挑战与机遇并存的船舶制造自动化

国际金属加工网 2017年10月10日

船舶工业是为水上交通、海洋开发等行业提供技术装备的现代综合性产业,也是劳动、资金、技术密集型产业,对机电、钢铁、化工、航运等上下游产业发展有较强带动作用。从2003年开始,国际船舶业进入长达五年的景气周期,我国船舶工业抓住机遇,保持了又好又快的发展。统计数据显示,去年我国造船完工量已占世界份额23%,居世界第二位,新接订单和手持订单跃升至世界份额42%和33%,呈现出增长加快,结构优化的良好态势。船舶工业有望成为我国最具国际竞争力的产业之一。

党中央、国务院对我国船舶工业发展非常重视,在《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》中,提出要大力振兴装备制造业。在《船舶工业中长期发展规划》中,提出要力争到2015年,使我国成为世界最主要的造船大国和强国。

迅速崛起的中国造船业

中国船舶工业的迅速崛起,使世界造船业的格局发生了重大的变化,从产业自身发展来看,船舶工业在造船能力和产业规模方面、在新船型开发方面、在提高生产效率方面都实现了突破。中国造船业成为当今世界造船四极结构中唯一一支正在崛起、具有巨大发展潜力的新生力量。2007年我国造船业承接新船订单超亿吨,成为世界造船史上第一个年接订单量超亿吨的造船大国,有数据显示,过去的十年中,中国造船产量增加了500%。

从近十年中国造船业占世界造船市场份额的变化可以看出,中国造船业在全球市场上所占的比重正在明显上升,中国已经成为全球重要的造船中心之一。而国际制造业的产业转移趋势是中国船舶制造业发展面临的最大机遇,在“十一五”期间中国造船业将对韩、日的领先地位形成有力地的挑战。但设计能力落后、配套产业发展滞后将是制约行业发展的主要瓶颈。在短期内,国际及国内水运市场的繁荣为行业增长提供了有力地保障,而油价的持续高位运行以及钢铁等原材料价格的上涨则构成了行业运营的主要压力。国际产业转移的趋势已经把造船业的巨大机遇展现在中国企业的面前,但在激烈的市场竞争环境,如何规避各种风险,如何把握机遇,是与造船企业发展命运攸关的问题。

企业之间的竞争的关键问题是提高生产效率,降低成本。所以科技实力和创新能力是船舶工业国际竞争力的决定性因素。 “十五”以来,我国船舶科技实力明显增强。重点主流船型形成标准化、系列化产品,高新技术船舶和海洋工程装备取得重大进展,船用配套设备填补多项国内空白,现代造船技术应用水平显著提高,有力支撑了产业的跨越发展。

但总体来讲,我国船舶工业的技术实力和水平与先进造船国家相比仍然存在较大差距,主要表现为:基础领域缺乏原创技术,自主船型缺少国际品牌,关键配套尚无自主产品,船舶设计技术基础薄弱,技术储备不足,造船管理技术落后,信息化应用水平低。

目前,我国虽然是一个造船大国,但还不是造船强国,甚至在某些关键领域仍然受制于人。

根据《船舶科技发展“十一五”规划纲要》,“十一五”期间,船舶科技工作的指导方针是:着力自主创新,推动重点跨越,强化赶超基础,支撑产业发展。

在船用设备技术领域,“十一五”期间的主要工作是以大型船舶主机和电站设备为重点,开展大功率中、低速柴油机及其关键零部件国产化研制;通过引进技术与自主开发相结合,加快提升甲板机械、舱室机械等船舶辅机研发和制造水平;选择自动化设备作为突破口,集中力量开发机舱自动化和装卸自动化系统,实现装船目标。为此,安排了船舶动力系统与装置技术、船舶辅机技术以及船舶自动化技术这3项优先主题。

在现代造船技术领域,“十一五”期间主要是要解决新工艺流程、新工艺方法等在船舶建造中的实际应用,完成一批新工艺、新装备的开发和研究。同时,突破信息标准化、数据库管理、虚拟造船等关键技术,构建设计建造管理一体化信息平台,实现船舶设计建造全过程无缝集成。并开展先进工程管理技术研究,全面推进总装造船。为此,安排了先进工程管理技术、船舶企业信息化工程应用技术以及先进工艺技术及装备这3项优先主题。

毫无疑问,自动化技术已经成为我国船舶工业未来发展的关键之一。

船舶制造自动化

船舶是一种体现当代工业和科技水平的综合性产品,集中反映了生产技术的各种成果。由于造船是一个极为复杂的生产过程,涉及面广,多品种小批量,生产过程中任何一个环节均可影响全局,因此,怎样实现对这个生产过程的最佳把握和控制(即实现对生产过程的合理、高效、柔性化、系统化管理),是船舶制造技术研究要解决的关键问题。随着以信息为核心的高新技术快速发展,许多船厂通过信息技术改造传统设计建造手段。“数字化造船”概念也应运而生。“数字化造船”就是以造船过程的知识融合为基础,以数字化建模仿真与优化为特征,将信息技术、先进的数字化制造技术、先进造船技术和现代造船模式,综合应用于船舶产品的设计、制造、测试与试验、管理和维护全生命周期的各阶段和各方面。通过数字化、集成化、网络化船舶产品的开发、设计、测试与试验、制造和管理平台,使船舶产品实现以数字建模和数字样机为核心的数字化设计,以生产制造与生产过程数字控制为核心的数字化制造、以虚拟样机和数字仿真为核心的数字化测试与试验、以现代造船模式和业务流程建模为核心的数字化管理,从而实现“数字化造船”。

