造船制管的數字化轉型分析

吳擁軍，張浩若，邵志峰，儲年生

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引言

數字化轉型是制造企業為提高生產效率、降低生產成本與流程再造的必然選擇，為傳統制造業帶來新的生機與活力，進一步驅動了技術革新和管理創新。造船行業往往采用個性化設計與建造模式，具有零件種類數量多、標準化程度低、技術要求高等典型特點，盡管中外各骨干船廠做了大量的工作，但在此番數字化轉型的進程中明顯落后于其他先進制造業[1]。

船舶建造是一個復雜的生產過程，而管子制造是船舶建造過程的一個重要環節[2]，據統計，如一艘20萬噸的油船管根數超過20 000根，管子車間的生產能力及效率直接影響整船的生產進度，及時滿足管子的需求量對不少船舶企業來說是個難題[3]。

各船廠都非常關注管子的制造技術，持續努力優化流程、節約成本、縮短加工周期。制管的數字化轉型將提高船廠信息化應用水平，優化資源配置，提高數字化創新能力。本文以上海外高橋造船有限公司SWS TIME管子制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）模塊應用為例，對造船制管的數字化轉型進行分析說明。

1 船舶企業數字化轉型的探索

中外造船企業在數字化轉型中做了大量的探索和大膽的嘗試，部分技術應用卓有成效。

現代重工針對企業自身特點，提出“Smart Factory”概念，通過解決船舶設計建造協同一體化建設、船舶生產風險管控、能源使用效率、信息共享等問題，從而提高企業船舶建造效率、降低成本、提升船廠核心競爭力、創造高收益高品質產品[4]。

江南造船以三維模型為核心，貫穿經營、設計、建造、交付和維修全生命周期過程，擯棄紙質圖紙，實現無紙化建造和管理，提升了企業整體精準設計、精確建造、精細化管理水平[5]。上海外高橋依托新建設的薄板中心，將5G、工業互聯網、人工智能等技術應用到結構建造中，實現完全自動化、智能化的郵輪薄板分段建造和物流運輸，獲授首批“上海市智能工廠”稱號。

對成熟制造型企業的數字化轉型來說，最大的矛盾是企業的系統化需求與碎片式供給的矛盾，不可能將現有的設備、設施、生產方式完全推翻，而只能一點一滴開始，局部優化和改善從而提高整體數字化水平和生產效率。

2 制管流程介紹

管子從原材料到可用于安裝上船的成品管，需要經過下料、彎管、裝配、焊接等多道工序[6]，典型的制造流程見圖1。

圖1 典型管子制造流程

傳統非數字化制管的弊端顯而易見，制造過程中存在著大量孤立的數據和紙質圖紙，管理基本靠人來實現，生產效率、質量、自動化和信息化的水平均比較低下，其主要缺點如下[7]：

1）設計數據和生產系統不通，造成設計和生產脫節。

2）生產安排和負荷不夠智能化，系統不能實現自動調度。

3）生產信息不透明，無法實現實時跟蹤。

3 制管過程的數字化應用

SWS TIME是由上海外高橋造船自主開發的新一代一體化移動管理平臺，系統功能強大，將移動端和電腦（Personal Computer，PC）端統一管理，實現多業務系統互聯互通。其中管子MES模塊將涉及管子制作設計、物資采購、材料檢驗、計劃管理、制作過程、質量報驗、成品配送等業務集成在同一平臺上，實現管子制作全生命周期的管控，系統結構圖見圖2。

圖2 SWS TIME管系系統結構

3.1 原材料供應

在原材料供應方面，管材按照通用件管理模式，根據生產物量和供應鏈水平優化設置最低庫存量和補貨周期[1]，倉庫保證滿足生產所需的各類管材。管附件由船廠與供應商建立虛擬超市，通過系統搶單平臺將生產所需物資配送倉儲場地，管附件供給邏輯圖見圖 3。生產管理人員根據生產制作計劃在系統內提出材料申請，系統自動生成配料單，倉儲人員按照配料單將管材和管附件配送至相應工位。

