船舶智能制造标准体系构建

李奇楠

(江苏科技大学 机械工程学院， 江苏 镇江212003)



船舶智能制造标准体系构建

李奇楠

(江苏科技大学 机械工程学院， 江苏 镇江212003)

从体系的视角对船舶智能制造标准进行分析，推进船舶智能制造标准的制定。从船舶智能制造和标准体系内涵分析入手，借鉴国内外标准，研究构建我国船舶智能制造标准体系的原则和范围，并运用智能功能、系统层级、生命周期等3个维度的分析，以及对船舶智能制造重点内容和流程分析，提出标准需求，提出船舶智能制造标准体系结构及其范围和建议制定的标准,明确建立船舶智能制造标准体系的指导思想、基本范围与架构以及急需制定的标准项目，为开展船舶智能制造关键技术标准的研究与验证、制定相关标准提供基础。

船舶智能制造；标准；体系

0 引言

船舶工业是国家高端装备制造业的重要组成部分,也是我国海洋强国战略的基础和重要支撑。目前，我国船舶工业数字化工艺设计能力不足，船船制造装备与系统自动化智能化水平较低，造船过程管控缺乏有效数据支撑，制造技术与信息化技术融合与集成度低。“十三五”时期是我国船舶工业由大变强的关键时期，加快推动新一代信息技术与先进船舶制造技术融合，大力推进智能制造，是增强我国造船企业核心竞争力的有效途径，也是实现船舶工业转型升级的关键所在。

标准是国家质量基础和产业技术基础的核心要素，在推进智能制造的过程中具有重要的基础支撑和带动引领作用。智能制造作为制造业的新型生产模式是一项复杂而庞大的系统工程，其标准化工作需要从技术成熟后再开展标准制定的传统模式向标准引领的新思路转变。目前，国内不仅缺乏船舶智能制造关键技术标准，更缺乏船舶智能制造标准化的顶层设计，需要尽快构建船舶智能制造标准体系。

1 船舶智能制造与标准体系基本概念

智能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节相融合，具有信息深度感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称，它体现了信息技术与工业技术的深度融合。

船舶智能制造是通过船舶设计制造过程中信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行，有效提高生产效率，提升产品质量，降低资源消耗；并由生命周期、系统层级、智能功能等3个维度组成的系统架构。其中：生命周期维度是由船舶设计、建造、试验、物流、贸易、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合；系统层级维度主要由生产设备、智能控制、智能车间、智能船厂和企业协同等多个层级构成；智能功能维度则主要包括资源收集、系统集成、互联互通、信息融合等多个方面。

标准体系是一定范围内的标准按其内在联系形成的科学有机整体。船舶智能制造标准体系构建需分析体系建立的基本原则、体系框架以及船舶智能制造的标准需求。

2 国内外智能制造标准现状

2.1 国际标准现状

在ISO标准方面，智能制造相关标准主要由增材制造技术委员会(ISO/TC 261)、自动化系统与集成技术委员会(ISO/TC 184)等研究制定，涉及基础共性、信息技术、系统集成、机器人等领域。

在IEC标准方面，智能制造相关标准主要由工业过程测量、控制和自动化技术委员会(IEC/TC 65)，无线电通信传输设备技术委员会(IEC/TC 103)等研究制定，涉及基础共性、通信技术、过程控制、可靠性等领域。2016年2月，工业过程测量、控制和自动化技术委员会(IEC/TC 65)专门成立了“智能制造信息模型”和“智能制造框架和系统架构”2个特别工作组，全面支撑智能制造相关工作。

在ITU标准方面，智能制造相关标准主要由信令要求、协议和测试规范研究组(ITU-T SG 11)，性能、服务质量(QoS)和体验质量(QoE)研究组(ITU-T SG 12)等研究制定，涉及通信协议、网络安全、频谱管理、服务质量等领域。

具体如表1所示。

表1 智能制造相关国际标准

续表1 智能制造相关国际标准

通过分析可以看出，在国际标准方面，国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)这3大国际标准化组织在通信技术、接口协议、系统集成、机器人、过程控制、人机交互等关键领域均制定了一批国际标准，可为船舶智能制造提供重要参考。

2.2 国外先进标准现状

除上述国际标准化组织发布的国际标准外，国际自动化协会(ISA)、对象管理组织(OMG)、美国电气和电子工程师协会(IEEE)、美国机械工程师学会(ASME)、美国信息及图像管理协会(AIIM)、美国电路互联与载体学会(IPC)、美国通信工业协会(TIA)等国际组织也制定了智能制造相关标准。

