船舶智能制造

船舶智能制造摘要：當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇艱難曲折、全球航運(yùn)市場(chǎng)持續(xù)低迷、造船產(chǎn)能面臨著嚴(yán)重過剩，市場(chǎng)競爭激烈。在這種形勢(shì)下，振興制造業(yè)，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整、全面轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速邁向高端，已成為全行業(yè)的共識(shí)。當(dāng)前，我國船舶制造行業(yè)處于一個(gè)變革的時(shí)代。新一輪的工業(yè)變革已經(jīng)開始，而其中，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化作為革命的核心力量。這場(chǎng)“智”造革命所帶來的風(fēng)暴，將深刻影響著我國造船業(yè)的未來。關(guān)鍵詞：船舶；智能制造；數(shù)字化；自動(dòng)化1簡介西方發(fā)達(dá)國家振興制造業(yè)走的是一條新路子，主要是依靠科技創(chuàng)新，搶占國際產(chǎn)業(yè)競爭制高點(diǎn)、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心競爭力，謀求未來發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。以智能化為核心的裝備制造業(yè)變革正牽引著傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展革命性的演變，正推動(dòng)著全球新一輪科技創(chuàng)新高峰的形成。德國、英國、日本等國相繼推出了一系列振興制造業(yè)的重大舉措，試圖重塑其在知識(shí)和技術(shù)密集型高端制造業(yè)的競爭優(yōu)勢(shì)。例如，“工業(yè)4”是德國政府推出的高科技戰(zhàn)略2022的十大未來項(xiàng)目之一。“工業(yè)4.0”作為一個(gè)全球流行的概念，為工業(yè)制造提供了新的思路。它被稱為繼蒸汽機(jī)應(yīng)用、大規(guī)模生產(chǎn)和電氣電子信息技術(shù)三次工業(yè)革命之后的第四次工業(yè)革命。其特點(diǎn)是使用基于大數(shù)據(jù)的智能制造，以預(yù)測(cè)技術(shù)為中心。目的是大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)作的質(zhì)量和效率，促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型。此外，美國提出了“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”，日本提出了建立科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，英國提出了“工業(yè)2050”。最近，中國還宣布了中國版的“工業(yè)四號(hào)”、“中國制造2025”計(jì)劃，并提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃。專家表示，我國要著力改變?cè)齑瑯I(yè)“大而不強(qiáng)”的局面，就要依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，推動(dòng)中國造船業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)智能化。而“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃和“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出，為我國造船業(yè)實(shí)現(xiàn)從“量”到“質(zhì)”的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機(jī)遇，同時(shí)也帶來重大挑戰(zhàn)。2.智能制造簡介“工業(yè)4.0”是繼蒸汽機(jī)應(yīng)用（機(jī)械時(shí)代）、電子信息技術(shù)（電氣時(shí)代）和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（信息時(shí)代）之后的第四次工業(yè)革命，最早在2021年4月的德國漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出，與美國通過程序提升“先進(jìn)制造業(yè)”、推進(jìn)“柔性制造系統(tǒng)”有異曲同工之妙。“工業(yè)4.0”為中國經(jīng)濟(jì)特別是制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、結(jié)構(gòu)調(diào)整指明了發(fā)展方向?！肮I(yè)4.0”其特征是基于信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務(wù)，通過大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算，以預(yù)測(cè)技術(shù)為核心來指導(dǎo)高效高品質(zhì)生產(chǎn)的智能制造和應(yīng)用，目的是大幅度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)行的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)和流通消費(fèi)相融合的革命性方法，將徹底推動(dòng)傳統(tǒng)制造工業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能制造技術(shù)是以現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的。它以現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和人工智能為基礎(chǔ)，通過感知、人機(jī)交互、決策、執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程、制造過程、企業(yè)管理和服務(wù)的智能化。它是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合和融合。智能化和自動(dòng)化的最大區(qū)別在于知識(shí)的含量。智能制造是基于科學(xué)而非僅憑經(jīng)驗(yàn)的制造，科學(xué)知識(shí)是智能化的基礎(chǔ)。因此，智能制造包含物質(zhì)的和非物質(zhì)的處理過程，不僅具有完善和快捷響應(yīng)的物料供應(yīng)鏈，還需要有穩(wěn)定且強(qiáng)有力的知識(shí)供應(yīng)鏈和產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，源源不斷地提供高素質(zhì)人才和工業(yè)需要的創(chuàng)新成果，發(fā)展高附加值的新產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能制造是一種可持續(xù)發(fā)展的制造模式。借助計(jì)算機(jī)建模和仿真，利用信息和通信技術(shù)的巨大潛力，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程，大大減少材料資源和能源的消耗以及各種廢物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)回收利用，減少排放，保護(hù)環(huán)境。3.船舶智能制造“船舶工業(yè)4.0”，需要在現(xiàn)有信息化、自動(dòng)化條件下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)一實(shí)體融合架構(gòu)，通過適應(yīng)于各類用戶需求的評(píng)估、分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化體系，以“多源數(shù)據(jù)條件下的多維評(píng)估與預(yù)測(cè)、實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使面向全生命周期的中國船舶工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，如使用、管理和物流，將使中國船舶工業(yè)未來更好地以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以智能船舶為紐帶，朝著定制規(guī)模、精細(xì)化管理和高效服務(wù)的方向發(fā)展，更好地創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)新的價(jià)值。