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

1、計(jì)算機(jī)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(wàn)計(jì)的零部件和配套設(shè)備構(gòu)成，數(shù)十個(gè)功能各異的子系統(tǒng)，以船體為平臺(tái)有機(jī)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(xué)科、專(zhuān)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(duì)高新技術(shù)的吸納能力極強(qiáng)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)CIMS。1974年美國(guó)的約瑟夫·哈林頓博士首先提出了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的概念。20世紀(jì)90年代，國(guó)外先進(jìn)船廠就通過(guò)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(shí)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(lái)十年，中國(guó)造船產(chǎn)量將占到世界市場(chǎng)四分之一強(qiáng)，有可能成為世界第一造船大國(guó)。但是，我們要清醒的認(rèn)識(shí)到，與世界造船強(qiáng)國(guó)相比，我們還有較大差距，必須認(rèn)真借鑒國(guó)外現(xiàn)代造船技術(shù)，尤其是CIMS技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際，采用先進(jìn)適用的技術(shù)改造傳統(tǒng)造船模式，使我國(guó)造船生產(chǎn)在一個(gè)更高的起點(diǎn)上完成“跳躍式”發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)在制造業(yè)中的普遍應(yīng)用，20世紀(jì)80年代初，在制造業(yè)中出現(xiàn)了許多自動(dòng)化系統(tǒng)，如FMS、CADCAM系統(tǒng)等。通過(guò)對(duì)這些系統(tǒng)的不斷強(qiáng)化，一種新的更高層次的集成開(kāi)始形成，即用大系統(tǒng)的概念，把各部門(mén)之間孤立、局部的“自動(dòng)化孤島”在新的管理模式及制造工藝的指導(dǎo)下，通過(guò)計(jì)算

3、機(jī)網(wǎng)絡(luò)及分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、信息集成共享”為標(biāo)志，運(yùn)用信息技術(shù)，以生產(chǎn)設(shè)計(jì)和成本控制為主線，通過(guò)統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)、管理流程、數(shù)據(jù)處理和資源平衡，將造船過(guò)程中所需的人、財(cái)、物、設(shè)計(jì)及制造等信息融于一個(gè)軟件系統(tǒng)中來(lái)整體協(xié)調(diào)殼、舾、涂等不同類(lèi)型的作業(yè)計(jì)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(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)拍。由于實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性和實(shí)時(shí)性，因而達(dá)到了均衡、高效生產(chǎn)的目的。造船CIMS是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和先進(jìn)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(jìn)的造船模式，通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，將造船訂貨、船型試驗(yàn)、船舶設(shè)計(jì)、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(dòng)所需的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以形成適用于多品種、中小批量生產(chǎn)實(shí)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(jì)過(guò)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(xiàng)先進(jìn)造船技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，把設(shè)計(jì)、制造、管理信息集成，做到船舶設(shè)計(jì)制造一體化，從而實(shí)現(xiàn)造船工程優(yōu)質(zhì)、安全、高效、低耗的目的，促進(jìn)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(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(jì)人員、生產(chǎn)人員、管理人員等)、信息集成(報(bào)價(jià)、技術(shù)、管理、信息等)、功能集成、技術(shù)集成等方面；(2)CIMS強(qiáng)調(diào)人的主體作用，強(qiáng)調(diào)入、技術(shù)、管理三者的有機(jī)結(jié)合；(3)CIMS中的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)技術(shù)，倡導(dǎo)不斷采用新手段研究、改造和充實(shí)傳統(tǒng)技術(shù)；(4)CIMS實(shí)施需要經(jīng)費(fèi)支持，其投資亦為動(dòng)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(dòng)態(tài)投入不同的所需資金；(5)CIMS是一個(gè)龐大的生產(chǎn)系統(tǒng)，應(yīng)該在總體規(guī)劃下分步實(shí)施，逐步見(jiàn)效。3.CIMS關(guān)

6、鍵技術(shù)及技術(shù)體系CIMS包含設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它們之間的相互關(guān)系如圖2所示。CIMS通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)及其軟件科學(xué)，將企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)活動(dòng)所需的各自分散的信息有機(jī)地集成起來(lái)，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(jì)70年代中期提出CIMS的概念以來(lái)，隨著電子、信息、自動(dòng)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(jìn)程可以分為三個(gè)階段表1。進(jìn)人新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)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(guó)，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(guò)程控制、和生產(chǎn)效率控制方面與發(fā)達(dá)國(guó)

7、家相比還存在較大差距，設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)也相對(duì)落后。據(jù)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)分析，當(dāng)今世界造船技術(shù)的發(fā)展分為5組水平，日本、韓國(guó)達(dá)到第4級(jí)水平正向著第5級(jí)水平發(fā)展，我國(guó)尚處在第2級(jí)水平和第3組水平之間。我國(guó)造船企業(yè)仍屬單件小批量生產(chǎn)類(lèi)型，制造工件大、周期長(zhǎng)、成本高、效率低、工種、專(zhuān)業(yè)繁多，配套產(chǎn)品及生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備利用率較低，這些情況說(shuō)明我國(guó)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(guò)實(shí)施CIMS建設(shè)推行先進(jìn)造船技術(shù)，促進(jìn)造船模式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)、制造、管理的“殼、舾、涂”一體化和“設(shè)計(jì)、制造、管理一體化”的造船模式，并運(yùn)用“成組技術(shù)”建立船體和管子零件加工裝

