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數字化造船,提升我國造船競爭力的必然選擇

2020-10-29 16:22:00
來源:中國水運網 編輯: 國際船舶網 我有話要說

在眾多工業產品中,船舶無疑是建造復雜程度最高的產品之一。造船是一項系統工程,環節多、鏈條長、作業面廣、設計制造周期長、勞動力成本高,近年來,面對國際船舶市場持續低迷、勞動力成本上漲等情況,造船方式正在展開一次商業模式創新和轉型的數字化變革。加快智能化轉型,造擁抱先進數字化技術,古老而傳統的造船業正迸發出無限可能。近日,中國船舶集團旗下黃埔文沖首次完成支線集裝箱船全船艙內導架數字化模擬試箱,實現了我國數字化造船又一創新。

數字化在造船領域用途廣泛

數據可靠性、一致性和互連性,以及整個船舶設計和建造過程中最大限度地實現數據處理的自動化,是釋放更大效率、提高生產率和提高盈利能力的關鍵因素。在數字化造船中,數據流在各專業、各階段以及各船型之間都是可靠的、一致的且可復用的。數據驅動貫通整個船舶建造過程,同時將數據處理的人工干預縮減到最小,以此來維護數據完整性并優化船舶建造過程。

在造船過程中的各階段都可能需要進行變更修改,而數據的高端數字化和互連性則意味著造船工程師可以在保持數據一致性的同時有效地進行上游和下游更改。

在以數據為動力的造船愿景中,一致的數據流實現零圖紙生產和無紙化運營。IT智能允許以適合生產的數字格式提供數據。例如,在CADMATIC提供的數據中,第一個3D模型瀏覽器eBrowser于2000年在市場推出時,船廠的直接評估是他們能夠將生產所需的工程圖數量減少30%。

不僅如此,在管理上,數字化也可以大顯神通。據介紹,以往的船廠堆場管理憑經驗管理為主,根據調度人員的經驗及場地安排堆位,隨意性很大,致使堆放順序換亂,也就增加了查找的時間成本和人工確定鋼板的人力資源。在鋼板流程的操作基本處于人工或者半人工的階段,由于缺乏全流程的數字化管理,倒垛工作量大,增加了堆場吊機的負荷。外高橋造船的相關技術人員通過行車無人化智能改造實現鋼板轉運小車自動駕駛、鋼板智能定位技術、鋼板作業智能調度系統、鋼板堆場疏運量智能化預測等關鍵技術的攻關,實現對港口鋼板物流信息的實時跟蹤,解決錯漏難題,增強安全可靠性,提高運行效率,降低運營成本,邁出了碼頭及鋼板堆場的信息和智能化服務水平的一大步。該科研成果的直接經濟效益會非常明顯,中國船舶外高橋造船負責人表示:“我們預計通過項目實施,可以提升翻板效率20%,大概節約電力能耗成本20%和人工成本300萬元/年。”

通過區塊鏈融資籌措造船資金,這是造船業的最新玩法。德國航運企業Vogemann近日宣布,將通過基于區塊鏈的綠色船舶代幣(Green Shipping Token)融資來籌集5000萬美元,最低投資額為1000萬美元。這筆資金將用于購買靈便型環保散貨船。代幣(token)融資是一種嶄新的融資方式,利用區塊鏈代幣向投資者融資,通常投資者投入的是數字貨幣(如比特幣),獲得代幣作為出資證明。代幣也具有和比特幣一樣的區塊鏈技術屬性,不可篡改,可以轉讓,保證唯一。融資后,投資者可以將代幣出讓給其他投資者。融資主體未來回饋投資者時,投資者憑代幣獲取相應的權益。

顛覆傳統的造船模式

“以前造一艘船需2—3年,現在最快的只需一年,為什么?就是因為造船方式發生了巨大變化。”中船集團上海船舶工藝研究所副所長謝新說。

造船工程著實復雜,但往簡單里說,就是分解與組合兩大步驟。所謂分解,就是在設計階段建構整船模型,并逐級拆分為分段、組件、部件、零件;而組合,就是在生產階段再將零件依次裝配為分段、整船。

過去造船之所以耗時,很大程度上是“分解”做得不夠智能。在船舶領域,由于行業特性和歷史傳承,設計與制造相對分離——總體所進行總體設計時,一般較少從建造角度考慮如何合理、高效;到了總裝廠,還要再進行生產設計,重新進行三維建模,進一步明確“怎么造船”“怎么組織造船”。

