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摘 要：本文以公司船舶舾装件自动化、智能化生产设计与制造为载体，介绍了船舶舾装件设计、制造、集配中的自动化、信息化、智能化的开发应用，分析了船舶舾装件自动化生产设计与制造的实践，为智能化制造持续改进提供参考。
关键词：船舶舾装件;自动化生产;智能化管理
中图分类号：U673.2 文献标识码：A
Automatic and Intelligent Production Design and
Manufacturing of Ship Outfit
SHEN Ligang， LIU Xindong
（ Guangzhou Wenchuan Heavy Industy Co.， Ltd.， Guangzhou 510725 ）
Abstract： Taking the automatic and intelligent production design and manufacturing of ship outfits in the company as the carrier， this paper introduces the development and application of automation in the design， manufacturing and assembly of ship outfits， systematically analyzes and studies the practice of automatic production design and manufacturing of ship outfits， so as to provide reference for the continuous improvement of intelligent manufacturing.
Key words： ship outfit item; Automation production; Intelligent management;
1 前言
船舶舾裝件具有小批量、多种类、结构类型复杂、技术综合性较强等特点，使得舾装件制造处于以人工为主，机、料、法、环诸多因素无法适应，难以实现自动化、智能化设计与制造，且成本和风险较大。因此，需对舾装件以人工为主的生产模式进行转型，以适应现代化造船模式的需求。
借鉴智能化柔性生产工厂生产模式，主要从设计和工艺标准化、布局、下料控制、装焊一体化、集配信息化几方面进行研究。
2 设计标准化
舾装件设计标准化是舾装件自动化生产的前提，目前舾装件自动化生产、智能化管理难以推进，主要原因是受制于舾装件设计标准化程度低。船舶的生产是按单个或小批量生产，因此船舶舾装件自动化生产的重点是做好舾装件设计标准化，利用好成组技术，形成批量化舾装件。
成组技术是对零件相似性进行识别和应用的技术， 它的核心是按照一定的相似性准则对零件分类和编组，将材料规格、制造工艺相同或相似的一组零件组成一个零件族，同族零件能够采用相同工艺或工序制造，从而减少产品的制造种类，提高生产效率，实现批量生产。
舾装件设计的标准化，很大程度上取决于船体功能和结构。目前舾装件设计标准化主要体现在现有规范和设计的基础上，将各设计院、船厂企标逐步统一，在规格、种类上进行归类优化，减少个性化设计，总体上有较大提升，固定标准件设计生产模式在国内现阶段造船模式下逐步研发推进。
3 工艺标准化
舾装件生产工艺按“集、分、集”的生产模式：设计按区域集中托盘化出图，生产前对区域舾装件图纸进行分类，分为梯类、栏杆、桅杆、基座、风管、排烟管、门窗盖、系泊救生、舱盖舾、电舾件、管舾件、箱柜等多种类型;分区域制作，利于人员熟悉图纸和制作工艺，提高制作质量和进度，产品集中形成完整托盘交货;在此基础上推行自动化生产，主要针对部分物量较大的标准件。根据现有船舶设计生产模式，可阶段性地实现部分批量标准舾装件的自动化生产，研究开发智能化管理。
现有船舶设计生产模式，如图1所示。
从总体模式改进推进自动化生产，需要船体和舾装件基本结构形式趋于统一。船舶行业自动化生产理想模式，可采用大飞机生产模式，划分各船厂主要船舶类型和吨位，设计主推标准化船型，推广批量预定销售，排序生产;设计研发人员不断优化改进，每隔几年推出一型主力产品，落后船型逐步淘汰。在此模式下，船舶及内部舾装件整体标准化可显著提升，持续批量制作，满足自动化和数字化加工需要，为智能化制造奠定基础，在此基础上的部分个性化设计都不影响自动化生产。
