科技有限公司有关负责人表示,《中国制造2025》提出的智能化对船舶行业有极大的指导意义,特别在船舶建造模式转型升级要求愈显迫切之时,是尤为关键和重要的,为企业提供了新的发展机遇和践行诺言的机会。

据了解,针对现代造船模式及数字化造船推广过程中存在的实际问题,中船信息通过积极开展研发和项目应用,推出了“智慧车间”技术解决方案及相关产品,谋求落实国家制造强国战略规划和“两化深度融合”等相关要求,依托先进工艺、新一代信息技术,为船舶行业重塑竞争优势提供强大推力。目前,以中船信息为代表的一些企业在智慧车间建设方面走在了前列,不过整体而言,智慧车间在我国船舶行业尚处于起步阶段,存在着发展不平衡等诸多问题。业内人士认为,在国家战略的指引下,在转型升级的现实需求面前,智慧车间的发展有望迎来新跨越。

瞄准智能方向:前沿研发挑重任

所谓的“智慧车间”,是支撑现代造船模式智能化发展的一种理念和解决方案。“智慧车间”技术解决方案特别关注现场制造执行环节,并谋求应用先进信息技术、自动化技术和工艺集成技术,实现船舶建造现场执行的高效、柔性、绿色和可持续。其“智慧”,体现在船舶建造现场生产各要素基于信息的实时协同,体现在车间部门拥有优化和调整任务及其执行计划的信息平台,体现在作业区和班组可根据任务执行数据与效率情况,对工艺过程进行完善,使工人装配焊接等工艺技能得以提高。面对当前的经济环境和市场形势,在船舶企业当中推广智慧车间是十分必要的。

正如《中国制造2025》所指出的,当前,我国经济发展进入新常态,制造业发展面临新挑战,主要依靠资源要素投入、规模扩张的粗放发展模式难以为继,调整结构、转型升级、提质增效刻不容缓。与此同时,船舶行业仍处于震荡下行的空间,结构性产能过剩矛盾突出,稳增长、促转型任务艰巨。中船信息有关负责人介绍说,推广智慧车间,一方面有利于现代造船模式更有效地复制,从而提升船舶建造的核心能力;另一方面,围绕降本增效,可进一步加强两化深度融合,让船舶企业专注主业创新转型发展。

智慧车间是软硬件的结合体,不过我国船企要在这方面“才貌双全”,还需要修炼。毕竟在当前,先进工艺装备在我国船舶行业的应用水平仍然参差不齐。在骨干船企当中,单点工艺装备的数控化已比较普遍,如钢板预处理线、等离子和火焰切割机、冷弯和滚压设备、测量和检验系统、顶升和起吊设备、管子加工自动或半自动流水线的数控化等。然而,对照国外先进制造水平,尤其是欧美及日、韩当前造船工艺工装自动化和数字化水平,我国船舶行业的工业技术水平尚处于工业2.5的阶段,数字化、网络化、智能化对现代造船模式的支持在软硬件方面都有相当大的提升空间。

面对这样的现状,中船信息着力将两化深度融合打造为自己的核心能力,在工业物联网、现场管控信息化、生产保障信息化和企业共享服务云应用等方面形成了丰富的产品、解决方案和科研成果。为支撑造船转型升级,无论是在现场工业网络、数字工位、工业穿戴设备、焊接工艺执行自动化站、造船专用机器人方面,还是在自动化平直流水线、自动冲砂和涂装自动化车间、三维设计和虚拟仿真平台,PDMERPMES方面,该公司都积极与国内外先进供应商与科研单位合作,对关键工艺、装备和生产管控核心难点提出实用、适用的自动化、数字化、信息化方案及产品,满足工艺执行和管控的一体集成的需要。

由于早早认准了两化深度融合的大方向,中船信息针对船舶先进制造技术和信息技术前沿交叉领域,策划和开展“面向船舶建造工艺的工业机器人模块化、集成化和服务化总体架构研究”、“船体零部件加工工艺自动化和智能化集成仿真技术研究”、“面向智能船厂的云计算大数据信息基础设施架构、工业物联网技术和数字化物流管控技术研究”、“船舶建造综合保障智能化技术研究”、“融合宽度无线通信的船厂立体组网技术研究”等创新项目,为实现“造船更高质量、更大柔性和更高效率”而努力,这些也使其在智慧车间推广应用方面拥有了较为坚实的基础。

