大型船舶分段焊接智能车间标准体系研究

史 超，廖良闯，费宇霆，富 威

（1.江苏自动化研究所，江苏连云港 222021；2.哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001）

大型船舶分段焊接智能车间标准体系研究

史 超1，廖良闯1，费宇霆2，富 威2

（1.江苏自动化研究所，江苏连云港 222021；2.哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001）

文章介绍了大型船舶分段焊接智能车间的内涵及其标准体系研究现状，构建了大型船舶分段焊接智能车间的标准体系，阐述了该标准体系各部分的基本内容。大型船舶分段焊接智能车间的标准体系的研究为船舶企业分段焊接智能车间的建设提供了基础平台。

船舶分段焊接智能车间；标准体系；参考模型

0 引言

中国船舶工业的振兴和强大需要先进的船舶工业标准体系做支撑。标准是船舶设计、建造、维修和管理的基石，是缩短造船周期、确保造船质量、控制造船成本和提高造船水平的重要手段。根据《船舶工业标准体系（2012年版）》，金属船舶制造大类有标准583项，其中，国标179项，行标404项；新增标准149项[1]。标准体系内仍存在大量标准缺项，无法完全满足高技术产品的科研生产需要。支撑船舶行业管理工作的标准数量较少，对船舶先进制造技术、信息应用技术等标准的研究不够，安全生产、节能减排等行业管理标准仍不完善。为了推动我国船舶企业转型升级和推进数字化造船工程，建立完善的船舶行业标准体系成为当务之急。

1 智能焊接车间研究概述

船舶制造企业是典型的多品种小批量离散型制造企业，该类企业由于缺乏高端智能装备的支持，更多还是采用普通装备依靠工人的劳动密集型加工，造成产品生产组织难度大、制造过程柔性差、生产成本和能耗与欧美国家有较大差距等问题。随着“中国制造2025”发展战略的实施，国内诸多船厂都在致力于智能制造装备、智能车间、数字化船厂的研究，但因没有统一的相关标准可借鉴，易造成技术难度增加、接口不统一、上下工序衔接困难等问题。“没有标准，就没有规模化”，由于缺少相关标准，建设的智能船舶制造车间和智能船厂需要的软硬件配置太杂，不具有通用性，导致建设成本极高。

焊接是船体制造中的重要环节，也是决定船体质量的关键因素[2]。由于相关技术的发展，船舶分段结构件焊接有望实现自动化焊接过程，因此很多船舶企业正在围绕分段焊接开展数字化车间及智能车间的建设工作。船舶分段焊接智能车间通过物联网技术、设备监控技术加强信息管理和服务，清楚掌握船舶分段的生产管理流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上的人工干预、即时准确地采集生产线数据，以合理编排生产技术与生产进度，并融合CPS、智能焊接机器人、数字化焊机、焊缝智能识别等技术，最终达到最优生产、无人干预、效益最佳、动态平衡的目标。

2 船舶分段焊接智能车间标准体系研究现状

研究和编制船舶分段焊接智能车间的应用标准，应能够指导分段焊接智能车间的建设。船舶分段焊接智能车间标准体系指的是有关分段焊接智能车间的一系列、多维度的标准，用来阐述分段焊接智能车间相关的技术和管理等问题。

船舶分段焊接智能车间采用大量新技术与新设备，设备与技术是船舶分段焊接智能车间进行生产活动的载体和手段，关系到分段焊接智能车间生产效率、生产成本、产品质量，因此良好的设备与技术管理必不可少。船舶分段焊接智能车间的技术水平越来越高，设备也趋于智能化、信息化、精密化，因此，相应地，管理标准也要进步，才能适应现代船舶企业的发展需要，进而提高企业的经济效益。

