船舶制造业中的 Dassautl Systemes PLM V5 解决方案

1/21船舶制造业中的DassautlSystemesPLMV5解决方案为数字化造船设立方案和策略数字化制造：虚拟船厂前言作为为全球造船业提供先进信息技术的先导企业，DS系统通过与多家船厂，设计公司以及咨询公司的协作，从基本理念到端对端的方法来理解造船行业，并研发出新的解决方案。需要指出的是，这种被称作为“建立数字化造船的方针策略”，是在一系列拥有新指导思想的文章中所提出的，而这一系列文章是由DS公司所有。每篇文章都证实了针对当代船厂所面临的不同方面的挑战和问题，DS公司所提出的产品生命周期管理能有效的解决它们。本篇“数字化制造：虚拟船厂”主要针对生产计划，包括工艺仿真，资源规划以及数字化制造的新技术。2/21目录1介绍(Introduction)a)PPRHUBb)驱动生产c)数字化制造d)制造HUB所取得的收益2工艺规划(ProcessPlanning)a)概要b)工艺规划(ProcessPlanning)c)工艺图表(ProcessGraphs)d)制造过程中的约束条件e)时间分析f)制造方案g)布局规划h)离散事件仿真i)工艺规划总结3工艺细化和验证a)生产细化，部件运动，干涉和间隙检测b)资源建模和仿真3.b.1人员仿真3.b.2机器人仿真c)制造数据和作业指导d)制造库和设计库的连接e)库的结构，数据和资源使用3.e.1核心部件4在船厂的实施a)LPD-17的组装设计和支持设计b)三星重工（SHI）的拼板生产线优化设计c)生产规划对LPD-17在BIW阶段的优化d)在联合船厂内为系列驱逐舰所做的标准化设计e)在Fincantieri和NGSS船厂对焊接机器人的离线编程f)ISSELNORD的维修培训g)在GDEB使用数字化组装分析进行设计和制造5海军史上的数字化改造6总结a)结论7附录a)附录A缩写b)附录B数字化制造方案3/211.介绍先进的船舶制造企业，对于制造当代船舶都面临着新的挑战，不仅仅是因为更加复杂的船舶系统和他们之间的联系更加紧密，并且考虑到经济指标，而决定一种外包趋势的形成。因此，企业之间互相联合，各自负责一条船的几个不同部分，最终整船组装。这样，因为需求或设计变更的误沟通所产生的风险明显增高。这种“随地制造”的理念的提出，向如何充分利用船厂本身资源，并如何优化选择外包部分提出了挑战。为了在将来过程中比较容易的进行修改和更新，大多数船舶系统必须在外包期间内完成，这样，对内部生产需要和外包商供应之间的紧密协调的精确性要求，就远远大于以前，尤其是当几条船在同时制造的时候，对组装场地和场地上的关键设备的安排尤其重要。这种解决方案和制造中枢（ManufacturingHUB）的应用将在本文的后部分详细描述。它相当于一个对广域的概念设计，施工设计以及制造之间进行效益整合的公共数据库。这种数字化制造环境可以使制造队伍直接影响到设计，以减少本身的制造成本，并消除由于没有预先意识到可制造性而引起的技术变更。在数据库中所存储的信息也可以给制定维修计划和三维维修指导手册提供丰富的资源。由于数字化的制造环境可以使可制造性问题在设计环节中提前被发现，并在概念设计阶段，高水平的工艺规划工程师可以保证产品可以在船厂或分包厂商那里有效的进行制造，因此由于技术变更所引起的成本可以降到最低。在详细设计阶段，详细计划和工艺设计会在三维环境中完成并通过验证，这种可制造性研究可以用来生成三维的车间作业指导书，并使从概念设计到生产实施的步调一致。数字化制造包含生产系统的生成，生产工艺的规划和通过仿真来对施工顺序进行验证来证明生产设计的正确性。主要功能包含：工艺规划，工艺验证，时间分析，场地布置，人机工程，机器人技术，数控仿真，船厂物流仿真，生产管理以及电子版三维作业指导书。这种制造的网络体系提供了一个公共的，共享的制造数据库，是开始于计算机辅助设计阶段之前，并作为存储用来辅助生产的详细工艺规划和制造材料表的仓库。