精益造船与智能制造

精益造船与智能制造江苏科技大学马晓平2016-04-281©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有一、我国造船业的地位、形势、目标和行业发展态势二、现代造船模式、精益造船、智能造船的框架理念三、精益造船共性关键制造技术四、精益造船与智能制造的实现途径目录2©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有22.916.78.10510152025国内某先进船厂韩国现代重工三井造船2010年每修正总吨工时消耗（HR/CGT）中日韩先进造船企业每修正总吨工时消耗对比中日韩先进造船企业全员造船生产效率对比中日韩先进造船企业建造技术对比0.210.1100.050.10.150.20.25万元增加值综合能耗（吨标煤/万元）国内某先进船厂日韩平均9587.984868890929496钢材一次利用率中日韩先进造船企业能耗物耗对比我国已是造船大国，三大造船指标位居世界前列，但总体大而不强，在每修正总吨工时消耗、全员造船效率等效率、效益方面，我们与日韩船企的差距仍然较大。我国先进船厂和日韩船厂建造能力相关指标的对比如下：1.1我国造船业的地位和面临的形势3©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有分析借鉴先进造船国家的发展路径，我国船舶工业战略取向和步骤是：201520202030智能造船智慧船厂精益造船绿色造船数字化造船基本建立精益造船体系1.2船舶工业的奋斗目标——建设世界造船强国2015-2020年•实现精益造船、绿色造船、数字造船协同发展，实现智能化设计、准时化生产、流水化作业、无余量制造、自动化装备，建成规模实力雄厚、创新能力强、质量效益好、结构优化的船舶工业体系，力争在制造业中率先突破，成为与韩国实力相当的造船强国。2020-2030年•在上述发展的基础上，进一步提升集成化制造、高端化产品、智能化管理的综合能力，实现由精细化、标准化和局部智能化向全面的智能造船、智慧船厂方向的不断发展，成为具有全球引领影响力的造船强国。4©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有数字化网络化智能化设计智能化管理精细化信息集成化智能制造1.3造船业未来10年的发展态势以信息技术和制造业深度融合为重要特征的新科技革命和产业变革正在孕育兴起，多领域技术群体突破和交叉融合推动制造业生产方式深刻变革，制造业数字化网络化智能化已成为未来技术变革的重要趋势。船舶与海工装备制造也正在数字化、网络化、智能化技术为主线，持续向设计、生产、管理等各领域渗透，朝着设计智能化、管理精细化和信息集成化等方向发展，最终实现智能制造。设计生产管理5©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有2.1现代造船模式、精益造船、智能造船2.0时代——现代造船模式•以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产•壳、舾、涂作业在空间上分道、时间上有序•实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船3.0时代——精益造船•单件流水作业、拉动式准时化计划管理、压缩无效作业时间•工序零缓冲、物流零库存、资源零浪费、质量零缺陷、设备零故障、生产零停滞、安全零伤害4.0时代——智能造船•信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成，构建船舶企业的数字化工厂•建设船舶制造的大数据平台、构建船舶制造的信息物理融合CPS系统信息物理系统（CPS，Cyber-PhysicalSystems）6©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有2.2造船工业2.0→3.0→4.0的推进进程造船4.0造船3.0造船2.0造船工业的2.0、3.0、4.0之间没有明确的界面划分，而是一个循序推进