精益造船与智能制造PPT课件.ppt

,精益造船与智能制造,江苏科技大学,马晓平,2016-04-28,一、我国造船业的地位、形势、目标和行业发展态势,二、,现代造船模式、精益造船、智能造船的框架理念,三、,精益造船共性关键制造技术,四、,精益造船与智能制造的实现途径,目录,中日韩先进造船企业每修正总吨工时消耗对比,中日韩先进造船企业全员造船生产效率对比,中日韩先进造船企业建造技术对比,中日韩先进造船企业能耗物耗对比,我国已是造船大国，三大造船指标位居世界前列,，但总体,大而不强，在每修正总吨工时消耗、全员造船效率等效率、效益方面，我们与日韩船企的差距仍然较大,。我国先进船厂和日韩船厂建造能力相关指标的对比如下：,1.1,我国造船业的地位和面临的形势,世界造船强国,标志性因素,国际市场份额世界领先,科技创新能力世界领先,质量、品牌、效率世界领先,优强企业实力世界领先,分析借鉴先进造船国家的发展路径，我国船舶工业战略取向和步骤是,：,2015,2020,2030,智能造船,智慧船厂,精益造船,绿色造船,数字化造船,基本建立,精益造船体系,1.2,船舶工业的奋斗目标,建设世界造船强国,2015-2020,年,实现精益造船、绿色造船、数字造船协同发展，实现智能化设计、准时化生产、流水化作业、无余量制造、自动化装备，建成规模实力雄厚、创新能力强、质量效益好、结构优化的船舶工业体系，力争在制造业中率先突破，成为与韩国实力相当的造船强国。,2020-2030,年,在上述发展的基础上，进一步提升集成化制造、高端化产品、智能化管理的综合能力，实现由精细化、标准化和局部智能化向全面的智能造船、智慧船厂方向的不断发展，成为具有全球引领影响力的造船强国。,数字化,网络化,智能化,设计,智能化,管理,精细化,信息,集成化,智能制造,1.3,造船业未来,10,年的发展态势,以信息技术和制造业深度融合为重要特征的新科技革命和产业变革正在孕育兴起，多领域技术群体突破和交叉融合推动制造业生产方式深刻变革，制造业数字化网络化智能化已成为未来技术变革的重要趋势。,船舶与海工装备制造也正在数字化、网络化、智能化技术为主线，持续向设计、生产、管理等各领域渗透，朝着设计智能化、管理精细化和信息集成化等方向发展，最终实现智能制造。,设计,生产,管理,2.1,现代造船模式、精益造船、智能造船,2.0,时代,现代造船模式,以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产,壳、舾、涂作业在空间上分道、时间上有序,实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船,3.0,时代,精益造船,单件流水作业、拉动式准时化计划管理、压缩无效作业时间,工序零缓冲、物流零库存、资源零浪费、质量零缺陷、设备零故障、生产零停滞、安全零伤害,4.0,时代,智能造船,信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成，构建船舶企业的数字化工厂,建设船舶制造的大数据平台、构建船舶制造的信息物理融合,CPS,系统,信息物理系统（,CPS,，,Cyber-Physical Systems,）,2.2,造船工业,2.0,3.0,4.0,的推进进程,现代造船模式,工业,2.0,（补课）,造船,4.0,造船,3.0,造船,2.0,造船工业的,2.0,、,3.0,、,4.0,之间没有明确的界面划分，而是一个循序推进的过程,精益造船,工业,3.0,（普及）,智能造船,工业,4.0,（示范）,目标,精 益 造 