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新基建正在催生和重構(gòu)一個(gè)全新的新造船工程體系，升級(jí)智能制造構(gòu)建新一代智能船廠，是我國造船業(yè)提質(zhì)增效、高質(zhì)量發(fā)展的重要手段，對(duì)我國造船行業(yè)的持續(xù)科學(xué)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。
前言
“新基建”時(shí)期的新一代智能船廠建設(shè)是在新基建的背景下，基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造、管理技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)場(chǎng)所。在船舶設(shè)計(jì)、建造、管理、服務(wù)的全過程中綜合應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)，包括基于以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為核心的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息感知和集成，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬制造等技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度決策，基于三維數(shù)字建模、并行工程、專家系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行高效精確設(shè)計(jì)，基于敏捷制造、柔性制造的自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行智能流水作業(yè)等，從而在船廠實(shí)現(xiàn)高度集成化、智能化的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及管理。
新基建正在催生和重構(gòu)一個(gè)全新的新造船工程體系，升級(jí)智能制造構(gòu)建新一代智能船廠，是我國造船業(yè)提質(zhì)增效、高質(zhì)量發(fā)展的重要手段，對(duì)我國造船行業(yè)的持續(xù)科學(xué)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。
新一代智能船廠的發(fā)展思路
在新基建背景的支持下，聚焦船舶總裝企業(yè)智能制造的摸索和發(fā)展，兼顧其他制造企業(yè)在個(gè)別領(lǐng)域的突破；積極探索智能制造在船舶總裝行業(yè)的表現(xiàn)形式、實(shí)現(xiàn)手段和潛在方向，打造企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。將船舶先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR/MR、人工智能技術(shù)、邊緣計(jì)算和企業(yè)云相融合，持續(xù)推進(jìn)船舶設(shè)計(jì)、采購、倉儲(chǔ)、生產(chǎn)、產(chǎn)品服務(wù)等各環(huán)節(jié)的智能化提升，完善船廠信息化建設(shè)和智能化設(shè)備布局，提升船廠造船質(zhì)量和效率，逐步推進(jìn)新一代智能船廠建設(shè)。
1.新一代智能船廠構(gòu)架圖
新一代智能船廠的建設(shè)以構(gòu)建綠色生態(tài)系統(tǒng)為核心，通過數(shù)字主線技術(shù)將物理船廠與虛擬數(shù)字廠相連通，基于“鉆石”模型下方的“三層三模型”互聯(lián)互通平臺(tái)，共享物理與虛擬空間大數(shù)據(jù)，建設(shè)圍繞產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)、車間智能化生產(chǎn)能力提升、信息管控及物流平臺(tái)、產(chǎn)品全生命周期服務(wù)平臺(tái)和能夠完成協(xié)同設(shè)計(jì)、人機(jī)交互、運(yùn)維決策的虛擬孿生船廠等方面切實(shí)推進(jìn)新一代智能船廠，以提升船廠的船舶建造競(jìng)爭(zhēng)力和增值服務(wù)能力。
▲新一代智能船廠“鉆石”模型
2.新一代智能船廠介紹
新一代智能船廠是具備互聯(lián)互通的高速網(wǎng)絡(luò)、高效準(zhǔn)確的工業(yè)軟件、先進(jìn)智能制造裝備流水線和車間等的物理空間，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)建造到交付運(yùn)營(yíng)的全生命周期服務(wù)場(chǎng)所；同時(shí)通過分布在物理設(shè)備和環(huán)境中的多個(gè)傳感器，進(jìn)行大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)采集（如材料屬性、實(shí)時(shí)性能和環(huán)境條件）和狀態(tài)標(biāo)識(shí)，以實(shí)現(xiàn)使信息世界和物理世界之間的交互，結(jié)合已掌握數(shù)據(jù)，依托高速率、低時(shí)延、高可靠的5G技術(shù)，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)邊緣計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，以數(shù)據(jù)為核心主線孿生出相應(yīng)的物理模型、數(shù)據(jù)模型和應(yīng)用操作平臺(tái)，打造虛擬船廠和企業(yè)大腦，賦能工廠創(chuàng)新設(shè)計(jì)、安全生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)環(huán)節(jié)，加速實(shí)現(xiàn)智能制造，全面賦能船舶制造業(yè)再度升級(jí)。實(shí)現(xiàn)對(duì)物理場(chǎng)所和產(chǎn)品的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、模型支撐、軟件定義的精準(zhǔn)映射和智能決策。
