船舶智能制造车间通用模型研究-龙de船人

1、引言

车间是船舶建造的最前沿，是分段建造的主要场所。分段建造过程具有工种多、程序多、品种多元、工程浩大、作业面广、技术综合性较强、作业条件差、施工周期长等特点。车间制造水平的高低直接关系到船舶建造效率与质量，对缩短工程成本与改善工作人员作业条件具有重要影响作用。

先进造船国家在二十世纪五十年代开始对车间制造进行重点管控并逐步实现了智能化。国外先进造船企业以船体分段建造为起点，纷纷投入建设智能车间管控系统，实现车间实时、透明管理。此外，大数据、5G、人工智能等新技术不断应用到数字化造船过程中，进一步提升了车间的智能管控水平。

相比之下，尽管我国一直以来都在大力发展改善车间制造工艺，引入了大量的自动化设备，并且在部分离散点上获得了一定的效果。但是由于我国技术起步较晚，与先进造船国家相比，依然存在着较大的差距。

2、船舶智能制造车间通用模型

以船体分段智能车间为例，提出船舶智能制造车间通用模型，其他车间可根据实际生产需求进行适当调整。

2.1总体架构

船体分段智能车间总体架构包括网络基础层、设备层、控制层、制造管控层、决策层5个层面。

图1 船体分段智能车间总体架构

2.2船体分段智能车间运行机制

制造过程的设备运行数据、生产计划与调度数据、工艺设计数据、质量检验数据等车间数据在船体分段车间各智能设备、功能模块与决策管理系统之间流通，形成一个闭环的数据流通机制。

图2 船体分段智能车间数据流通机制[1]

2.3信息交互

（1）数据传输

为执行船体分段智能车间基础层的工作任务处理，实现车间MES、控制系统与现场设备之间的信息传输，可采用OPC-UA客户端/服务器的通信系统架构。

图3 船体分段车间数据传输

（2）数据采集与存储

船体分段智能车间应在企业数据字典定义的数据采集内容基础上，结合数据实时性要求，利用合理的网络通信方式与数据存储方式进行数据的采集与存储，并与企业及数据中心进行对接。包括：

1）应对车间所需数据进行采集、存储和管理，并支持异构数据之间的格式转换，实现数据互通。 2）宜采用实时数据库与历史数据库相结合的存储方式。 3）应具备信息安全策略，并支持更新和升级，如访问与权限管理、入侵防范、数据容灾备份与恢复等。

（3）数据字典

船体分段智能车间应建立数据字典，具体要求如下：

1）包括车间需要交互的全部信息，如设备状态信息、生产过程信息、物流与仓储信息、检验与质量信息、生产计划调度信息等。 2）描述各类数据基本信息，如数据名称、来源、语义、结构以及数据类型等 3）对船体分段智能车间进行细化、定制化，定制专门用来描述船体分段车间的数据字典。 4）船体分段智能车间系统主要实现船舶设计系统中加工信息提取、加工工艺数据库构建、加工指令生成与执行、加工过程监控信息记录与分析、生产计划安排、报表生成等功能。