安全生产管理是保障船舶分段焊接智能车间进行生产活动的另一个重要内容，由于车间内设备密集、种类繁杂、空间狭小、情况复杂，智能车间的安全生产管理能力显得尤为重要。编写相应的标准，应该从技术、管理及体系评价等多个层面查找、分析和预测船舶分段焊接智能车间系统中存在的危险以及不利于生产的因素，提出合理可行的对策措施，指导生产管理和事故预防，以实现安全高效生产、减少损失和最优的安全投资效益[3-4]。

3 船舶分段焊接智能车间标准体系构建原则

大型船舶分段焊接智能车间标准体系框架是对船舶分段焊接车间现有、应有和将要制定的一系列标准经过研究、分析后进行科学合理的安排，形成一个技术先进、层次分明、结构合理、系统配套的框架图。体系框架的编制尤其要遵循：

1）完整性。系统分析船舶分段焊接智能车间各个层次的支撑技术，提出完整的船舶分段焊接智能车间标准体系框架。在一段时间内，根据船舶分段焊接智能车间发展的需要，标准体系框架应包括现有的、应有的和预计发展的国家标准。

2）可扩展性。标准体系框架应充分考虑技术发展，为将来增加新的标准留有余地。当前有些技术正处于研发和推广阶段，这些技术的标准化对于推广其应用以加快船舶分段焊接智能车间的发展有非常大的促进作用。对于这些尚未成熟的新技术在标准体系框架中也应给出相应的位置。

3）层次性。层次性反映出标准使用的范围。使用范围大的标准处于标准体系框架的顶端，反之处于较低层次上，具体的个性标准处于最低层次。

4）协调性。标准体系框架中的子体系既相互独立，又相互依存，子体系间有边界，也有交叉。同一标准不能列入两个子体系中。

5）先进性。标准体系框架应该能够适应船舶分段焊接智能车间发展对标准的需求，强调并突出发展船舶分段焊接智能车间所需要制定和推广的关键标准，并能指导船舶分段焊接智能车间标准化的发展方向。

4 船舶分段焊接智能车间标准体系框架

针对船舶分段焊接智能车间标准化需求，遵循标准体系构建原则，本文提出了如图1所示的大型船舶分段焊接智能车间标准体系，包括基础标准、技术标准、管理标准、支撑标准四个模块。

1）基础标准。基础标准主要任务有三方面：一是明确一些基本概念，也就是相关术语等；二是确定通用符号，制造业工程图样、车间设备等需要用一些通用符号来说明和阐述；三是参考模型，参考模型是为了理解某一环境实体间的重要关系而建立的抽象框架，以参考模型的方式建立一个公共框架，以便有助于未来标准的开发。本文提出的基础标准包含技术术语、通用符号、参考模型、前期规划四个部分，其框架如图2所示。船舶分段焊接智能车间参考模型的标准对于焊接车间的生产工艺管理有着重要的意义。

2）技术标准。技术标准是对产品研制过程中所有专业技术事项、要求进行规范的标准。船舶分段焊接智能车间技术标准体系包括技术基础标准、智能设计技术标准、产品技术标准、三维数字化工艺技术标准、智能设备技术标准、检验方法技术标准、误差与测量技术标准、智能信息技术标准。标准体系框架如图3所示。

船舶分段焊接智能车间技术基础标准体系是指导船舶分段焊接智能车间进行生产活动的技术标准的基础。在此标准框架内，可引用现有的或今后发展的技术基础领域的相关国家标准；某些方面，可以根据大型船舶分段焊接智能车间的实际需要进行针对性地编制。

船舶分段焊接智能车间技术标准体系还制订了其他一系列标准，包括智能设计技术标准、产品质量技术标准、三维数字化工艺技术标准、智能设备技术标准、检验方法技术标准、误差与测量技术标准、智能信息技术标准。技术标准体系贯穿了产品的整个生命周期，从产品设计、生产工艺、设备管理、质量检验、误差测量、数据信息交流等多个角度对焊接车间的产品进行了全过程的质量控制。

