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船舶数字化制造的若干关键技术

   发布时间:2017-12-20   [点击量:496]  


摘要:随着经济的迅速发展,我国的整体经济实力逐渐提高,因此,我国的制造业也取得了迅速的进步.随着科学技术的不断推进,数字化制造已经成为了当今制造业发展的方向,同时,我国已经成为了世界上的造船大国,但是,我国在船舶制造业中还存在许多问题,阻碍了船舶制造业的发展.与其他国家相比,我国造船企业的原料使用量大,建造时间长,制约了我国船舶制造企业实现现代化的发展目标.因此,当今船舶制造业应该加快信息化建设,将数字化技术与船舶制造技术结合起来,在提高造船质量的同时提升造船效率.本文基于当前船舶制造业的发展情况,分析了数字化造船的关键技术与核心工艺,提出了一些对于实际生产有帮助的公益方法.


关键词:船舶制造业;数字化技术;关键工艺;信息化进程


0 引言


随着时代的逐渐发展,我国的造船业在世界上已经占有了极大的比重,已经成为了造船大国.但是,我国与其他发达国家的船舶制造业还有一定的差距,因此如果想要实现建成世界第一造船大国的发展目标,就要将先进的数字化技术融入到传统的造船工艺中,加快船舶制造行业的信息化进程.数字化技术具有许多优点,不仅质量高而且成本低,已经成为了当今制造业的发展方向.如果将数字化制造技术加入到如今船舶信息化建设的过程中,就能保证船舶的生产效率与生产质量,提高我国船舶制造业的国际竞争力.因此,我国造船行业要越来越重视对用于数字化造船技术的研究,对于数字化制造的功能有充分的了解,掌握数字化制造的关键技术.


1 船舶制造业的发展现状


当前,我国的船舶制造行业发展迅猛,不但为国防军队建设提供了保障,还对于水上交通运输和石油的开采也提供了技术设备.随着我国船舶制造行业的迅速发展,我国已经成为了世界的造船大国,世界造船的中心已经向我国偏移,逐步从劳动成本高的地区转移到劳动成本低的地区.虽然我国的船舶制造业已经取得了一定的发展成效,但是与世界造船强国相比,仍有较大差距.这些差距主要体现在我国船舶建造的利润较低,成本投入较高,造船时间较长,同时设计能力不足,因此与韩国、日本相比竞争力较低.


对于我国船舶工业来说,存在以下几点问题,严重阻碍了行业的发展.首先是生产模式上存在的问题,当前我国船舶工业主要采用调度性的生产管理模式,整个建造过程极为复杂,且往往是跨区作业的,因此不论是生产难度还是管理难度都比较大.目前,我国的造船行业已经向现代化发展,但是管理模式仍然比较粗放,对于现场的各个问题不能及时得到解决,会拖延工期.其次,我国的造船行业在进行船舶生产时,往往没有严密的计划,都是以以往的建造经验为基础,缺乏一定的科学性和可靠性.因此,一旦现场出现问题,就无法保证资源和人员的立即到位,容易使整个建造计划延误.最后,物流管理意识严重影响船舶制造业发展的问题.船舶制造厂对于物流管理方面时常出现材料损耗的现象,无法满足当前的生产需求.


因此,我国的船舶制造业仍有很大的提升空间,急需我们采取措施解决.随着市场竞争越发激烈,如何提高生产效率将是我国船舶制造业的重要问题.生产资源的配置是否合理,现场出现问题时能否及时解决,生产计划是否严密科学,这都决定着船舶制造的生产效率与生产质量.


因此,我们应该深入探索先进的方法来解决船舶制造中出现的问题,提高设计、生产、管理的水平,改变造船模式,推进我国船舶制造行业的现代化进程,提高船舶制造企业的竞争力.


2 船舶制造业的发展趋势


面临着越发激烈的市场竞争,船舶制造业所面临的问题急需解决,各个船舶制造企业都在积极的寻找解决的办法.当前,越来越多的船舶制造企业已经意识到数字化造船技术可以改变当前船舶制造行业遭遇瓶颈的现状.数字化造船技术就是以船舶建造的各个基础环节为依托,将虚拟仿真建模与优化等数字化技术为生产手段,将计算机技术、信息技术综合应用于船舶的前期研发、生产过程、生产管理和整体决策的整个过程,从而达到均衡、高效、科学生产的目的,使得船舶制造企业得到最大的经济效益.


如果想要将数字化技术应用到造船技术中,首要的任务就是建立起数字化的生产线.其中,数字化生产线技术就是运用先进的制造技术、信息技术来将造船的各个基本步骤连接起来,对于设计、生产、管理进行统一的规划,建立起信息化、现代化、数字化的生产系统,实现整个生产过程的自动化控制,有效地解决当前造船企业效率低、质量差的问题.当前,各个国家都意识到了造船业现存的问题,开始积极推进数字化造船技术的实现,数字化造船业成为了当前世界造船业的发展方向.因此,我国也开始加强对于数字化技术的研究,积极推进我国造船行业现代化的进程,虽然起步时间较晚,但随着国家各个部门和造船企业的重视,也已经取得了一定的成效,建立起了基本的信息系统,并且部分应用在了当前的船舶制造过程中.


