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造船业:拥抱数字化未来

分类: 综合来源:网络作者:网络发布时间:2019-02-01关键字:造船业  数字化  网络化  智能化
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  数字化、网络化、智能化的智能制造已日益成为世界船舶工业发展的重要方向。近日,《推进船舶总装建造智能化转型行动计划(2019—2021年)》和《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》相继印发,旨在促进我国船舶工业供给侧结构性改革,提升核心竞争力,实现高质量发展。作为典型的传统制造业,数字化造船的发展机遇从何谈起?在数字化发展进程中将遇到哪些问题?又该如何解决?

  借政策东风 待春日暖阳

  随着新一代信息通信技术的快速发展,数字化、网络化、智能化日益成为未来制造业发展的主要趋势,世界主要造船国家纷纷加快智能制造步伐。作为国家战略性装备制造业的代表,我国船舶工业已形成了较强国际竞争力的基础优势,数字化造船技术的运用将大幅提升技术水平和竞争优势、促进我国船舶工业又好又快发展。

  当前,我们正迎来世界新一轮科技革命和产业变革同我国转变发展方式的历史交汇期,发展智能船舶既面临着千载难逢的历史机遇,又面临着众多不确定因素和巨大挑战。

  如何把握换道超车的历史性机遇?政策保障是一股重要的推动力。

  2019年伊始,《推进船舶总装建造智能化转型行动计划(2019—2021年)》(以下简称《转型行动计划》)和《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》(以下简称《发展行动计划》)相继印发,为我国船舶工业发展指明了清晰的路线,“船舶智能化+船厂数字化”已经成为我国造船业发展的必然方向。

  《转型行动计划》从攻克智能制造关键共性技术和短板装备、夯实船舶智能制造基础、推进全三维数字化设计、加快智能车间建设、推动造船数字化集成与服务五方面提出了15项重点任务,明确经过三年努力,船舶智能制造技术创新体系和标准体系初步建立,2—3家标杆企业率先建成若干具有国际先进水平的智能单元、生产线和车间,骨干企业基本实现数字化造船,实现每修正总吨工时消耗降低20%以上,单位修正总吨综合能耗降低10%,建造质量与效率达到国际先进水平,为建设智能船厂奠定坚实基础。

  《发展行动计划》则提出以现代信息技术和新一代人工智能技术与船舶技术跨界融合为主线,以提升船舶安全性、经济性、环保性和高效性为核心,以加快船舶智能技术工程化应用为重点,经过三年努力,形成我国智能船舶发展顶层规划,初步建立智能船舶规范标准体系,突破航行态势智能感知、自动靠离泊等核心技术,完成相关重点智能设备系统研制,实现远程遥控、自主航行等功能的典型场景试点示范,扩大典型智能船舶“一个平台+N个智能应用”的示范推广,初步形成智能船舶虚实结合、岸海一体的综合测试与验证能力,保持我国智能船舶发展与世界先进水平同步。

  21世纪是海洋世纪,海洋经济已经成为世界经济发展的新领域。我国将建设海洋强国提升至国家发展战略高度,加快发展船舶业是其中的重中之重。“电子控制技术和计算机技术的发展,推进了船舶控制自动化的发展,我相信远程通讯技术、大数据、人工智能等技术的发展,会进一步推进船舶向更加智能化的方向发展。因此,‘智能船舶’是船舶发展的必然趋势。”江南造船(集团)有限责任公司总工程师胡可一说。

  数字化驱动 迎转型升级

  “以前造一艘船需2—3年,现在最快的只需一年,为什么?就是因为造船方式发生了巨大变化。”中船集团上海船舶工艺研究所副所长谢新说。

  造船工程着实复杂,但往简单里说,就是分解与组合两大步骤。所谓分解,就是在设计阶段建构整船模型,并逐级拆分为分段、组件、部件、零件;而组合,就是在生产阶段再将零件依次装配为分段、整船。

  过去造船之所以耗时,很大程度上是“分解”做得不够智能。在船舶领域,由于行业特性和历史传承,设计与制造相对分离——总体所进行总体设计时,一般较少从建造角度考虑如何合理、高效;到了总装厂,还要再进行生产设计,重新进行三维建模,进一步明确“怎么造船”“怎么组织造船”。

  “按传统方式,设计环节要尽快出图,建造中遇到问题再返工解决。”中船集团江南造船公司江南研究院副院长朱明华表示,这一模式带来了明显的弊端——同样做一处修改,在设计阶段花1个小时就能完成,若到建造阶段再发现、解决,就可能因为重新设计、采购物料、返工而耽误100个小时。

  “现代造船模式,最核心的就是两个‘一体化’——设计、生产、管理一体化,以及壳舾涂一体化。”谢新解释说,前一个“一体化”是在设计阶段就将工艺、生产和管理的要素统筹精细考虑,让造船更有章法;后一个“一体化”则是打破“先造船壳、再做舾装、最后涂装”的传统模式,提升分段、总段等中间产品的完整性,每个分段、总段实施壳舾涂一体化的精度制造,最后就可以像“搭积木”一样合拢起来,从而大幅提升造船效率。

  “推行现代造船模式,最重要的基础就是数字化。”谢新说,现在造船业常说“傻瓜造船”,指的是让一线工人的操作尽量转为“傻瓜式”的简单劳动,而在分解过程中依靠强大的数字化手段和三维设计能力实现高度智能。