设计是船舶制造的关键所在,当前各大造船企业都非常重视船舶自动化设计技术。如日本各大造船企业在引进计算机先进技术、提高船舶三维自动化设计方面狠下功夫。三菱重工引进Tribon公司船舶自动化设计系统的同时,又引进并开发了MATES系统;IHI联合造船开发了名为“紫阳花”的设计信息自动化系统; 三井造船开发了MACISS设计自动化系统。川崎造船在Tribon系统的基础上,采用川崎造船独有的专利技术,开发了新的智能化的K-KARDS自动化设计系统。该系统充分利用知识库,建立Inference Engine系统,采用if-then程序进行设计,简便、直观、推理明确,几乎全部设计结果都能以立体图形显示,信息变换更快、更直觉,使得设计者能很快完成设计任务,可提高设计质量、缩短设计工时、从而降低造船成本。

智能机器人技术在焊接当中的应用也越来越受到先进造船企业的重视。近年来,韩国政府资金大力支持,韩国现代重工、大宇造船海洋工程公司、联合三星等几家大型电子企业共同开发新一代智能型机器人。据悉,世界著名的德国Carl Cloos焊接技术有限公司制造出Romat320、350、410系列新型焊接机器人,他们均是采用计算机模块化设计和全新的RotrolⅡ控制系统,强化了电弧轨道焊接的性能,能够帮助船舶制造企业提高生产效率和降低了施工成本。

另外,高效焊接技术(自动平角焊、立角焊、垂直焊、横向自动对接焊),造船精度控制技术(指壳舾涂一体化技术、生产设计技术、区域造船技术、模块化技术、柔性制造技术、预舾装技术、船体外板水火加工自动成型技术)以及计算机辅助造船集成系统技术,开发船舶应用软件接口标准,开发图形、网络、多媒体等基础关键技术,开发计算机辅助船用大功率柴油机设计、制造、管理集成系统,都是未来船舶制造技术的重点发展领域。

船舶自动化

自动化技术除在船舶制造过程中发挥着重要作用之外,在船舶本身中也有着非常广泛的应用。船舶自动化的先进性将直接影响船舶的航行安全、经济性以及舒适性。随着计算机技术的高度发展,船舶自动化技术不断向全船综合自动化阶段发展,各类导航、监控、管理系统运用于船舶中。对船舶自动化的要求已不仅仅局限于局部的、单一的、独立的监控和管理,而对大范围、多层次、集中式的监控系统提出了更高的要求。船舶综合自动化,是集机舱自动化、航行自动化、信息一体化、装载自动化等于一体的多功能综合系统,该系统通常由二个工作母站、若干个分控制系统及若干个工作分站组成,通常一个工作母站设在机舱控制室另一个设在驾驶室。两个工作母站完全独立,可同时或单独操作,并互为备用。分控制系统将根据船舶的种类和自动化的程度而定,例如主机遥控、机舱监测报警、电站管理、泵浦控制、液位遥测和压载控制,冷藏集装箱监控、自动导航等。所有工作母站和分控制系统采用高速传输技术组成一个综合网络系统,在网络上根据需要连接一定数量的工作分站,以达到在船舶重要部位对各设备进行监测、控制和操纵等目的。同时,其工作分站可以作为一个窗口,与船舶对外通信设备联网,借助于数据传输、电子邮件等各种通信手段,执行岸与船,船与船之间对话,进行各种信息交流;咨询、设备维护、故障诊断、资料查阅、备件查询、船舶管理等业务活动,从而最大程度地提高船舶航行的安全性、可行性和经济性。在船舶自动化中,包含船舶导航与驾驶自动化技术、船舶机舱自动化系统及设备技术、船舶船岸信息一体化系统技术、液货装卸自动化系统技术等多个方面。

相信随着科技的突飞猛进,自动化技术在船舶制造以及船舶本身当中的应用将更加丰富。

《船舶工业中长期发展规划》中指出,到2010年,我国自主开发、建造的主力船舶达到国际先进水平,年造船能力达到2300万载重吨,年产量1700万载重吨。本土生产的船用设备平均装船率达到60%以上。船舶工业组织结构趋于合理,大型船舶企业集团具备较强的国际竞争力,三大造船基地初具规模,造船业与配套业协调发展。

要实现这一目标,我国船舶工业应继续加大自主创新,加快产业结构升级,推进造船模式转换,转变经济发展方式,努力实现从做大到做强的历史性跨越。而这些对于转型中的船舶工业来说是个挑战,对于船舶自动化来说是个机遇!


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