3 船舶数字化制造的关键技术


3.1 建模仿真技术


如果想要实现数字化造船技术,就要将先进的科技手段应用在传统的造船技术中.其中,建模仿真技术是非常关键的一项技术,它不但贯穿于船舶的设计、生产方面,对于管理和质量检验也有着重要的指导作用.建模仿真技术就是在计算机上建立仿真模型,实现生产过程的模拟,对于整个生产流程进行有效的评估,从而改进生产设计,提高生产质量,减少生产过程中可能出现的问题,进行资源的优化配置.


船舶的制造是一个系统的复杂工程,涉及到多方面的专业知识.在传统的造船模式下,由于涉及到的专业知识较多,各个环节之间联系紧密,因此作业人员往往只能通过图纸进行工作的协调,无法真正全面地解决问题.而随着信息技术的发展,建模仿真技术可以对于实际的生产系统进行模拟,可以预估可能出现的问题,提前做出应急预案.因此,如果将建模仿真技术与现代造船模式相结合,就可以有效地解决当前船舶企业中存在的一些问题.


建模仿真技术不但为设计者提供了方便科学的计划制定工具,还可以分析比对出最佳的生产计划,使得实际执行的计划更加科学合理,现场的生产部门也可以根据定好的计划来进行改变,制定出更加完善的生产策略.另一方面,实际的现场生产中会出现很多问题,导致实际的生产与计划有一定的偏差,如果利用建模仿真技术,就可以实时地对于生产计划进行调整,弥补问题,保证造船的周期不被延误.同时,船厂的生产管理往往是出现问题的重要环节.


在建模仿真技术的支持下,可以保证生产管理的及时性.全生产流程的仿真不但可以使管理者对于各个环节进行有效的控制,还可以有效地进行资源的配置,保证造船周期.同时,仿真系统还为实际生产提供了大量的数据,涉及各个部门,为各部门之间的协调提供了平台,加强各个部门之间的交流协作.建模仿真技术还可以模拟船厂的布局,进行生产摸拟,优化物流管理,避免资源的浪费.整体来说,建模仿真技术就是可以在计算机上模拟实际的生产过程,不消耗任何的资源但却可以为管理者提供重要的决策依据,提高造船的生产效率.


3.2 数据库技术和信息化标准技术


船舶制造业也可以通过建立企业内部的数据库平台,形成企业数字化的信息共享系统、构造信息化的技术基础.在企业的数据管理平台上,各个环节的管理人员可以实现对于产品生产全周期的监控,为设计和生产提供依据.其中,首先要建立船舶企业的数据库体系,包括框架设计、数据库访问方法和信息安全的保障方法.其次,还要对于产品建立数据库,加强技术研究,包括对于信息对象的分析、信息模型的建立和表达,数据结构以及访问方法等.最后,造船知识智能库也是数据库的重要组成,包括知识的分类和表达方法、访问方法和使用方法等.


随着造船业的快速发展,船舶制造企业的信息化进程也逐渐加快,基本完成了对于设计手段的信息化改造,但是在生产过程和管理方面,由于国内管理体制的不健全,信息化的进程发展较慢,目前大多采取局部管理方法,解决一些独立的业务管理问题.因此,在其中存在着一些问题,设计过程中生成了大量的信息,但是在传递过程中丢失了很大一部分,能够被利用起来的信息资源很少.目前已经建立起的信息新装载着很多的重复信息,形成了资源的浪费.其次,不同企业所使用的信息平台系统不相同,没有建立统一的产品信息模型,因此信息的完整性无法保证.


3.3 船舶虚拟制造技术


目前,我国的造船企业已经开始了虚拟制造系统的研究,建立了虚拟制造研究中心.利用虚拟制造系统,可以在基本的设计环境下建立起数字化的生产线,构造三维数字模型.利用计算机的可视化技术,将产品的模型投影在计算机的屏幕上,对于整个的生产过程进行虚拟演示,解决生产中可能出现的问题,从而保证计划的可行性.


虚拟制造技术包括以下几个方面:虚拟制造体系以及方针模型的构造,数字化生产线的控制技术,面向设计制造的虚拟样品船只的制造,船舶制造过程中虚拟仿真技术的研究.其中涉及到多方面的专业知识,包括以下几项关键技术:三维设计模型与虚拟现实系统的接口技术、虚拟加工装配过程仿真技术、物流过程仿真技术、虚拟环境技术.


4 结论


综上所述,我们可以看出数字化技术对于我国船舶制造业的重要作用.随着数字化技术与各行各业的紧密结合,以数字化造船为主要发展方向的船舶制造业的信息化进程也逐渐加快.数字化的关键技术不但是解决数字化造船的主要支撑技术,也可以引领我国船舶制造行业向信息化发展.如果想要促进我国船舶制造行业的发展,就要加大投入,对于数字化的关键技术进行切实的研究,争取掌握关键技术与主要步骤,从而加快我国数字化造船的进程.同时,国家和有关部门也要加强对于船舶制造行业的投入,引领他们对于关键技术进行研究,提高船舶制造行业的整体能力,促进船舶工业向数字化的方向发展,增强行业的竞争力,满足我国军事装备的建设需要和国民经济的发展需求.


参考文献:


[1]张维英,纪明月,侯垚森,董震鹏.我国船舶制造数字化信息化浅谈[J].中国设备工程,2017(13):208-209.

[2]韩端锋,周青骅,李敬花,李盟,杨博歆.船舶建造物资 TEU信息模型及追溯管理系统 [J/OL]. 计算机集成制造系统,2014(02):185.

[3]张维英,纪明月,侯垚森,董震鹏.我国船舶制造数字化及信息化浅谈[J].中国设备工程,2017(12):177-178.

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