船舶智能制造技术的应用和发展

船舶智能制造技术的应用和发展

郎龙

大连中远海运重工 辽宁大连 116000

摘要：当前，智能制造技术正在世界领先的造船厂发展火热，它主要用以提高船舶设计和生产的效率和质量。近年来，我国在造船的智能数字化方面开展了大量的工作，大家都将发展的中心设为了船舶的智能制造上了，因此，密切关注智能制造技术的使用和发展趋势显得非常重要。

关键词：船舶；智能制造；技术；应用；发展

近年来，随着企业之间全球竞争的不断加剧以及客户需求的多样化趋势，船舶产品生命周期随之变短，这也给船舶制造提出了更高要求。为了适应技术、市场的新变化，企业应在数字化和智能化的制造环境中采用新的范式，而船舶智能制造技术的应用就成为解决这一问题的有效途径。以互联网为核心的造船和海洋工程领域的信息技术（IT）不断发展，进一步提高了制造组织的灵活性和工作流程的分散性，外包服务不断增多，各项制造业务也开始适应全球化的市场需求。作为积极应对这些环境变化的手段，数字造船、虚拟造船厂、基于仿真的设计（SBD）、物联网等许多新概念不断涌现。基于此，应对船舶智能制造技术的应用现状进行分析，并深入研究智能制造造船在造船和海洋工业中的相关技术、应用领域和方法，以推动智能制造技术更好的应用于船舶制造领域，推动我国船舶业和制造业的高质量发展。

1构造智能制造环境的重要技术分析

当前中国构造智能制造、构造数字化车间热情不断高涨，社会对此项事业的重视度不断提升。怎样建设智能制造的环境，形成数字化和现代化的车间，需要科学技术作为有力支撑。首先是机器人技术。机器人技术是发展数字化、自动化及智能化的基础和关键。其次是人工智能技术。智能制造的含义，即为智能技术、制造技术之间的合理融合，对于制造期间产生的各种问题，采取针对性的智能技术进行解决，也可以说智能制造即为人工智能技术应用于制造业中。最后是数字化技术和网络化技术。制造业需要具备的基本构成是产品的设计技术、制造技术，积极利用机器人技术、智能技术、数字化技术及网络化技术等，最终实现设计产品能力的提升。在高端装备制造业发展中，智能制造是必然趋势。其中，数字车间、工业机器人的应用，为重要的智能制造的内容，产生的作用甚至是主体性的。经推广应用数字车间中机器人，一方面能够推动机器人智能化水平提升，另一方面改变传统的人力生产模式，同时可以对一部分脑力劳动进行替代。很早以前就已经提出了数字车间，先是机器换人工，再达到机器自动化的目标，也就是改进机械设备，大量地运用自动化设备，最后为集成化及成套化，将传统的单台流水线作业方式转为用成套设备进行作业，也就是实现智能换数字。

2船舶智能制造技术在船舶行业中的应用

2.1虚拟装配仿真（VASSS）

造船从下单到交付可分为设计阶段和制造阶段。设计阶段又可分为与船东协商进行的合同设计、满足船东要求的基本设计和功能方面的制造设计。同时，制造过程包括前处理、加工、组装、舾装、涂装、砌块、砌块组装、舾装等，所有过程都需要在一定时间内完成且较为复杂。船舶智能制造实际上集成了技术、管理等多个方面，因此其应用中最重要的问题之一就是解决造船的整体规划问题。船舶制造过程中的规划是设计一种方法来以最大限度地减少设计变更和延迟的影响，并在各个阶段都能够给出适当的制造方法，以及最大限度地利用资源。这种开发的仿真模型可以分析产品和造船过程中的问题并进行相应优化。在船舶智能制造总，虚拟装配仿真的实现多依赖于系统管理，该系统可以在基于3DCAD系统的虚拟计算机环境下实现和验证包括设计、制造和维护在内的整个产品生命周期。

