计算机集成制造系统(CIMS)在造船业的应用

　　1前言

　　随着计算机技术、自动化技术、信息技术的发展和应用，传统的制造业正在发生一系列根本性的变化，向着计算机集成制造系统(CIMS)的方向发展。CIMS是一种组织、管理和运行现代制造类企业的理念，它将传统的制造技术与信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，使企业产品全生命周期各阶段活动中有关的人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流三流有机集成并优化运行，以达到产品上市快(T)、高质(Q),低耗(C)、服务好((S)、环境清洁(E)，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。造船业属于制造业的一个支柱产业，它直接关系到我国的国民经济、国防事业的发展。目前，世界造船业已发展成为一个完全竞争的市场，它的技术、质量、周期和服务等要素已成为造船企业的关键。而中国造船企业的市场竞争力与国外的差距越来越大，传统的造船模式已不能适应造船业的发展，在中国造船业应用CIMS技术，已势在必行。

　　2国外造船CIMS的情况

　　造船计算机集成制造系统(CIMS)概念，最初是由美国人提出，在造船中的应用和研究始于20世纪80年代。1998年，为加快CIMS在造船中的应用进程，日本运输省成立了高技术调研会，与日本研究协会一起，联合造船企业共同研究CIMS。并对这项工作给予了高度的支持，共同投资了200亿日元支持CAD/CAM、造船机器人系统、CIMS和全自动造船等四类项目的研究开发，向虚拟造船企业(VE)和连续采办与全寿命期保障系统(CALS)方向发展。如日本川崎重工船厂是CIMS较成功的企业。它采用了自下而上，逐步扩展的发展模式，即在自动化生产设施的基础上，逐步建立与底层关系紧密的上层系统，然后将它逐个集成，在此基础上再进一步与对上层信息系统进行扩充，形成完整的CIMS。韩国也十分重视CIMS在造船中的应用，积极引进日本、美国和欧洲等国的最先进的造船技术，并在此基础上研制出自己的造船CIMS，有效地推动了韩国造船工业的发展。2002年初，韩国数字化造船系统联合研究协会成立。同时，三星集团宣布启动“数字造船系统”发展计划，即在虚拟环境下，事前模拟从初步设计到新船下水的整个过程。该计划为期3年，预计总投人60亿韩元。

　　总之，据目前所掌握的资料可以得知，到90年代中期，日本大型船厂CIMS技术已实用化，在CIMS技术使用后，节省人工50%，缩短工期20%,1998年开始向中型船厂推广。而韩国也于1997年在大型造船厂采用了CIMS技术，到1999年，韩国的中型船厂也基本应用了CIMS技术。他们的重点主要放在车间层设备的信息集成上，在技术方面，特别强调“高度自动化”，使制造车间成为“无人化工厂”。

　　3中国造船业的现状分析

　　据国内有关研究机构分析，当今世界造船技术分为5级水平，日本、韩国达到4级水平—船体、栖装、涂装一体化造船，正向着第5级水平—敏捷制造的方向发展。我国正处在2级和3级水平之间，在设计、制造、管理技术方面也有很大差距。

　　4适合中国造船业的CIMS技术

　　船舶计算机集成设计制造技术(SCIMS)包含四项关键技术，分别是设计技术、制造技术、管理技术、计算机技术。由于船舶集成设计制造系统是一个复杂的大系统，涉及到造船的方方面面，因此它不是企业各个生产环节的简单相加，而是以计算机技术为核心，将企业内部生产活动的各分散的信息，按设计原则方法、制造手段和管理思想工作贯穿其中的一个造船体系。当前实现CIMS的重点应放在提高产品的设计开发能力、转换造船模式和实现造船企业科学管理上，对车间层则适度自动化，不盲目模仿国外“无人化工厂”的模式。中国造船CIMS就是将先进造船技术如现代造船模式、造船CAD/CAPP/CAM技术、成组技术、并行设计及企业资源需求计划组合起来，通过船舶产品电子信息模块来实现的产品建造的，它是由现代造船模式和造船CIMS软件组成。