“造船工業(yè)4”將推動(dòng)造船廠在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的幫助下取代封閉的生產(chǎn)和制造系統(tǒng)，成為未來造船工業(yè)的基礎(chǔ)，并將中國從一個(gè)大型造船國完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)強(qiáng)大的造船國。雖然“造船工業(yè)4.0”仍在探索中，但新的變革浪潮必將席卷全球。企業(yè)只有帶頭才能成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。智能制造是自動(dòng)化制造未來發(fā)展的方向，是信息化和自動(dòng)化的高度集成，具有智能化、柔性化和高度集成化。船舶智能制造是指實(shí)現(xiàn)船舶制造工業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的最優(yōu)化、智能化和自動(dòng)化。涉及到的智能技術(shù)主要包括：新型的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、先進(jìn)的控制和優(yōu)化技術(shù)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的故障診斷與維護(hù)技術(shù)、基于rfid芯片的識(shí)別技術(shù)、特殊工藝和精密制造技術(shù)以及安全技術(shù)等。3.1智能船舶系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)智能船舶不僅僅是指船舶實(shí)體本身，而是指一個(gè)完整的系統(tǒng)。其核心技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)與智能船舶、海陸一體化的智能信息服務(wù)系統(tǒng)。智能船舶系統(tǒng)是通過設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、運(yùn)營企業(yè)和服務(wù)企業(yè)之間的信息共享，構(gòu)建“網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、智能化、面向服務(wù)”的網(wǎng)絡(luò)化和智能船舶集成架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營到服務(wù)的全過程系統(tǒng)協(xié)調(diào)，建立船舶全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析和挖掘，為企業(yè)創(chuàng)造新的價(jià)值。智能船舶系統(tǒng)主要包括七個(gè)模塊：智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能船舶、智能運(yùn)營、智能運(yùn)營、智能服務(wù)和云計(jì)算平臺(tái)，如圖1所示。圖1智能船舶系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)智能船舶系統(tǒng)建立在云計(jì)算平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)的分析與挖掘。該系統(tǒng)以智能船舶實(shí)體為核心，涉及智能船舶設(shè)計(jì)、制造、操縱、運(yùn)營和服務(wù)的各個(gè)功能模塊，涵蓋智能船舶從設(shè)計(jì)制造到報(bào)廢淘汰的全生命周期數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用。智能船舶系統(tǒng)的生命周期如圖2所示。圖2智能船舶系統(tǒng)生命周期智能船舶系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）系統(tǒng)性。智能船舶系統(tǒng)不再單指船舶實(shí)體本身，它是由多個(gè)子系統(tǒng)集成的船舶與岸基一體化智能信息服務(wù)體系，主要包括船舶設(shè)計(jì)、制造、操作、運(yùn)營、服務(wù)等系統(tǒng)。2）網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)互連為基礎(chǔ)，以傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)為參考，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與船舶、船舶與岸基、岸基和云中心的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)信息共享、遠(yuǎn)程控制和通信。3）智能性。智能船舶系統(tǒng)是一個(gè)多智能體系統(tǒng)，通過云計(jì)算平臺(tái)對(duì)船舶相關(guān)大數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測(cè)、評(píng)估、推理等，實(shí)現(xiàn)正確的決策，通過傳感技術(shù)、虛擬技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等理論方法，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、制造、操縱、運(yùn)營、服務(wù)過程的智能化。4）協(xié)同效應(yīng)。智能船舶系統(tǒng)覆蓋船舶設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、運(yùn)營企業(yè)和服務(wù)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)信息共享。企業(yè)可以相互提出要求，相互提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同經(jīng)營、競爭和共同發(fā)展。5）柔韌性。系統(tǒng)能夠適應(yīng)快速變化的船舶設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營和服務(wù)需求，通過大數(shù)據(jù)分析和溝通交流，能夠?qū)ψ兓氖袌?chǎng)需求做出及時(shí)的反應(yīng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。6）可追溯性。該系統(tǒng)對(duì)船舶設(shè)計(jì)、制造、使用和淘汰的全過程進(jìn)行跟蹤，能夠及時(shí)跟蹤和處理船舶出現(xiàn)的問題。7）服務(wù)性。智能船舶系統(tǒng)是船舶與岸基一體化的智能信息服務(wù)體系，能夠及時(shí)提供各種增值服務(wù)，從設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)、維修、物流等全方位提供不同的服務(wù)需求。3.2數(shù)字化造船3.2.1數(shù)據(jù)集成平臺(tái)技術(shù)船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)，它規(guī)范了信息交換和系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及接口定義等，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供良好的系統(tǒng)接口、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境和嚴(yán)格的管理界面。船舶信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中處理機(jī)、智能傳感器和帶有數(shù)字化接口的設(shè)備物理地分布于船上的各個(gè)部