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智能制造技术在船舶行业的应用

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：胡晓林

[导读] 摘要：智能制造技术对工业的格局产生了极大的影响，很多行业都开始将智能制造技术引入到生产中，极大的改善了传统生产方式的弊端。

        广东中远海运重工有限公司
        摘要：智能制造技术对工业的格局产生了极大的影响，很多行业都开始将智能制造技术引入到生产中，极大的改善了传统生产方式的弊端。船舶行业也是如此，智能制造技术在其中发挥着越来越重要的作用。基于此，本文从智能制造技术入手，首先分析了智能制造技术在船舶行业的应用，然后研究了船舶智能制造体系，希望可以借此给相关的研究提供一定的参考意见。
        关键词：船舶行业；智能制造；应用
        引言：智能制造是制造业发展的必然趋势。从《中国制造2025》的颁布来看，我国加快了智能制造技术发展的步伐，这也是船舶制造转型升级的必然方向。从国外的先进经验以及其他相关行业的发展规律来看，船舶智能制造技术的发展和应用还有很长的路要走。目前，CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺规划）、CAT（计算机辅助检测）、CAA（计算机辅助装配）、CAE（计算机辅助工程）等，已经发展得相当成熟，智能制造技术基于数字制造技术，利用“知识处理”“知识优化”和“智能数控加工”方法，使系统稳定、高效、高质地进行生产。船舶制造也正是使用了这些数字制造技术和相关的方法，使其制造技术水平不断得以提高。
        1、智能制造技术概述
        智能制造技术是一项系统技术，它包括了智能能源、传感器、物联网、物理系统、云计算、大数据等技术。它可以实现人类和机器的协同运作，进而提高整个生产制造的柔性，最大程度的将生产的智能化和集成化体现出来。智能制造技术的发展也经历了一个过程，如图 1 所示，是以造船为例分析的制造水平发展阶梯图。
        从图 1 可以看出，造船水平的发展大致经历了五个阶段，在第一阶段和第二阶段，主要是散装和分段制造，这时主要以劳动密集型为主，造船的效率较低。在后续的发展中，开始利用区域组装的方式来增强设备的作用。随后又引入了信息技术，可以发展成集成制造的模式，主要是信息密集型的生产，相对于传统的生产模式已经有了极大的提升。到了近代，逐渐发展出了智能技术，可以利用产品模块和信息数字化的技术来灵敏地制造。目前全球的大多数船舶制造行业正在致力于发展智能技术，可以将该技术不断的完善。

        图 1 造船水平发展阶梯图
        船舶制造水平的发展在一定程度上也体现了智能制造的发展水平，从大体上来看，智能制造的发展分为三个阶段。在第一阶段主要是以数字化工厂为依托，通过采集信息来进行分析，利用仿真模拟技术来对生产的过程进行全方位的评估，通过这项评估就可以预测在生产过程中可能遇到的各种问题，能够加强制造与设计的联系，有利于提高生产的效率。在第二阶段则是利用监控技术和物联网技术来提高生产过程中的可控性，这时就可以有效地增强机器与人的协调合作，对于优化生产的控制有着极大的提高，同时也对生产的自动化有着较大帮助。在第三个阶段则是智能制造阶段，可以深入地将信息技术和制造技术结合起来，让智能制造贯穿设计、管理、服务和生产等多个环节，整个生产更加的智能化，能够极大地提高生产的灵活性，实现了人与机器的一体化生产。
        2、物联网技术及其与船舶智能制造的融合
        2.1 物联网技术
        物联网技术是基于信息技术和互联网的发展而出现的，最终提出物联网技术的是美国麻省理工学院的 Ashton 教授。2005 年，Ashton 教授在信息社会世界峰会上提出了 Internetof Things 这个理念，也就是说将“物”用互联网的方式链接起来，此概念在引入中国之后被称为“物联网”。人们习惯于将互联网世界定义为一个虚拟世界，其中的内容并不是真实可触摸的，与现实世界有很大的区别，而物联网就是将虚拟世界和真实世界联系起来。将物与互联网进行连接是需要传感器技术和设备的，将物连接到计算机互联网中，就可以通过计算机观察物的运行情况，因此，物联网一般都用于物流系统、工程建设项目中。
        2.2 船舶智能制造与物联网技术的融合
        船舶智能制造与物联网技术可以形成融合，目的是提高船舶智能制造的效率。物联网可以将船舶智能制造的各个环节通过相应的设备设施连接起来，从而实现技术人员与物、物与物之间的信息交换，形成一种便于观测和检测的新型网络系统。从物联网技术在船舶智能制造中的应用来看，物联网可以将本身具有的感知控制层、网络传输层和应用服务层应用其中，并且最终实现信息数据的收集和分析、关键信息的扫描和感知、数据信息的有效传输以及最终实现智能终端的信息处理，并发送自动化解决问题的指令信息或者是由相应的管理技术人员发出指令，形成智慧化的船舶建造系统。
        3、智能制造技术在船舶行业的应用
        3.1 射频识别技术
        射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术又称为无线射频识别，是一种无线通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间进行机械或光学接触。相比汽车和飞机，船舶制造的特点是离散性强、场地大、人员密集、零部件数量级更高，在船厂库房使用射频识别技术对各种生产资料的进库和出库、供应链管理和资产的管理，将大量的零部件状态实现信息化，是实现船舶智能制造的重要一步。
        3.2 无线传感器网络
        无线传感器网络（Wireless Sensor Network）是由许多在空间分布的自动装置组成的一种无线通信计算机网络，这些装置使用传感器监控不同位置的物理或环境状况（如温度、声音、振动、压力、运动或污染物等），船厂的工作环境具有噪声大、粉尘多、振动强等特点，并且环境复杂，无论是对设备本身的可靠性要求，还是对厂区的布局规划都很重要，解决全厂区无线传感器网络搭建问题是十分有挑战性的。
        3.3 信息物理融合系统
        信息物理融合系统（Cyber-Physical System，CPS）是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computation、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS 实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。在工业4.0时代，CPS对各行业来说都是必需的。
        4、船舶智能制造体系
        船舶的智能制造体系涵盖了多个方面，它主要包括智能制造系统、虚拟现实系统和数字化造船系统。虚拟现实系统是在设计的初期通过数据的采集和分析来模拟后续的生产，同时根据生产的实际需求来进行相应的调整。智能制造系统和数字化造船系统则主要体现在船舶制造的过程中利用计算机技术、互联网技术、信息处理技术、自动化技术来进行整体的把控。当系统输入相应的需求之后，整个体系就可以自主的进行运作，各类问题也可以及时的发现和处理。对于一些较为先进的智能制造体系而言，生产中的小问题智能制造体系自身就可以自主的处理与解决，人工更多的是发挥监督和审查的作用 [8]。目前，德国、欧美和日本等地区，船舶制造企业都在致力于发展船舶智能制造体系，他们的船舶制造自动化程度极高，而且生产效率相对于我国也较高，产品的附加值使得他们在市场上有了更强的竞争力。也正是基于这一情况，我国船舶制造企业的改革迫在眉睫，需要加快智能制造技术的应用，以此来应对当前船舶制造行业的市场冲击。
        参考文献：
        [1] 辛国斌，田世宏.国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）解读[M].北京：电子工业出版社，2016.
        [2] 张玉奎，张宜群.船舶智能制造技术顶层研究 [J].应用科技，2017，44（1）：5-8，13.
        [3] 李奇楠.船舶智能制造标准体系构建[J].造船技术，2017，（3）：8-14、23.