船舶智能制造協(xié)同管理平臺設計淺議

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摘要：針對當前船舶制造行業(yè)中設計與制造執(zhí)行協(xié)同性差、數(shù)據(jù)傳輸效率低等問題，提出一種基于云的協(xié)同制造方法，進行了船舶協(xié)同管理平臺的應用集成研究、設計單位與應用單位的協(xié)同設計模式研究、設計單位與應用單位協(xié)同制造模式研究。并提出面向協(xié)同制造的分布式數(shù)據(jù)管理的關鍵技術，為船舶智能制造企業(yè)協(xié)同制造提供一種新的建設參考，促進船舶行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

關鍵詞：云計算；船舶制造；智能制造；協(xié)同制造

當前，制造企業(yè)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，更為快速地提升生產(chǎn)效率是制造企業(yè)的一個重要議題。而在現(xiàn)有基礎上，投入較少成本來改善產(chǎn)能則顯得更為關鍵。因此制造活動的靈活組織和動態(tài)調(diào)整，合理分配資源，提高協(xié)同制造水平是解決這類問題的重要手段。協(xié)同設計制造方式是一種降低產(chǎn)品設計成本及提高生產(chǎn)效率的有效方式。傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡環(huán)境在數(shù)據(jù)傳輸效率及資源利用率方面受到限制，對異構(gòu)、異地、海量資源的協(xié)同制造，難以滿足用戶需求。而基于云計算的協(xié)同制造模式將更好地利用設計資源，實現(xiàn)高效共享與協(xié)同海量制造資源，適配柔性制造和網(wǎng)絡化制造等先進模式。增強了系統(tǒng)的可擴展性并提高了用戶參與度，所以這種新型的制造方式將促進船舶制造企業(yè)更好的轉(zhuǎn)型和發(fā)展[1]。在國家宏觀政策指引下，中國船舶工業(yè)基礎信息化能力提升，中國已超過老牌造船強國，慢慢成為世界上重要的造船國家，對行業(yè)有較大影響力。船舶設計生產(chǎn)過程信息化程度越來越高。但是，船舶制造企業(yè)在協(xié)同制造過程中，還是存在較多問題制約了生產(chǎn)效率，如：①數(shù)據(jù)傳輸效率低，管理方式不統(tǒng)一；②設計數(shù)據(jù)類型繁多；③知識未進行分類，可用率低；④應用軟件未覆蓋完整，“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象仍然存在；⑤分布式硬件資源利用效率低。本文將基于這些問題進行分析，提出解決方案，用來提升企業(yè)軟硬件資源利用率，提升協(xié)同制造效率[2]。

1總體架構(gòu)

圍繞面向船舶行業(yè)智能制造協(xié)同管理平臺的應用需求，結(jié)合船舶制造企業(yè)多工廠協(xié)同制造需求，本文研究了多工廠協(xié)同制造模式，提出了協(xié)同制造管理平臺整體架構(gòu)，如圖1所示，以及包含資源層、云技術層、云服務層、應用層、用戶層5個層面技術架構(gòu)，如圖2所示[3-4]。

2協(xié)同管理平臺工作模式

基于云的船舶智能制造協(xié)同管理平臺將重點圍繞協(xié)同設計以及協(xié)同制造，并結(jié)合兩者應用形成的協(xié)同設計制造三個模式。在協(xié)同設計方面，將重點打通船舶行業(yè)主件和部分配件設計廠所之間的協(xié)同，明確協(xié)同間的設計流程、標準規(guī)范、數(shù)據(jù)存儲等基本情況；在協(xié)同制造方面，則重點打通船舶總裝制造廠與配套生產(chǎn)廠之間的制造業(yè)務，明確制造管理工具、數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)排程等業(yè)務；在協(xié)同設計制造方面，將重點打通總體所與總裝廠之間的數(shù)據(jù)連通，明確設計主體與制造主體的數(shù)據(jù)傳輸、工藝設計版本、工藝制造流程、設計變更等方向的協(xié)同工作。

2.1協(xié)同設計應用研究

在型號任務確定后，各個參研的設計所將圍繞各自的單元件或者子系統(tǒng)一級進行任務分配。并嚴格遵守總體牽頭設計所的技術要求和規(guī)范，各自進行相應任務的設計，完成后，通過協(xié)同設計系統(tǒng)提交至總體設計所，再由總體設計所實現(xiàn)多單元件數(shù)據(jù)的信息融合，實現(xiàn)型號任務的總體設計及各子系統(tǒng)的詳細設計。而在實際應用中，也要打通各子系統(tǒng)設計所之間的通信，部分單元件的設計過程中，也會涉及到與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關聯(lián)。

