基于云的船舶智能制造协同管理平台设计探讨

2021-12-04王梦李刚董奇

科技与创新 2021年22期

王梦，李刚，董奇

（江苏杰瑞信息科技有限公司，江苏连云港 222000）

当前，制造企业面临着越来越多的挑战，更为快速地提升生产效率是制造企业的一个重要议题。而在现有基础上，投入较少成本来改善产能则显得更为关键。因此制造活动的灵活组织和动态调整，合理分配资源，提高协同制造水平是解决这类问题的重要手段。

协同设计制造方式是一种降低产品设计成本及提高生产效率的有效方式。传统的分布式网络环境在数据传输效率及资源利用率方面受到限制，对异构、异地、海量资源的协同制造，难以满足用户需求。而基于云计算的协同制造模式将更好地利用设计资源，实现高效共享与协同海量制造资源，适配柔性制造和网络化制造等先进模式。增强了系统的可扩展性并提高了用户参与度，所以这种新型的制造方式将促进船舶制造企业更好的转型和发展[1]。

在国家宏观政策指引下，中国船舶工业基础信息化能力提升，中国已超过老牌造船强国，慢慢成为世界上重要的造船国家，对行业有较大影响力。船舶设计生产过程信息化程度越来越高。

但是，船舶制造企业在协同制造过程中，还是存在较多问题制约了生产效率，如：①数据传输效率低，管理方式不统一；②设计数据类型繁多；③知识未进行分类，可用率低；④应用软件未覆盖完整，“数据孤岛”现象仍然存在；⑤分布式硬件资源利用效率低。本文将基于这些问题进行分析，提出解决方案，用来提升企业软硬件资源利用率，提升协同制造效率[2]。

1 总体架构

围绕面向船舶行业智能制造协同管理平台的应用需求，结合船舶制造企业多工厂协同制造需求，本文研究了多工厂协同制造模式，提出了协同制造管理平台整体架构，如图1所示，以及包含资源层、云技术层、云服务层、应用层、用户层5 个层面技术架构，如图2 所示[3-4]。

图1 制造协同管理平台整体架构

图2 制造协同管理平台总体技术架构

2 协同管理平台工作模式

基于云的船舶智能制造协同管理平台将重点围绕协同设计以及协同制造，并结合两者应用形成的协同设计制造三个模式。在协同设计方面，将重点打通船舶行业主件和部分配件设计厂所之间的协同，明确协同间的设计流程、标准规范、数据存储等基本情况；在协同制造方面，则重点打通船舶总装制造厂与配套生产厂之间的制造业务，明确制造管理工具、数据传输、生产排程等业务；在协同设计制造方面，将重点打通总体所与总装厂之间的数据连通，明确设计主体与制造主体的数据传输、工艺设计版本、工艺制造流程、设计变更等方向的协同工作。

2.1 协同设计应用研究

在型号任务确定后，各个参研的设计所将围绕各自的单元件或者子系统一级进行任务分配。并严格遵守总体牵头设计所的技术要求和规范，各自进行相应任务的设计，完成后，通过协同设计系统提交至总体设计所，再由总体设计所实现多单元件数据的信息融合，实现型号任务的总体设计及各子系统的详细设计。而在实际应用中，也要打通各子系统设计所之间的通信，部分单元件的设计过程中，也会涉及到与其他子系统的数据关联。

2.2 协同制造应用研究

协同制造涉及到船舶总装厂与承担子系统制造任务的配套厂以及供应商之间的关系，重点打通各实体部门的信息传递，实现异地协同。将构建标准化供应链体系、协同制造体系，完成产品制造信息的统一数据管理，实现制造过程同步。

2.3 协同设计制造应用研究

面向船舶行业一些特殊零部件生产制造，设计与制造会存在协同工作。例如初期的设计数据与原材料生产的结合，后期产线对设计的反响修正。基于协同管理平台，完成设计所与生产制造厂的业务协调，完成生产制造中的工程图样数据、技术指导文件等信息的及时交互，做到工程变更反馈的有效性和及时性，进而降低生产制造成本。

3 应用研究

选取船舶制造领域典型应用，在进行特定设备研制时，考虑到是多设计所联合进行，定义其任务分界面是单元体或部件/系统一级的。按照总体指定的技术要求，各设计所在其内部完成所承担的设计任务后，将设计结果提交到总体设计所；总体设计所负责完成对整个型号产品进行装配，完成对型号产品的系统设计。设计所之间的协同一般发生在单元体或部件/系统之间，但对于系统的设计，需要深入到单元体/部件的设计中。设计所协同设计模式如图3 所示。

图3 设计所协同设计模式

而基于厂所协同模式的制造集成应用研究，利用协同管理平台将生产准备周期长的零件制造数据提前进行预发放，随着协同制造的信息交互，部分数据进行了更新，将通过正式版数据来对原有初设数据进行替换，再由设计所将设计数据传递给总装厂，总装厂根据各承担单位实际情况，分解到各子系统制造单位，完成制造工艺后，相应的数据再提交至总体厂来进展总装，厂所协同设计制造模式图如图4 所示。

图4 厂所协同设计制造模式

而在云计算技术应用方面，更好地提升了资源利用效率。将充分考虑网络带宽和任务文件大小，并结合任务细粒度，初始化数据和可用资源。根据不同任务需求类型对资源节点进行排序，依托资源对任务分组的处理能力，将任务分组分配至连续的资源节点处理，以减少任务等待时间，提高任务执行效率。利用面向对象的编程技术，建立产品数据、应用工具等的数学基本模型，便于后期统一集成化处理，通过协同管理管理的数据交互，完成各厂所间产品制造数据交换，形成了统一的BOM 和系列产品管理能力，进而实现产品开发各个环节对数据存取一致性的要求。