自动化生产理想设计生产模式，如图2所示。
4 布局
改造或新建车间的整体布局，要综合考虑数字化智能车间要求，根据长远规划布局新设备，确保在规划期内能有效生产;规划旧场地改造，要兼顾实际生产，综合考虑最佳布局，减少对现有施工影响。
目前舾装件种类和物量不稳定，在布局前可按总体或单线进行布局，按物量设计合理的节拍，计算总体和单线节拍进行布局设计及设备选型。整体规划和布局，应尽量按自动化生产流程直线或扩散性布局，减少交接工序和运输距离;总体方案考虑因素多，设备要求高，需兼容多套产品;并易于调整变动，可根据物量调整生产，快速替补上损坏、停用设备，预防造成生产物量不足，防止单一生产线会因一个设备出问题，而整体受影响。 根据舾装件自身特点，宜做总体通用布局方案，以利于兼容产品生产，提高整体利用率，减少反复调整布局和更换设备;板材、型材集中下料、分类输送，进行装焊、后续处理，采用柔性方案，兼顾一定范围产品的生产，即使计划变动，也不影响自动化车间整体有效运转;布局设计应从人、机、料、法、环综合考虑，难以实现一次性建成数字化生产线的舾装件厂，还应增加时间规划，确保各阶段有效执行前期布局方案，推进由点到线、由线到面的过程。
布局方案设计时，应规划好整个项目期投资、质量、进度、安全、信息及过程中的沟通协调问题。目前生产布局多为人工设置生产设备、生产系统的二维静态原理图，随着竞争日益激烈，产品、设备更新迭代周期缩短，长期方案必定需要不断扩展和更新。但二维图由于缺乏关联性，每次更新依赖原策划人员及经验，需要大量的精力和广泛协调，否则决策者无法接收准确和最新的相关信息，不利于智能车间布局方案优化，增大了运行成本。因此，策划布局应形成模拟仿真三维软件，包括生产布局、流程、设备、资源、人员等关键信息。
设计布局方案时，可设置详细参数进行虚拟运作，对仿真运行暴露出可能存在的问题进行改进;实施后，可接入实际自动化车间，将生产计划、实时生产、设备操作等接入系统，形成可控智能化车间;需要更改时，先进行虚拟更改，相关信息能关联，确定后将实物进行变更，如此虚拟和实际结合，可以节省大量人工及发现问题，容易得出最佳布局方案并应用到数字化车间管理。
5 下料控制
物料是产品生产的基础，舾装件种类繁杂，对采购，储备、管理等造成很大压力。随着标准化工作推进，在保证设计舾装件满足使用要求和安全的基础上，精简物料种类、规格，形成设计优选标准，为自动化生产的物料管理的先决条件;同时自动化生产中物料要求更高，需要定点、定时、定量供应，减少库存物料;材质、规格、实际尺寸、精度等形成标准，确保自动化生产有效实施。
目前部分非标物料的到货质量差、精度低，影响加工、装焊及成品质量。难以满足自动化生产和质量控制要求。
自动化生产物料按国标要求采购，整体材料质量有保证，同时在材料转运、存储、加工过程中要注意控制变形、腐蚀等问题，确保物料的平直度、金属性能，为后续装焊、产品质量和涂装等提供良好基础。
舾装件物料分板材、型材及定制配件。目前板材利用数控等离子切割机、激光切割机等加工，基本满足自动化生产;型材仍以人工机械冲剪设备为主，一般采用冲剪、锯、钻等多道工序;小部分因装配面精度高的需进行机加工。机械冲剪易造成型材变形，需二次矫平矫直，人工需求量大，效率低，相比自动化生产对物料加工的精度要求，仍需进一步改进;定制配件一般不需要加工。
通过分析，原有设备难以满足自动化生产要求，加工设备要满足可编程软件控制系统、电控系统、伺服精确驱动、信息化接口等才能为后续智能制造提供基础，具备拓展使用可行性，同时满足设备利用最大化。结合目前型材加工设备水平，从成本、适用、操作便利性、后续融合等多方面考虑，适合的自动加工设备主要有数控液压冲剪和等离子切割两种，如图3所示。
综上所述，下料控制前提是优选物料种类，保质保量的准时供应;在此基础上保证下料精度满足后续自动化生产使用要求;板材切割沿用等离子和激光切割设备;型材加工以数控自动化加工设备代替人工机械冲剪设备。实现程序编制、自动化下料，信息化管理、控制变形，进一步开发可调柔性工装，实现柔性生产线，加工范围扩大，实现80%以上物料自动化加工。
6 装焊一体化
将原人工生产的装配——转运——焊接三道工序转变为装焊一体，降低工人劳动强度;装焊一体化工装都设有限位夹紧夹具，有利于控制装配精度、焊接质量及减少工件变形;装焊一体化减少人工参与量，提高工作效率;一般采用焊接机器人，具备自动化能力和信息扩展接口，满足柔性生产需要，结合具体工件设计装焊一体化柔性夹具工装。