物理現(xiàn)實(shí)部分感知和收集數(shù)據(jù)，而數(shù)字信息部分分析和處理數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)字主線雙向反饋?zhàn)龀鰶Q策。物理世界是動(dòng)態(tài)的，同一實(shí)體可能在不同的時(shí)間顯示不同的屬性。為了保持一致，使用傳感器收集來自物理世界的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并傳達(dá)到信息世界，以驅(qū)動(dòng)信息元素與物理世界同步。信息世界使用感知數(shù)據(jù)來計(jì)算控制輸出并將其發(fā)送到執(zhí)行器進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)。通過數(shù)學(xué)模型和相關(guān)計(jì)算工具，可以提高生產(chǎn)效率，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理、預(yù)測(cè)未來狀態(tài)和故障。在物理模型和數(shù)據(jù)模型的平臺(tái)上，基于“感知-分析-決策-執(zhí)行”的閉環(huán)，通過“狀態(tài)傳感、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策和精確執(zhí)行”的閉環(huán)完成新一代智能船廠的營(yíng)運(yùn)發(fā)展。
新一代智能船廠的發(fā)展目標(biāo)
新一代智能船廠建設(shè)發(fā)展的“兩步走”規(guī)劃：2025年前基于5G技術(shù)完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)的全要素實(shí)時(shí)監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)全流程可視化，積極推進(jìn)大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)與切割加工機(jī)器人、焊接機(jī)器人、涂裝機(jī)器人等智能化裝備的結(jié)合應(yīng)用，構(gòu)建人機(jī)互動(dòng)的智能化柔性生產(chǎn)線和智能化生產(chǎn)車間。2030年前協(xié)同數(shù)字主線構(gòu)建虛擬與物理船舶制造信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)少人化運(yùn)維決策，完善物理和數(shù)字高智能化船廠建設(shè)，聯(lián)通上下游供應(yīng)鏈，組建模塊化、專業(yè)化合作生產(chǎn)的綠色動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，提供船廠和產(chǎn)品全生命周期的智能化服務(wù)。
新一代智能船廠的發(fā)展策略
新一代智能船廠的建設(shè)核心是圍繞產(chǎn)品的核心業(yè)務(wù)流程與標(biāo)準(zhǔn)化，從根本上優(yōu)化企業(yè)管理、設(shè)計(jì)、采購、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)“效率、質(zhì)量、利潤(rùn)”的有效提升。建設(shè)采用“總體規(guī)劃、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、分步實(shí)施、效益驅(qū)動(dòng)、模式創(chuàng)新、協(xié)同發(fā)展”的實(shí)施方針。
1.不以投資驅(qū)動(dòng)，以提升效率、質(zhì)量、效益為目標(biāo)。以解決痛點(diǎn)、難點(diǎn)問題為導(dǎo)向，先易后難，優(yōu)先落實(shí)投資少、見效快的建設(shè)項(xiàng)目。
2.以點(diǎn)帶面，以面建體，穩(wěn)步推進(jìn)、不盲從、不冒進(jìn)。完全打通信息孤島，從完善業(yè)務(wù)跟蹤出發(fā)，理順生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)、采購、計(jì)劃等環(huán)節(jié)，增加與廠外的協(xié)同，完善與船東船檢、訂單與庫存、計(jì)劃與生產(chǎn)等多重要素之間的協(xié)同發(fā)展。
3.堅(jiān)持持續(xù)改善，注重積累，確保安全，引導(dǎo)和鼓勵(lì)發(fā)展精益管理、提升設(shè)計(jì)能力、流程優(yōu)化，同時(shí)開展物理空間和虛擬世界的相應(yīng)建設(shè)。