的过程7©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有目标精益造船•设计、生产、管理一体化•最低成本、最快交付、最高质量准时化生产•正确的时间、正确的数量、正确的零件•标准的节拍、流通量管理•拉动的计划、均衡的负荷•连续有效的物流•成组技术和加工设备组无缺陷施工•精度控制•全员质量管理•辅助工装高效化•过程自动化•作业标准化持续改进总装化造船•产品导向型作业分解与组合•中间产品专业化生产•协同化设计•中间产品完整性设计•设计标准、设计信息精细化•面向任务包的施工图纸管理精细化设计•由灵活、熟练、有积极性的员工构建•团队工作•复合技能学习型组织•船体结构重量消减•消除设计功能冗余•价值工程节约型设计•标准业务流程及编码体系•全面集成的管理信息化及过程控制•全员参与信息维护标准化业务可持续发展的理念•环境和安全•绿色造船2.3精益造船的框架理念8©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有信息物理系统集成设备、人员、施工区域、产品物联资源状态物流信息设备维护制造过程数据收集，生产大数据记录柔性计划生产管理质量管理设备管理集配管理能源管理安全管理异常管理柔性化智能化精益化生产进度可视化质量缺陷可视化设备状态可视化成本数据可视化计划实绩物资物流人员工时物联控制层制造大数据层制造执行层管理决策可视层2.4智能造船的框架理念高级排产位置信息（GIS）设备接口（API）9©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有智能化设计•生产设计实现基于标准化、数据库集成应用与自动化、智能化手段的智能化设计，物量、管理信息完整、准确，设计效率和质量大幅提高；•采用基于WIFI的设计信息查询与三维可视化作业指导系统，不再向生产现场发放纸质图纸，实现无纸化作业。流水化作业•运用虚拟验证、数字化控制及装备技术，构建数字化流水作业生产线，解决造船生产“多品种、单件小批量”条件下生产工艺流程柔性化设置和自动化生产。准时化生产•建立适应顾客导向的拉动式计划、准时化生产管控模式，实现“多任务、多资源、多对象”条件下复杂工程的管理优化。无余量造船•利用CAM技术分析变形规律、全数字化与自动化手段采集精度数据并分析处理，实现船体以补偿量替代余量、舾装精确作业的无余量精准造船。自动化装备•应用大量自动化、专业化工艺装备，把造船工人彻底从“苦脏累险”作业中解放出来，基本实现各类装备及关键生产线的数字化，部分工艺装备实现智能化，机器人应用领域不断扩大。智能化管理•在各项管理实现数字化基础上，利用空间调度优化算法、数据挖掘、云计算等技术手段，为原材料、生产资源、能源管理、安全生产等管理提供决策支持，实现绿色化、智能化管理。集成化制造•完成基于北斗卫星系统、物联网等新一代信息技术的厂域网建设，知识工程全面应用，两化高度融合，信息流、价值流、物流全息贯通，实现由信息集成转向制造集成，基本具备虚拟制造条件。高端化能力•具备“海洋强国”、“造船强国”的高端制造能力，在海洋防务、海洋科考、海洋运输、海洋开发四大装备领域有新的突破；在豪华邮船、极地船舶具备设计制造能力；造船与海工的国产化配套率有较大幅度的提升。2.5到2025年发展目标所具备的主要技术特征10©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有技术方向国外现状国内现状及差距关键技术船舶设计阶段一体化技术1、合同设计阶段建立全实体的3D模型，前期设计生成的初步模型在后续设计阶段充分利用，持续深化；2、详细设计与生产设计深度融合，详细设计成熟、规范、完整性高，使后期的修改面和修改量都得到有效控制。1、设计阶段间信息继承少，实施三维到二维再到三维的设计方式，重复工作多；2、详细设计与生产设计间协调性差，新船型详细设计完整性不高，后期修改面和修改量较大。1、一体化设计软件平台技术；2、详细设计与生产设计协同设计技术。精益设计策划技术1、基于WP/WO的作业分解方式，工时、物量、工艺、管理信息完整；2、船体设计深度大，零件托盘化设计，按工位出图，设计充分考虑建造的便利性，减少工时、物料等损耗；3、舾装完整性建模水平高，设计冗余小；4、设计高度标准化。