7 集配信息化
集配依托于各类物资、商品市场进行集货、储存、包装、装卸、分货、配货、加工、信息服务、送货等服务的物资商品集散场地.物流集配包括流向、流量、流时等要素，集配物流一定程度上反映一个国家、地区、企业之间的经济联系、经济状况、管理水平和运输水平。
目前先进物流中心的主要特点为：
（1）以高科技为依托。在运输技术、储存保管技术、装卸搬运技术、货物检验技术、包装技术、流通加工技术以及物流各环节都密切相关的信息处理技术等，都采用信息化管理;
（2）以规模效益为核心。获取足够规模运行，降本增效，形成竞争力;
（3）以灵活多样的形式为基础。船舶舾装件集配目前仍以人工集配为主（如图5所示），效率低，定点、定量、定时交货难以有效保证，对船舶壳、舾、涂一体化生产带来较大影响。随着船舶行业整体转型升级和智能制造的推进，物流集配向着规模化、规范化、专业化、跨系统、跨地区、系统化、集约化、信息化方向发展，如不能紧跟形势则将被淘汰。
集配信息化要融入到舾装件设计、物资采购、生产、集配交付整个过程中，及时了解需求和生产进度，及时发现运作流程存在的问题，无论本厂生产，还是委托外厂生产，都需要纳入信息化管理系统，制定详细的计划，及时跟踪，提升舾装件集配交付及时性和完整性，产品完成进入集配场地后施行信息化管理，自动化打码及自动录入信息库，便于随时查找进行集配送货，满足智能化制造需要。
信息化集配流程，如图6所示。
8 结语
自动化工厂是数字化工厂的基础，是智能化制造的一部分。目前智能制造尚处在起步阶段，还有大量的横向、纵向、端与端的集成、大量的设计研发、软件开发、售后维护等工作。总体上宜遵循长期转型规划与短期快速适用、产生效益相结合原则，结合公司产品和发展方向，逐步推进自动化、智能化生产设计与制造，循序渐进。作为后来者要抓住机遇，充分借鉴智能制造发展路径上发生的问题，减少绕弯路，缩短升级周期。除了文中所述的问题，还有培养熟悉自动化人员、信息化生产管理模式、软件控制集成、自动化生产工法研究、设备升级、信息库编制积累、环境干净整齐等问题，形成适合企业实际情况的智能化生产线，持续不断的创新发展。
参考文献
[1]陈明 ，梁乃明.智能制造之路[M]. 北京：机械工业出版社.2017.
[2]趙东福 ，张根保.自动化制造系统[M].北京：机械工业出版社.
[3]王天然，刘海波.自动化制造系统的产生与发展[J].信息与控制.2000.
关键词：船舶舾装件;自动化生产;智能化管理
中图分类号：U673.2 文献标识码：A
Automatic and Intelligent Production Design and
Manufacturing of Ship Outfit
SHEN Ligang， LIU Xindong
（ Guangzhou Wenchuan Heavy Industy Co.， Ltd.， Guangzhou 510725 ）
Abstract： Taking the automatic and intelligent production design and manufacturing of ship outfits in the company as the carrier， this paper introduces the development and application of automation in the design， manufacturing and assembly of ship outfits， systematically analyzes and studies the practice of automatic production design and manufacturing of ship outfits， so as to provide reference for the continuous improvement of intelligent manufacturing.
Key words： ship outfit item; Automation production; Intelligent management;
1 前言
船舶舾裝件具有小批量、多种类、结构类型复杂、技术综合性较强等特点，使得舾装件制造处于以人工为主，机、料、法、环诸多因素无法适应，难以实现自动化、智能化设计与制造，且成本和风险较大。因此，需对舾装件以人工为主的生产模式进行转型，以适应现代化造船模式的需求。
