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領略數字造船的“魔力”

時間:2018-07-10  瀏覽次數:2

  在眾多工業產品中,船舶無疑是建造復雜程度最高的產品之一。造船也是一項系統工程,環節多、鏈條長、作業面廣、設計制造周期長、勞動力成本高。

  近年來,面對國際船舶市場持續低迷、勞動力成本上漲等情況,我國船舶制造企業主動加快智能化轉型,探索數字造船,并取得了不少積極進展。近日,走進造船一線,探訪船舶制造業的新變化,領略數字造船的“魔力”。

  造船方式發生巨大變化

  推行現代造船模式,最重要的基礎就是數字化

  “以前造一艘船需2—3年,現在最快的只需一年,為什么?就是因為造船方式發生了巨大變化。”中船集團上海船舶工藝研究所副所長謝新說。

  造船工程著實復雜,但往簡單里說,就是分解與組合兩大步驟。所謂分解,就是在設計階段建構整船模型,并逐級拆分為分段、組件、部件、零件;而組合,就是在生產階段再將零件依次裝配為分段、整船。
 
  過去造船之所以耗時,很大程度上是“分解”做得不夠智能。在船舶領域,由于行業特性和歷史傳承,設計與制造相對分離——總體所進行總體設計時,一般較少從建造角度考慮如何合理、高效;到了總裝廠,還要再進行生產設計,重新進行三維建模,進一步明確“怎么造船”“怎么組織造船”。

  “按傳統方式,設計環節要盡快出圖,建造中遇到問題再返工解決。”中船集團江南造船公司江南研究院副院長朱明華表示,這一模式帶來了明顯的弊端——同樣做一處修改,在設計階段花1個小時就能完成,若到建造階段再發現、解決,就可能因為重新設計、采購物料、返工而耽誤100個小時。

  “現代造船模式,最核心的就是兩個‘一體化’——設計、生產、管理一體化,以及殼舾涂一體化。”謝新解釋說,前一個“一體化”是在設計階段就將工藝、生產和管理的要素統籌精細考慮,讓造船更有章法;后一個“一體化”則是打破“先造船殼、再做舾裝、最后涂裝”的傳統模式,提升分段、總段等中間產品的完整性,每個分段、總段實施殼舾涂一體化的精度制造,最后就可以像“搭積木”一樣合攏起來,從而大幅提升造船效率。

  “推行現代造船模式,最重要的基礎就是數字化。”謝新告訴記者,現在造船業常說“傻瓜造船”,指的是讓一線工人的操作盡量轉為“傻瓜式”的簡單勞動,而在分解過程中依靠強大的數字化手段和三維設計能力實現高度智能。

  推進數字造船也是我國造船企業增強競爭力的重要選擇。近年來,作為勞動密集型產業的船舶業正面臨著勞動力成本上漲帶來的壓力。據江南造船公司黨委副書記朱煜介紹,從2010年到去年,我國一線造船工人的月平均收入在3000元—4000元的基礎上翻了一番,高級焊工、高級打磨工很難找,減少用工、提高效率、降低成本顯得尤為緊迫。

  江南造船公司董事長林鷗表示,造船業只有加快智能化轉型,才能真正提升質量和效益,實現高質量發展。

  單一數字模型貫穿全生命周期

  模型更“豐滿”,工具更“聰明”,各環節體驗均能優化

  “咱們選兩根管子、一個墻面,系統就能告訴你,安放管子的支架可以有哪幾種選擇。”指著電腦上的機艙設計模型,朱明華表示,以前設計人員要在原理圖的基礎上依靠大量計算建構三維模型,現在系統可以直接驅動、自動生成三維模型,并可自動查驗,節省了大量人工,提高了設計質量。

  2015年,致力于數字化轉型的江南造船引入了法國達索三維體驗平臺,在此基礎上開展了大量的二次開發與系統集成,將建廠以來積累的經驗與知識融入了系統。如今,這一平臺已給造船帶來了許多轉變。
橫向看,模型更“豐滿”,工具也更“聰明”。

  目前,三維設計軟件已經普遍應用于造船企業,但因缺乏工藝數據庫作為支撐,難以實現設計與工藝的協同,三維模型更像一張立體圖紙。而在江南造船,系統可將工藝信息、幾何信息、管理信息全部加載到模型上去,讓模型更為“豐滿”。以前在設計階段,要對艙室的空間可達性、可操作性、可維修性,以及聲場、氣流場、光場、溫度場等舒適性指標進行逐一分析,每項分析都要單獨再建模型,耗費大量精力。現在,一個三維模型就可以分析全部要素,船東也可一目了然地看到船舶的整體情況。

  縱向看,貫穿造船全生命周期的數字模型,讓制造鏈條更為“順暢”。

  通過這個平臺,江南造船建立起的單一數字模型,貫穿了從營銷、研發到設計、制造再到交付、維修的船舶全生命周期。越往后,內容越豐富。朱明華展示著他們做的全球首艘數字樣船告訴記者,一艘船舶在研發設計階段呈現點、線、面模型狀態,可滿足計算機輔助工程分析;在生產設計階段,呈現完整的實體模型和全息工藝模型;到制造階段,又轉變成了工藝指令和數字化工作包。

