關注 | 兩化融合管理體系貫標成果展特輯009：高技術船舶的精益建造能力助力智能船廠建設

摘要：南通中遠海運川崎船舶工程有限公司（下簡稱“南通中遠海運川崎”或“公司”）成立于1995年12月，是由中國遠洋海運集團和日本川崎重工合資興建的中國第一家大型中外合資造船企業。公司注冊資本14.6億元，總投資超過60億元,年生產能力250萬載重噸。公司主要從事高技術船舶的研發和建造，產品類型涵蓋各型散貨船、大型集裝箱船、超級油輪、礦砂船、汽車滾裝船等主流船型，以及多用途船、雙燃料船、LNG船等特種船，其中9個船型建造時為國內首制。公司在中國第一個實現無余量造船，在船舶行業率先導入現代物流管理系統。鋼材利用率、全員勞動生產率、人均實現利潤、造船生產效率、萬美元產值耗電量、單位土地產能、先行舾裝率等指標屢創中國企業新紀錄。正是因為這些“第一”，確立了公司在中國船舶界領先、在世界造船業最具競爭力的地位。公司以信息化環境下高技術船舶的精益建造能力為重點打造方向。在此過程中，以數字化精益設計為源頭，集成化信息系統和工業互聯網平臺為支撐，精益生產和智能化裝備為抓手，精益管理為保障，將兩化融合作為信息化的主線、智能制造作為兩化融合的主攻方向，建設智能車間、智能船廠，大大改進了業務流程，提高了生產效率、降低了勞動強度、穩定了產品質量、減少了人工成本。

圖1  南通中遠海運川崎兩化融合管理體系貫標實踐

一、企業推進數字化轉型的需求分析

在國家層面，隨著國家“一帶一路”戰略推進，“海上絲綢之路”沿線國家間貿易大幅增長，為造船行業帶來新機遇，地方政府愈加重視船舶產業發展將其列為支柱產業之一，政策助力企業智能制造轉型升級。

但是與日韓等造船強國相比，我國船舶工業造船技術仍存在差距，如數字化工藝設計能力不足，船舶制造裝備與系統的自動化、智能化水平低，造船過程管控缺少有效的數據支持，制造技術與信息技術的融合與集成程度低等。同時國內造船市場低迷，勞動力資源使用成本提高，原材料價格增長較大，造船進入微利時代，嚴峻的市場需要更優秀的產品，沒有高技術產品，企業將被邊緣化乃至淘汰。

打造高技術船舶的精益建造能力的初衷是面向客戶和市場高效設計、建造、交付節能環保智能船舶。在此過程中，既需要研究、開發、設計高技術船舶，也需要提升船舶建造的質量和效率，保持在普通商船特定市場中的優勢地位。面對低迷的造船市場，南通中遠海運川崎要在殘酷的市場競爭中獲得一席之地，就必須在發展的質量和效益上尋求突破，必須在高技術船舶的精益建造能力方面取得突破；伴隨智能制造技術的快速發展，以信息技術和控制技術為支撐的機器人和智能裝備在造船業的應用是大型船企的競爭焦點。

二、企業新型能力識別和打造的方法和路徑

（一）新型能力識別的方法與路徑

南通中遠海運川崎將兩化融合作為信息化的主線、智能制造作為兩化融合的主攻方向、兩化融合管理體系貫標作為信息化主抓手、將擴大機器人應用和實施生產線自動化改造作為兩化融合的切入點。圍繞戰略-優勢-能力-目標主線，通過運用SWOT分析法對基于內外部競爭環境和競爭條件下的態勢分析，堅持專業化戰略、創新戰略和品牌戰略，研發高科技船舶，確立企業品牌，在已具備性能、品牌、效率、質量、成本、人才、信息化集成等競爭優勢的同時，發展綠色環保船型研發優勢、低耗費資源的生產方式優勢、行業領先優勢等可持續競爭優勢。確定將“高技術船舶的精益建造能力”作為信息化環境下打造的新型能力。

為了更好的評價新型能力的打造效果，公司制定了一套評價新型能力的量化指標體系，具體包括：造船效率（工時/修正總噸）、鋼材綜合利用率（%）、專利數、研發經費內部支出占主營業務收入比重（%）、關鍵工序數控化率(%)、分段無余量制造率（%）、焊接自動化和半自動化率（%）、機器人生產線和自動化生產線數量等。

（二）新型能力打造過程的方法和路徑

1. 實施方案策劃

高技術船舶的精益建造能力建設基于精益設計、精益生產、精益管理和深度集成的信息系統。

（1）精益設計是高技術船舶精益建造能力的重要源頭

公司充分認識到精益設計對于整個生產組織的重要性，是保障公司全方面精益管理的不二選擇。公司從經營全局的高度，即使在嚴峻的造船市場環境下，從不放棄、始終維持精益設計的地位，從而在戰略層面確立了“精益”工作理念，并使之潛移默化地滲透到各個生產組織環節。