具体如表2所示。

表2 智能制造相关国外先进标准

通过分析可以看出，以上国际组织制定的标准主要涉及基础共性标准包括协议、接口、可靠性、信息安全标准。智能功能标准包括信号采集、智能管理、工业软件和大数据、总线架构、工业互联网等标准。智能装备标准包括设备集成、自动控制等标准，也可为船舶智能制造提供重要参考。

2.3 我国标准现状

2015年12月，工业和信息化部、国家标准化管理委员会联合发布了《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》，其中明确截至2015年12月，我国已发布、制定中的智能制造相关通用标准共计220项(见表3)，其中已发布标准120项、制定中标准100项，主要涉及信息技术与信息安全、工业过程测量与控制、工业自动化系统与集成、工业机器人、软件工程等领域。

表3 我国智能制造基础共性标准和关键技术标准 项

在船舶工业标准方面，2012年4月，国家标准化管理委员会、工业和信息化部联合发布了《船舶工业标准体系(2012版)》，该标准体系框架总体上依据GB/T 4754-2011《国民经济行业分类》进行构建，由4层架构组成，包含6个大类、14个中类和55个小类，覆盖海洋船、内河船、渔船、大型游艇、小艇、船舶动力装置、船用机械设备、船舶电气系统及设备、船舶导航通信水声设备、船舶舾装设备、海洋工程结构物、潜水器、船舶修理、船舶拆解等专业范畴。我国船舶工业标准由国家标准(GB)和行业标准(CB)组成，截至2016年6月，我国现有标准数量：已发布船舶工业标准2 155项，包括国家标准541项、行业标准1 614项；计划制定标准237项，包括国家标准180项、行业标准57项。根据2016年船舶工业标准集中复审结论，船舶工业现有标准和标准计划数量将有相应调整。目前，我国船舶智能制造专用标准极少，急需结合行业特点开展船舶智能制造标准体系构建及关键技术标准研究。

3 船舶智能制造标准体系构建思路

工业和信息化部、国家标准管理委员会联合发布的《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》中，智能制造标准体系框架包括了基础共性、关键技术、重点行业等3个部分，对海洋工程装备及高技术船舶部分只有框图，内容并没有展开。下文提出船舶智能制造标准体系构建的原则、范围和框架。

3.1 构建原则

(1) 引导性原则。深入贯彻《中国制造2025》《智能制造发展规划(2016—2020 年)》《船舶工业深化结构调整加快转型升级行动计划(2016—2020)》有关大力发展智能制造的战略部署和工作要求，引导船舶工业加快船舶智能制造标准建设并形成配套支撑能力。

(2) 系统性原则。全面覆盖船舶智能制造基础共性与关键技术等领域，从产品生命周期、系统层级和智能功能等多维度系统性考虑发展需求，成套成体系地推进船舶智能制造标准建设。

(3) 实用性原则。以实现互联互通、数据集成、异地协同、智能管理等为主要目的，建立通用性强、可操作性强的船舶智能制造标准体系，提升船舶智能制造技术和管理水平。

(4) 开放性原则。充分考虑船舶智能制造跨领域、跨行业及高度集成、系统融合等特点，积极采用国内外相关适用标准，根据船舶智能制造技术发展、国家产业政策变化等可进行标准体系动态调整和完善。

3.2 体系范围

根据标准体系构建的基本方法，明确标准化对象的基本属性，一般标准分为基础标准、方法标准、管理标准、服务标准、产品标准，并加入智能制造有明显特征的软件、数据库、互联网、物联网、信息物理系统标准，同时区分船舶产品本身和船舶智能制造需要的设备设施标准，并把智能船厂和企业需要的标准单独归类。标准体系主要包括体系构建的框架和项目明细，体系框架的确立更多需考虑的是标准化协调、统一、简化的原则，标准项目的提出更多需考虑船舶智能制造对标准的需求，从船舶智能制造生命周期、系统层级、智能功能等3个维度进行分析。

本节主要分析标准体系的结构，并少量举例说明船舶智能制造应制定的标准，船舶智能制造标准的需求分析在下文展开。

船舶智能制造标准体系顶层框架主要由基础共性、技术与方法、智能船厂、智能装备、软件和大数据、工业互联网、服务标准等7大类构成，融合了智能制造的共性要求及船舶建造的自身特点，如图1所示。

图1 船舶智能制造标准体系顶层框架

已经列入国家智能标准体系的标准项目，不列入船舶智能制造标准体系，直接使用即可。船舶智能制造标准体系应包括国家标准、国家军用标准、船舶行业标准、海军标准以及由船舶行业归口管理的其他行业标准。船舶智能制造应构建军民融合式的标准体系，满足民船和军船的共性需求，适用于军船的特殊标准单独归类制定，在修订《船舶工业标准体系(2012年版)》时对其进行补充完善。