借鉴智能化柔性生产工厂生产模式，主要从设计和工艺标准化、布局、下料控制、装焊一体化、集配信息化几方面进行研究。
2 设计标准化
舾装件设计标准化是舾装件自动化生产的前提，目前舾装件自动化生产、智能化管理难以推进，主要原因是受制于舾装件设计标准化程度低。船舶的生产是按单个或小批量生产，因此船舶舾装件自动化生产的重点是做好舾装件设计标准化，利用好成组技术，形成批量化舾装件。
成组技术是对零件相似性进行识别和应用的技术， 它的核心是按照一定的相似性准则对零件分类和编组，将材料规格、制造工艺相同或相似的一组零件组成一个零件族，同族零件能够采用相同工艺或工序制造，从而减少产品的制造种类，提高生产效率，实现批量生产。
舾装件设计的标准化，很大程度上取决于船体功能和结构。目前舾装件设计标准化主要体现在现有规范和设计的基础上，将各设计院、船厂企标逐步统一，在规格、种类上进行归类优化，减少个性化设计，总体上有较大提升，固定标准件设计生产模式在国内现阶段造船模式下逐步研发推进。
3 工艺标准化
舾装件生产工艺按“集、分、集”的生产模式：设计按区域集中托盘化出图，生产前对区域舾装件图纸进行分类，分为梯类、栏杆、桅杆、基座、风管、排烟管、门窗盖、系泊救生、舱盖舾、电舾件、管舾件、箱柜等多种类型;分区域制作，利于人员熟悉图纸和制作工艺，提高制作质量和进度，产品集中形成完整托盘交货;在此基础上推行自动化生产，主要针对部分物量较大的标准件。根据现有船舶设计生产模式，可阶段性地实现部分批量标准舾装件的自动化生产，研究开发智能化管理。
现有船舶设计生产模式，如图1所示。
从总体模式改进推进自动化生产，需要船体和舾装件基本结构形式趋于统一。船舶行业自动化生产理想模式，可采用大飞机生产模式，划分各船厂主要船舶类型和吨位，设计主推标准化船型，推广批量预定销售，排序生产;设计研发人员不断优化改进，每隔几年推出一型主力产品，落后船型逐步淘汰。在此模式下，船舶及内部舾装件整体标准化可显著提升，持续批量制作，满足自动化和数字化加工需要，为智能化制造奠定基础，在此基础上的部分个性化设计都不影响自动化生产。
自动化生产理想设计生产模式，如图2所示。
4 布局
改造或新建车间的整体布局，要综合考虑数字化智能车间要求，根据长远规划布局新设备，确保在规划期内能有效生产;规划旧场地改造，要兼顾实际生产，综合考虑最佳布局，减少对现有施工影响。
目前舾装件种类和物量不稳定，在布局前可按总体或单线进行布局，按物量设计合理的节拍，计算总体和单线节拍进行布局设计及设备选型。整体规划和布局，应尽量按自动化生产流程直线或扩散性布局，减少交接工序和运输距离;总体方案考虑因素多，设备要求高，需兼容多套产品;并易于调整变动，可根据物量调整生产，快速替补上损坏、停用设备，预防造成生产物量不足，防止单一生产线会因一个设备出问题，而整体受影响。 根据舾装件自身特点，宜做总体通用布局方案，以利于兼容产品生产，提高整体利用率，减少反复调整布局和更换设备;板材、型材集中下料、分类输送，进行装焊、后续处理，采用柔性方案，兼顾一定范围产品的生产，即使计划变动，也不影响自动化车间整体有效运转;布局设计应从人、机、料、法、环综合考虑，难以实现一次性建成数字化生产线的舾装件厂，还应增加时间规划，确保各阶段有效执行前期布局方案，推进由点到线、由线到面的过程。
布局方案设计时，应规划好整个项目期投资、质量、进度、安全、信息及过程中的沟通协调问题。目前生产布局多为人工设置生产设备、生产系统的二维静态原理图，随着竞争日益激烈，产品、设备更新迭代周期缩短，长期方案必定需要不断扩展和更新。但二维图由于缺乏关联性，每次更新依赖原策划人员及经验，需要大量的精力和广泛协调，否则决策者无法接收准确和最新的相关信息，不利于智能车间布局方案优化，增大了运行成本。因此，策划布局应形成模拟仿真三维软件，包括生产布局、流程、设备、资源、人员等关键信息。
设计布局方案时，可设置详细参数进行虚拟运作，对仿真运行暴露出可能存在的问题进行改进;实施后，可接入实际自动化车间，将生产计划、实时生产、设备操作等接入系统，形成可控智能化车间;需要更改时，先进行虚拟更改，相关信息能关联，确定后将实物进行变更，如此虚拟和实际结合，可以节省大量人工及发现问题，容易得出最佳布局方案并应用到数字化车间管理。
5 下料控制
