李奇楠

(江蘇科技大學 機械工程學院， 江蘇 鎮(zhèn)江212003)

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船舶智能制造標準體系構(gòu)建

李奇楠

(江蘇科技大學 機械工程學院， 江蘇 鎮(zhèn)江212003)

從體系的視角對船舶智能制造標準進行分析，推進船舶智能制造標準的制定。從船舶智能制造和標準體系內(nèi)涵分析入手，借鑒國內(nèi)外標準，研究構(gòu)建我國船舶智能制造標準體系的原則和范圍，并運用智能功能、系統(tǒng)層級、生命周期等3個維度的分析，以及對船舶智能制造重點內(nèi)容和流程分析，提出標準需求，提出船舶智能制造標準體系結(jié)構(gòu)及其范圍和建議制定的標準,明確建立船舶智能制造標準體系的指導思想、基本范圍與架構(gòu)以及急需制定的標準項目，為開展船舶智能制造關鍵技術標準的研究與驗證、制定相關標準提供基礎。

船舶智能制造；標準；體系

0 引言

船舶工業(yè)是國家高端裝備制造業(yè)的重要組成部分,也是我國海洋強國戰(zhàn)略的基礎和重要支撐。目前，我國船舶工業(yè)數(shù)字化工藝設計能力不足，船船制造裝備與系統(tǒng)自動化智能化水平較低，造船過程管控缺乏有效數(shù)據(jù)支撐，制造技術與信息化技術融合與集成度低?！笆濉睍r期是我國船舶工業(yè)由大變強的關鍵時期，加快推動新一代信息技術與先進船舶制造技術融合，大力推進智能制造，是增強我國造船企業(yè)核心競爭力的有效途徑，也是實現(xiàn)船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵所在。

標準是國家質(zhì)量基礎和產(chǎn)業(yè)技術基礎的核心要素，在推進智能制造的過程中具有重要的基礎支撐和帶動引領作用。智能制造作為制造業(yè)的新型生產(chǎn)模式是一項復雜而龐大的系統(tǒng)工程，其標準化工作需要從技術成熟后再開展標準制定的傳統(tǒng)模式向標準引領的新思路轉(zhuǎn)變。目前，國內(nèi)不僅缺乏船舶智能制造關鍵技術標準，更缺乏船舶智能制造標準化的頂層設計，需要盡快構(gòu)建船舶智能制造標準體系。

1 船舶智能制造與標準體系基本概念

智能制造是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術與設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)相融合，具有信息深度感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱，它體現(xiàn)了信息技術與工業(yè)技術的深度融合。

船舶智能制造是通過船舶設計制造過程中信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行，有效提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低資源消耗；并由生命周期、系統(tǒng)層級、智能功能等3個維度組成的系統(tǒng)架構(gòu)。其中：生命周期維度是由船舶設計、建造、試驗、物流、貿(mào)易、服務等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈式集合；系統(tǒng)層級維度主要由生產(chǎn)設備、智能控制、智能車間、智能船廠和企業(yè)協(xié)同等多個層級構(gòu)成；智能功能維度則主要包括資源收集、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合等多個方面。

標準體系是一定范圍內(nèi)的標準按其內(nèi)在聯(lián)系形成的科學有機整體。船舶智能制造標準體系構(gòu)建需分析體系建立的基本原則、體系框架以及船舶智能制造的標準需求。

2 國內(nèi)外智能制造標準現(xiàn)狀

2.1 國際標準現(xiàn)狀

在ISO標準方面，智能制造相關標準主要由增材制造技術委員會(ISO/TC 261)、自動化系統(tǒng)與集成技術委員會(ISO/TC 184)等研究制定，涉及基礎共性、信息技術、系統(tǒng)集成、機器人等領域。

在IEC標準方面，智能制造相關標準主要由工業(yè)過程測量、控制和自動化技術委員會(IEC/TC 65)，無線電通信傳輸設備技術委員會(IEC/TC 103)等研究制定，涉及基礎共性、通信技術、過程控制、可靠性等領域。2016年2月，工業(yè)過程測量、控制和自動化技術委員會(IEC/TC 65)專門成立了“智能制造信息模型”和“智能制造框架和系統(tǒng)架構(gòu)”2個特別工作組，全面支撐智能制造相關工作。

在ITU標準方面，智能制造相關標準主要由信令要求、協(xié)議和測試規(guī)范研究組(ITU-T SG 11)，性能、服務質(zhì)量(QoS)和體驗質(zhì)量(QoE)研究組(ITU-T SG 12)等研究制定，涉及通信協(xié)議、網(wǎng)絡安全、頻譜管理、服務質(zhì)量等領域。