3）管理标准。船舶分段焊接智能车间管理标准体系，包括设备与基础设施管理标准、安全生产管理标准、质量管理标准、环境管理标准以及体系评价管理标准。大型船舶分段焊接智能车间对整个组织体系的管理水平提出了很高的要求，为了保障分段焊接智能车间能够高效可靠地运作，需要多角度多层次地考虑影响车间管理水平的条件要素。标准体系框架如图4所示。

其中，船舶分段焊接智能车间安全生产管理标准是保障船舶分段焊接智能车间进行生产活动的标准。主要包括设计安全标准、设备安全标准、安全评价标准、信息安全标准、人员作业标准、安全监察与检查标准、事故应急管理标准、安全管理方法标准等。建立这些标准对提高车间安全生产管理能力有着不可低估的意义。船舶分段焊接智能车间体系评价管理标准包括可靠性评估标准与能效性评估标准等方面，目的是保障大型船舶分段焊接智能车间高效可靠地运行。

4）支撑标准。支撑标准指的是确立智能车间所需要的新一代信息技术在船舶分段焊接领域上的应用和实践方法。船舶分段焊接智能车间支撑技术标准包括工业云标准、车间物联网标准、车间智能物流系统标准、工业大数据标准、离散制造系统能效数据模型组成，其标准体系框架如图5所示。

工业云是所有智能信息技术的支撑，大型船舶分段焊接智能车间工业云标准是针对企业运营层、工厂管理层和智能设备自动化及控制三个层次间和同层间的数据交互而制定的标准。

船舶分段焊接智能车间工业物联网标准是指车间内智能设备上的数据传输、管理和智能物流系统的跟踪、定位及识别等方面有关的标准。

车间智能物流标准是为了车间智能物流系统满足生产要求而制定的标准。

船舶分段焊接智能车间工业大数据标准是指与产品数据、运营数据、管理数据、供应链数据、研发数据等企业内部数据等有关的标准。目的是通过对大数据的分析处理，使研发数据受到规范化、模块化的管理，从而提高智能车间的研发效率。

5 结论

船舶分段焊接智能车间标准体系的建立，对于船舶分段焊接智能车间的建设与管理具有里程碑式的意义。一方面为智能车间设计人员了解、查询和选用所需标准提供了依据，还可以促进未发布的相关标准制定，另一方面也满足了船舶分段焊接智能车间管理的需要，它明确了船舶分段焊接智能车间标准体系的总体架构，为智能车间建设主管部门指明未来工作重点和发展方向，提供了相关决策依据。

[1]殷毅.造船大国的标准之忧[J].中国船检, 2012(3): 54-56.

[2]谭一炯.焊接机器人技术现状与发展趋势[D].电焊机, 2006,3(3): 6-10.

[3]苏宏杰.国内外安全标准体系的现状研究[J].中国安全生产科学技术, 2008(4): 132-134.

[4]苏宏杰.我国安全标准体系的构建设想[J].中国安全生产科学技术, 2008,4(3): 92-96.

[5]杜宝瑞, 王勃, 赵璐.智能制造系统及其层级模型[J].航空制造技术, 2015(13): 46-50.

Research on Standard System of Intelligent Workshop for Large-scale Ship Subsection Welding

Shi Chao1, Liao Liangchuang1, Fei Yuting2, Fu Wei2
(1.JiangSu Automation Research Institute, Jiangsu Lianyungang 222021, China; 2.Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

The paper introduces the research present situation of the connotation and standard system of the large ship subsection welding intelligent workshop.The standard system of large ship section welding intelligent workshop is established.The paper expounds the basic contents of each part of the standard system.The research of the standard system of large ships subsection welding intelligent workshop provides a basic platform for shipbuilding enterprises to construct the subsection welding intelligent workshop.

intelligent workshop for ship subsection welding; standard system; reference model

U671.8

A

10.14141/j.31-1981.2017.01.003

项目名称：大型船舶分段焊接智能车间参考模型研究，2015智能制造专项项目第23项。

史超（1983—），男，硕士，研究方向：智能制造及数字化车间。