精益造船与智能制造方案（30页 PPT）

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精益造船与智能制造方案 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 22.9 16.7 8.1 0 5 10 15 20 25 国内某先进船厂 韩国现代重工 三井造船 2010年每修正总吨工时消耗（HR/CGT） 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 0.21 0.11 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 万元增加值综合能耗（吨标煤/万元） 国内某先进船厂 日韩平均 95 87.9 84 86 88 90 92 94 96 钢材一次利用率 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 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 世界造船强国标 志性因素 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 • 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 流 水 化 作 • 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 • 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 • 利用 CA M 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 • 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 • 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 • 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 • 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 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 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； 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 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 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； 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； 3.6 精益造船共性关键制造技术——工艺工装 2 技术方向 国外现