計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)在造船領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

1、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)在造船領(lǐng)域中的應(yīng)用研究船舶是一種十分特殊的產(chǎn)品，一艘大型船舶由數(shù)以萬計的零部件和配套設(shè)備構(gòu)成，數(shù)十個功能各異的子系統(tǒng)，以船體為平臺有機地整合成整體。因此，船舶制造業(yè)是綜合工業(yè)之冠，涉及大量不同學科、專業(yè)和產(chǎn)品，技術(shù)領(lǐng)域?qū)拸V，技術(shù)更新頻率較高，對高新技術(shù)的吸納能力極強。計算機集成制造系統(tǒng)簡稱CIMS。1974年美國的約瑟夫·哈林頓博士首先提出了計算機集成制造系統(tǒng)的概念。20世紀90年代，國外先進船廠就通過研究應(yīng)用CIMS技術(shù)，逐步由“分段制造、設(shè)備密集”的傳統(tǒng)造船模式，發(fā)展到“集成制造、信息密集”的現(xiàn)代造船模式，實現(xiàn)了“生產(chǎn)效率大幅度提高、生產(chǎn)成本明顯降低

2、”的目的。據(jù)有關(guān)研究表明，在未來十年，中國造船產(chǎn)量將占到世界市場四分之一強，有可能成為世界第一造船大國。但是，我們要清醒的認識到，與世界造船強國相比，我們還有較大差距，必須認真借鑒國外現(xiàn)代造船技術(shù)，尤其是CIMS技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，結(jié)合我國實際，采用先進適用的技術(shù)改造傳統(tǒng)造船模式，使我國造船生產(chǎn)在一個更高的起點上完成“跳躍式”發(fā)展。隨著計算機在制造業(yè)中的普遍應(yīng)用，20世紀80年代初，在制造業(yè)中出現(xiàn)了許多自動化系統(tǒng)，如FMS、CADCAM系統(tǒng)等。通過對這些系統(tǒng)的不斷強化，一種新的更高層次的集成開始形成，即用大系統(tǒng)的概念，把各部門之間孤立、局部的“自動化孤島”在新的管理模式及制造工藝的指導下，通過計算

3、機網(wǎng)絡(luò)及分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機地集成起來，構(gòu)成一個完整的計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。1.CIMS基本原理典型的CIMS系統(tǒng)是以“規(guī)范管理、標準設(shè)計、信息集成共享”為標志，運用信息技術(shù)，以生產(chǎn)設(shè)計和成本控制為主線，通過統(tǒng)一管理標準、管理流程、數(shù)據(jù)處理和資源平衡，將造船過程中所需的人、財、物、設(shè)計及制造等信息融于一個軟件系統(tǒng)中來整體協(xié)調(diào)殼、舾、涂等不同類型的作業(yè)計劃，同步安排所需物質(zhì)、設(shè)備等的資源供應(yīng)，精確控制每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)拍。由于實現(xiàn)了系統(tǒng)集成，保證了數(shù)據(jù)的準確性、一致性和實時性，因而達到了均衡、高效生產(chǎn)的目的。造船CIMS是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)和先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用成組技術(shù)原理和

4、統(tǒng)籌優(yōu)化理論，確立殼舾涂一體化的先進的造船模式，通過計算機及其軟件，將造船訂貨、船型試驗、船舶設(shè)計、船舶建造、造船管理和交船后服務(wù)等造船廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，以形成適用于多品種、中小批量生產(chǎn)實現(xiàn)總體高效益的智能化制造系統(tǒng)。造船CIMS技術(shù)是按其建模原則所形成的全新生產(chǎn)作業(yè)體系，既在船舶設(shè)計過程中合理規(guī)劃，并在規(guī)劃中與制造策略、管理思想和各項先進造船技術(shù)有機地結(jié)合，把設(shè)計、制造、管理信息集成，做到船舶設(shè)計制造一體化，從而實現(xiàn)造船工程優(yōu)質(zhì)、安全、高效、低耗的目的，促進造船生產(chǎn)向技術(shù)密集型和高科技發(fā)展，提高造船經(jīng)濟效益和市場競爭能力。2.CIMS的主要特征CIMS的