“按傳統方式,設計環節要盡快出圖,建造中遇到問題再返工解決。”中船集團江南造船公司江南研究院副院長朱明華表示,這一模式帶來了明顯的弊端——同樣做一處修改,在設計階段花1個小時就能完成,若到建造階段再發現、解決,就可能因為重新設計、采購物料、返工而耽誤100個小時。

“推行現代造船模式,最重要的基礎就是數字化。”謝新說,現在造船業常說“傻瓜造船”,指的是讓一線工人的操作盡量轉為“傻瓜式”的簡單勞動,而在分解過程中依靠強大的數字化手段和三維設計能力實現高度智能。

據了解,數據驅動造船的關鍵部分是造船生命周期中使用系統的集成。傳統意義上,在船舶設計和造船中產生的許多數據都是孤立的,效率也因此無法提高。CAD,CAM,ERP,MES,PDM和PLM的集成可以提供具有真正價值的數字雙子。對于從設計、預制到生產實行垂直整合的造船集團而言,尤其如此。數字化造船可以共享所有實時信息源,從而實現所有專業之間的緊密協作,集成流程,并確保端到端的連續性。這種單一信息源可幫助船廠加快產品上市時間、降低成本、縮短交貨時間,并減少在設計、制造和供應鏈中的質量問題。它通過數據驅動的流程和決策來釋放效率的潛力,提高生產率并確保盈利。

傳統造船方式的數字化轉變也推動了船廠的轉型升級,以外高橋造船為例,近年來,外高橋造船大力推進數據智能基礎設施配置,搭建“數智工廠”,已初步實現了SWS-TIME建設、SEM系統升級,基本完成了基于大型郵輪工程的協同管理能力升級。同時,通過數字新基建打造工業互聯網平臺,逐步實現由企業內部界面管理,向多級供應能力管理轉型;由傳統批量化生產組織模式,向強項目制生產組織方式轉變;由船舶產品全生命周期服務管理,向為船東提供數字化智能船舶和運維服務轉變。

提升我國造船競爭力的必然選擇

推進數字造船也是我國造船企業增強競爭力的重要選擇,一方面,人工智能將成為船舶行業提高生產效率,降低企業成本的主要方式,幫助行業更好地優化生產流程、更好地配置整合資源,貫穿制造體系全流程。另一方面,人工智能的應用發展將改變現有的傳統制造模式與商業模式,引入外部競爭者,或將改變傳統產業格局。近年來,作為勞動密集型產業的船舶業正面臨著勞動力成本上漲帶來的壓力。據江南造船公司黨委副書記朱煜介紹,從2010年到去年,我國一線造船工人的月平均收入在3000元—4000元的基礎上翻了一番,高級焊工、高級打磨工很難找,減少用工、提高效率、降低成本顯得尤為緊迫。

中、日、韓三國造船相比,日本造船數字化技術應用整體水平最為先進,其次是韓國,中國與日本、韓國造船業差距很大。我國專家曾經以國際通用的68個要素、340項標準評估我國骨干船廠,發現我國與世界先進造船國家的綜合水平有較大差距,尤其是精度控制技術、組織與管理體制、信息技術應用等方面差距更為明顯。

造船企業數字化的關鍵在于信息集成。但由于缺乏一體化、集成化的設計系統,與生產進程聯系不夠緊密。雖然國內很多企業引進了一些集成程度較好的設計系統,但各自應用程度不一,僅僅解決了大部分“甩圖板”的工作,其生產設計圖紙中物量及制造信息沒能充分及時反映,相關數據庫有待建立與充實。

中國工程院院士、船舶先進制造技術專家組組長林忠欽表示,近10年來,中國國內骨干船廠每修正總噸工時平均消耗從44降到30(個別先進企業達到20左右),但與日本的10、韓國的15相比,差距明顯。按照業內評估,造船業國際先進水平正在從工業3.0向4.0過渡,而中國國內,大部分船企處于2.0階段。相對于汽車行業,造船業的自動化水平大為落后。中國造船業在完成訂單、新增訂單等方面遠超日韓,但隨著要素成本上升,中國的優勢正在失去,如果不抓緊時間轉型升級,過去的優勢將改變。

江南造船公司董事長林鷗表示,造船業只有加快智能化轉型,才能真正提升質量和效益,實現高質量發展。

專家表示,全面推進數字化,中國造船業需補三門課:要補的“第一課”是廠所協同,構建初步設計、詳細設計、生產設計基于統一數據庫的三維模型,在設計前端打通數據流。要補的“第二課”是廠內協同,讓三維模型所包含的造船各專業數據直接傳輸到生產現場,不再通過二維出圖。要補的“第三課”是船舶檢驗的協同,實現船廠內檢與船級社檢驗的一致性,提升統一數據模型下檢驗的效率。

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