它成了每条船的权威的规划后数据，并且定义了供应商的供货信息，为一些在完整设计模型中没有体现出来的船舶中间产品提供实际制造状态。在设计库里面，产品数据的参考信息也会随着产品设计的研发而不断更新。这种维护变更控制和对设计库中产品数据(与制造库中的参考数据同步)进行管理配置的能力是非常关键的。在船舶制造过程中的进行如：拼板，设备安装，分段组装，舾装和涂装等会在下面进行描述。设计和生产经理们可以快速发现，通过使用一个完整的，权威的制造、购买和支持性数据库，而使数字化设计和数字化制造实现无缝整合所带来的利润。这种公共的，共享的数据库确保了所有参与设计和制造的工人们所使用的数据是实时的。4/21a)PPRHUB产品(product)-工艺(Process)-资源(Resource)或PPRHUB，包含了上述的设计库和制造库，它是一种适应数字化制造的独特的，为生产所需要的系统设计-从概念设计到生产过程中的产品，工艺以及资源信息提供存储和管理的数据策略。PPR模型是DS系统产品生命周期管理(PLM)解决方案的核心，以保证CATIA，ENOVIA和DELMIA之间的整体性。CATIA提供了产品设计方案，DELMIA提供了工艺和资源规划方案；而ENOVIA则具有在DSPLM实施过程中对数据和流程进行管理的能力。PPR是一种基于世界范围数据标准的多方位应用数据库:z整理历史数据，使它可以在整个公司范围进行使用z以逻辑关联的方式保存数据，因此所有基本数据只需要一次性输入z提供在任何一个计划阶段都可以生成状态报告的能力z通过提高数据的透明度和连贯性，来提高计划的准确性z给所有使用者提供同样的实时的数据z及时的为所有使用者反应数据的变更本篇文章主要注重于是PPR中的制造库。b)驱动生产世界范围内的船厂都在采取大范围的设备资源升级，其目的只有一个，就是达到流水线型生产。水域的延伸，码头组装设备的增加，起重能力的增加，材料控制能力的提高，组装线的现代化，拼板线的焊接自动化，管加工线的整体化等等都只是这些升级中的一小部分。为什么船厂会做这些变动？其中一种答案就是，造船行业的经济性在急剧变化中，只有那些适应于此并使用精益生产工艺方案的船厂可以接受更多的订单并增加利润空间。不容置疑，现在多数船舶的设计都比以前更加复杂更加整体化。船厂也趋向于增加外包的独立性，同时向其它船厂和联盟伙伴进行类似的合作。也就是说，船厂在努力地扩大制造范围。并重点强调CAIV(独立可变的成本)和供给能力包括预组装，预舾装和JIT(及时性)等方面因素。但是这种外包的增加，供货系统也就随之扩大，以确保相关系统的接口环节，系统结构等随时处于准备接货状态，就要增加额外的费用，而多数将要接货的系统往往都是处于忙碌状态。很多外包部分都是以组装单元的形式出现，这种形式是在设计图纸或模型中所没有涉及的。当多条船同时制造时，这种由于重复工作引起的高费用，再考虑到设备，组装场地和物流系统的占用，工艺规划和数字化制造技术就显得额外具有吸引力。在船厂外部，船东/工人都想要一种聪明的，节约成本的方式去制造。在DSPLM之前，当前的产品和工艺设计是不可能的，而生产系统的发展也是按部就班。而今天，有了DS的PLM解决方案来维护产品，工艺和资源数据模型之间的关系，设计和生产可以同时被整合，优化并逐步的带进生产流水线和船厂工人面前。5/21在造船业新的经济指标驱动下，理想化的数字制造方案则为设计和制造的实施架起了一座桥梁，并使基于仿真的设计成为需求。数字化制造是发生在一种虚拟的，协作的环境中。这种工艺的前景在于：z提高设计的标准化程度z在满足功能要求下进行细化z从计划中获取生产数据z验证方案的可实施性和有效性z支持JIT（及时性）的交货系统z通过使用公共的，共享的产品，工艺，资源数据库来提交请求。c)数字化制造什么是数字化制造？实际上，它是一种用来定义完成一个产品的制造所必须步骤(结构组装，主机安装，分段合龙，管加工等)的一种计算机技术，并试验这些步骤的完整性，生成设备的制造和应用手册。