圖3 管附件供給邏輯圖

為解決材質可追溯的問題，原材料到貨時，以產品二維碼的方式，需將材料的證書、爐批號、供貨商等信息和到貨信息一起錄入系統。在后續生產過程中，材料的信息會自動關聯到相關產品中，實現全生命周期跟蹤管控，同時完成財務結算。

3.2 生產管理

為了更好地服務于生產管理，MES模塊開發了應用于管子制造的3個功能：生產派工、生產過程信息錄入及過程監控看板。

3.2.1 生產派工

根據管子特性、班組情況、制作周期等因素確定派工單劃分原則，系統根據項目計劃將設計生成的管子參數導入管子模塊中，結合生產計劃、定義生產線、生產周期及派工工時，自動生成派工單，確定系列工序、施工班組和具體計劃要求，并在派工單上打印跟蹤二維碼。同時，可實現每個生產工人周度或月度的生產物量統計和計劃考核。

3.2.2 生產信息錄入

管子制作流轉過程中圖紙與管束同步流轉，在手機端應用程序（Appliance，APP）或者移動掌上電腦（Personal Digital Assistant，PDA）可實時查詢上道工序已完工但本工序未開工的在制品信息，做好本道工序勞動力的合理調配。每道工序的工作完成后，生產班組通過手機端APP或者移動PDA掃描確認完成，流入下道工序。

3.2.3 過程監控看板

系統實時顯示各半成品的生產信息，能根據需要生成各種生產物量、人工效率、計劃完成情況等生產信息報表，并可匯總至整個SWS TIME其他模塊構成造船生產的統計分析報表，很好的實現了生產與管理的目視化，便于管理者對生產運行狀況的掌握和決策分析。

3.3 檢驗

對于每個過程檢驗，質檢員均通過手持 PDA將檢驗信息登記進系統。除了記錄產品生產各階段和完工檢驗信息外，該模塊還可追溯原材料信息如材質證書、爐批號、供貨商等，實現了產品全生命周期的質量管理。同時，各工序的質量指標也盡在掌握之中，管理可以實時監控各班組的質量表現，對于異常情況可及時采取相應措施，提升了產品合格率和產品質量穩定性。

4 應用效果分析

與傳統制管方式相比，MES模塊可實現設計、計劃、派工、制造、管理等方面信息的互聯互通和全流程管控。通過手機APP和PDA進行人機交互，實現了系統的虛擬現實和物理現實互通，完成了傳統制造的數字化轉型。

MES模塊主要包括以下4個主要優點：

1）簡單高效的原材料申請、發放和結算。

2）通過在生產派工、生產過程信息錄入、生產過程監控上的應用，實現智能派工，并監控員工及生產線的生產負荷，避免窩工、等工等問題，提升了生產效率。

3）實行管子制作的全生命周期管理，實現了原材料到產品的質量追溯，避免瑕疵產品進入裝船階段。

4）手機APP和移動終端的人機交互方式，為下一步的智能化的管理留下進一步提升的空間。

5 結論

通過系統軟件的開發，借助手機 APP、移動PDA進行人機交互，將設計、制造和生產管理一體化，實現了船舶制管的數字化轉型。改變了原來依賴圖紙和工藝卡片流轉、每道工序孤立的生產方式，提升了生產效率和管理效率，但并沒有徹底打破原有生產廠房的布局，對原有生產設施也沒有進行大量的改造，而是基于原有的廠房、設施，為造船數字化轉型探明了道路，也為目前造船數字化轉型的系統需求與碎片化供給的矛盾解決進行了初步的嘗試。

隨著焊接機器人、虛擬現實等更多數字化技術的研發與運用，該系統仍有進一步拓展和提升效率的空間，將更多的智能設備數據輸入系統，進行再次集成，從而提升造船制管的自動化和智能化水平。在統籌研究和推動設計數字化整體牽引、網絡覆蓋化整體連通、生產精益化整體管控、設備智能化完整貫通和服務一體化有效對接的數字化運行體系，整體推動造船企業數字化轉型。