1、骨干企业初步建立，信息不完整、准确度不高；2、船体设计深度基本相当，零件托盘化、按工位出图等方面存在一定差距；3、舾装完整性建模水平仍存在较大差距，设计冗余大，自重高；4、设计标准化程度不高。1、精细化作业分解技术；2、船体零件托盘化设计技术；3、节约型设计技术；4、设计标准化技术。3.1精益造船共性关键制造技术——生产设计111©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有技术方向国外现状国内现状及差距关键技术三维快速建模技术1、全三维数字化设计；2、原理图驱动3D建模，实现2D-3D无缝集成；3、参数化设计；4、工艺、管理等信息自动化生成；5、标准化零部件数据库。1、全三维数字化设计；2、基于原理图的手工三维建模；3、在部分零部件设计中初步应用；4、工艺、管理等信息手工添加；5、初步建立零部件数据库。1、基于二维驱动的三维设计技术；2、工艺及管理信息自动化设计技术。设计自动出图技术1、船体实现装配图自动出图、自动套料以及三维模型修改自动更新二维出图；2、舾装制作图、安装图自动出图。1、骨干企业基本实现装配图自动出图、自动套料，但需进一步深化；2、骨干企业基本实现舾装制作图自动出图，未实现安装图自动出图。1、三维模型与二维图纸自动关联技术；2、舾装安装图自动出图技术。设计与现场施工无缝衔接技术1、切割、焊接等指令直接传递到现场自动化装备；2、现场作业三维可视化指导。1、仅部分切割指令实现网络直接传递；2、无，设计差错较多、施工废返率高。1、作业指令网络实时传输与控制技术；2、现场可视化三维作业指导技术。3.2精益造船共性关键制造技术——生产设计212©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有技术方向国外现状国内现状及差距关键技术拉动式计划管理技术1、以下道工序需求计划为依据制定上道工序的作业计划体系2、构建连续流动，准时化、节拍均衡生产；3、确定生产节拍，生产资源实施综合、动态平衡；4、流通量管理，现场数据采集实时、准确、完整；5、现场可视化管理。1、以倒排计划为主的计划模式；2、日程计划实现率不高，生产过程不连续均衡；3、静态、局部平衡；4、及时性、准确性、完整性不高；5、骨干企业基本实现。1、拉动式计划管理体系；2、生产资源动态平衡技术；3、基于物联网的综合数据采集、分析技术。中间产品物流管控技术1、船体零部件、舾装件托盘化物流管理；2、分段流通量合理，较少停滞和无效搬运；3、运用物联网技术进行中间产品的定位跟踪和实时调度，提高效率。1、实现舾装件托盘化管理；2、分段储备量大、堆放场地大，造成无效搬运多；3、中间产品物流人工管理。1、船体零部件托盘化物流管理技术；2、分段物流实时管控技术。精度造船技术1、建立完善的精度管理体系2、运用模拟搭载技术进行无余量搭载3、运用全站仪等集成化精度测量技术，实施精确测量和数据分析4、以补偿量替代余量，实现无余量制造5、利用有限元分析等技术手段，进行焊接变形预测1、已建立2、已解决，实现了分段余量的提前修割3、已解决4、放余量，修割率高5、无1、船体全过程精度控制技术；2、舾装精度控制技术；3、数字化精度测量与数据分析技术；4、基于数值计算的焊接变形预测技术。3.3精益造船共性关键制造技术——工程管理113©2015-2016江苏科技大学、江苏现代造船技术有限公司版权所有技术方向国外现状国内现状及差距关键技术绿色节能技术1、万元增加值综合能耗低；2、钢材一次利用率高、余料管理精细化；3、废气、废液及固废排放低，环境影响小；4、作业安全管控措施齐全，安全事故率低。1、先进企业万元增加值综合能耗高于日韩近一倍；2、钢材利用率约低5个百分点左右，余料管理粗放；3、排放物管理有待进一步提升；4、作业安全管控措施有待提升，重大事故时有发生。1、能耗规范化管理与实时监控技术；2、钢板智能套料与管理技术；3、船厂废弃物排放实时管控技术；4、船厂作业本质安全技术。组织体制管理技术1、生产体制和劳动组织扁平化；2、外用工纳入企业统一人力资源管理范围，队伍相对稳定