船舶智能制造車間通用模型研究-龍de船人

1、引言

車間是船舶建造的最前沿，是分段建造的主要場所。分段建造過程具有工種多、程序多、品種多元、工程浩大、作業面廣、技術綜合性較強、作業條件差、施工周期長等特點。車間制造水平的高低直接關系到船舶建造效率與質量，對縮短工程成本與改善工作人員作業條件具有重要影響作用。

先進造船國家在二十世紀五十年代開始對車間制造進行重點管控并逐步實現了智能化。國外先進造船企業以船體分段建造為起點，紛紛投入建設智能車間管控系統，實現車間實時、透明管理。此外，大數據、5G、人工智能等新技術不斷應用到數字化造船過程中，進一步提升了車間的智能管控水平。

相比之下，盡管我國一直以來都在大力發展改善車間制造工藝，引入了大量的自動化設備，并且在部分離散點上獲得了一定的效果。但是由于我國技術起步較晚，與先進造船國家相比，依然存在著較大的差距。

2、船舶智能制造車間通用模型

以船體分段智能車間為例，提出船舶智能制造車間通用模型，其他車間可根據實際生產需求進行適當調整。

2.1總體架構

船體分段智能車間總體架構包括網絡基礎層、設備層、控制層、制造管控層、決策層5個層面。

圖1 船體分段智能車間總體架構

2.2船體分段智能車間運行機制

制造過程的設備運行數據、生產計劃與調度數據、工藝設計數據、質量檢驗數據等車間數據在船體分段車間各智能設備、功能模塊與決策管理系統之間流通，形成一個閉環的數據流通機制。

圖2 船體分段智能車間數據流通機制[1]

2.3信息交互

（1）數據傳輸

為執行船體分段智能車間基礎層的工作任務處理，實現車間MES、控制系統與現場設備之間的信息傳輸，可采用OPC-UA客戶端/服務器的通信系統架構。

圖3 船體分段車間數據傳輸

（2）數據采集與存儲

船體分段智能車間應在企業數據字典定義的數據采集內容基礎上，結合數據實時性要求，利用合理的網絡通信方式與數據存儲方式進行數據的采集與存儲，并與企業及數據中心進行對接。包括：

1）應對車間所需數據進行采集、存儲和管理，并支持異構數據之間的格式轉換，實現數據互通。 2）宜采用實時數據庫與歷史數據庫相結合的存儲方式。 3）應具備信息安全策略，并支持更新和升級，如訪問與權限管理、入侵防范、數據容災備份與恢復等。

（3）數據字典

船體分段智能車間應建立數據字典，具體要求如下：

1）包括車間需要交互的全部信息，如設備狀態信息、生產過程信息、物流與倉儲信息、檢驗與質量信息、生產計劃調度信息等。 2）描述各類數據基本信息，如數據名稱、來源、語義、結構以及數據類型等 3）對船體分段智能車間進行細化、定制化，定制專門用來描述船體分段車間的數據字典。 4）船體分段智能車間系統主要實現船舶設計系統中加工信息提取、加工工藝數據庫構建、加工指令生成與執行、加工過程監控信息記錄與分析、生產計劃安排、報表生成等功能。