3.2.1 船舶智能制造基础共性标准

可参考《国家智能制造标准体系建设指南(2015版)》关于基础共性标准框架的分类，分基础、安全、管理、检测评价和可靠性等5个部分，基础标准包括术语定义、参考模型、元数据与数据字典符号、标识、编码代码等。安全标准包括功能安全、信息安全、网络安全、系统安全等。管理标准包括信息安全管理、网络管理、船舶智能制造重点要制定的精益造船工程管理标准等。检测评价标准包括测试要求、项目、方法、设备、指标体系、评价方法、实施指南等。可靠性标准包括过程、技术方法等标准和船舶智能制造重点制定建造过程可靠性标准。

3.2.2 船舶智能制造技术与方法标准

主要涉及船舶智能制造中通用的、不仅为某一种设备使用的方法标准，包括协议与接口、语言与建模、集成与调试、评价与流程、互操作等5个部分。船舶智能制造主要制定三维数字化工艺模型、三维模型的工艺信息定义、三维工序模型生成以及三维化表达等三维数字化建模标准。分析船舶制造数据库、大数据应用平台及虚拟仿真制造技术标准需求，制定数据接口、数据格式、数据集成标准。

3.2.3 智能船厂标准

智能船厂以打通企业生产经营全部流程为着眼点，实现从产品设计到销售，从设备控制到企业资源管理所有环节的信息快速交换、传递、存储、处理和无缝智能化集成，主要分为建设规划、系统集成、智能设计、智能生产、智能管理、智能物流等6个部分。在船舶智能制造方面，制定智能制造车间现场设备集成、测试等系统集成标准，制定设计生产管理和壳舾涂一体化关联设计标准，制定建模、仿真、优化等智能设计标准，制定分段、总段、托盘、单元、模块等中间产品的壳舾涂完整性要求标准，制定智能制造车间、中间产品智能生产线、生产智能控制等智能生产标准，制定造船计划管理、精度管理、物流管理、仓储管理等智能管理标准，制定船舶产品信息条码、电子标签、立体仓库等智能物流标准。

3.2.4 船舶智能制造装备标准

智能装备是指在其基本功能以外具有数字通信和配置、优化、诊断、维护等附加功能的设备或装置，一般具有感知、分析、推理、决策、控制能力，是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能装备标准主要包括传感器及仪器仪表、嵌入式系统、控制系统、人机交互系统、增材制造和工业机器人等6个部分。在船舶智能制造方面主要制定焊接、切割等机器人与人协同作业、机器人与机器人协同作业以及机器人与生产线协同作业等标准，制定自动化导引运输车、自动化传送滚道、自动分拣系统、搬运机器人、自动分类等自动化、智能化装备标准。

3.2.5 船舶智能制造软件和大数据标准

工业软件和大数据围绕企业信息系统的纵向集成和横向集成，为打通工业软件数据链实现工业大数据的综合应用提供支撑。工业软件和大数据主要包括工业大数据、产品与系统、服务与管理等3个部分。在船舶智能制造方面，制定计算机数值模拟技术和大数据挖掘标准，制定海量多源异构数据的实时传输标准。

3.2.6 船舶智能制造工业互联网标准

构建贯穿工厂内全层级、工厂外全价值链的高可靠性、高带宽、高连接数、低延时的工厂内网络和工厂外网络，实现产品全生命周期的信息追踪和管理，满足工厂内部智能化、网络化以及与外部交换需求。工业互联网标准主要包括体系架构、网联技术、资源配置和网络设备等4个部分。在船舶智能制造方面，应制定实时动态获取船舶制造过程中生产人员、零部件物流与质量、生产计划执行状态、生产环境和能耗、施工质量等信息相关标准，制定船舶制造过程中物与人的智能识别、定位、跟踪和监控相关标准。

3.2.7 船舶智能制造服务标准

智能服务以提供新业务、新模式为着眼点，综合利用企业内部和外部的各类资源，提供各类规范、可靠的新型服务。智能服务标准主要包括个性化制造、远程运维和工业云等3个部分。智能服务标准主要涉及个性化定制标准，包括个性化定制设计规范、交互规范、生产管理流程规范；远程运维标准主要包括平台接口规范、通用要求、安全规范、监控规范和应急管理规范；工业云标准主要包括资源共享标准和服务能力标准。

4 我国船舶智能制造标准需求分析

船舶智能制造标准需求分析的方法有2种。一种是按照国家智能制造标准体系建设指南提出的三维模型进行，如图2所示；另一种是按照推进船舶智能制造的重点内容开展，包括完善造船精益管理体系，推广数字化造船，提高制造过程自动化智能化水平，提高造船过程的信息感知能力，建设智能车间和智能船厂等，并结合船舶智能制造的流程进行相应的分析，如图3所示。