具體如表1所示。

表1 智能制造相關國際標準

續(xù)表1 智能制造相關國際標準

通過分析可以看出，在國際標準方面，國際標準化組織(ISO)、國際電工委員會(IEC)、國際電信聯(lián)盟(ITU)這3大國際標準化組織在通信技術、接口協(xié)議、系統(tǒng)集成、機器人、過程控制、人機交互等關鍵領域均制定了一批國際標準，可為船舶智能制造提供重要參考。

2.2 國外先進標準現(xiàn)狀

除上述國際標準化組織發(fā)布的國際標準外，國際自動化協(xié)會(ISA)、對象管理組織(OMG)、美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)、美國機械工程師學會(ASME)、美國信息及圖像管理協(xié)會(AIIM)、美國電路互聯(lián)與載體學會(IPC)、美國通信工業(yè)協(xié)會(TIA)等國際組織也制定了智能制造相關標準。

具體如表2所示。

表2 智能制造相關國外先進標準

通過分析可以看出，以上國際組織制定的標準主要涉及基礎共性標準包括協(xié)議、接口、可靠性、信息安全標準。智能功能標準包括信號采集、智能管理、工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)、總線架構(gòu)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等標準。智能裝備標準包括設備集成、自動控制等標準，也可為船舶智能制造提供重要參考。

2.3 我國標準現(xiàn)狀

2015年12月，工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會聯(lián)合發(fā)布了《國家智能制造標準體系建設指南(2015年版)》，其中明確截至2015年12月，我國已發(fā)布、制定中的智能制造相關通用標準共計220項(見表3)，其中已發(fā)布標準120項、制定中標準100項，主要涉及信息技術與信息安全、工業(yè)過程測量與控制、工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成、工業(yè)機器人、軟件工程等領域。

表3 我國智能制造基礎共性標準和關鍵技術標準 項

在船舶工業(yè)標準方面，2012年4月，國家標準化管理委員會、工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)布了《船舶工業(yè)標準體系(2012版)》，該標準體系框架總體上依據(jù)GB/T 4754-2011《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》進行構(gòu)建，由4層架構(gòu)組成，包含6個大類、14個中類和55個小類，覆蓋海洋船、內(nèi)河船、漁船、大型游艇、小艇、船舶動力裝置、船用機械設備、船舶電氣系統(tǒng)及設備、船舶導航通信水聲設備、船舶舾裝設備、海洋工程結(jié)構(gòu)物、潛水器、船舶修理、船舶拆解等專業(yè)范疇。我國船舶工業(yè)標準由國家標準(GB)和行業(yè)標準(CB)組成，截至2016年6月，我國現(xiàn)有標準數(shù)量：已發(fā)布船舶工業(yè)標準2 155項，包括國家標準541項、行業(yè)標準1 614項；計劃制定標準237項，包括國家標準180項、行業(yè)標準57項。根據(jù)2016年船舶工業(yè)標準集中復審結(jié)論，船舶工業(yè)現(xiàn)有標準和標準計劃數(shù)量將有相應調(diào)整。目前，我國船舶智能制造專用標準極少，急需結(jié)合行業(yè)特點開展船舶智能制造標準體系構(gòu)建及關鍵技術標準研究。

3 船舶智能制造標準體系構(gòu)建思路

工業(yè)和信息化部、國家標準管理委員會聯(lián)合發(fā)布的《國家智能制造標準體系建設指南(2015年版)》中，智能制造標準體系框架包括了基礎共性、關鍵技術、重點行業(yè)等3個部分，對海洋工程裝備及高技術船舶部分只有框圖，內(nèi)容并沒有展開。下文提出船舶智能制造標準體系構(gòu)建的原則、范圍和框架。

3.1 構(gòu)建原則

(1) 引導性原則。深入貫徹《中國制造2025》《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020 年)》《船舶工業(yè)深化結(jié)構(gòu)調(diào)整加快轉(zhuǎn)型升級行動計劃(2016—2020)》有關大力發(fā)展智能制造的戰(zhàn)略部署和工作要求，引導船舶工業(yè)加快船舶智能制造標準建設并形成配套支撐能力。

(2) 系統(tǒng)性原則。全面覆蓋船舶智能制造基礎共性與關鍵技術等領域，從產(chǎn)品生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能等多維度系統(tǒng)性考慮發(fā)展需求，成套成體系地推進船舶智能制造標準建設。