2.2物联网

数字化制造和虚拟装配仿真大多针对系统以及整体造船设计与规划，应用了如CAD或PLM的IT工具，但也仅仅是在一些半自动流程中实现了智能化。而船舶制造车间属劳动密集型环境，其智能化的实现则需要依赖物联网技术。目前，船舶制造行业中物联网技术的应用还较少，但其在制造业中的理念是通用的，其在工业制造业中的应用基本上存在三个观点：一是面向对象，关注机器的可见性；二是面向互联网，旨在改进网络的协议；三是面向通信的语义，侧重于如何表示、存储、互连、搜索和组织“智能对象”产生的所有信息。在船舶智能制造中应用的物联网技术通常采用第三种观点，主要用于管控和处理生产过程。在很多情况下，信息基础设施无法成功地聚合和管理来自传感器网络以及来自各种数据源的数据，例如带有工厂车间和机器层信息的MES系统或带有企业层数据的ERP系统。

3船舶智能制造技术的发展趋势

2013年，国际海事组织（IMO）引入了船舶能效设计指数（EEDI），该指标定义了新船舶的能效标准（IMO2016），提出2025年后建造的所有船舶的燃油效率将至少提高30%，这几乎涉及船上的所有系统，要求环保造船和先进的供应商解决方案[1]；2016年发布的《中国制造2025》将海洋工程装备和高技术船舶列为十大重点领域之一。到2025年，建立较为完善的船舶总装建造智能化标准体系，全面覆盖基础共性、关键技术和船厂应用等领域，基本达到国际先进造船国家同等水平。面对行业需求的变化，船舶制造行业需要通过优化造船流程来提高整体企业协作，将流程与生产、维护完美同步。新型船舶设计和制造趋势，朝着更高的创造力、更低的成本和更符合船东需求的方向发展。据此，船舶智能制造技术中需要实现以下功能：造船标准的识别和分类；互联网网络；无线传感器；横向整合；垂直整合；端到端集成；智能服务；人机交互；安全环保的生产，互操作性；数字建模技术；虚拟化；可视化技术；自动化；工业互联网；云计算；大数据；灵活性（即插即用）；安全和保障（数据隐私）；培训和持续专业发展。

4船舶智能制造技术的应用策略

4.1虚拟装配仿真系统总体设计

通过比对市面上较为主流的建模软件，选择符合智能制造定制化需求的工具。应首先根据3DCAD系统的产品数据和日计划系统构建船舶装配工作单元，然后通过过程建模生成可以优化的路径。需要注意的是，在配置VASSS时还应根据应用领域选择合适的系统开发工具。一般选用ENVISION用于虚拟原型工具，而QUEST用于过程模拟；WindowNT4.0用于O/S。和Visual Basic、Visual Fortran和Visual C++用于应用程序开发。

4.2架构互联网网关

船舶智能制造中物联网技术的应用面向通信的语义，因此应重点加强智能网关的设计和数据的识别。智能网关连接了造船环节中任一传感器节点和通信网络，其主体架构又由接入层、协议装换层、适配层和网络层组成。其中，接入层主要进行数据包的接受和发送；协议转换层与适配层进行网关路由逻辑的处理、通信协议的转换和网关硬件设备的管理等；网络层主要承担通信任务，在船舶制造中主要使用RFID。

5结语

为提高船舶智能制造技术应用的效益，笔者重点从虚拟装配仿真系统和物联网技术的角度进行探索与实践。其中，虚拟装配仿真系统主要通过对吊装工具分析、聚合度分析、装配效率分析和焊接效率分析来得出最优的目标函数计算方法，减少装配成本、缩短装配实践；物联网方面则通过构建由接入层、协议装换层、适配层和网络层组成的智能互联网网关，采用EM算法计算终止阈值ε，以OCSVM技术为例得出实时数据高位映射序列来提高船舶制造过程中数据交换、共享与识别水平，以提高船舶智能制造技术的实际应用水平。

参考文献

[1]王娜娜，甄希金.船舶智能制造技术现状及发展趋势[J].船舶工程，2019，41（09）：6-9.

[2]徐炜，张捷.船舶行业智能制造发展动态分析[J].内燃机与配件2019（12）：132-133.