总体来讲分为如下几个阶段：工艺规划；工艺细化和验证；资源建模和仿真以及制造数据和操作手册的提取。那么数字化制造的目标是什么？他又要达到什么目的呢？当然，目标是多方面的，其中三个最关键的是：缩短产品制造周期；大量的减少重复作业和提高技术工人的利用率和效率。数字化技术集中于减少生产计划的变动，避免不可制造性和人机操作的不安全因素的存在，把设计变更减少到最低，并为那些突发因素降低反应时间。从此船舶制造将成为一种在供应商之间协同努力的结果，并常常在和其它船厂的合作下才能完成。还有一些其它的目标包括：在船体制造过程中最大限度地进行预舾装，对生产设计进行预先评估，增加生产投资的回报和减少工步骤。d)制造HUB所取得的收益船厂正在逐步清晰的了解采用制造HUB所能达到的效益，与很多当今船厂的传统系统所不同的是，PPRHUB为设计库中的产品数据和制造库中的工艺和资源数据提供了一个统一的数字化桥梁。制造HUB为产品，工艺和资源数据以及在生产，维护和维修所包含的相关联系提供了一个公共的共享数据库。并通过使用制造库中的数据，为工艺验证模拟和离散事件模拟，物流模拟提供支持。它是为生产提供支持的ERP/MES系统的逻辑和数据交流接口。当今的制造是一种多用户和多方位的活动，PPR可以提供一个协作的环境，并提供安全控制，只有授权的用户才能进入。由于数据可以根据用户需求进行客户化定义，PPR通过对工艺和资源的管理配置，有效性，版本控制等提供一些额外的帮助。正如前面所提，PPRHUB是与生产配置和管理的产品数据管理系统（PDM）相逻辑统一的。它也同时创造了工艺和资源库，可以使优化的工艺以及已有的车间布置和设备规格信息很方便的重复使用。6/21使用PPRHUB最大的好处就是它具有提供团队工作空间的能力。PPRHUB来管理大的复杂的工艺规划，同时保存详细生产规划信息以便于下一条船的使用，甚至是几年以后的船舶。大部分的生产计划员都意识到了他们都在进行多次的“重复性研究”。因为没有一种方法可以保存好的工艺并使它们从一个项目用到另外一个项目中去。数字化制造则为此提供了解决方案。DSPLM数字化制造是通过一系列的步骤来实现的，始于CATIA生成的数字化模型，用ENOVIA生成的产品结构都将应用于生产。在这点上，他们也与发生工艺规划，细化和验证，资源建模和仿真的地方-制造库中与制造材料单（MBOM）相关联，最终结果就是生成设备的制造数据和工人的操作手册。2.工艺规划（ProcessPlanning）a)概要在数字化制造中的第一部就是工艺规划，由早期的结构工程师，系统工程师设计的产品模型将被转移到生产设中，进行大分段的详细组装设计例如：必须是“拆解的”或分解到制造单元和需要制造的步骤，工艺图显示了这种顺序。DSPLM工作台为这种需求提供了三维的数字化环境，不再有实物模型或原型出现。而且在工艺图中的可变任务，都加上了前提和约束条件，相对来说，时间，成本和劳动力或者主要设备的使用就会是关键的约束。例如：在钢结构分段的组装过程中，特定的平板预组装必须要在特定的时间完成，而这个时间往往是焊接机器人的空闲时间。一旦工艺图确定后，初步的制造评估也就完成了。简单意义上的设备布置和车间布置是被假设的，但可以进行初步的评估和关键因素的定义，由此可以开展详细的场地布置和实际的设备布置。在后续阶段，由于组装顺序和不同加工设备的需要，工艺工程师将继续完善初始产品模型（本例为结构分段组装）并增加一些制造参数，如开孔，坡口等。工艺规划是交互性的，最终的结果是：生成一种将所有瓶颈和冗余的工艺步骤全部消除，使场地和设备达到最优的使用水平的高精确的制造理念。这里所描述的三维数字化工艺完全取代了依赖于物理模型和原型设计的工艺。它可以记录和重复使用优化的工艺并强制加入限制条件如：在特写的范围内吊车的起重能力等。对于船厂来说，最终结果就是大大的节省了时间和成本，同时提高了产品质量。b)工艺设计在数字化制造中，通过使用工艺设计（ProcessEngineer）解决方案，工艺工程师与船舶设计组可以实现电子协作，生产使用的组