智能造船蓄势待发

本刊记者 赵 博

推行现代造船模式，推动船舶总装建造智能化转型，是我国造船企业增强竞争力的重要选择。

2018年12月28日，工业和信息化部、国防科工局印发《推进船舶总装建造智能化转型行动计划（2019-2021年）》（以下简称《行动计划》）。旨在加快新一代信息通信技术与先进造船技术深度融合，逐步实现船舶设计、建造、管理与服务全生命周期的数字化、网络化、智能化，推动船舶总装建造智能化转型，促进船舶工业的高质量发展。《行动计划》的推出，将对我国船舶工业发展产生深远影响。

《行动计划》推动转型

随着信息通信技术快速更迭，数字化、网络化、智能化渐成为未来制造业发展的主要趋势，世界主要造船国纷纷加快智能制造步伐。我国出台的《行动计划》正是结合了新时代我国船舶工业转型升级的发展需要，充分考虑了当前智能制造发展趋势，紧扣行业特点与需求，坚持问题导向，以全面推进数字化造船为重点，以关键环节智能化改造为切入点而提出的。

数字化被认为是智能制造的开端和基础，主要特征包括数字化技术（如数控机床）的广泛应用、计算机辅助设计与制造（如CAD、CAPP、CAM）的兴起、生产过程管控信息化（如ERP、MES）等。“数字化的核心特征为计算机技术的应用。”中国船舶重工集团七一四研究所海事研究中心工程师吴笑风总结道：“网络化是在数字化基础上深入应用先进通信技术和网络技术，通过网络，将人、流程、数据和事物连接起来，打通企业内部和企业之间的‘信息孤岛’，通过协同和各种社会资源的共享与集成，实现产业链的优化，进而快速、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务，其核心特征则为信息的联通。而智能化的主要特征表现在制造和服务系统具备认知学习能力（如企业具备为产品提供预测性维护服务的能力），更注重于学习能力的形成。”

理解了数字化、网络化、智能化之间的区别，便会领悟“以全面推进数字化造船为重点，以关键环节智能化改造为切入点”的含义。

在吴笑风看来，推进数字化造船的重点是将骨干企业数字化造船水平“拉平”，实现数字化技术全面普及，为后续实施的网络化和智能化发展打下坚实基础，同时对基础较好的示范型/标杆型企业（已实现了数字化和一定程度网络化的企业）而言，需要在已有基础上，针对智能化做出重点突破。“至于数字化技术中的工作重点和关键环节智能化改造，需要结合各企业的实际情况来分析。如果单从数字化、网络化、智能化‘并行推进、融合发展’的角度宏观来看，一项比较关键的任务是采用‘基于模型的系统工程（MBSE）’理念和实践，逐步替换传统的‘基于文档’的模式，实现产品模型在整个生命周期内的一致性。”

对于我国船舶制造业而言，要实现“换道超车”，须采取“并联式”的发展方式，并行推进数字化、网络化和智能化，使中国船舶工业得到进一步的融合发展。

南通中远川崎船舶工程有限公司内业（船体）车间内的机器人自动化生产线

领先企业率先发力

南通中远海运川崎船舶工程有限公司（以下简称南通中远海运川崎）总经理陈弓，则从船舶建造智能化转型实践的角度，分享了他的体会。陈弓说：“数字化造船的重点，包括数字化造船体系及其建设。数字化造船体系就是基于‘五化’（数字化、网络化、智能化、可视化、集成化)的数字化信息技术建立起来的数字、信息驱动的船舶设计建造体系。数字化造船体系建设是在网络化、数字化信息空间中建立造船生产方式的空间结构、时序关系和发展模式，形成数字化造船技术研发平台、造船模式和运行机制。‘五化’建设，也正是南通中远海运川崎数字化造船的重点。”

全球完整运用三维体验平台进行数字化设计、建造的首艘船舶——“东方红3”号轮

事实上，南通中远海运川崎早在2012年就将机器人应用作为信息化和工业化深度融合的切入点，积极进行智能车间化建设，引进自动化、智能化生产线，提高船舶精准制造、敏捷制造能力，以打造智能制造新引擎。

近几年来，南通中远海运川崎在智能化转型探索方面做了很多探索，以精益设计、精益生产、精益管理为基础，将船舶先进制造技术与信息技术、自动化技术、通信技术、人工智能技术相融合，围绕着数字化设计平台完善、车间智能化提升、信息管控平台开发、产品服务平台构筑、互联互通平台建设等方面开展工作，持续推进船舶设计、采购、仓储、生产、产品服务等环节的智能化提升，分步推进智能制造车间建设，提升造船质量和效率，打造面向客户的绿色船舶柔性制造生态系统。

“至于关键环节的智能化改造，实际上是针对船舶建造关键薄弱环节，特别是‘脏险难’工序，‘先简单后复杂’推进智能制造。根据船舶建造流程，南通中远海运川崎优先选择船舶建造过程中关键工序（切割、焊接、先行小组立、管加工等）进行自动化、智能化改造，未来，还将在大组立分段焊接、机器人涂装和机器人打磨等方面进行智能化改造。”陈弓说，“目前，南通中远海运川崎的‘五化’建设初见成效，完成智能化技术和装备在船体、管子等智能化车间的布局。建成并投产多条自动化、智能化生产线，建成工信部智能制造示范基地项目1个，江苏省示范智能车间2个。”