  推进数字造船是我国造船企业增强竞争力的重要选择。一方面,人工智能将成为船舶行业提高生产效率,降低企业成本的主要方式,帮助行业更好地优化生产流程、更好地配置整合资源,贯穿制造体系全流程。另一方面,人工智能的应用发展将改变现有的传统制造模式与商业模式,引入外部竞争者,或将改变传统产业格局。

  1月16日,工信部发布消息称,2018年我国造船三大指标以载重吨计国际市场份额均超过40%,继续保持世界领先;以修正总吨计造船完工量、新接订单量、手持订单量分别占国际市场份额的36.3%、35.4%和35.8%,其中新接订单居第二位,完工量和手持订单量均位居第一。

  然而,中国造船效率仅是日韩水平的三分之一。中国工程院院士、船舶先进制造技术专家组组长林忠钦表示,近10年来,中国国内骨干船厂每修正总吨工时平均消耗从44降到30(个别先进企业达到20左右),但与日本的10、韩国的15相比,差距明显。按照业内评估,造船业国际先进水平正在从工业3.0向4.0过渡,而中国国内,大部分船企处于2.0阶段。相对于汽车行业,造船业的自动化水平大为落后。中国造船业在完成订单、新增订单等方面远超日韩,但随着要素成本上升,中国的优势正在失去,如果不抓紧时间转型升级,过去的优势将改变。

  21世纪以来,我国船舶工业实现了快速发展,骨干造船企业建立起以中间产品组织生产为特征的现代总装造船模式,并不同程度开展了智能化转型探索工作,取得了一定成效。但是,总体上我国船舶制造业仍处于数字化制造起步阶段,而且各造船企业发展水平参差不齐,三维数字化工艺设计能力严重不足,关键工艺环节仍以机械化、半自动化装备为主,基础数据缺乏积累、信息集成化水平低等突出问题亟待解决。

  高质量发展 需补三门课

  船舶制造是典型的离散型生产,由于船厂空间尺度大、船舶建造周期相对较长、工艺流程复杂、单件小批量、中间产品种类非标件数量多、物理尺寸差异大、作业环境相对恶劣,对数字化、网络化、智能化技术应用提出了特殊要求。

  可以预见,造船业只有加快智能化转型,才能真正提升质量和效益,实现高质量发展。

  随着《转型行动计划》和《发展行动计划》的发布,船舶制造业的发展再次被推上风口浪尖。业界人士认为,《转型行动计划》和《发展行动计划》对“我国船舶制造业总体仍处于数字化制造起步阶段”的判断理性、客观;对我国船企“三维数字化工艺设计能力严重不足、基础数据缺乏积累、信息集成化水平低”等问题的分析“一针见血”;提出的“推进全三维数字化设计”等重点任务极具针对性。

  专家表示,我国广大船企应以《转型行动计划》和《发展行动计划》为指引,加强与设计院所、检验机构的协同合作,把握机遇、主动作为,以全面推进数字化造船为重点,尽快弥补在设计前端、生产建造、检验环节等方面的数字化“欠账”,推动我国船舶总装建造水平迈上新台阶。

  那么,如何夯实基础,补齐短板?专家表示,全面推进数字化,中国造船业需补三门课。

  全面推进数字化造船,要补的“第一课”是厂所协同,构建初步设计、详细设计、生产设计基于统一数据库的三维模型,在设计前端打通数据流。目前,我国船舶工业总体上仍处于“三维建模、二维出图”阶段,设计院所根据技术图纸建模,然后出二维施工图,船厂根据施工蓝图再建模,之后再出二维图纸到各专业车间。这种院所和船厂之间主要依赖图纸传递工程信息的现状,导致双方对接的有效性不高、及时性较差、通用性过低,船厂不仅很难充分利用院所的设计模型和设计数据,而且需要在生产设计阶段做大量的修改或重复工作,严重影响设计建造效率。

  正是数据“孤岛”的长期存在,才造成了院所与船厂信息“孤岛”问题始终难以得到有效解决。因此,唯有首先补上这一课,打通横亘在院所与船厂之间的这堵“墙”,我国造船业的智能化转型才是有源之水、有本之木。

  全面推进数字化造船,要补的“第二课”是厂内协同,让三维模型所包含的造船各专业数据直接传输到生产现场,不再通过二维出图。受生产过于离散、工艺流程复杂等特点影响,如何实现数据从生产设计到制造端的流通,一直是应用三维设计软件时面临的最主要问题。尽管部分船厂使用了比较先进的三维设计软件,但是因为终端设备或生产设备的改造没能及时跟上,会造成三维交付物仍然需要二维打印的情况。数据是智能制造的关键,数据流不通畅,智能制造便无从谈起。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。值得注意的是,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。

  全面推进数字化造船,要补的“第三课”是船舶检验的协同,实现船厂内检与船级社检验的一致性,提升统一数据模型下检验的效率。从目前已经应用了统一三维数据模型的项目来看,船舶检验阶段面临的主要问题是,船厂内检部门根据三维模型进行检验、比对,但是船检和船东一般还是使用二维退审图纸来检验,也就是说,内检三维模型与外检二维退审图纸之间存在是否一致的问题。总体来看,船东和船检并不会排斥三维检验,但如何实现有效对接、怎样减少误差,需要船厂、检验机构和设计院所三方通力协同,必须在设计阶段就保证三维模型和二维退审图纸之间的一致性,既从源头上也从全过程确保数据贯通。

  当前,我国船舶工业正处在由大到强转变的战略关口,造船企业应在全面建立现代造船模式基础上,把握机遇,顺应趋势,主动作为,努力赶超,推动我国船舶总装建造智能化水平迈上新台阶。

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