精益化設計核心是精準匹配客戶需求與船廠資源能力。面向船東，定制出性能更好、滿足船東和規范要求的綠色節能船舶；面向船廠，充分發揮生產裝備條件、提高生產效率、節約生產資源。

（2）精益生產和智能制造是高技術船舶精益建造能力的重要手段

公司在船舶制造過程中，無論是對安全、質量、工期、成本四大生產要素的管理，還是各類先進技術的運用，無不充分體現“精益”的思想。以自動化、智能化設備使用為抓手，以產品價值實現全過程的計劃管理為核心，以全公司網絡平臺和設計數據利用為重要支撐，通過制度化、標準化管理和持續改善，最終實現精益建造目標。

智能化生產線是打造高技術船舶精益建造能力的重要手段。南通中遠海運川崎聚焦船舶建造的預處理、切割、焊接、裝配、管舾等主要工序，2012年以來建成投產21條自動化、智能化生產線，包括：型鋼自動切割生產線、條材切割機器人生產線、小組立/大組立焊接機器人生產線、鋼板全面印字生產線、大/中/小徑管材加工焊接機器人生產線等，其中大部分智能化裝備屬于國內首臺套應用。

（3）深度集成的信息系統是高技術船舶精益建造能力的重要支撐

通過建立深度集成的信息系統，將貫穿零件設計信息、工藝信息、工裝信息、材料配套信息、加工信息和裝配信息的信息生成和傳輸全過程，在采購申請單、物料清單、托盤清單等業務方面全面實現無紙化；將設計系統和制造執行系統（MES）以及企業資源管理系統（ERP）、財務管理系統等深度集成在一起，使研發、設計、采購、制造、質量、財務、管理等業務實現一體化。

（4）精益管理是高技術船舶精益建造能力的重要保障

通過完善包括安全、質量、標準化管理等在內的管理提升，為建設低資源消耗、高生產效率、高產品質量的船舶智能制造模式保駕護航。

2. 業務流程優化與組織結構變革

在打造“高技術船舶的精益建造能力”的過程中，精益生產和智能制造是重要手段。以“大組立焊接機器人生產線”為例進行說明。

首先，成立大組立焊接機器人生產線項目組。然后，項目組依據兩化融合實施框架，為了打造高技術船舶的精益建造能力，組織相關業務部門進行多次調研和專題討論，并對現有業務流程和組織結構進行優化：

（1）業務流程優化

原流程：

主板投入（大板龍筋）→肋板/縱桁吊裝→腳手搭設→手工焊接→修補打磨

優化后流程：

主板投入（大板龍筋）→肋板/縱桁吊裝→機器人焊接→修補打磨→腳手搭設

（2）組織結構變革

制造本部根據優化后的業務流程重新進行班組結構調整。抽調骨干力量，集中至該生產線班組，專門負責該生產線的日常運行。

工務本部設備部安排專人負責設備使用過程中的維護。

技術本部信息技術保障部負責將網絡敷設至車間、班組，有線網絡不能到達的地方，采用無線網絡，并對無線網絡進行集中管理。

原組織結構：手工焊接、修補8人→檢查1人→管理1人

優化后組織結構：機器人操作1人→檢查修補1人→管理1人

3. 技術實現

大組立焊接機器人生產線在安裝、調試后進行試生產，然后通過驗收投產使用，實現大組分段的智能化焊接。其技術實現如下：

①增加車間內網絡布點密度，將網絡延伸到生產線區域。

②與生產線控制模塊建立數據傳送，便于模塊生成的各工位數據將用于后續開展的可視化工程進度跟蹤。

③建立物流系統和生產線之間的關聯，并使該生產線和前后道工序聯動，保障物料的及時供應。

大組立焊接機器人生產線由6軸機器人本體（含控制箱）、軌道、焊機電源控制柜三部分組成。應用第三代自適應編程技術（ALPT，Adaptive Logic Programming Technology）和面板線掃描技術（PLST，Panel Line Scanning Technology)，可實現大組分段肋位處補板、條材、三角板等的角焊縫的自動化焊接。

作業流程如下：

（1）人工操作

啟動設備，確認所需焊接區域后，點擊繼續。

（2）機器人自動操作

①機械臂自動由初始位置伸展至待掃描狀態；

②自動打開機械臂端部下方的點激光傳感器，自動測量縱骨間距；

③機械臂自動伸展，焊槍前端的激光傳感器對焊縫的起始點和末端位置進行精確掃描識別，記錄焊縫位置信息；

④系統利用激光傳感器裝置防止機械臂與結構件發生碰撞；

⑤掃描完成后自動進行焊接；

⑥焊接完成后，機器人手臂自動收縮。

圖2  大組立焊接機器人生產線應用場景

4. 數據開發利用

在大組立焊接機器人生產線設備定型階段，根據主要船型的船體結構和設計基準，提煉出分段大組立階段通用的貫穿形式；根據貫穿形式的特點和現場干涉測試的結果，明確以貫穿形式為對象的焊接工藝參數；建立焊接工藝參數庫并固化到大組立焊接機器人的控制模塊中；工作時焊接機器人基于激光掃描的結果獲得待加工分段的尺寸和貫穿形式，自動為待加工分段選擇合適的焊接參數；在實際生產中可以對焊接參數進行微調，并對焊接工藝參數庫進行優化以適應生產環境和加工對象的變化。