  全生命周期管理,使得造船各環節的體驗均得以優化

  營銷更精準。“以前與船東商定船型,就是攤開圖紙,確定一些技術指標。現在,我們可以根據船東需求,快速做出數字樣船,把一艘船完整地展現在船東面前。未來,船東還能隨時查看建造進度和全船的質量數據。”朱明華說。

  生產更智能。三維設計做好后,會通過機器能夠識別的語言——數字將作業指令和工藝信息傳遞到生產現場,或給機器,或給工人。
 
  維護更貼心。有了“造船大腦”,今后船舶航行過程中再遇到故障,即便離得再遠,造船廠也可以通過三維模擬發現癥結所在,及時排查和維護保養。

  數字驅動讓造船質量更高

  “機器換人”減少用工,“機器管人”把控質量,“機器教人”提升工藝

  軟件的引入、設計的強化,給造船的流程和組織方式帶來了無形的變革,也驅動生產環節呈現出種種有形的變化。

  最初步也是最普遍的,是通過“機器換人”減少用工。

  造船廠在分段零件制造過程中,用工多,重復性操作較多,打磨、涂裝等一些環節還存在“苦、臟、累、險”的弊病,機器換人的優勢十分明顯。總體來看,目前我國造船業中,切割、成形、焊接、涂裝等作業仍基本以機械化、半自動化為主,生產流水線作業水平仍有不小提升空間。

  再者,就是通過“機器管人”把控質量。

  在船廠總裝環節,大量工作都是焊接,焊接質量直接影響船體質量。以前,個別工人為了加快進度,會悄悄調高電流,雖然完成了任務,但也埋下了質量隱患。如今,江南造船應用了一款智能焊機,為焊機加裝了數字化的機頂盒,一旦工人操作超出了設定參數,焊機就會自動報警。整個焊接過程1秒鐘采樣一次,并形成可追溯的質量記錄。拿朱煜的話來說,控制住焊機,就間接地控制住了工人行為。

  據介紹,目前涂裝、切割等設備也可以實現聯網管控,有望逐步推廣。當前,江南研究院還準備為船舶上的一些零件標上可追溯的二維碼或條形碼。“船舶中有些結構體多達幾千個零件,有時就會出現小零件漏裝,以前靠人眼判斷根本發現不了,采用物聯技術之后,拿機器一掃描,就能知道零件是否全部進入了托盤。”朱明華說。

  此外,還能通過“機器教人”來提升工藝。

  傳統模式下,對工人的技能水平要求相對較高。分段設計圖給車間后,不會注明如何具體安裝,一切都是“老師傅說了算”。然而,這也帶來了生產質量的波動。如今,設計環節的數字樣船做好后,可自動生成各環節的三維作業指導書。在江南造船,工人拿著平板電腦閱讀作業指導書,可以放大、縮小、旋轉、位移,清晰方便地查閱工藝要求,嚴格依照其操作。有人打趣,現在工人造船就像在“看連環畫”,時間更省,操作更規范,質量更可控。在江南造船,有些加工環節借此提升了1.5倍的效率。

  在制造安裝環節更為智能的同時,數字化造船還滲入到生產計劃、物資物流管控等方面,使精細化管理成為可能。
 
  “建造一艘大型船舶,涉及企業成千上萬人,如果沒有信息化手段,僅靠人工來安排生產計劃,難以精確到天。”上海申博信息系統工程有限公司負責人甄希金說,如今將規則和約束條件輸入管理軟件系統,系統可以智能安排生產計劃,任務分解甚至可以精確到半天。
 
  物流調度同樣如此。甄希金告訴記者,以前造船廠的生產計劃相對粗放,大量分段做出來之后便形成積壓,堆滿了船廠的角落,還要經常在廠區內轉運,費時、費工、費錢。現在依托智能化手段,系統可以按照運輸路線最短、轉運次數最少的原則來確定分段的擺放位置,減少了大量不必要的消耗。

  經過近年來的發展,我國船舶企業在數字造船方面已經擁有了一定基礎。據介紹,目前船舶企業普遍建立了以中間產品為導向的總裝造船模式,工藝流程清晰,有利于下一步的自動化升級;建立了完善的工程計劃管理體系,管理逐步細化;互聯網基礎設施普遍建立,實現了向車間層的延伸;三維設計水平也在不斷強化,數字化設計工具普及率達到85%以上。

  “總體來看,由于建造工藝體系龐大復雜,船舶行業的智能化轉型仍處于起步階段。”謝新建議,下一步我國還應集合行業產學研用的力量,繼續加強船舶智能制造關鍵共性技術的研究,力爭在設計、智能工藝、車間互聯互通、車間智能管控以及智能制造系統集成技術等方面有所突破。

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