提到善用数字化造船的企业，想必大家还会想到江南造船（集团）有限责任公司（以下简称江南造船）。2018年初交付的全球完整运用三维体验平台进行数字化设计、建造的首艘船舶——“东方红3”号轮，正是出自江南造船。

从方案设计阶段点、线模型，到详细设计实体模型、CAE分析模型，再到工厂工艺模型、工艺指令和作业指导，数字化技术贯穿于江南造船产品研制的全过程。江南造船江南研究院副院长朱明华介绍，现在，一个三维模型就可以分析全部要素，船东也可一目了然地看到船舶的整体情况。“以前与船东商定船型，就是摊开图纸，确定一些技术指标。现在，我们可以根据船东需求快速做出数字样船，把一艘船完整地展现出来。未来，船东还能随时查看建造进度和全船质量数据。”

江南造船应用三维体验平台完成的第一艘数字样船，高度集成了CAD/CAE/CAM等技术，不但构建了100%的三维模型，而且可以模拟船员在船上的行走、操作和运维，充分反映出人在船上的行为，这不仅有助于在设计阶段发现问题，而且有效控制了更改及造船成本，提高了船东的满意度和用户体验。

为了提高建造质量和建造效率，江南造船还根据船厂实际情况，利用计算机技术、网络技术，联合设备厂商和设计院所，共同研发自动化、数字化设备，开发相应的智能系统，并不断完善数据库，实现设备自我感知、自我分析、自我纠偏、自我调整和自我检测等自适应行为，达到一体化智能作业，建立了数据集成管理、流程集成管理的精益制造生产模式。与此同时，江南造船还建立了标准化示范作业区，借助数字化技术，实现了船体结构建造全过程管控，建立了全要素、多维度管控的流程化生产模式，构建了高效、节能、绿色、环保、舒适的精益管理车间。

上海外高桥造船有限公司（以下简称外高桥造船）总经理陈刚认为，智能船厂不再仅是智能设备的应用，更是造船工业全要素、全产业链、全价值链连接的关键支撑，是实现造船工业高质量发展的基石。据悉，外高桥造船实施的通用部件焊接机器人项目将实现一键式操作、智能化焊接、连续稳定作业，为外高桥造船加快推进智能制造奠定基础。而外高桥造船依托自主研发的推进现代造船模式SEM系统，深化建模2.0，不断尝试传统造船与互联网技术的融合，重塑管理模式和信息系统，推动产业改革。

在打通数据流的基础上，实现数据的全流程覆盖，再推进智能单元、局部模块改造，进而完成生产线和整个车间的智能化建设，才能最终实现船厂智能制造的深刻变革。但在此过程中，船厂还应坚持提高管理协调能力，增强考核机制的灵活性，以及提升应对效率暂时下降、成本短时上升等问题的能力，以更好地解决可能出现的磨合、调整问题。

标准化要先行

“智能制造靠过程。”江南造船总工程师胡可一曾不止一次地提出过这个观点。的确，智能制造符合我国船舶工业由大到强的长期诉求，但要真正提升我国船舶建造能力，实现智能制造，将是一个漫长的推进过程。

“机械臂的生产效率低，能耗比较大，部件的标准化和精度在技术应用上有客观限制。”胡可一举例称：“在自动化程度较高的汽车、电子等行业的流水线上，有很多固定工位的机器人或机械臂从事高效率的重复性装配、焊接工作。这些产品是包容在流水线之内的，而适合船舶工业的是‘非包容性自动化’。由于大中型钢质船舶的分段、设备体量大，一些传统的自动化设备无法满足船舶建造需求，这成为船舶工业提高自动化水平的最大难点。假如能够让稳定、高效的机器人离开固定工位或轨道，形成一种自适应能力，可以进入船舱等各个位置进行作业，船舶工业就可能进入更高级的智能化制造阶段。要实现这一颇具后现代色彩的图景，需要大量的数据积累，以及在机器人工程化上取得突破。”

如此看来，智能制造需要设计、建造、管理多方面的大数据库做支撑，船舶建造企业也要根据行业特点进行更加深入的研究。

“《行动计划》提出的重点任务，实现起来确有不小的难度，技术攻关只是第一步，还需要在实践中经过多轮优化和提升迭代才能最终固化形成生产力的提升。”吴笑风所持观点与胡可一类似，他进一步说到，“同时，我国造船企业还存在发展水平参差不齐的情况。实现《行动计划》中提出的重点任务，需要造船企业全面参与和宏观统筹，取长补短。这要求企业客观分析短板和优势，选取重点集中发力，再通过集成实现整个产业质的提升。在这一过程中，标杆企业也应发挥示范作用，在提供经验的同时，注重标准积累，将发展路径和模式通过标准进行固化。”

中国船舶重工集团七一四研究所国际海事与标准化研究部主任助理、中船重工智能制造标准体系建设专家赵川也强调，推进智能制造，标准化要先行。船舶智能化工艺设计标准，包括数字化工艺设计完整性及三维建模要求、三维模型设计数据交换标准及数据接口标准、船体构件智能化加工、装配及焊接工艺设计要求、面向智能制造的产品数据管理要求、建造过程工艺仿真要求、面向现场作业的三维作业要求等。“要推进船舶制造业智能化转型，标准方面要解决设计全三围模型化，使三维模型从设计到生产有效传递，同时实现车间总装建造三维可视化，使车间各系统有效集成，此外，形成基于MBD的标准规范，有效指导一体化协同研制。”赵川说。