智能制造是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
從《中國(guó)制造2025》的頒布來(lái)看，我國(guó)加快了智能制造技術(shù)發(fā)展的步伐，這也是船舶制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然方向。
從國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)以及其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展規(guī)律來(lái)看，船舶智能制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。
目前，CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)）、CAA（計(jì)算機(jī)輔助裝配）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）等，已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，智能制造技術(shù)基于數(shù)字制造技術(shù)，利用“知識(shí)處理”“知識(shí)優(yōu)化”和“智能數(shù)控加工”方法，使系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、高質(zhì)地進(jìn)行生產(chǎn)。
船舶制造也正是使用了這些數(shù)字制造技術(shù)和相關(guān)的方法，使其制造技術(shù)水平不斷得以提高。
1、智能制造技術(shù)概述
智能制造技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，它包括了智能能源、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、物理系統(tǒng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)人類和機(jī)器的協(xié)同運(yùn)作，進(jìn)而提高整個(gè)生產(chǎn)制造的柔性，最大程度的將生產(chǎn)的智能化和集成化體現(xiàn)出來(lái)。智能制造技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了一個(gè)過(guò)程。
在第一階段和第二階段，主要是散裝和分段制造，這時(shí)主要以勞動(dòng)密集型為主，造船的效率較低。在后續(xù)的發(fā)展中，開始利用區(qū)域組裝的方式來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的作用。隨后又引入了信息技術(shù)，可以發(fā)展成集成制造的模式，主要是信息密集型的生產(chǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)有了極大的提升。
到了近代，逐漸發(fā)展出了智能技術(shù)，可以利用產(chǎn)品模塊和信息數(shù)字化的技術(shù)來(lái)靈敏地制造。目前全球的大多數(shù)船舶制造行業(yè)正在致力于發(fā)展智能技術(shù)，可以將該技術(shù)不斷的完善。
圖1造船水平發(fā)展階梯圖
船舶制造水平的發(fā)展在一定程度上也體現(xiàn)了智能制造的發(fā)展水平，從大體上來(lái)看，智能制造的發(fā)展分為三個(gè)階段。
在第一階段主要是以數(shù)字化工廠為依托，通過(guò)采集信息來(lái)進(jìn)行分析，利用仿真模擬技術(shù)來(lái)對(duì)生產(chǎn)的過(guò)程進(jìn)行全方位的評(píng)估，通過(guò)這項(xiàng)評(píng)估就可以預(yù)測(cè)在生產(chǎn)過(guò)程中可能遇到的各種問(wèn)題，能夠加強(qiáng)制造與設(shè)計(jì)的聯(lián)系，有利于提高生產(chǎn)的效率。
在第二階段則是利用監(jiān)控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)過(guò)程中的可控性，這時(shí)就可以有效地增強(qiáng)機(jī)器與人的協(xié)調(diào)合作，對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)的控制有著極大的提高，同時(shí)也對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化有著較大幫助。
在第三個(gè)階段則是智能制造階段，可以深入地將信息技術(shù)和制造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，讓智能制造貫穿設(shè)計(jì)、管理、服務(wù)和生產(chǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)，整個(gè)生產(chǎn)更加的智能化，能夠極大地提高生產(chǎn)的靈活性，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的一體化生產(chǎn)。
2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其與船舶智能制造的融合
2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而出現(xiàn)的，最終提出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的是美國(guó)麻省理工學(xué)院的Ashton教授。2005年，Ashton教授在信息社會(huì)世界峰會(huì)上提出了Internetof Things這個(gè)理念，也就是說(shuō)將“物”用互聯(lián)網(wǎng)的方式鏈接起來(lái)，此概念在引入中國(guó)之后被稱為“物聯(lián)網(wǎng)”。