2015年年初以来,行业主管部门通过智能制造试点示范等一系列指导意见,框定了包括船舶在内的六大行业,明确了“两升三降”的目标,即生产效率和资源综合利用率大幅度提升,研制周期大幅度缩短、运营成本大幅度下降,产品不良品率大幅度下降,同时就智能制造的特征要素进行了明确。考虑到船舶建造属于离散制造的现实情况,主管部门将目光锁定在智慧车间。在工业和信息化部装备司组织的船舶行业智能制造调研会上,装备司有关领导,以及来自船舶行业两大集团和江苏省、浙江省重点船企的专家听取了中船信息关于智能船厂的汇报,对基于CPPS的智能制造系统的解决方案给予肯定,并同意以分段数字化设计制造和现场智能管控为切入点,着眼关键工艺和工装的自动化及智能化,积极主动承担船舶行业在“中国制造2025”战略中的责任。

关注建造效益:立足实际解难题

智慧车间技术作为船舶建造的关键技术之一,可谓智能制造技术在船舶企业的重要应用。据介绍,“智慧车间”作为面向船舶制造执行的管控系统,重点支持船舶制造现场工作计划和任务包的编制、分派、修订等过程,支持在中小日程的细化和结合现场情况的调整,支持作业区和班组对任务执行更细颗粒度、更及时的分配和反馈。同时,系统采集任务包的实时执行状况,以及设备、材料和人员工艺资源利用情况,结合工艺执行的质量和效率,为车间班组、作业区调度和自作部门协调提供实时的信息和管控平台。

“车间作业自动化、流水化、机械加工设备数字化是造船工艺和工装技术进步的方向。就解决方案而言,‘智慧车间’是顺应此方向的。”中船信息有关负责人介绍说,该公司针对工艺设备、场地和现场管控重点问题,在车间现场网络建设、关键工位数字化、制造系统应用集成和现场管控信息化等方面具体研发了产品和技术解决方案,并在一些船企得到了应用。以沪东中华造船集团有限公司基于物联网的液化天然气(LNG)船加工数字化车间为例,该项目对提升我国船舶工业制造水平、缩短建造周期、保证建造质量、降低能耗和管理及生产成本、实现“数字造船”、“绿色造船”有着极其重大的现实意义,因此具有广阔的市场前景。

众所周知,大型LNG船是国际公认的高技术、高难度、高附加值产品,是世界造船“皇冠上的明珠”,目前只有中、日、韩、美及欧洲少数几个国家可以建造。不过同日韩等造船先进国家相比,我国在造船效率、交货期、建造成本等方面还有很大的差距。这就要求船企广泛采用先进制造技术和生产模式,而智慧车间的价值正体现在这里。

在该项目中,大型LNG船分段加工制造智慧车间研究主要包括以下几个方面的内容:面向LNG船体零部件的加工制造流程建模和仿真、基于物联网的智能制造管控平台、柔性高效切割自动化流水线、物流集配及智能车间物流系统、制造信息化基础设施建设。仅就加工制造流程建模和仿真而言,由于船舶建造系统是一个包含了各种设备、人员与管理信息的庞大复杂的系统,通常情况下,所有的造船企业生产活动都是根据生产计划来安排和指定的,因此系统仿真的首要目标应是保证生产计划能够按质按量完成。而把船舶建造仿真这个高度复杂离散的系统建模过程转化为以车间模型为建模划分单元,从设备层到生产线层再到车间层,从微观到宏观,自下而上逐层建立与完善的建模形式,可以极大地降低仿真工作的复杂度。通过船体加工建造流程仿真,通过生产线平衡性、设备利用率、人员利用率和产出时间等指标量化分析,可以检测与评估生产计划的可行性与准确性,优化车间生产资源的配置,优化车间的生产工艺流程并确定最恰当的设备运行参数,使生产缓冲区的容量最优等。

中船信息有关负责人总结认为,其“智慧车间”技术解决方案的优势主要体现在三个方面:首先,面向现代造船模式和工艺路径,基于工业物联网技术,可实现车间现场“人、机、料、法、环”的数字化和网络化,搭建现场作业协同和网络化生产的信息平台,并打造基于信息的虚拟流水线;其次,能够解决企业信息化垂直集成“最后一公里”的问题,实现现场管控数据的自动采集和工艺执行数据的清洗融合,提高计划、任务、物料和中间产品管控信息的一致性、有效性和及时性;再次,支撑现场作业的自组织和优化,支持工艺能力的自提高,兼顾工艺和工装智能化演进,支持创新、绿色、安全和可持续。