8、配流水線，對(duì)原有造船CAD、CAPP、CAM、MIS、MRP等各領(lǐng)域信息系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展、深化和集成，將其統(tǒng)一在CIMS中。CIMS的建設(shè)對(duì)于我國(guó)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。基于CIMS的造船模式是造船企業(yè)的發(fā)展之路、騰飛之翼。現(xiàn)代造船模式中CIMS的實(shí)施構(gòu)想:1總體實(shí)施要?jiǎng)t：總體規(guī)劃，分步實(shí)施，效益驅(qū)動(dòng)，穩(wěn)妥推進(jìn)。2實(shí)施方式：吸收和消化國(guó)外軟件的先進(jìn)理念和技術(shù)，引進(jìn)具有先進(jìn)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(kāi)發(fā)，解決共享數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件接口等關(guān)鍵技術(shù)，提高信息化水平，縮短實(shí)施周期。3概略實(shí)施步驟(1)準(zhǔn)備：系統(tǒng)調(diào)查研究，分析瓶頸項(xiàng)目，確定現(xiàn)實(shí)目標(biāo)；(2)安裝調(diào)試：選擇設(shè)

9、計(jì)、計(jì)劃、物流三方面核心模塊安裝調(diào)試，并選擇合適產(chǎn)品進(jìn)行試運(yùn)行，根據(jù)試運(yùn)行結(jié)果及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，調(diào)整完善管理、設(shè)計(jì)、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(dòng)”的原則，逐步應(yīng)用實(shí)施成本管理、生產(chǎn)準(zhǔn)備、質(zhì)量管理、設(shè)備負(fù)荷管理、營(yíng)銷(xiāo)報(bào)價(jià)管理等模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。4實(shí)施預(yù)期目標(biāo)(1)提高生產(chǎn)工藝、作業(yè)管理過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化水平，主要信息由系統(tǒng)快速處理，縮短設(shè)計(jì)周期；(2)提高計(jì)劃可控性，統(tǒng)一協(xié)調(diào)大節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，中、小日程計(jì)劃，控制與平衡勞動(dòng)力資源，縮短造船周期；(3)準(zhǔn)確的生產(chǎn)設(shè)計(jì)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(zhēng)取做到以實(shí)際應(yīng)用為抓手，推進(jìn)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化：(1)通過(guò)

10、載體船試運(yùn)行，掌握數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)備方法由于CIMS系統(tǒng)較為復(fù)雜，有必要在合同期里以實(shí)際產(chǎn)品作為系統(tǒng)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證系統(tǒng)性能”。打通業(yè)務(wù)流程:系統(tǒng)能否按照設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物資一體化原則運(yùn)行。掌握規(guī)則方法:系統(tǒng)對(duì)編碼標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)則、運(yùn)行規(guī)則要求。校正數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn):及時(shí)消除軟件、數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)方面  可能存在的問(wèn)題。驗(yàn)證系統(tǒng)性能:驗(yàn)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(mén)協(xié)調(diào)進(jìn)行。因此，需要通過(guò)載體船試運(yùn)行，落實(shí)具體規(guī)程和編制方法。逐步建立跨部門(mén)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)機(jī)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(shí)行嚴(yán)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(shí)來(lái)體現(xiàn)。工時(shí)是計(jì)劃管理的基本單位，是衡量作業(yè)區(qū)、班組和勞動(dòng)者作業(yè)負(fù)荷和生產(chǎn)效率的基本指標(biāo)之一。因此，需要根據(jù)作業(yè)性質(zhì)和內(nèi)容，編寫(xiě)載體船任務(wù)包和派工單。并結(jié)合班組固化、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作，通過(guò)工作包、派工單反饋和實(shí)績(jī)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(lài)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(pán)清單，如果缺乏托盤(pán)數(shù)據(jù)或物資未按計(jì)劃到貨，工時(shí)管理系統(tǒng)便無(wú)法下達(dá)派工單，同時(shí)也就無(wú)法填寫(xiě)反饋實(shí)際工時(shí)。因此，在實(shí)施中要加強(qiáng)協(xié)調(diào)，同步提高設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)組織水平，及時(shí)總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)作

12、業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范。     (3)因地制宜改進(jìn)物流管理，提高生產(chǎn)準(zhǔn)備水平 CIMS要求建立有效的物流管理體系，這需要在采購(gòu)指令、采購(gòu)控制、庫(kù)存管理、托盤(pán)管理及配送等環(huán)節(jié)進(jìn)行變革。例如，CIMS要求物流部門(mén)根據(jù)物資納期計(jì)劃，按托盤(pán)組織集配，并且按照班組申請(qǐng)，實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)配送，這需要有集配場(chǎng)地、專(zhuān)用托盤(pán)架和設(shè)施。  最后，推進(jìn)信息化建設(shè)是一項(xiàng)非常迫切的工作，同時(shí)又是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。企業(yè)唯有從經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略目標(biāo)出發(fā)，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)，堅(jiān)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(xí)慣和行為方式，運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、信息技術(shù)，走精益生產(chǎn)、精細(xì)管理的道路，從而實(shí)