4.加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的交流，相互借鑒，共同發(fā)展。實(shí)現(xiàn)船舶制造價(jià)值鏈的橫向貫通，以造船廠為核心，拉動(dòng)供應(yīng)商的供貨和協(xié)同，推動(dòng)船檢的協(xié)同應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)對(duì)傳動(dòng)的數(shù)據(jù)化交付和運(yùn)維能力。
新一代智能船廠的發(fā)展內(nèi)容
1.完善信息化基礎(chǔ)工程，搭建互聯(lián)互通平臺(tái)
積極引進(jìn)5G技術(shù)，基于智能裝備的要求和精益生產(chǎn)的流程，在船廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和船舶制造物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方面推進(jìn)互聯(lián)互通平臺(tái)建設(shè)。
（1）實(shí)現(xiàn)廠域空間全5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。有線網(wǎng)絡(luò)延伸到車間、班組，有線不能到達(dá)的地方，采取無線網(wǎng)絡(luò)廠域全覆蓋，并對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、制造、管理和服務(wù)等各類數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。
（2）推進(jìn)傳感器、GPS、智能標(biāo)識(shí)、二維碼、RFID和跟蹤定位等技術(shù)的應(yīng)用和物流感知網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，實(shí)時(shí)獲取物流配送、零件加工、分段制造等階段的位置、形態(tài)等動(dòng)態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)船舶制造過程的數(shù)字化、移動(dòng)端的可視化和物流信息的可追溯。
（3）引進(jìn)完善先進(jìn)工業(yè)軟件，包括產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化軟件（CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM、PLM等），業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理軟件（ERP、MES、CRM、SCM、SRM、BI、MDM等），數(shù)據(jù)采集、安全管控運(yùn)行的工控軟件（APC、PLC、SCADA等）。重點(diǎn)進(jìn)一步深化可“殼舾涂”綜合管理系統(tǒng)應(yīng)用，普及應(yīng)用工程計(jì)劃管理系統(tǒng)、船體生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行系統(tǒng)、舾裝作業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、管系管理系統(tǒng)、海工管理系統(tǒng)、設(shè)計(jì)管理平臺(tái)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、工時(shí)管理系統(tǒng)、以及與ERP集成應(yīng)用等。
（4）完善船舶工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全，按照國家、行業(yè)和集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)法律法規(guī)的要求，發(fā)展適應(yīng)智能船廠建設(shè)需要的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)能力。重點(diǎn)完善船舶制造5G、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)終端安全，加強(qiáng)船舶混合云邊緣計(jì)算和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施，積極實(shí)現(xiàn)船舶制造數(shù)據(jù)和工業(yè)應(yīng)用安全，建立船舶智能制造網(wǎng)絡(luò)安全管理體系。
2.引進(jìn)智能化生產(chǎn)裝備，提升智能化水平
雖然新一代智能船廠的目標(biāo)提供全生命周期的智能化服務(wù)，但船廠的實(shí)質(zhì)落腳點(diǎn)仍是生產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的主要手段是生產(chǎn)裝備。未來幾年船舶/海工總裝企業(yè)將圍繞生產(chǎn)流程優(yōu)化、解決痛點(diǎn)難點(diǎn)、實(shí)施見效快為優(yōu)先原則，務(wù)求實(shí)效，分步對(duì)生產(chǎn)裝備進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造，重點(diǎn)引進(jìn)或改造建設(shè)的生產(chǎn)裝備和設(shè)施有：智能倉儲(chǔ)物流、全面印字生產(chǎn)線、自動(dòng)拼板多頭焊接生產(chǎn)線、小組機(jī)器人生產(chǎn)線、大組立焊接機(jī)器人生產(chǎn)線、自由邊自動(dòng)打磨生產(chǎn)線、管加工自動(dòng)化生產(chǎn)線、合攏管再現(xiàn)測(cè)量生產(chǎn)線、條材線改造、型鋼線智能化改造、涂裝機(jī)器人、水下檢查機(jī)器人等。