　　4.1现代造船模式—模块化造船模式

　　事实证明，单件、小批量生产的船舶与大批量生产的汽车一样，也是能够实现高效生产的。船厂中的“分道生产线”类似于汽车制造厂中的“装配流水线”的作用。不过，船舶产品中的相似部件模块化，成为一种中间产品，并集中在同一分道生产线上制造，则生产线的流动速度将会大大加快。因此模块化造船模式的应用是实现造船CIMS的最有效的方法。

　　模块化造船模式包括分道制造模式和大批量定制模式。它是在成组技术和模块化造船技术基础上进行分段建造和预栖装的模式，是一种模块导向的专业化生产。

　　所谓模块就是高水平的壳腼涂一体化的“中间产品”。“中间产品”也称“区域”，具体是指“零件”、“组件”、“分段”、“月西装单元”、“总段”、“模块”和“调试”、“试航”等特定的作业。这样就能够以“中间产品”的生产为目标来组织专业化的生产线，如型材生产线、管道生产线和部件生产线等，大大提高了生产效率。同时，因为大量的手工操作由机器设备代替，并利用计算机的数据处理技术分析生产过程，实行作业标准化控制和精度控制，采用托盘集配实施准流水线生产等，实现了船体建造、艇装和涂装三种不同类型作业的相互协调和有机结合。

　　模块化造船模式的主要技术基础是中间产品导向作业分解原理与相似性原理。中间产品导向作业分解原理就是把产品按其形成的制造级，以中间产品的形式对产品进行作业任务的分解与组合。相似性原理是将产品作业任务分解成门类繁多的中间产品，并将这些中间产品按作业的相似特性，遵循某些准则分类成组，扩大中间产品的生产批量，以便建立批量性的流水定位或流水定员的生产作业体系。

　　模块化造船模式的壳、舫、涂按区域/阶段/类型的生产作业方式，就是基于上述两条基本原理建立起来的。成功地运用了这两条原理的美、日、韩造船模式就是现代造船模式的典型代表。

　　4.2造船CIMS软件

　　造船CIMS软件结构与一般CIMS软件类似，它由造船工程设计分系统、造船经营生产管理分系统、质量管理分系统、造船生产自动化分系统和支撑环境分系统构成。其核心技术是CAD/CAPP/CAM集成系统即造船工程设计分系统。但各个厂应按照各厂的具体情况制定相应的SCIMS软件。　　

　　5.中国几大造船厂应用SLIMS的情况

　　(1)广州造船厂的GSI-SLIMS就是要建立一个以公司造船业务为主体，以船舶产品为对象，以设计信息、生产管理等信息为核心，以生产设备、网络设备多为依托的，集船舶CAD/CAM、物资管理、质量管理、财务成本管理、办公管理等系统一体化，而开发应用的船舶计算机集成制造系统。据统计，GSI-SLIMS实施工程以来，造船年产量有了大幅度提高，由原来的年产6^-7艘提高到年产9-10艘船，产值由原来的13亿增加至18亿人民币，造船周期由原来的24个月缩短至20个月左右。

　　(2)沪东造船集团的HDS-SLIMS工程于1997年开始论证，1999年被列人上海市科技发展基金项目，1999年通过评审，得到国家863/CIMS专家组认可，并列人国家CIMS示范企业项目，HDS-SLIMS是由现代造船模式和HDS-CIMS软件组成的。据统计，实施HDS-SLIMS以来，已有了初步的应用效益:产品设计周期缩短了300o、产品建造周期缩短了28%、提高了产品质量、提高了造船生产效率、降低了材料消耗，提高了企业的市场竞争力、占有率。

　　6结束语

　　计算机技术的发展使得现代企业中计算机技术资源在企业生产经营所需的所有资源中占有的比例越来越大，起着不可替代的作用，而以此为基础的CIMS以它的全新面貌和巨大潜力出现在各行各业。目前，随着我国船舶工业的发展，实施SCIMS系统、推行现代造船模式的时机已经成熟。SCIMS的实施将会使造船这个劳动密集型产业朝着知识密集型转变，使我国的造船工业迈上一个新台阶。 

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