船,设计、生产、管理一体化,最低成本、最快交付、最高质量,准时化生产,正确的时间、正确的数量、正确的零件,标准的节拍、流通量管理,拉动的计划、均衡的负荷,连续有效的物流,成组技术和加工设备组,无缺陷施工,精度控制,全员质量管理,辅助工装高效化,过程自动化,作业标准化,持续改进,总装化造船,产品导向型作业分解与组合,中间产品专业化生产,协同化设计,中间产品完整性设计,设计标准、设计信息精细化,面向任务包的施工图纸管理,精细化设计,由灵活、熟练、有积极性的员工构建,团队工作,复合技能,学习型组织,船体结构重量消减,消除设计功能冗余,价值工程,节约型设计,标准业务流程及编码体系,全面集成的管理信息化及过程控制,全员参与信息维护,标准化业务,可持续发展的理念,环境和安全,绿色造船,2.3,精益造船的框架理念,信息物理系统集成,设备、人员、施工区域、产品物联,资源状态,物流信息,设备维护,制造过程数据收集，生产大数据记录,柔性计划,生产管理,质量管理,设备管理,集配管理,能源管理,安全管理,异常管理,柔性化,智能化,精益化,生产进度可视化,质量缺陷可视化,设备状态可视化,成本数据可视化,计划实绩,物资物流,人员工时,物联控制层,制造大数据层,制造执行层,管理决策可视层,2.4,智能造船的框架理念,高级排产,位置信息（,GIS,）,设备接口（,API,）,智能化设计,生产设计实现基于标准化、数据库集成应用与自动化、智能化手段的智能化设计，物量、管理信息完整、准确，设计效率和质量大幅提高；,采用基于,WIFI,的设计信息查询与三维可视化作业指导系统，不再向生产现场发放纸质图纸，实现无纸化作业。,流水化作业,运用虚拟验证、数字化控制及装备技术，构建数字化流水作业生产线，解决造船生产“多品种、单件小批量”条件下生产工艺流程柔性化设置和自动化生产。,准时化生产,建立适应顾客导向的拉动式计划、准时化生产管控模式，实现“多任务、多资源、多对象”条件下复杂工程的管理优化。,无余量造船,利用,CAM,技术分析变形规律、全数字化与自动化手段采集精度数据并分析处理，实现船体以补偿量替代余量、舾装精确作业的无余量精准造船。,自动化装备,应用大量自动化、专业化工艺装备，把造船工人彻底从“苦脏累险”作业中解放出来，基本实现各类装备及关键生产线的数字化，部分工艺装备实现智能化，机器人应用领域不断扩大。,智能化管理,在各项管理实现数字化基础上，利用空间调度优化算法、数据挖掘、云计算等技术手段，为原材料、生产资源、能源管理、安全生产等管理提供决策支持，实现绿色化、智能化管理。,集成化制造,完成基于北斗卫星系统、物联网等新一代信息技术的厂域网建设，知识工程全面应用，两化高度融合，信息流、价值流、物流全息贯通，实现由信息集成转向制造集成，基本具备虚拟制造条件。,高端化能力,具备“海洋强国”、“造船强国”的高端制造能力，在海洋防务、海洋科考、海洋运输、海洋开发四大装备领域有新的突破；在豪华邮船、极地船舶具备设计制造能力；造船与海工的国产化配套率有较大幅度的提升。,2.5,到,2025,年,发展目标所具备的主要技术,特征,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,船舶设计阶段一体化技术,1,、合同设计阶段建立全实体的,3D,模型，前期设计生成的初步模型在后续设计阶段充分利用，持续深化；,2,、详细设计与生产设计深度融合，详细设计成熟、规范、完整性高，使后期的修改面和修改量都得到有效控制。,1,、设计阶段间信息继承少，实施三维到二维再到三维的设计方式，重复工作多；,2,、详细设计与生产设计间协调性差，新船型详细设计完整性不高，后期修改面和修改量较大。,1,、一体化设计软件平台技术；,2,、详细设计与生产设计协同设计技术。,精益设计策划技术,1,、基于,WP/WO,的作业分解方式，工时、物量、工艺、管理信息完整；,2,、船体设计深度大，零件托盘化设计，按工位出图，设计充分考虑建造的便利性，减少工时、物料等损耗；,3,、舾装完整性建模水平高，设计冗余小；,4,、设计高度标准化。,1,、骨干企业初步建立，信息不完整、准确度不高；,2,、船体设计深度基本相当，零件托盘化、按工位出图等方面存在一定差距；,3,、舾装完整性建模水平仍存在较大差距，设计冗余大，自重高；,4,、设计标准化程度不高。