(3) 實用性原則。以實現(xiàn)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)集成、異地協(xié)同、智能管理等為主要目的，建立通用性強、可操作性強的船舶智能制造標準體系，提升船舶智能制造技術和管理水平。

(4) 開放性原則。充分考慮船舶智能制造跨領域、跨行業(yè)及高度集成、系統(tǒng)融合等特點，積極采用國內(nèi)外相關適用標準，根據(jù)船舶智能制造技術發(fā)展、國家產(chǎn)業(yè)政策變化等可進行標準體系動態(tài)調(diào)整和完善。

3.2 體系范圍

根據(jù)標準體系構(gòu)建的基本方法，明確標準化對象的基本屬性，一般標準分為基礎標準、方法標準、管理標準、服務標準、產(chǎn)品標準，并加入智能制造有明顯特征的軟件、數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)標準，同時區(qū)分船舶產(chǎn)品本身和船舶智能制造需要的設備設施標準，并把智能船廠和企業(yè)需要的標準單獨歸類。標準體系主要包括體系構(gòu)建的框架和項目明細，體系框架的確立更多需考慮的是標準化協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、簡化的原則，標準項目的提出更多需考慮船舶智能制造對標準的需求，從船舶智能制造生命周期、系統(tǒng)層級、智能功能等3個維度進行分析。

本節(jié)主要分析標準體系的結(jié)構(gòu)，并少量舉例說明船舶智能制造應制定的標準，船舶智能制造標準的需求分析在下文展開。

船舶智能制造標準體系頂層框架主要由基礎共性、技術與方法、智能船廠、智能裝備、軟件和大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、服務標準等7大類構(gòu)成，融合了智能制造的共性要求及船舶建造的自身特點，如圖1所示。

圖1 船舶智能制造標準體系頂層框架

已經(jīng)列入國家智能標準體系的標準項目，不列入船舶智能制造標準體系，直接使用即可。船舶智能制造標準體系應包括國家標準、國家軍用標準、船舶行業(yè)標準、海軍標準以及由船舶行業(yè)歸口管理的其他行業(yè)標準。船舶智能制造應構(gòu)建軍民融合式的標準體系，滿足民船和軍船的共性需求，適用于軍船的特殊標準單獨歸類制定，在修訂《船舶工業(yè)標準體系(2012年版)》時對其進行補充完善。

3.2.1 船舶智能制造基礎共性標準

可參考《國家智能制造標準體系建設指南(2015版)》關于基礎共性標準框架的分類，分基礎、安全、管理、檢測評價和可靠性等5個部分，基礎標準包括術語定義、參考模型、元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)字典符號、標識、編碼代碼等。安全標準包括功能安全、信息安全、網(wǎng)絡安全、系統(tǒng)安全等。管理標準包括信息安全管理、網(wǎng)絡管理、船舶智能制造重點要制定的精益造船工程管理標準等。檢測評價標準包括測試要求、項目、方法、設備、指標體系、評價方法、實施指南等?？煽啃詷藴拾ㄟ^程、技術方法等標準和船舶智能制造重點制定建造過程可靠性標準。

3.2.2 船舶智能制造技術與方法標準

主要涉及船舶智能制造中通用的、不僅為某一種設備使用的方法標準，包括協(xié)議與接口、語言與建模、集成與調(diào)試、評價與流程、互操作等5個部分。船舶智能制造主要制定三維數(shù)字化工藝模型、三維模型的工藝信息定義、三維工序模型生成以及三維化表達等三維數(shù)字化建模標準。分析船舶制造數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)應用平臺及虛擬仿真制造技術標準需求，制定數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)集成標準。

3.2.3 智能船廠標準

智能船廠以打通企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營全部流程為著眼點，實現(xiàn)從產(chǎn)品設計到銷售，從設備控制到企業(yè)資源管理所有環(huán)節(jié)的信息快速交換、傳遞、存儲、處理和無縫智能化集成，主要分為建設規(guī)劃、系統(tǒng)集成、智能設計、智能生產(chǎn)、智能管理、智能物流等6個部分。在船舶智能制造方面，制定智能制造車間現(xiàn)場設備集成、測試等系統(tǒng)集成標準，制定設計生產(chǎn)管理和殼舾涂一體化關聯(lián)設計標準，制定建模、仿真、優(yōu)化等智能設計標準，制定分段、總段、托盤、單元、模塊等中間產(chǎn)品的殼舾涂完整性要求標準，制定智能制造車間、中間產(chǎn)品智能生產(chǎn)線、生產(chǎn)智能控制等智能生產(chǎn)標準，制定造船計劃管理、精度管理、物流管理、倉儲管理等智能管理標準，制定船舶產(chǎn)品信息條碼、電子標簽、立體倉庫等智能物流標準。