物料是产品生产的基础，舾装件种类繁杂，对采购，储备、管理等造成很大压力。随着标准化工作推进，在保证设计舾装件满足使用要求和安全的基础上，精简物料种类、规格，形成设计优选标准，为自动化生产的物料管理的先决条件;同时自动化生产中物料要求更高，需要定点、定时、定量供应，减少库存物料;材质、规格、实际尺寸、精度等形成标准，确保自动化生产有效实施。
目前部分非标物料的到货质量差、精度低，影响加工、装焊及成品质量。难以满足自动化生产和质量控制要求。
自动化生产物料按国标要求采购，整体材料质量有保证，同时在材料转运、存储、加工过程中要注意控制变形、腐蚀等问题，确保物料的平直度、金属性能，为后续装焊、产品质量和涂装等提供良好基础。
舾装件物料分板材、型材及定制配件。目前板材利用数控等离子切割机、激光切割机等加工，基本满足自动化生产;型材仍以人工机械冲剪设备为主，一般采用冲剪、锯、钻等多道工序;小部分因装配面精度高的需进行机加工。机械冲剪易造成型材变形，需二次矫平矫直，人工需求量大，效率低，相比自动化生产对物料加工的精度要求，仍需进一步改进;定制配件一般不需要加工。
通过分析，原有设备难以满足自动化生产要求，加工设备要满足可编程软件控制系统、电控系统、伺服精确驱动、信息化接口等才能为后续智能制造提供基础，具备拓展使用可行性，同时满足设备利用最大化。结合目前型材加工设备水平，从成本、适用、操作便利性、后续融合等多方面考虑，适合的自动加工设备主要有数控液压冲剪和等离子切割两种，如图3所示。
综上所述，下料控制前提是优选物料种类，保质保量的准时供应;在此基础上保证下料精度满足后续自动化生产使用要求;板材切割沿用等离子和激光切割设备;型材加工以数控自动化加工设备代替人工机械冲剪设备。实现程序编制、自动化下料，信息化管理、控制变形，进一步开发可调柔性工装，实现柔性生产线，加工范围扩大，实现80%以上物料自动化加工。
6 装焊一体化
将原人工生产的装配——转运——焊接三道工序转变为装焊一体，降低工人劳动强度;装焊一体化工装都设有限位夹紧夹具，有利于控制装配精度、焊接质量及减少工件变形;装焊一体化减少人工参与量，提高工作效率;一般采用焊接机器人，具备自动化能力和信息扩展接口，满足柔性生产需要，结合具体工件设计装焊一体化柔性夹具工装。
7 集配信息化
集配依托于各类物资、商品市场进行集货、储存、包装、装卸、分货、配货、加工、信息服务、送货等服务的物资商品集散场地.物流集配包括流向、流量、流时等要素，集配物流一定程度上反映一个国家、地区、企业之间的经济联系、经济状况、管理水平和运输水平。
目前先进物流中心的主要特点为：
（1）以高科技为依托。在运输技术、储存保管技术、装卸搬运技术、货物检验技术、包装技术、流通加工技术以及物流各环节都密切相关的信息处理技术等，都采用信息化管理;
（2）以规模效益为核心。获取足够规模运行，降本增效，形成竞争力;
（3）以灵活多样的形式为基础。船舶舾装件集配目前仍以人工集配为主（如图5所示），效率低，定点、定量、定时交货难以有效保证，对船舶壳、舾、涂一体化生产带来较大影响。随着船舶行业整体转型升级和智能制造的推进，物流集配向着规模化、规范化、专业化、跨系统、跨地区、系统化、集约化、信息化方向发展，如不能紧跟形势则将被淘汰。
集配信息化要融入到舾装件设计、物资采购、生产、集配交付整个过程中，及时了解需求和生产进度，及时发现运作流程存在的问题，无论本厂生产，还是委托外厂生产，都需要纳入信息化管理系统，制定详细的计划，及时跟踪，提升舾装件集配交付及时性和完整性，产品完成进入集配场地后施行信息化管理，自动化打码及自动录入信息库，便于随时查找进行集配送货，满足智能化制造需要。
信息化集配流程，如图6所示。
8 结语
自动化工厂是数字化工厂的基础，是智能化制造的一部分。目前智能制造尚处在起步阶段，还有大量的横向、纵向、端与端的集成、大量的设计研发、软件开发、售后维护等工作。总体上宜遵循长期转型规划与短期快速适用、产生效益相结合原则，结合公司产品和发展方向，逐步推进自动化、智能化生产设计与制造，循序渐进。作为后来者要抓住机遇，充分借鉴智能制造发展路径上发生的问题，减少绕弯路，缩短升级周期。除了文中所述的问题，还有培养熟悉自动化人员、信息化生产管理模式、软件控制集成、自动化生产工法研究、设备升级、信息库编制积累、环境干净整齐等问题，形成适合企业实际情况的智能化生产线，持续不断的创新发展。
参考文献
[1]陈明 ，梁乃明.智能制造之路[M]. 北京：机械工业出版社.2017.
[2]趙东福 ，张根保.自动化制造系统[M].北京：机械工业出版社.
[3]王天然，刘海波.自动化制造系统的产生与发展[J].信息与控制.2000.