,1,、精细化作业分解技术；,2,、船体零件托盘化设计技术；,3,、节约型设计技术；,4,、设计标准化,技术,。,3.1,精益造船共性关键制造技术,生产设计,1,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,三维快速建模技术,1,、全三维数字化设计；,2,、原理图驱动,3D,建模，实现,2D-3D,无缝集成；,3,、参数化设计；,4,、工艺、管理等信息自动化生成；,5,、标准化零部件数据库。,1,、全三维数字化设计；,2,、,基于,原理图的手工三维建模；,3,、在部分零部件设计中初步应用；,4,、工艺、管理等信息手工添加；,5,、初步建立零部件数据库。,1,、基于二维驱动的三维设计技术；,2,、工艺及管理信息自动化设计技术。,设计自动出图技术,1,、船体实现装配图自动出图、自动套料以及三维模型修改自动更新二维出图；,2,、舾装制作图、安装图自动出图。,1,、骨干企业基本实现装配图自动出图、自动套料，但需进一步深化；,2,、骨干企业基本实现舾装制作图自动出图，未实现安装图自动出图。,1,、三维模型与二维图纸自动关联技术；,2,、舾装安装图自动出图技术。,设计与现场施工无缝衔接技术,1,、切割、焊接等指令直接传递到现场自动化装备；,2,、现场作业三维可视化指导。,1,、仅部分切割指令实现网络直接传递；,2,、无，设计差错较多、施工废返率高。,1,、作业指令网络实时传输与控制技术；,2,、现场可视化三维作业指导技术。,3.2,精益造船共性关键制造技术,生产设计,2,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,拉动式计划管理技术,1,、以下道工序需求计划为依据制定上道工序的作业计划体系,2,、构建连续流动，准时化、节拍均衡生产；,3,、确定生产节拍，生产资源实施综合、动态平衡；,4,、流通量管理，现场数据采集实时、准确、完整；,5,、现场可视化管理。,1,、以倒排计划为主的计划,模式,；,2,、日程计划实现率不高，生产过程不连续均衡；,3,、静态、局部平衡；,4,、及时性、准确性、完整性不高；,5,、骨干企业基本实现。,1,、拉动式计划管理,体系,；,2,、生产资源动态平衡技术；,3,、基于物联网的综合数据采集、分析技术。,中间产品物流管控技术,1,、船体零部件、舾装件托盘化物流管理；,2,、分段流通量合理，较少停滞和无效搬运；,3,、运用物联网技术进行中间产品的定位跟踪和实时调度，提高效率。,1,、实现舾装件托盘化管理；,2,、分段储备量大、堆放场地大，造成无效搬运多；,3,、中间产品物流人工管理。,1,、船体零部件托盘化物流管理技术；,2,、分段物流实时管控技术。,精度造船技术,1,、建立完善的精度管理体系,2,、运用模拟搭载技术进行无余量搭载,3,、运用全站仪等集成化精度测量技术，实施精确测量和数据分析,4,、以补偿量替代余量，实现无余量制造,5,、利用有限元分析等技术手段，进行焊接变形预测,1,、已建立,2,、已解决，实现了分段余量的提前修割,3,、已解决,4,、放余量，修割率高,5,、无,1,、船体全过程精度控制技术；,2,、舾装精度控制技术；,3,、数字化精度测量与数据分析技术；,4,、基于数值计算的焊接变形预测技术。,3.3,精益造船共性关键制造技术,工程管理,1,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,绿色节能技术,1,、万元增加值综合能耗低；,2,、钢材一次利用率高、余料管理精细化；,3,、废气、废液及固废排放低，环境影响小；,4,、作业安全管控措施齐全，安全事故率低。,1,、先进企业万元增加值综合能耗高于日韩近一倍；,2,、钢材利用率约低,5,个百分点左右，余料管理粗放；,3,、排放物管理有待进一步提升；,4,、作业安全管控措施有待提升，重大事故时有发生。