3.2.4 船舶智能制造裝備標準

智能裝備是指在其基本功能以外具有數(shù)字通信和配置、優(yōu)化、診斷、維護等附加功能的設備或裝置，一般具有感知、分析、推理、決策、控制能力，是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。智能裝備標準主要包括傳感器及儀器儀表、嵌入式系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、增材制造和工業(yè)機器人等6個部分。在船舶智能制造方面主要制定焊接、切割等機器人與人協(xié)同作業(yè)、機器人與機器人協(xié)同作業(yè)以及機器人與生產(chǎn)線協(xié)同作業(yè)等標準，制定自動化導引運輸車、自動化傳送滾道、自動分揀系統(tǒng)、搬運機器人、自動分類等自動化、智能化裝備標準。

3.2.5 船舶智能制造軟件和大數(shù)據(jù)標準

工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)圍繞企業(yè)信息系統(tǒng)的縱向集成和橫向集成，為打通工業(yè)軟件數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的綜合應用提供支撐。工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)主要包括工業(yè)大數(shù)據(jù)、產(chǎn)品與系統(tǒng)、服務與管理等3個部分。在船舶智能制造方面，制定計算機數(shù)值模擬技術和大數(shù)據(jù)挖掘標準，制定海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的實時傳輸標準。

3.2.6 船舶智能制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準

構(gòu)建貫穿工廠內(nèi)全層級、工廠外全價值鏈的高可靠性、高帶寬、高連接數(shù)、低延時的工廠內(nèi)網(wǎng)絡和工廠外網(wǎng)絡，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的信息追蹤和管理，滿足工廠內(nèi)部智能化、網(wǎng)絡化以及與外部交換需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準主要包括體系架構(gòu)、網(wǎng)聯(lián)技術、資源配置和網(wǎng)絡設備等4個部分。在船舶智能制造方面，應制定實時動態(tài)獲取船舶制造過程中生產(chǎn)人員、零部件物流與質(zhì)量、生產(chǎn)計劃執(zhí)行狀態(tài)、生產(chǎn)環(huán)境和能耗、施工質(zhì)量等信息相關標準，制定船舶制造過程中物與人的智能識別、定位、跟蹤和監(jiān)控相關標準。

3.2.7 船舶智能制造服務標準

智能服務以提供新業(yè)務、新模式為著眼點，綜合利用企業(yè)內(nèi)部和外部的各類資源，提供各類規(guī)范、可靠的新型服務。智能服務標準主要包括個性化制造、遠程運維和工業(yè)云等3個部分。智能服務標準主要涉及個性化定制標準，包括個性化定制設計規(guī)范、交互規(guī)范、生產(chǎn)管理流程規(guī)范；遠程運維標準主要包括平臺接口規(guī)范、通用要求、安全規(guī)范、監(jiān)控規(guī)范和應急管理規(guī)范；工業(yè)云標準主要包括資源共享標準和服務能力標準。

4 我國船舶智能制造標準需求分析

船舶智能制造標準需求分析的方法有2種。一種是按照國家智能制造標準體系建設指南提出的三維模型進行，如圖2所示；另一種是按照推進船舶智能制造的重點內(nèi)容開展，包括完善造船精益管理體系，推廣數(shù)字化造船，提高制造過程自動化智能化水平，提高造船過程的信息感知能力，建設智能車間和智能船廠等，并結(jié)合船舶智能制造的流程進行相應的分析，如圖3所示。

圖2 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 智能船廠基本框架

船舶智能制造標準需求分析的重點是以下5個方面。

4.1 完善造船精益管理體系標準需求

建立完整的中間產(chǎn)品體系標準，按照船舶制造流程，構(gòu)建從設計到完工交船全過程的中間產(chǎn)品體系，制定“中間產(chǎn)品”完整性標準，固化分段、總段、托盤、單元、模塊等中間產(chǎn)品的殼舾涂完整性要求標準。研究制定精益造船工程管理標準，建立工作包、派工單分解作業(yè)方法標準。建立設備、設施能力和生活效率指標標準。分析構(gòu)建造船精度實時“信息感知”、制造工藝智能規(guī)劃、實時過程管控的生產(chǎn)模式標準需求，制定全過程、全方位精度控制標準。研究造船全過程物流管理標準需求，制定產(chǎn)品識別、跟蹤、調(diào)度、配送等自動化、智能化標準。

