面向船舶总装制造智能综合管控平台应用研究

2021-06-01左振波张国政韩永磊

科技与创新 2021年10期

王雷，李刚，左振波，张国政，韩永磊

（江苏杰瑞信息科技有限公司，江苏连云港222000）

“新基建”推动了各种新型信息技术在智能工厂的应用，数字孪生、5G 等技术得到了广泛的推广应用，同时随着中国船舶制造行业复苏，提高生产效率，培育新型生产方式，提升智能化综合管控的需求越来越强烈。本文结合实际工程需求以及适配新技术，对船舶总装制造领域的综合管控平台进行了较为深入的研究，提出了综合管控平台总体架构亟需攻关的关键技术，对船舶总装制造具有参考意义，同时也可推广应用至其他军工应用领域[1]。

1 智能化综合管控需求分析

目前，中国造船业总体上处于向“工业3.0”转型升级阶段，生产制造过程信息传递还未形成协同闭环。

某船舶总装厂信息化应用现状如下：①基本建立覆盖各业务部门的基础通信网络，建立了较为完整的生产信息系统。②打破信息孤岛，初步实现数据集成。已部署ERP、MES等应用子系统，初步实现生产信息、物流信息、资金信息的集成管控。③部分应用了智能化装备和技术。部署无人车、工业机器人等，提高生产效率。

虽然已进行了部分信息化升级改造，但是要实现智能化综合管控还存在较大距离，本文在分析现状的基础上，有针对性地进行应用研究和业务分析，实现对船舶总装厂智能综合管控的探索[2-3]。

2 面向船舶总装制造智能综合管控平台应用研究

2.1 总体功能架构研究

船舶总装厂智能制造智能综合体平台以船舶智能工厂未来的建设发展特点为主导思想，整体建设将融合信息化数字化建设、物理与虚拟制造的连接与协作、数字孪生及可视化应用、制造业务全流程全方位透明化、未来基于制造大数据及数字孪生的预测优化分析等技术，形成一套系统化、数字化、可视化、个性化及智能化的船舶智能制造综合体验平台。面向高校学生和企业实践人员提供船舶设计制造领域的设计建模、工艺仿真、制造过程管控、优化分析等方面的培训与体验环境。平台整体功能框架如图1 所示。

图1 平台整体功能框架

三维实体建模技术研究是通过专用三维制作软件构建出具有接近真实空间的三维数据的模型。通过调研，软件需支持Pro/E、SolidWorks、CATIA、NX、SINOVATION 等各种主流CAD 各版本数模的数据读取，并且要将各种车间、产线、设备、工具等三维模型进行导入到仿真系统中。这样便可在保证模型质量的前提下，完整转换主流三维CAD 软件（Pro/E、SolidWorks、CATIA、NX、SINOVATION 等）[4]。

2.2 数据采集与配置技术研究

数据采集与配置技术研究是结合UI 设计需求，设计好可视化的数据采集与管理配置界面，明确设置仿真数据的来源、数据的传输方式以及数据的采集频率等信息。

在传输方式指数据的通迅协议选取中，需能支持profibus 通信、profinet、Modbus 通讯协议、工业以太网等[5]。

2.3 工艺仿真优化技术研究

离线工艺仿真主要记录运动对象的平移、旋转等机械运动仿真过程。动画过程以结构树方式管理，与模型之间有映射关系，可通过指令或鼠标控制动画仿真，支持检索与重用。能够模拟产品流转过程、物流线运动过程、物流要素运动过程、机器人协同运动过程、加工设备运行过程、立体仓库库运行过程、状态灯启停等过程。主要设计工艺内容为活塞自动化加工工艺仿真、AGV 及智能工艺物流仿真、车间仓库物流仿真等。

在线工艺仿真方面以装配为例，主要是通过高精度测量设备，实时获得高精度机床、装配件等实际装配测量信息（实际位置和坐标），在此基础上根据装配件拼接精度要求建立以直线度、平行度、搭接误差为目标的优化目标函数，结合待装配件实时理想位置信息，采用优化算法对待装配件标记点坐标进行优化计算，给出最佳装配位置，指导安装，并在装配过程中根据标记点的实时位置，确定工装坐标系与测量坐标系的转换矩阵，给出微调工装实际调整量从而指导现场装配。

2.4 制造过程管控技术研究

制造过程管控技术主要包括实时进度跟踪、车间数据采集与监控以及实时数据交互三个方面。根据配套件装配状态及总装流程进度实时更新计划进度，实现对产品与设备的实时监控，运用集成数采集系统，采用数字化和虚拟化方式实时展示设备、物流以及人员等信息。

2.5 智能综合管控技术研究

智能综合管控技术研究主要从产线工艺优化分析与质量优化分析两方面进行研究。

产线工艺优化分析：针对成熟的工艺产线，可直接在原有工艺的数据基础上实现工作地址指派；针对新的工艺产线，可通过新平衡工具提供的自动平衡算法，根据线上节拍，自动计算作业基础上单元在工作地上的分配，并在计算结果基础上进行手动调整。产线工艺优化分析可通过提供工位柱状图、平衡率统计等图表等汇总分析方法，获取整条线的效率以及每个工作地上的工艺负荷。

质量优化分析：支持面向质量管理人员的集成产品全质量过程数据可视化视图；支持基于产品进行汇总评价和分析判定，支持基于质量过程数据完整性要求，定义检查规则，通过质量过程结构化数据模型自动检查数据完整性；支持基于航天质量标准和质量规范进行部分数据质量数据合规性验证，减少质量人员工作量；支持基于结构化数据模型验证质量环节的有效性、测试覆盖性、试验充分性，用过程数据支撑产品质量的合格率。