,1,、能耗规范化管理与实时监控技术；,2,、钢板智能套料与管理技术；,3,、船厂废弃物排放实时管控技术；,4,、船厂作业本质安全技术。,组织体制管理技术,1,、生产体制和劳动组织扁平化；,2,、外用工纳入企业统一人力资源管理范围，队伍相对稳定；,3,、岗位技能复合、一专多能；劳动者综合素质普遍较高，,4,、班组建设规范、自主管理意识强。,1,、中国,38.3,万，人均产出低；,2,、外用工,“,以包代管,”,为主，队伍流动性大；,3,、外用工比例过大，素质和技能普遍不高；,4,、自主管理缺乏。,1,、本工化用工管理模式；,2,、人员复合技能管理技术。,目标成本管理技术,1,、注重节约型设计；,2,、有健全的目标成本的预算和控制体系；,3,、任务包作为计算作业成本的基本单元、信息量大，及时、准确、完整地进行物量、工时等成本信息归结、分析。,1,、任务包所包含的成本信息较少；,2,、不及时、不准确、不完整。,1,、基于现代造船模式的作业成本管理技术。,3.4,精益造船共性关键制造技术,工程管理,2,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,船体高效工艺与装备技术,1,、切割、加工车间。,CAD/CAM,集成自动号料、等离子机器人切割；钢板柔性加工成形生产线。,2,、小组立车间。部件装配流水线、机器人切割、焊接小合拢装焊机器人群,3,、,平面分段车间。含有机器人的、构架自动安装的激光检测的平面分段装焊流水线、无余量；,4,、,曲面分段车间。曲面分段流水生产，无余量,；,5,、,总组平台与船台,/,坞搭载。自动化焊接、高效辅助工装。,1,、在装备自动化、智能化程度等方面存在差距,。,2,、部件装配在平台上手工作业、部分采用高效焊，机械化、自动化方面差距很大。,3,、,平面分段装配、焊接流水线、局部留余量，人工干预较多，自动化程度及效率偏低。,4,、,曲面分段可调胎架装焊、留有余量，自动化装备、集成化管理等方面差距较大；,5,、,外板作业自动化程度高，特殊作业区域,/,对象程度低，辅助工装少，在装备自动化、智能化，工装高效化等方面存在差距。,1,、切割技术与装备,（,1,）激光和水射流切割技术与装备,（,2,）精密切割技术与装备,2,、成形技术与装备,（,1,）数控冷压弯板技术与装备,（,2,）智能水火弯板技术与装备,（,3,）智能冷弯肋骨技术与装备,3,、装配技术与装备,（,1,）部件支线自动化生产技术,（,2,）曲面分段机械化生产技术与装备,4,、焊接技术与装备,（,1,）串列多丝气体保护焊技术,（,2,）弧焊机器人技术与装备,（,3,）激光焊接技术与装备,（,4,）搅拌摩擦焊技术与装备,（,5,）微束等离子焊接技术与装备,（,6,）焊接过程数值模拟与专家系统,（,7,）数字化焊接电源,3.5,精益造船共性关键制造技术,工艺工装,1,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,舾装高效工艺与装备技术,1,、采用预舾装标准单元和模块舾装技术，舾装完整性率高；,2,、管件制造。由,CIMS,系统和三维图形提供管件加工数据，由包含自动化装备的管件柔性制造系统制造；,3,、现校管。采用数字化测量与再现装备，实现现校管快速设计、出图和制造。,1,、舾装单元标准化、模块舾装技术应用较少；,2,、由计算机处理管件加工数据，采用管件生产线，法兰焊接机器人，差距在自动化装备、集成制造能力；,3,、手工作业，工时、材料消耗大。,1,、预舾装标准单元和模块舾装技术,2,、管件柔性制造系统,3,、现校管数字化测量与自动出图技术。,涂装高效工艺与装备技术,1,、,NC,喷丸清洗机、清洁明亮涂装房；,2,、机器人涂装、特涂设备；,3,、漆膜厚度自动检测。,1,、遥控喷砂机、环保涂装房；,2,、高压、无气喷涂工艺、特涂设备；,3,、精密仪器检测漆膜厚度。