2.2協(xié)同制造應用研究

協(xié)同制造涉及到船舶總裝廠與承擔子系統(tǒng)制造任務的配套廠以及供應商之間的關系，重點打通各實體部門的信息傳遞，實現(xiàn)異地協(xié)同。將構(gòu)建標準化供應鏈體系、協(xié)同制造體系，完成產(chǎn)品制造信息的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)制造過程同步。

2.3協(xié)同設計制造應用研究

面向船舶行業(yè)一些特殊零部件生產(chǎn)制造，設計與制造會存在協(xié)同工作。例如初期的設計數(shù)據(jù)與原材料生產(chǎn)的結(jié)合，后期產(chǎn)線對設計的反響修正?；趨f(xié)同管理平臺，完成設計所與生產(chǎn)制造廠的業(yè)務協(xié)調(diào)，完成生產(chǎn)制造中的工程圖樣數(shù)據(jù)、技術指導文件等信息的及時交互，做到工程變更反饋的有效性和及時性，進而降低生產(chǎn)制造成本。

3應用研究

選取船舶制造領域典型應用，在進行特定設備研制時，考慮到是多設計所聯(lián)合進行，定義其任務分界面是單元體或部件/系統(tǒng)一級的。按照總體指定的技術要求，各設計所在其內(nèi)部完成所承擔的設計任務后，將設計結(jié)果提交到總體設計所；總體設計所負責完成對整個型號產(chǎn)品進行裝配，完成對型號產(chǎn)品的系統(tǒng)設計。設計所之間的協(xié)同一般發(fā)生在單元體或部件/系統(tǒng)之間，但對于系統(tǒng)的設計，需要深入到單元體/部件的設計中。設計所協(xié)同設計模式如圖3所示。而基于廠所協(xié)同模式的制造集成應用研究，利用協(xié)同管理平臺將生產(chǎn)準備周期長的零件制造數(shù)據(jù)提前進行預發(fā)放，隨著協(xié)同制造的信息交互，部分數(shù)據(jù)進行了更新，將通過正式版數(shù)據(jù)來對原有初設數(shù)據(jù)進行替換，再由設計所將設計數(shù)據(jù)傳遞給總裝廠，總裝廠根據(jù)各承擔單位實際情況，分解到各子系統(tǒng)制造單位，完成制造工藝后，相應的數(shù)據(jù)再提交至總體廠來進展總裝，廠所協(xié)同設計制造模式圖如圖4所示。而在云計算技術應用方面，更好地提升了資源利用效率。將充分考慮網(wǎng)絡帶寬和任務文件大小，并結(jié)合任務細粒度，初始化數(shù)據(jù)和可用資源。根據(jù)不同任務需求類型對資源節(jié)點進行排序，依托資源對任務分組的處理能力，將任務分組分配至連續(xù)的資源節(jié)點處理，以減少任務等待時間，提高任務執(zhí)行效率。利用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g，建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)、應用工具等的數(shù)學基本模型，便于后期統(tǒng)一集成化處理，通過協(xié)同管理管理的數(shù)據(jù)交互，完成各廠所間產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)交換，形成了統(tǒng)一的BOM和系列產(chǎn)品管理能力，進而實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)各個環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)存取一致性的要求。

4總結(jié)

綜上所述，本文有針對性地對船舶行業(yè)協(xié)同設計制造進行了較為深入的研究，提出了基于云的協(xié)同制造管理平臺設計思路和關鍵技術，這將給船舶制造行業(yè)提供一種參考思路，后期，將繼續(xù)圍繞協(xié)同制造，并結(jié)合新興信息技術，優(yōu)化整體架構(gòu)和技術架構(gòu)，推動中國船舶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻：

［1］李亞寧，任禾.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同化制造體系應用發(fā)展研究［J］.信息通信技術與政策，2020（10）：35-37.

［2］閆紅翔，鄢萍，吳鵬飛，等.復雜重型裝備網(wǎng)絡協(xié)同制造平臺功能架構(gòu)［J］.重型機械，2021（1）：8-14.

［3］趙懷亮，閆旭，蘇群.基于智能制造的預制構(gòu)件工廠與總包協(xié)同的探索研究［J］.建筑技術，2020，51（12）：1412-1414.

［4］牛延丹，姜軍，汪璇，等.基于分布式自主協(xié)同制造的船體分段智能車間體系［J］.造船技術，2020（5）：58-63.

作者:王夢 李剛 董奇 單位:江蘇杰瑞信息科技有限公司