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九游娱乐网站:基于cps的船舶智能制造体系结构研究
造过程中,CPS的应用主要分为两步:采集存储船厂实 体空间包含的各种装备、活动、位置、时间、环境数 据,基于船舶制造的内在逻辑和机理,进行仿真建模; 应用数据模型开展分析挖掘,应用采集到的数据对船舶制 造的执行过程进行评估、预测、动态优化,平衡各项制造 资源。CPS通过对各类动态信息优化整合,实现其合理配 置,而智能制造本质上就是优化配置资源的一种新制造 范式,所以CPS是实现船舶智能制造的重要手段 [4]。
船舶智能制造的目标,是应用现代信息技术促进造 船模式朝高度机械化、自动化、集成化、模块化和智能 化方向发展,逐渐利用如传感器、机器人、智能物流设 备等取代人进行各种作业,并实现船舶建造过程对制造 资源、市场变化、客户需求等快速响应。为实现这一目 标,需要考虑设计、制造、管理、服务等一系列业务活 动,设备设施层到管理层各层级的设备和信息系统,以 及与之配套的管理手段和环境、资源配置。本文研究的
信息物理系统(CPS),是随计算、感知、通信、 控制等技术不断发展而出现的一种集成化的智能系统, 它融合了虚拟空间的计算进程与实体空间的真实进程, 真实进程的数据通过感知和通讯过程传输到虚拟世界, 计算进程在对采集数据分析预测的基础上,优化控制过 程,对实体空间设备下达指令,实现闭环反馈,形成虚 拟空间与实体空间互相耦合的同步操作。在船舶生产制
本文在现有智能制造通用体系架构基础上,根据 船舶制造行业的发展方向和特点,对其涉及的主要业务 流程、系统架构、应用的关键技术等进行研究,在提出 船舶智能制造总体需求的基础上,重点结合CPS、物联 网、智能传感等关键技术,提出船舶智能制造的业务、 系统、关键技术体系架构,覆盖船舶制造的设计、生 产、运维全生命周期,对于相关领域的研究和智能船厂 的建设具有参考作用。
体需求的基础上,结合CPS、物联网、智能传感等关键技术,提出船舶智能制造的业务、系
统、关键技术体系架构,覆盖船舶制造的设计、生产、运维全生命周期,对于相关领域的研
在船舶制造管理环节,智能制造的需求与问题具 备制造企业的通用性,即如何实现对制造全生命周期涉 及的工作流、数据流、物流及成本等进行统一管理和决 策。统一管理主要涉及不同信息系统间的集成和数据交
换的问题,以及为提高管理效率采用可视化等展示手 段;智能决策以云计算、数据挖掘等为技术基础,基于 从CPS获得的实时运行数据、企业知识库和模型算法, 支撑企业管理者的智能决策。
在船舶设计环节,船舶智能制造的需求主要体现 在数据标准化、协同设计和与制造环节的信息集成三方 面。数据标准化主要解决船舶设计各环节间数据的交换 和集成问题,同时为确保数据在船舶建造整体过程中传 输的完整性、准确性奠定基础;协同设计主要解决因船 舶设计周期长、专业面广、涉及人员多造成的工作效率 底下,支撑设计工作的并行开展,提升对环境变化的响 应速度;此外如何打通设计与制造环节,使设计环节的 数据能自动导入到生产设备或指导现场工人作业,也是 船舶设计环节智能化的重点需求。
(1.清华大学 国家CIMS中心,北京 100084;2.北京机械工业自动化研究所有限公司,北京 100120)
摘 要:针对我国船舶制造行业智能化水平不高,与信息技术融合存在障碍,制造运行缺乏数据分析支
撑的现状,在现有智能制造通用体系架构的基础上,根据船舶制造行业的发展方向和特点,
对其涉及的主要业务流程、系统架构、应用的关键技术等进行研究,在提出船舶智能制造总
在船舶制造环节,船舶智能制造的需求主要体现在 智能化生产设备的投入和仿真优化过程在船舶行业的应 用。使用具备现场数据采集、远程指令接收、自动生产 加工功能的智能化设备,是实现智能制造的基础;仿真 优化是CPS技术在船舶制造过 程中的具体体现,通过对 人员、设备、资源、工艺等进行模拟,预测生产结果, 减少生产事故发生的可能性,同时为生产流程和生产工 艺的改进优化提供支撑。
船舶制造的模式经过不断发展,经历了大致5个主 要阶段。从早期的整体制造模式,逐步经历了以分段制 造、分道制造为特征的阶段,到本世纪80年代,由于信 息技术的快速发展,一系列计算机辅助软件和制造执行 管理软件在船舶行业得到了应用,产生了船舶集成制造 的新模式,到目前为止,我国的大部分船舶制造企业仍 都处于这个阶段。船舶集成制造模式的核心是在设计、 生产、管理深度融合的基础上,对制造过程的整体统筹 优化,应用成组技术生产船舶的“中间产品”,如船 壳、舾装件、动力设备等,通过合理分配时间和空间, 科学规划船体建造、舾装、涂装等制造环节,达到资源 间相互协调、流程上不间断造船的目的 [1]。在欧美等一 些发达国家,造船模式正从集成制造模式逐渐向智能制 造模式转变,即在造船过程中采用CPS、物联网、智能 传感等新一代信息通信技术,实现过程控制的可视化和 全方位系统监管,以及制造的绿色化[2],进一步提高船 舶设计和建造流程的质量和效率,使造船企业更好的应 对可能发生的市场需求变化[3]。
收稿日期:2019-11-06 基金项目:工业和信息化部高技术船舶科研项目:船舶智能制造技术集成应用研究 作者简介:杨思维(1984 -),男,江苏武进人,本科,研究方向为自动化。
船舶智能制造总体需求主要从业务活动的智能化角度出 发,面向船舶设计、船舶制造、船舶制造管理、船舶运 维服务四个方面,提出各自的需求。