5、主題是集成化和智能化，其主要特征如下：(1)CIMS不僅是一種技術(shù)系統(tǒng)，更是一個企業(yè)整體集成制造優(yōu)化系統(tǒng)。其核心是集成，包括人員集成(設(shè)計人員、生產(chǎn)人員、管理人員等)、信息集成(報價、技術(shù)、管理、信息等)、功能集成、技術(shù)集成等方面；(2)CIMS強調(diào)人的主體作用，強調(diào)入、技術(shù)、管理三者的有機結(jié)合；(3)CIMS中的設(shè)計、制造技術(shù)是動態(tài)響應(yīng)技術(shù)，倡導不斷采用新手段研究、改造和充實傳統(tǒng)技術(shù)；(4)CIMS實施需要經(jīng)費支持，其投資亦為動態(tài)投入，根據(jù)不同企業(yè)的不同技術(shù)發(fā)展水平、設(shè)備和資產(chǎn)狀況，動態(tài)投入不同的所需資金；(5)CIMS是一個龐大的生產(chǎn)系統(tǒng)，應(yīng)該在總體規(guī)劃下分步實施，逐步見效。3.CIMS關(guān)

6、鍵技術(shù)及技術(shù)體系CIMS包含設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)和計算機技術(shù)四項關(guān)鍵技術(shù)，它們之間的相互關(guān)系如圖2所示。CIMS通過計算機技術(shù)及其軟件科學，將企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)活動所需的各自分散的信息有機地集成起來，從而形成船舶集成制造技術(shù)體系，如圖3所示。4.CIMS的發(fā)展階段自上世紀70年代中期提出CIMS的概念以來，隨著電子、信息、自動化、人工智能、新材料等技術(shù)的迅速發(fā)展，CIMS的研究和應(yīng)用也日趨深入，其發(fā)展進程可以分為三個階段表1。進人新世紀以來，我國造船工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，已連續(xù)8年位居世界第三造船大國，造船產(chǎn)量已占世界造船總量的一成。但是，在船舶生產(chǎn)組織、生產(chǎn)過程控制、和生產(chǎn)效率控制方面與發(fā)達國

7、家相比還存在較大差距，設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)也相對落后。據(jù)有關(guān)研究機構(gòu)分析，當今世界造船技術(shù)的發(fā)展分為5組水平，日本、韓國達到第4級水平正向著第5級水平發(fā)展，我國尚處在第2級水平和第3組水平之間。我國造船企業(yè)仍屬單件小批量生產(chǎn)類型，制造工件大、周期長、成本高、效率低、工種、專業(yè)繁多，配套產(chǎn)品及生產(chǎn)過程復雜，設(shè)備利用率較低，這些情況說明我國原有的造船模式已不能適應(yīng)現(xiàn)代造船的需要，模式轉(zhuǎn)換迫在眉睫。造船企業(yè)可以通過實施CIMS建設(shè)推行先進造船技術(shù)，促進造船模式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)并行設(shè)計、制造、管理的“殼、舾、涂”一體化和“設(shè)計、制造、管理一體化”的造船模式，并運用“成組技術(shù)”建立船體和管子零件加工裝

8、配流水線，對原有造船CAD、CAPP、CAM、MIS、MRP等各領(lǐng)域信息系統(tǒng)進一步發(fā)展、深化和集成，將其統(tǒng)一在CIMS中。CIMS的建設(shè)對于我國造船企業(yè)生產(chǎn)建設(shè)水平的提高有著極其重大的意義?；贑IMS的造船模式是造船企業(yè)的發(fā)展之路、騰飛之翼?，F(xiàn)代造船模式中CIMS的實施構(gòu)想:1總體實施要則：總體規(guī)劃，分步實施，效益驅(qū)動，穩(wěn)妥推進。2實施方式：吸收和消化國外軟件的先進理念和技術(shù)，引進具有先進水平的關(guān)鍵模塊、支撐數(shù)據(jù)和管理模式，結(jié)合自主開發(fā)，解決共享數(shù)據(jù)庫和軟件接口等關(guān)鍵技術(shù)，提高信息化水平，縮短實施周期。3概略實施步驟(1)準備：系統(tǒng)調(diào)查研究，分析瓶頸項目，確定現(xiàn)實目標；(2)安裝調(diào)試：選擇設(shè)