,1,、自动化喷砂工艺与装备技术；,2,、自动化涂装工艺与装备技术；,3,、漆膜厚度自动检测技术。,巨型总段建造工艺技术,1,、巨型总段建造（,3000,吨），巴拿马型,4,5,个总段，阿芙拉型,10,个总段；,2,、大型单元模块；,3,、开发并运用了适应巨型总段建造的系列化专用工装。,1,、大型总段（,1000,吨以内），巴拿马型,20,个总段以上；,2,、单元模块大型化率低；,3,、无。,1,、巨型总段平面船台多岛式建造技术；,2,、巨型总段入坞定位合拢技术；,3,、巨型总段轴舵系工程技术；,4,、巨型总段建造工装技术。,3.6,精益造船共性关键制造技术,工艺工装,2,技术方向,国外现状,国内现状及差距,关键技术,设计制造虚拟仿真技术,1,、设计模型虚拟仿真评估，减少设计差错；,2,、制造过程虚拟仿真，提前暴露问题；,3,、中间产品物流虚拟仿真优化。,1,、骨干企业已基本解决，但应用不广、深度不足；,2,、处于起步阶段；,3,、处于起步阶段。,1,、制造过程虚拟仿真技术；,2,、中间产品物流虚拟仿真优化技术。,设计、制造、管理一体化管理技术,1,、实现设计、生产、物资等主要业务集成管理；,2,、实现产品全生命周期管理。,1,、骨干企业基本实现，在使用范围（模块数量）、应用深度、各系统间的数据交换与复用等方面存在一定差距；,2,、尚未实现。,1,、船舶产品全生命周期管理技术,车间制造信息集成技术,1,、利用车间制造信息集成技术，实现对生产的高效协调、控制和管理；,1,、总体处于起步阶段，车间综合管理能力不足，主要依靠人员经验。,1,、车间制造信息集成技术,智能船厂技术,1,、利用物联网技术构建厂域空间高速实时的信息网络，对生产过程各资源进行实时监控；,2,、应用人工智能技术对海量数据进行处理，实现钢材堆场管理、车间场地计划、分段堆场计划等的智能决策支持，提高效率。,1,、尚未构建基于物联网技术的厂域高速通信网络，资源实时管控仅在局部领域应用；,2,、管理决策依靠人员经验，智能决策,支持匮乏,。,1,、船厂资源实时高速监控与管理技术；,2,、基于大数据、数据挖掘等的人工智能技术。,3.7,精益造船共性关键制造技术,数字化制造,4.1,精益造船与智能制造的实现途径,以两化融合为手段，推行精益造船，逐步向智能造船迈进,基础设备、设施建设,信息化、数据平台建设,管理业务流程规范化体系建设,船舶制造信息物理系统,CPS,的构建,零件切割加工,小中组制作,分段建造,涂装,试航、交船,码头舾装,系泊试验,船坞合拢,区域舾装,总组,构建船舶制造信息感知网，覆盖物资供给、零件切割加工、分段建造、分段堆放、搭载、涂装和舾装等船舶制造的全过程，实时动态获取生产过程中人员、设备状态、零部件物流与质量，生产计划执行状态，生产环境和能耗，施工质量等信息，实现船舶制造全部过程的状态,“,可观,”,。,钢材,涂料,管舾托盘,设备,电缆,铁舾托盘,电舾托盘,原材料,4.2,基础硬件设施：工业互联网,/,物联网建设，现场数据的快速采集和反馈,信息高效采集、状态实时监测、数据自动传输,4.3,基础硬件设施：自动化,/,智能化设备、工装、生产线的投入,吊耳切割设备,活动马板,小中组,装配工装,平面分段全自动流水线,零件打磨全自动流水线,拼板装焊全自动流水线,管子下料装配焊接流水线,角钢自动下料加工设备,推进单个工艺环节的工装化、机械化、自动化，逐步转向智能化,线表计划,搭载计划,先行中日程,后行中日程,设计过程控制,生产部门,计划,(WOP,日程,),周,/,日作业计划,作业,指示,工程分解,工程,管理,PO,到货,领用,配送,库存现况,作业实绩,POR,物资,申请,物资预约,物资,管理,设计,管理,计划管理,定,置定位,管理,工程质量,（,NDT,、,ITP,）,工时物量定额,工程基准信息,作业反馈,生产资源信息,区域,系统,设备,CAD/CAM,(Tribon/AM),意见管理,安全管理,经营报价,经营预测,CEO,报表,决策支持,经营,工法,WSD,、,DAP,成本,财务,物资需求计划,出库,能源消耗,分段,/,总段划分,BOM,R0/R1/R2,图文档,（版本）,入库,设计,/,发图计划,生产技术准备,区域,划分,系统 