人們習(xí)慣于將互聯(lián)網(wǎng)世界定義為一個(gè)虛擬世界，其中的內(nèi)容并不是真實(shí)可觸摸的，與現(xiàn)實(shí)世界有很大的區(qū)別，而物聯(lián)網(wǎng)就是將虛擬世界和真實(shí)世界聯(lián)系起來(lái)。將物與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接是需要傳感器技術(shù)和設(shè)備的，將物連接到計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)中，就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察物的運(yùn)行情況，因此，物聯(lián)網(wǎng)一般都用于物流系統(tǒng)、工程建設(shè)項(xiàng)目中。
2.2船舶智能制造與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合
船舶智能制造與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以形成融合，目的是提高船舶智能制造的效率。物聯(lián)網(wǎng)可以將船舶智能制造的各個(gè)環(huán)節(jié)通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員與物、物與物之間的信息交換，形成一種便于觀測(cè)和檢測(cè)的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在船舶智能制造中的應(yīng)用來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)可以將本身具有的感知控制層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層應(yīng)用其中，并且最終實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的收集和分析、關(guān)鍵信息的掃描和感知、數(shù)據(jù)信息的有效傳輸以及最終實(shí)現(xiàn)智能終端的信息處理，并發(fā)送自動(dòng)化解決問(wèn)題的指令信息或者是由相應(yīng)的管理技術(shù)人員發(fā)出指令，形成智慧化的船舶建造系統(tǒng)。
3、智能制造技術(shù)在船舶行業(yè)的應(yīng)用
3.1射頻識(shí)別技術(shù)
射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)又稱為無(wú)線射頻識(shí)別，是一種無(wú)線通信技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間進(jìn)行機(jī)械或光學(xué)接觸。
相比汽車和飛機(jī)，船舶制造的特點(diǎn)是離散性強(qiáng)、場(chǎng)地大、人員密集、零部件數(shù)量級(jí)更高，在船廠庫(kù)房使用射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)各種生產(chǎn)資料的進(jìn)庫(kù)和出庫(kù)、供應(yīng)鏈管理和資產(chǎn)的管理，將大量的零部件狀態(tài)實(shí)現(xiàn)信息化，是實(shí)現(xiàn)船舶智能制造的重要一步。
3.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network）是由許多在空間分布的自動(dòng)裝置組成的一種無(wú)線通信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置使用傳感器監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況（如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物等），船廠的工作環(huán)境具有噪聲大、粉塵多、振動(dòng)強(qiáng)等特點(diǎn)，并且環(huán)境復(fù)雜，無(wú)論是對(duì)設(shè)備本身的可靠性要求，還是對(duì)廠區(qū)的布局規(guī)劃都很重要，解決全廠區(qū)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建問(wèn)題是十分有挑戰(zhàn)性的。
3.3信息物理融合系統(tǒng)
信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過(guò)3C（Computation、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。在工業(yè)4.0時(shí)代，CPS對(duì)各行業(yè)來(lái)說(shuō)都是必需的。
4、船舶智能制造體系
船舶的智能制造體系涵蓋了多個(gè)方面，它主要包括智能制造系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和數(shù)字化造船系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是在設(shè)計(jì)的初期通過(guò)數(shù)據(jù)的采集和分析來(lái)模擬后續(xù)的生產(chǎn)，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
智能制造系統(tǒng)和數(shù)字化造船系統(tǒng)則主要體現(xiàn)在船舶制造的過(guò)程中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)來(lái)進(jìn)行整體的把控。當(dāng)系統(tǒng)輸入相應(yīng)的需求之后，整個(gè)體系就可以自主的進(jìn)行運(yùn)作，各類問(wèn)題也可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理。
對(duì)于一些較為先進(jìn)的智能制造體系而言，生產(chǎn)中的小問(wèn)題智能制造體系自身就可以自主的處理與解決，人工更多的是發(fā)揮監(jiān)督和審查的作用。目前，德國(guó)、歐美和日本等地區(qū)，船舶制造企業(yè)都在致力于發(fā)展船舶智能制造體系，他們的船舶制造自動(dòng)化程度極高，而且生產(chǎn)效率相對(duì)于我國(guó)也較高，產(chǎn)品的附加值使得他們?cè)谑袌?chǎng)上有了更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
也正是基于這一情況，我國(guó)船舶制造企業(yè)的改革迫在眉睫，需要加快智能制造技術(shù)的應(yīng)用，以此來(lái)應(yīng)對(duì)當(dāng)前船舶制造行業(yè)的市場(chǎng)沖擊。
