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1、引言

車間是船舶建造的最前沿，是分段建造的主要場所。分段建造過程具有工種多、程序多、品種多元、工程浩大、作業(yè)面廣、技術(shù)綜合性較強(qiáng)、作業(yè)條件差、施工周期長等特點(diǎn)。車間制造水平的高低直接關(guān)系到船舶建造效率與質(zhì)量，對縮短工程成本與改善工作人員作業(yè)條件具有重要影響作用。

先進(jìn)造船國家在二十世紀(jì)五十年代開始對車間制造進(jìn)行重點(diǎn)管控并逐步實(shí)現(xiàn)了智能化。國外先進(jìn)造船企業(yè)以船體分段建造為起點(diǎn)，紛紛投入建設(shè)智能車間管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間實(shí)時(shí)、透明管理。此外，大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等新技術(shù)不斷應(yīng)用到數(shù)字化造船過程中，進(jìn)一步提升了車間的智能管控水平。

相比之下，盡管我國一直以來都在大力發(fā)展改善車間制造工藝，引入了大量的自動化設(shè)備，并且在部分離散點(diǎn)上獲得了一定的效果。但是由于我國技術(shù)起步較晚，與先進(jìn)造船國家相比，依然存在著較大的差距。

2、船舶智能制造車間通用模型

以船體分段智能車間為例，提出船舶智能制造車間通用模型，其他車間可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.1總體架構(gòu)

船體分段智能車間總體架構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層、設(shè)備層、控制層、制造管控層、決策層5個(gè)層面。

圖1 船體分段智能車間總體架構(gòu)

2.2船體分段智能車間運(yùn)行機(jī)制

制造過程的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度數(shù)據(jù)、工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等車間數(shù)據(jù)在船體分段車間各智能設(shè)備、功能模塊與決策管理系統(tǒng)之間流通，形成一個(gè)閉環(huán)的數(shù)據(jù)流通機(jī)制。

圖2 船體分段智能車間數(shù)據(jù)流通機(jī)制[1]

2.3信息交互

（1）數(shù)據(jù)傳輸

為執(zhí)行船體分段智能車間基礎(chǔ)層的工作任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)車間MES、控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備之間的信息傳輸，可采用OPC-UA客戶端/服務(wù)器的通信系統(tǒng)架構(gòu)。

圖3 船體分段車間數(shù)據(jù)傳輸

（2）數(shù)據(jù)采集與存儲

船體分段智能車間應(yīng)在企業(yè)數(shù)據(jù)字典定義的數(shù)據(jù)采集內(nèi)容基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求，利用合理的網(wǎng)絡(luò)通信方式與數(shù)據(jù)存儲方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與存儲，并與企業(yè)及數(shù)據(jù)中心進(jìn)行對接。包括：

1）應(yīng)對車間所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲和管理，并支持異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的格式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。 2）宜采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的存儲方式。 3）應(yīng)具備信息安全策略，并支持更新和升級，如訪問與權(quán)限管理、入侵防范、數(shù)據(jù)容災(zāi)備份與恢復(fù)等。

（3）數(shù)據(jù)字典

船體分段智能車間應(yīng)建立數(shù)據(jù)字典，具體要求如下：

1）包括車間需要交互的全部信息，如設(shè)備狀態(tài)信息、生產(chǎn)過程信息、物流與倉儲信息、檢驗(yàn)與質(zhì)量信息、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度信息等。 2）描述各類數(shù)據(jù)基本信息，如數(shù)據(jù)名稱、來源、語義、結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)類型等 3）對船體分段智能車間進(jìn)行細(xì)化、定制化，定制專門用來描述船體分段車間的數(shù)據(jù)字典。 4）船體分段智能車間系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)系統(tǒng)中加工信息提取、加工工藝數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、加工指令生成與執(zhí)行、加工過程監(jiān)控信息記錄與分析、生產(chǎn)計(jì)劃安排、報(bào)表生成等功能。