4.2 推廣數(shù)字化造船標準需求

分析三維生產(chǎn)設計方法、工藝數(shù)字化設計標準需求，制定設計生產(chǎn)管理和殼舾涂一體化關聯(lián)設計標準，制定三維數(shù)字化工藝模型、三維模型的工藝信息定義、三維工序模型生成以及三維化表達等三維數(shù)字化建模標準。分析船舶制造數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)應用平臺及虛擬仿真制造技術標準需求，制定數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)集成標準，制定計算機數(shù)值模擬技術和大數(shù)據(jù)挖掘等標準，制定數(shù)字化樣機、數(shù)據(jù)仿真工藝流程、工裝研發(fā)和生產(chǎn)物流試驗評估與優(yōu)化標準。

4.3 提高制造過程自動化智能化水平標準需求

分析關鍵零部件智能加工、造船智能焊接、自動化裝備及生產(chǎn)線、智能檢測技術與裝備、物流自動化裝備標準需求，制定曲板、肋骨成形、管子及鐵舾裝等加工數(shù)控化、智能化技術、成形過程數(shù)字化測量技術標準，制定焊接機器人標準，制定智能化工藝裝備標準，制定視覺測量、機器人自動化、大數(shù)據(jù)融合、智能診斷等技術集成標準，制定船舶制造過程分布式智能檢測技術與應用裝備標準，制定自動化導引運輸車、自動化傳送滾道、自動分揀系統(tǒng)、搬運機器人、自動分類等自動化、智能化裝備標準。

4.4 提高造船過程的信息感知能力標準需求

分析船舶制造數(shù)據(jù)感知網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準需求，制定實時動態(tài)獲取船舶制造過程中生產(chǎn)人員、零部件物流與質(zhì)量，生產(chǎn)計劃執(zhí)行狀態(tài)，生產(chǎn)環(huán)境和能耗，施工質(zhì)量等信息相關標準。制定船舶制造過程中物與人的智能識別、定位、跟蹤和監(jiān)控相關標準。制定通過人機交互接口實現(xiàn)和物理進程的交互相關標準。制定海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的實時傳輸標準。

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4.5 建造智能車間和智能船廠標準需求

分析船體分段智能制造車間、智能涂裝車間、智能管子車間、智能船廠應用標準需求，制定智能單元、智能生產(chǎn)線、感知系統(tǒng)和智能管控系統(tǒng)相關標準，制定透明化協(xié)同管理、數(shù)控設備智能化的互聯(lián)互通、智能化的生產(chǎn)資源管理、智能化的決策支持相關標準。制定涂裝智能噴砂、涂漆工藝及工藝知識庫、涂裝車間智能感知網(wǎng)、計劃及管控系統(tǒng)、物料智能配送系統(tǒng)、安全智能監(jiān)控系統(tǒng)相關標準，制定智能機器人標準。制定管子加工智能生產(chǎn)線、管子電子倉庫相關標準。制定智能計劃排產(chǎn)、智能生產(chǎn)協(xié)同、智能設備的互聯(lián)互通、智能資源管理、智能過程管理、智能決策支持等領域相關標準。

5 結(jié)論

本文研究了船舶智能制造與標準體系的基本概念，構(gòu)建船舶智能制造標準體系的基本原則，體系框架和標準需求，明確了建立船舶智能制造標準體系的指導思想、基本范圍與架構(gòu)、急需制定的標準項目，為開展船舶智能制造關鍵技術標準研究與驗證、制定相關標準提供基礎，對構(gòu)建船舶智能制造標準體系有重要作用。

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Structuring on Intelligent Shipbuilding Standard System

LI Qinan

(Mechanical Engineering School， Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003, Jiangsu， China)

Standard of the intelligent shipbuilding is analyzed from the perspective of the system to promote the formulation of the standard of the intelligent shipbuilding. Through analyzing the connotation analysis of intelligent shipbuilding and standard system and drawing lessons from the domestic and abroad standards, intelligent shipbuilding principle and scope of standard system of our country are researched. Standard requirement is put forward using the analysis of intelligent function, system level, and life cycle, as well as the intelligent shipbuilding of the key content and process analysis. The intelligent shipbuilding standards architecture, scope and suggestion of the standards formulation are presented. The guiding ideology, basic scope and structure of intelligent shipbuilding standard system is established, and the standard project is urgently needed. The basis for the research and examination of key technical standards for the development of intelligent shipbuilding are provided.

intelligent shipbuilding; standard; system

李奇楠(1994-)，男，碩士研究生，研究方向為船舶機械設計、智能制造及其標準化

1000-3878(2017)03-0008-07

U662

A