该负责人补充道:“工业物联网相关技术、大数据等信息技术成果对船舶建造效益提升有着巨大的推动作用,也是‘智慧车间’技术解决方案的技术基础。”当前,RFIDNFC等标示和近域通讯技术可有效支撑表单的电子化和托盘料架等物流信息的数字化,为中间产品信息和物料的交割提供便利。在此基础上,车间现场工业组网、无线定位、SCADA、工位数字看板、软件集成和移动应用等技术的进一步成熟、组件模块的成本进一步优化、性能和可靠性的进一步提升,将促进“智慧车间”得到更好的应用。

排除推广障碍:携手船企谋未来

尽管有着诸多优势和广阔应用前景,但在当前,智慧车间在我国船舶行业的推广之路走得并不顺畅。总体而言,国内船企在智慧车间应用方面的发展很不平衡,一些企业为此加大科技投入,在自动化建设、数字化建设等方面起步较早,但大部分企业则是欠账较多,无论是资金投入还是实际推进的情况,都并不乐观。即便是在行业主管部门的推动之下,很多企业仍然显得动力不足、畏首畏尾,原因何在?

业内人士分析认为,目前,船舶行业仍未走出低谷,国内主流三大船型的利润在市场和成本要素的影响下日渐微薄,高端产品建造风险由于诸多因素而提高,加上我国劳动力成本优势渐弱,来自市场和人力成本等各方面的压力迫使船企将注意力放在订单和交船上,对于工艺装备技术改造、信息化基础设施完善等新增固定资产投资有很大的顾虑,担忧对现实生产造成影响并进一步加重成本摊销,自然也就对先进制造工艺和工装的效果信心不足。

据了解,智慧车间所需的投入主要集中在三个方面:信息基础,用于实现作业现场生产要素的互联互通,面向工艺全路径横向数字化贯通,包括工业物联网、现场网络、数字工位、工业穿戴设备、MES、分布式计算和存储系统等;先进制造基础,主要是分阶段逐步实现工艺过程的自动化、数字化和智能化,包括自动化切割作业流水线、自动化小组流水线、打磨分拣机器人等;集成和共享服务,用于支撑企业ERP和关键应用系统对现场的垂直一体集成,如基于物联网的应用集成平台和工业信息采集与集中监控平台等。

在推广“智慧车间”技术解决方案的过程中,中船信息对于存在的障碍是感同身受的。从自身的角度出发,该公司得出的结论是,要排除这些障碍,一来,要与船企共同加深对先进制造和船舶发展格局与挑战的认识,积极领会国家和行业政策要求,参与现代造船模式升级版的战略规划,紧密贴合产品创新、工艺改进、技术改造和管控提升等活动,将方案策划和实施无缝融入主业;二来,要创新固定资产采购转服务采购模式,探索绩效合同模式和合同能源,研究生产条件融资租赁云服务模式,同时积极参与高技术船舶产品创新的技术改造项目,在更多的工程项目中推广解决方案;三来,要加强国内外成功案例搜集和整理,在关键技术上取得突破,做优产品,做好示范项目。

近两年,中船信息瞄准造船数字化和智能化方向,发挥自身信息化规划、网络设计和建设、信息技术应用方面的优势,为工信部智能制造专项“LNG分段数字化车间”工程和高技术船舶“智能船厂顶层规划和基于物联网的造船生产物流”项目,以及国内船企的“造船动力能源综合监控工程”、“船台船坞大场地工业无线组网试点示范”提供技术支撑,先后完成北京市科学技术委员会及中国船舶工业集团公司的“船舶建造吊装、焊接管控、动能调度和生产安全等综合监控”相关重大科研与示范工程。同时,该公司积极谋求向中船集团和船舶行业外拓展,先后在核工业生产现场管控、港口堆场作业管控、政务中心能源管理和造纸机械车间技改等项目中实现市场突破及新的应用。

中船信息有关负责人建议,为了促进智慧车间在船舶行业更加广泛的应用,今后在制造智能化和数字化相关工程中,还需要加强顶层设计,切实运用“两化深度融合”的方法,以“质量、效益”为中心来实施。同时,应当重视现场需求,围绕关键问题,突出 “信息化”和“智能化、自动化”方案的无缝集成。此外,要力求点面结合,注重实效,将创新和优化提升相结合。

该负责人强调:“国内外市场竞争压力迫使船舶行业转型发展,而在‘中国制造2025’和两化深度融合的思想指导下,依托先进工艺技术、智能化技术和信息技术,创新并优化提升现有产品设计、制造及服务的流程与结构,将是船企走出困境、重塑核心竞争优势的关键所在。”

未来,中船信息还将从研发及设计上联合上海船舶工艺研究所和中船第九设计研究院共同推进“智慧车间”在船舶行业的深入应用。同时,中船信息也将在主机制造(智能造机)及其他配套领域进行广泛拓展。(来源 中国船舶报 记者 李锐)