9、計、計劃、物流三方面核心模塊安裝調(diào)試，并選擇合適產(chǎn)品進行試運行，根據(jù)試運行結(jié)果及發(fā)現(xiàn)的問題，調(diào)整完善管理、設(shè)計、物流、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，固化成果；(3)系統(tǒng)集成：根據(jù)“效益驅(qū)動”的原則，逐步應(yīng)用實施成本管理、生產(chǎn)準備、質(zhì)量管理、設(shè)備負荷管理、營銷報價管理等模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。4實施預(yù)期目標(1)提高生產(chǎn)工藝、作業(yè)管理過程標準化水平，主要信息由系統(tǒng)快速處理，縮短設(shè)計周期；(2)提高計劃可控性，統(tǒng)一協(xié)調(diào)大節(jié)點計劃，中、小日程計劃，控制與平衡勞動力資源，縮短造船周期；(3)準確的生產(chǎn)設(shè)計及控制。較好地控制物流，減少存貨，縮短資金循環(huán)周期，降低生產(chǎn)成本。要爭取做到以實際應(yīng)用為抓手，推進業(yè)務(wù)標準化：(1)通過

10、載體船試運行，掌握數(shù)據(jù)、標準的準備方法由于CIMS系統(tǒng)較為復雜，有必要在合同期里以實際產(chǎn)品作為系統(tǒng)實施載體，目的是“打通業(yè)務(wù)流程，掌握規(guī)則方法，校正數(shù)據(jù)標準，驗證系統(tǒng)性能”。打通業(yè)務(wù)流程:系統(tǒng)能否按照設(shè)計、生產(chǎn)、物資一體化原則運行。掌握規(guī)則方法:系統(tǒng)對編碼標準、設(shè)計規(guī)則、運行規(guī)則要求。校正數(shù)據(jù)標準:及時消除軟件、數(shù)據(jù)或標準方面  可能存在的問題。驗證系統(tǒng)性能:驗證集成性、適用性、可靠性、操作性。信息集成后，許多數(shù)據(jù)相互牽制。一旦修改，必須多部門協(xié)調(diào)進行。因此，需要通過載體船試運行，落實具體規(guī)程和編制方法。逐步建立跨部門的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)機制，加快基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步更新速度。 2

11、)建立信息反饋體系，提高生產(chǎn)組織管理水平系統(tǒng)實行嚴格的任務(wù)包管理模式。在任務(wù)包中，所有作業(yè)物理量按工時來體現(xiàn)。工時是計劃管理的基本單位，是衡量作業(yè)區(qū)、班組和勞動者作業(yè)負荷和生產(chǎn)效率的基本指標之一。因此，需要根據(jù)作業(yè)性質(zhì)和內(nèi)容，編寫載體船任務(wù)包和派工單。并結(jié)合班組固化、作業(yè)標準化工作，通過工作包、派工單反饋和實績分析，不斷優(yōu)化任務(wù)和派工單。系統(tǒng)集成性提高后，信息相互依賴性明顯增加。例如，任務(wù)包和派工單中含有相應(yīng)的工作量和托盤清單，如果缺乏托盤數(shù)據(jù)或物資未按計劃到貨，工時管理系統(tǒng)便無法下達派工單，同時也就無法填寫反饋實際工時。因此，在實施中要加強協(xié)調(diào)，同步提高設(shè)計水平和生產(chǎn)組織水平，及時總結(jié)標準作

12、業(yè)和標準設(shè)計規(guī)范。     (3)因地制宜改進物流管理，提高生產(chǎn)準備水平 CIMS要求建立有效的物流管理體系，這需要在采購指令、采購控制、庫存管理、托盤管理及配送等環(huán)節(jié)進行變革。例如，CIMS要求物流部門根據(jù)物資納期計劃，按托盤組織集配，并且按照班組申請，實行現(xiàn)場配送，這需要有集配場地、專用托盤架和設(shè)施。  最后，推進信息化建設(shè)是一項非常迫切的工作，同時又是一個長期的過程。企業(yè)唯有從經(jīng)營戰(zhàn)略目標出發(fā)，通過引進先進制造技術(shù)，堅定地轉(zhuǎn)換舊的造船模式，積極調(diào)整文化傳統(tǒng)、作業(yè)習慣和行為方式，運用現(xiàn)代管理技術(shù)、信息技術(shù)，走精益生產(chǎn)、精細管理的道路，從而實