图2 智能制造系统架构

图3 智能船厂基本框架

船舶智能制造标准需求分析的重点是以下5个方面。

4.1 完善造船精益管理体系标准需求

建立完整的中间产品体系标准，按照船舶制造流程，构建从设计到完工交船全过程的中间产品体系，制定“中间产品”完整性标准，固化分段、总段、托盘、单元、模块等中间产品的壳舾涂完整性要求标准。研究制定精益造船工程管理标准，建立工作包、派工单分解作业方法标准。建立设备、设施能力和生活效率指标标准。分析构建造船精度实时“信息感知”、制造工艺智能规划、实时过程管控的生产模式标准需求，制定全过程、全方位精度控制标准。研究造船全过程物流管理标准需求，制定产品识别、跟踪、调度、配送等自动化、智能化标准。

4.2 推广数字化造船标准需求

分析三维生产设计方法、工艺数字化设计标准需求，制定设计生产管理和壳舾涂一体化关联设计标准，制定三维数字化工艺模型、三维模型的工艺信息定义、三维工序模型生成以及三维化表达等三维数字化建模标准。分析船舶制造数据库、大数据应用平台及虚拟仿真制造技术标准需求，制定数据接口、数据格式、数据集成标准，制定计算机数值模拟技术和大数据挖掘等标准，制定数字化样机、数据仿真工艺流程、工装研发和生产物流试验评估与优化标准。

4.3 提高制造过程自动化智能化水平标准需求

分析关键零部件智能加工、造船智能焊接、自动化装备及生产线、智能检测技术与装备、物流自动化装备标准需求，制定曲板、肋骨成形、管子及铁舾装等加工数控化、智能化技术、成形过程数字化测量技术标准，制定焊接机器人标准，制定智能化工艺装备标准，制定视觉测量、机器人自动化、大数据融合、智能诊断等技术集成标准，制定船舶制造过程分布式智能检测技术与应用装备标准，制定自动化导引运输车、自动化传送滚道、自动分拣系统、搬运机器人、自动分类等自动化、智能化装备标准。

4.4 提高造船过程的信息感知能力标准需求

分析船舶制造数据感知网、物联网、信息物理系统、工业互联网标准需求，制定实时动态获取船舶制造过程中生产人员、零部件物流与质量，生产计划执行状态，生产环境和能耗，施工质量等信息相关标准。制定船舶制造过程中物与人的智能识别、定位、跟踪和监控相关标准。制定通过人机交互接口实现和物理进程的交互相关标准。制定海量多源异构数据的实时传输标准。

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4.5 建造智能车间和智能船厂标准需求

分析船体分段智能制造车间、智能涂装车间、智能管子车间、智能船厂应用标准需求，制定智能单元、智能生产线、感知系统和智能管控系统相关标准，制定透明化协同管理、数控设备智能化的互联互通、智能化的生产资源管理、智能化的决策支持相关标准。制定涂装智能喷砂、涂漆工艺及工艺知识库、涂装车间智能感知网、计划及管控系统、物料智能配送系统、安全智能监控系统相关标准，制定智能机器人标准。制定管子加工智能生产线、管子电子仓库相关标准。制定智能计划排产、智能生产协同、智能设备的互联互通、智能资源管理、智能过程管理、智能决策支持等领域相关标准。

5 结论

本文研究了船舶智能制造与标准体系的基本概念，构建船舶智能制造标准体系的基本原则，体系框架和标准需求，明确了建立船舶智能制造标准体系的指导思想、基本范围与架构、急需制定的标准项目，为开展船舶智能制造关键技术标准研究与验证、制定相关标准提供基础，对构建船舶智能制造标准体系有重要作用。

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Structuring on Intelligent Shipbuilding Standard System

LI Qinan

(Mechanical Engineering School， Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003, Jiangsu， China)

Standard of the intelligent shipbuilding is analyzed from the perspective of the system to promote the formulation of the standard of the intelligent shipbuilding. Through analyzing the connotation analysis of intelligent shipbuilding and standard system and drawing lessons from the domestic and abroad standards, intelligent shipbuilding principle and scope of standard system of our country are researched. Standard requirement is put forward using the analysis of intelligent function, system level, and life cycle, as well as the intelligent shipbuilding of the key content and process analysis. The intelligent shipbuilding standards architecture, scope and suggestion of the standards formulation are presented. The guiding ideology, basic scope and structure of intelligent shipbuilding standard system is established, and the standard project is urgently needed. The basis for the research and examination of key technical standards for the development of intelligent shipbuilding are provided.

intelligent shipbuilding; standard; system

李奇楠(1994-)，男，硕士研究生，研究方向为船舶机械设计、智能制造及其标准化

1000-3878(2017)03-0008-07

U662

A