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人民日报:领略数字造船的“魔力”

2018-07-10 10:59:31  来源:人民日报  作者:

在众多工业产品中,船舶无疑是建造复杂程度最高的产品之一。造船也是一项系统工程,环节多、链条长、作业面广、设计制造周期长、劳动力成本高。

一艘船舶驶离金陵船厂仪征造船基地正式投入运营。计海新摄(人民视觉)制图:蔡华伟

近年来,面对国际船舶市场持续低迷、劳动力成本上涨等情况,我国船舶制造企业主动加快智能化转型,探索数字造船,并取得了不少积极进展。近日,记者走进造船一线,探访船舶制造业的新变化,领略数字造船的“魔力”。

造船方式发生巨大变化

推行现代造船模式,最重要的基础就是数字化

“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。”谢新告诉记者,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。

推进数字造船也是我国造船企业增强竞争力的重要选择。近年来,作为劳动密集型产业的船舶业正面临着劳动力成本上涨带来的压力。据江南造船公司党委副书记朱煜介绍,从2010年到去年,我国一线造船工人的月平均收入在3000元—4000元的基础上翻了一番,高级焊工、高级打磨工很难找,减少用工、提高效率、降低成本显得尤为紧迫。

江南造船公司董事长林鸥表示,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。

单一数字模型贯穿全生命周期

模型更“丰满”,工具更“聪明”,各环节体验均能优化

“咱们选两根管子、一个墙面,系统就能告诉你,安放管子的支架可以有哪几种选择。”指着电脑上的机舱设计模型,朱明华告诉记者,以前设计人员要在原理图的基础上依靠大量计算建构三维模型,现在系统可以直接驱动、自动生成三维模型,并可自动查验,节省了大量人工,提高了设计质量。

2015年,致力于数字化转型的江南造船引入了法国达索三维体验平台,在此基础上开展了大量的二次开发与系统集成,将建厂以来积累的经验与知识融入了系统。如今,这一平台已给造船带来了许多转变。

横向看,模型更“丰满”,工具也更“聪明”。

目前,三维设计软件已经普遍应用于造船企业,但因缺乏工艺数据库作为支撑,难以实现设计与工艺的协同,三维模型更像一张立体图纸。而在江南造船,系统可将工艺信息、几何信息、管理信息全部加载到模型上去,让模型更为“丰满”。以前在设计阶段,要对舱室的空间可达性、可操作性、可维修性,以及声场、气流场、光场、温度场等舒适性指标进行逐一分析,每项分析都要单独再建模型,耗费大量精力。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。

纵向看,贯穿造船全生命周期的数字模型,让制造链条更为“顺畅”。

通过这个平台,江南造船建立起的单一数字模型,贯穿了从营销、研发到设计、制造再到交付、维修的船舶全生命周期。越往后,内容越丰富。朱明华展示着他们做的全球首艘数字样船告诉记者,一艘船舶在研发设计阶段呈现点、线、面模型状态,可满足计算机辅助工程分析;在生产设计阶段,呈现完整的实体模型和全息工艺模型;到制造阶段,又转变成了工艺指令和数字化工作包。

全生命周期管理,使得造船各环节的体验均得以优化——

营销更精准。“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在船东面前。未来,船东还能随时查看建造进度和全船的质量数据。”朱明华说。

生产更智能。三维设计做好后,会通过机器能够识别的语言——数字将作业指令和工艺信息传递到生产现场,或给机器,或给工人。

维护更贴心。有了“造船大脑”,今后船舶航行过程中再遇到故障,即便离得再远,造船厂也可以通过三维模拟发现症结所在,及时排查和维护保养。

数字驱动让造船质量更高

“机器换人”减少用工,“机器管人”把控质量,“机器教人”提升工艺

软件的引入、设计的强化,给造船的流程和组织方式带来了无形的变革,也驱动生产环节呈现出种种有形的变化。

最初步也是最普遍的,是通过“机器换人”减少用工。

造船厂在分段零件制造过程中,用工多,重复性操作较多,打磨、涂装等一些环节还存在“苦、脏、累、险”的弊病,机器换人的优势十分明显。总体来看,目前我国造船业中,切割、成形、焊接、涂装等作业仍基本以机械化、半自动化为主,生产流水线作业水平仍有不小提升空间。

再者,就是通过“机器管人”把控质量。

在船厂总装环节,大量工作都是焊接,焊接质量直接影响船体质量。以前,个别工人为了加快进度,会悄悄调高电流,虽然完成了任务,但也埋下了质量隐患。如今,江南造船应用了一款智能焊机,为焊机加装了数字化的机顶盒,一旦工人操作超出了设定参数,焊机就会自动报警。整个焊接过程1秒钟采样一次,并形成可追溯的质量记录。拿朱煜的话来说,控制住焊机,就间接地控制住了工人行为。

据介绍,目前涂装、切割等设备也可以实现联网管控,有望逐步推广。当前,江南研究院还准备为船舶上的一些零件标上可追溯的二维码或条形码。“船舶中有些结构体多达几千个零件,有时就会出现小零件漏装,以前靠人眼判断根本发现不了,采用物联技术之后,拿机器一扫描,就能知道零件是否全部进入了托盘。”朱明华说。

此外,还能通过“机器教人”来提升工艺。

传统模式下,对工人的技能水平要求相对较高。分段设计图给车间后,不会注明如何具体安装,一切都是“老师傅说了算”。然而,这也带来了生产质量的波动。如今,设计环节的数字样船做好后,可自动生成各环节的三维作业指导书。在江南造船,工人拿着平板电脑阅读作业指导书,可以放大、缩小、旋转、位移,清晰方便地查阅工艺要求,严格依照其操作。有人打趣,现在工人造船就像在“看连环画”,时间更省,操作更规范,质量更可控。在江南造船,有些加工环节借此提升了1.5倍的效率。

在制造安装环节更为智能的同时,数字化造船还渗入到生产计划、物资物流管控等方面,使精细化管理成为可能。

“建造一艘大型船舶,涉及企业成千上万人,如果没有信息化手段,仅靠人工来安排生产计划,难以精确到天。”上海申博信息系统工程有限公司负责人甄希金说,如今将规则和约束条件输入管理软件系统,系统可以智能安排生产计划,任务分解甚至可以精确到半天。

物流调度同样如此。甄希金告诉记者,以前造船厂的生产计划相对粗放,大量分段做出来之后便形成积压,堆满了船厂的角落,还要经常在厂区内转运,费时、费工、费钱。现在依托智能化手段,系统可以按照运输路线最短、转运次数最少的原则来确定分段的摆放位置,减少了大量不必要的消耗。

经过近年来的发展,我国船舶企业在数字造船方面已经拥有了一定基础。据介绍,目前船舶企业普遍建立了以中间产品为导向的总装造船模式,工艺流程清晰,有利于下一步的自动化升级;建立了完善的工程计划管理体系,管理逐步细化;互联网基础设施普遍建立,实现了向车间层的延伸;三维设计水平也在不断强化,数字化设计工具普及率达到85%以上。

“总体来看,由于建造工艺体系庞大复杂,船舶行业的智能化转型仍处于起步阶段。”谢新建议,下一步我国还应集合行业产学研用的力量,继续加强船舶智能制造关键共性技术的研究,力争在设计、智能工艺、车间互联互通、车间智能管控以及智能制造系统集成技术等方面有所突破。