5. 匹配與規范

大組立焊接機器人生產線正式投產后，效果達到預期。基于測試與優化過程中總結的經驗，對原有基準進行修正和規范，編制發布文件規范（如《大組焊接機器人用戶手冊》、《大組焊接機器人作業基準》等）；還編制了相關的培訓計劃，并結合系統操作手冊等，進行專門的培訓。

6. 運行維護

根據兩化融合管理體系要求和各部門職能劃分，公司制定了相關設備設施和信息系統維護制度。明確工務本部負責自動化設備設施的點檢、維修與保養等維護工作；信息化部門負責信息化設備和信息系統的日常運維。

7. 安全可控情況

南通中遠海運川崎于2008年1月首次取得ISO 27001信息安全管理體系認證，2016年4月通過兩化融合管理體系貫標。為保證造船相關業務的持續性、保護核心技術和滿足合同方信息安全需求，實施了保障信息安全的必要策略。如：通過工業防火墻技術、工業網閘技術、加密隧道傳輸技術，防止數據泄漏、被篡改，保障數據在源頭和傳輸過程中安全；通過平臺入侵實時檢測、網絡安全防御系統、惡意代碼防護、網絡威脅防護等技術實現工業互聯網平臺的代碼安全、應用安全、數據安全等。

三、實施效果與主要作用

（一）實施成效

南通中遠海運川崎將兩化融合作為信息化的主線、智能制造作為兩化融合的主攻方向，打造信息化環境下高技術船舶的精益建造能力，在智能制造方面作出了一系列的探索和實踐。自動化、智能化生產線的相繼投產，大大改進了業務流程，提高了生產效率、降低了勞動強度、穩定了產品質量、減少了人工成本；主要生產車間實現了自動化、數字化、網絡化、智能化生產。自動化生產系統使相應工序的生產效率提高了七成左右、個別工序提高了3倍。在確保生產安全和質量穩定的基礎上，在船舶性能、造船效率和船舶質量上始終領先于國內主流船廠。

通過大組立焊接機器人生產線的成功運行，持續打造高技術船舶的精益建造能力。

（二）主要作用

南通中遠海運川崎堅持“精：專業化戰略；強：創新戰略；久：品牌戰略”的總體戰略，研發高科技船舶, 確立企業品牌；打造高技術船舶的精益建造能力，以兩化融合和智能制造推動企業轉型升級。通過兩化融合管理體系貫標，為系統部署、過程管理、評測與改進提出了更加明確、具體和可操作的要求，全面規范兩化融合相關的管理活動和管理過程，實現兩化融合工作的戰略一致、過程可控和結果有效，并在此基礎上形成智能、高效、集約、精益的現代造船模式，公司步入了效率和效益同步增長的良性發展快車道。

1. 成功實現企業發展轉型升級、提質增效

南通中遠海運川崎在兩化融合管理體系標準的全面、系統、規范的指導下，結合自身的需求，逐步提升數據開發利用能力，不斷加速技術、業務流程和組織結構的創新和持續改進，提高企業的開放性和動態性，以適應未來日益分散化、個性化的生產經營變革。

2. 實現資源集約利用最大化

南通中遠海運川崎通過實施兩化融合管理體系，最大限度發揮了土地、岸線、人員、材料等生產要素的有效匹配，實現了資源集約利用最大化。

3. 降低船舶建造成本，促進企業實現跨越發展

在產能不變的情況下，公司營銷和盈利能力良好，與國內同等規模的造船企業相比具有明顯優勢。

4. 主要技術指標接近日、韓先進水平

通過兩化融合、智能制造，采用集成制造、快速制造技術，以及制造裝備的自動化、智能化，最大限度提高生產效率，縮短建造周期，多項技術指標接近日、韓先進水平，國內領先。

5. 船舶制造質量優于國內其他船廠

隨著兩化融合、智能制造的深入推進，公司船舶產品更具市場競爭力，可以帶來更多訂單。公司始終把研發和制造各種類型高科技含量、高附加值和環保節能的優質船舶作為首要任務。建廠以來連續開發和建造了超大型油輪、超大型礦砂船、大型汽車滾裝船、超大型集裝箱船、大型雙燃料推進運輸船等，均為國內首創，成為國內商船設計和建造的領軍企業，也成功打造了南通中遠海運川崎的企業品牌。