划分,批次 划分,生产准备计划,加工,组立,涂装,总组,设计供图计划,托盘配套计划,PP,DP,MP,设备纳期计划,设备技术跟踪,条码,/RFID,标签,4.4,信息化建设：船舶产品全生命周期的信息化管理,以工程分解为纲领，计划为核心，在统一的数据平台上统合设计、生产、物资、成本管理,设备状态,数据,流程,标准,管理对象的状态,提供管理必须的基础,数据,，,建立覆盖各个管理,流程,的体系，,在体系运行中规范输入输出,标准,各方信息及时准确的,反馈和获取,管理数据：共享透明,决策支持,造船管理对象,分段,总段,区域,系统,批次,造船管理流程,设计,计划,物资,生产,成本,4.5,信息化建设：业务流程和数据的标准化，状态实时共享、透明,仓储,计划,配送运输,采购,制造,统一的产品数据信息,技术文档,物料信息,模型信息,BOM,三维数字化建模,装配计划定义,模型数据信息定义,为船厂的采购、仓储、生产、成本等业务管理流程提供标准的、统一的、可靠的数据,4.6,设计管理：为计划、采购、仓储、配送、生产、成本提供统一数据,面向任务包，按工位、阶段提供施工所需要的图纸,图纸下发计划,设备物资需求计划,配套,计划,托盘,物资需求、集配、制作计划,发布,执行、反馈,后行作业计划,后行,ITP,报验计划,D/L,S/T,K/L,M/E,D/G,Zone,Sys,Sub Sys1,Sub Sys2,完整性,密性,调试,Sub Zone,TANK,EQUIP,Proj,后行中日程计划,先行中日程计划,4.7,计划管理：建立以工序合理、负荷平衡、中间产品完整为目标的计划体系,零部件级,组立级,分段级,总段级,区域级,（船坞,/,码头）,大幅提高,“,中间产品,”,成品化、集成化生产程度,4.8,生产管理：建立以中间产品为导向的生产作业管理体系,生产制造部门通过,WOP,计划制定、派发及反馈，收集工时,和进度，,掌握工程健康状态,WOP,接受,生产策划,WOP,WOP,计划编制,WOP,派发,WOP,执行,WOP,每日工时进度反馈,作业管理,标准工时,S.T,实动工时,怠工工时,工时物量定额数据库,根据实绩回归,分析,工时物量,S,曲线,WOP,分析,Task,派工,及执行,效率系数,中日程计划,物量,工程预算管理,工程进度管理,生产部门：加工,/,组立,/,涂装,/,总装,/,保障,目标工时,T.MHr,工程建造策划分解,生产管理部门,施工班组,技术部门,追加计划外,WOP,WOP,工时制定,劳务,成本,质量,意见,安全,设备,4.9,作业管理：以任务包为基础的作业日程计划、派发和反馈体系,运输设备预约及定位管理,分段定置定位管理,条形码打印机,RFID,读写设备,移动,RFID,阅读器,移动条码阅读器,条形码,RFID,标签,二维码,设备、物资,仓库,钢材,仓库,托盘制成品,Wi-Fi,基站,入库,出库,退库,盘点,集配,签收,安装,加工,4.10,物资管理：基于物联网,+,的精细化物资管理,将传感器及智能决策软件与装备集成，实现感知、分析、推理、决策、控制功能,传感检测,信息化、实时化,装备运行境检测,制造质量的检测,工艺设计,智能化、知识化,制造工艺的智能设计,制造工艺的实时规划,控制执行,柔性化、自动化,装备自动控制,装备柔性操作,计划管控,节拍化、均衡化,生产节奏的均衡控制,执行进度的自动反馈,4.11,船舶制造信息物理系统,CPS,的构建,信息物理系统（,CPS,，,Cyber-Physical Systems,）,4.12,大数据的处理和使用,数据分析、挖掘、利用,设计支持,计划排产,虚拟仿真,生产流程优化,数据：,隐性数据的显性化,产品制造全流程的实时感知,系统：,隐性知识的显性化,发现规律、预测未来、动态调整,Thank you,！,