3.構(gòu)建數(shù)字孿生船廠，讓數(shù)據(jù)成為生產(chǎn)資料
通過數(shù)字孿生船廠的構(gòu)建，最迫切可以有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備的管理，數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)充斥了造船流程的方方面面，數(shù)據(jù)的種類亦紛繁復(fù)雜，涵蓋了船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、物流、倉儲(chǔ)、制造、搭載、調(diào)試、商務(wù)、行政管理等幾乎所有船廠活動(dòng)，既有“原生”性人為創(chuàng)造的數(shù)據(jù)、也有在活動(dòng)過程中生成的數(shù)據(jù)、傳感器采集記錄的數(shù)據(jù)、更有依據(jù)數(shù)據(jù)“再加工”的數(shù)據(jù)。如何保存、分類、建設(shè)數(shù)據(jù)庫、分析、運(yùn)用、提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，讓沉淀數(shù)據(jù)復(fù)活、讓數(shù)據(jù)孤島互聯(lián)、讓數(shù)據(jù)促進(jìn)生產(chǎn)力、讓數(shù)據(jù)成為有效資產(chǎn)、建設(shè)和運(yùn)用大數(shù)據(jù)是長(zhǎng)期未引起足夠重視、甚至被忽視的一項(xiàng)工作。
隨著大數(shù)據(jù)在社會(huì)生活中越來越深入和廣泛的應(yīng)用，造船企業(yè)也要抓緊時(shí)間整理研究沉淀數(shù)據(jù)，形成大數(shù)據(jù)中心，從船舶設(shè)計(jì)數(shù)字化輸出、工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、作業(yè)指令數(shù)字化驅(qū)動(dòng)入手，逐步打通各流程、各環(huán)節(jié)的數(shù)字流，搭建船舶建造過程大數(shù)據(jù)平臺(tái)，探索船舶制造過程大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、可視化、模式識(shí)別、人工智能決策等技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新應(yīng)用，讓數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資料，為智能裝備運(yùn)行、車間智能管控和企業(yè)智能決策等提供技術(shù)支撐，顯著提升船廠生產(chǎn)過程決策水平和管理效率。
4.建立戰(zhàn)略合作伙伴，構(gòu)建綠色生態(tài)系統(tǒng)
新一代智能船廠的建設(shè)是復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要各行業(yè)企業(yè)資源協(xié)同完成，本著降本增效，提高效率為原則，發(fā)揮規(guī)模效用，聯(lián)合各配套企業(yè)選取優(yōu)質(zhì)解決方案設(shè)備商、供應(yīng)商等單位建立戰(zhàn)略合作伙伴，為企業(yè)提供智力和實(shí)施支持。
船舶行業(yè)綠色生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)涉及到礦產(chǎn)、鋼材、機(jī)械、通訊、化工、美工等50多個(gè)行業(yè)專業(yè)的綜合工業(yè)的聯(lián)盟，需集聚金融機(jī)構(gòu)、科研院所、設(shè)備廠家、船級(jí)船東、航運(yùn)代表和高等院校等，建立戰(zhàn)略合作機(jī)制，開展面向需求的創(chuàng)新型商業(yè)模式，推動(dòng)協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建面向客戶的綠色生態(tài)系統(tǒng)。
結(jié)論
新一代智能船廠建設(shè)是我國造船企業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持的戰(zhàn)略任務(wù)，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，將信息化升級(jí)、智能制造等常態(tài)化、持續(xù)推進(jìn)。各船廠要成立工作專班負(fù)責(zé)對(duì)新一代智能船廠建設(shè)的推進(jìn)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、整體推進(jìn)、督促落實(shí)，對(duì)新一代智能船廠建設(shè)的推進(jìn)進(jìn)行綱要起草、規(guī)劃提案、項(xiàng)目實(shí)施、進(jìn)展跟蹤；在充分研究論證的基礎(chǔ)上，結(jié)合船廠發(fā)展實(shí)際，加強(qiáng)跨界融合，組建國際化的項(xiàng)目聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，以項(xiàng)目為牽引，高效利用資源，組織各企業(yè)多措并舉籌措專項(xiàng)投入資金，以企業(yè)為基礎(chǔ)，積極爭(zhēng)取外部資金渠道支持。
