船舶智能制造協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中設計與制造執行協同性差、數據傳輸效率低等問題，提出一種基于云的協同制造方法，進行了船舶協同管理平臺的應用集成研究、設計單位與應用單位的協同設計模式研究、設計單位與應用單位協同制造模式研究。并提出面向協同制造的分布式數據管理的關鍵技術，為船舶智能制造企業協同制造提供一種新的建設參考，促進船舶行業高質量發展。

關鍵詞：云計算；船舶制造；智能制造；協同制造

當前，制造企業面臨著越來越多的挑戰，更為快速地提升生產效率是制造企業的一個重要議題。而在現有基礎上，投入較少成本來改善產能則顯得更為關鍵。因此制造活動的靈活組織和動態調整，合理分配資源，提高協同制造水平是解決這類問題的重要手段。協同設計制造方式是一種降低產品設計成本及提高生產效率的有效方式。傳統的分布式網絡環境在數據傳輸效率及資源利用率方面受到限制，對異構、異地、海量資源的協同制造，難以滿足用戶需求。而基于云計算的協同制造模式將更好地利用設計資源，實現高效共享與協同海量制造資源，適配柔性制造和網絡化制造等先進模式。增強了系統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更好的轉型和發展[1]。在國家宏觀政策指引下，中國船舶工業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，對行業有較大影響力。船舶設計生產過程信息化程度越來越高。但是，船舶制造企業在協同制造過程中，還是存在較多問題制約了生產效率，如：①數據傳輸效率低，管理方式不統一；②設計數據類型繁多；③知識未進行分類，可用率低；④應用軟件未覆蓋完整，“數據孤島”現象仍然存在；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，用來提升企業軟硬件資源利用率，提升協同制造效率[2]。

1總體架構

圍繞面向船舶行業智能制造協同管理平臺的應用需求，結合船舶制造企業多工廠協同制造需求，本文研究了多工廠協同制造模式，提出了協同制造管理平臺整體架構，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，如圖2所示[3-4]。

2協同管理平臺工作模式

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

2.1協同設計應用研究

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范，各自進行相應任務的設計，完成后，通過協同設計系統提交至總體設計所，再由總體設計所實現多單元件數據的信息融合，實現型號任務的總體設計及各子系統的詳細設計。而在實際應用中，也要打通各子系統設計所之間的通信，部分單元件的設計過程中，也會涉及到與其他子系統的數據關聯。

2.2協同制造應用研究

協同制造涉及到船舶總裝廠與承擔子系統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，實現異地協同。將構建標準化供應鏈體系、協同制造體系，完成產品制造信息的統一數據管理，實現制造過程同步。

2.3協同設計制造應用研究

面向船舶行業一些特殊零部件生產制造，設計與制造會存在協同工作。例如初期的設計數據與原材料生產的結合，后期產線對設計的反響修正。基于協同管理平臺，完成設計所與生產制造廠的業務協調，完成生產制造中的工程圖樣數據、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合進行，定義其任務分界面是單元體或部件/系統一級的。按照總體指定的技術要求，各設計所在其內部完成所承擔的設計任務后，將設計結果提交到總體設計所；總體設計所負責完成對整個型號產品進行裝配，完成對型號產品的系統設計。設計所之間的協同一般發生在單元體或部件/系統之間，但對于系統的設計，需要深入到單元體/部件的設計中。設計所協同設計模式如圖3所示。而基于廠所協同模式的制造集成應用研究，利用協同管理平臺將生產準備周期長的零件制造數據提前進行預發放，隨著協同制造的信息交互，部分數據進行了更新，將通過正式版數據來對原有初設數據進行替換，再由設計所將設計數據傳遞給總裝廠，總裝廠根據各承擔單位實際情況，分解到各子系統制造單位，完成制造工藝后，相應的數據再提交至總體廠來進展總裝，廠所協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。將充分考慮網絡帶寬和任務文件大小，并結合任務細粒度，初始化數據和可用資源。根據不同任務需求類型對資源節點進行排序，依托資源對任務分組的處理能力，將任務分組分配至連續的資源節點處理，以減少任務等待時間，提高任務執行效率。利用面向對象的編程技術，建立產品數據、應用工具等的數學基本模型，便于后期統一集成化處理，通過協同管理管理的數據交互，完成各廠所間產品制造數據交換，形成了統一的BOM和系列產品管理能力，進而實現產品開發各個環節對數據存取一致性的要求。

4總結

綜上所述，本文有針對性地對船舶行業協同設計制造進行了較為深入的研究，提出了基于云的協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提供一種參考思路，后期，將繼續圍繞協同制造，并結合新興信息技術，優化整體架構和技術架構，推動中國船舶業高質量發展。

參考文獻：

［1］李亞寧，任禾.工業互聯網協同化制造體系應用發展研究［J］.信息通信技術與政策，2020（10）：35-37.

［2］閆紅翔，鄢萍，吳鵬飛，等.復雜重型裝備網絡協同制造平臺功能架構［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件工廠與總包協同的探索研究［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