国内船厂造船装备现状分析与发展建议
郄金波;周明欢
【摘 要】调研国内船舶制造企业,从钢材切割、钢材成型加工、小和中组立制作、分段制造、总组和搭载以及管子制造阶段的生产设备入手,对目前国内船厂造船装备的现状进行分析,梳理当前造船装备存在的问题.针对问题提出未来的需求,并从行业层面和企业层面,对国内船厂造船装备的发展提出建议. 【期刊名称】《造船技术》 【年(卷),期】2018(000)006 【总页数】5页(P1-4,9)
【关键词】造船装备;现状分析;发展需求;发展建议 【作 者】郄金波;周明欢
【作者单位】上海船舶工艺研究所,上海200032;沪东中华造船(集团)有限公司,上海200129 【正文语种】中 文 【中图分类】U671 0 引 言
自动化、机械化和工装化是当前国内船厂造船装备的主要类型，随着近几年“智能制造”成为热点，智能化装备也开始出现在造船企业。调研国内相关船厂造船装备实际现状和发展水平，了解企业主要设备能力和生产效率，发现普遍存在一些关键
共性问题和突出的个性问题。因此，在掌握各企业造船装备实际需求的基础上，结合国内外先进造船水平发展趋势，本文提出更具前瞻性、针对性、实用性的发展建议和对策，为行业和企业未来的造船装备技术发行、功能升级、创新发展提供参考。 1 现状分析
调研国内船舶制造企业，发现各船厂造船装备的分布情况主要呈现以机械化装备为主、自动化装备为辅、工装化装备为补充、智能化装备为攻关方向的发展趋势，如图1所示。随着之前一波的造船市场繁荣，船舶制造企业曾经进行大量装备的升级和改造，为提高船舶建造质量和效率带来了一定的益处。但粗放的生产管理模式使大多装备未能得到有效的维护和保养，甚至原有性能有所下降。且随着时间的失衡，许多装备未得到充分使用，甚至跟不上技术升级和船厂改造的步伐。虽然受经济形势下行的影响，但随着人力成本的上升，许多船厂逐渐意识到造船装备发展和升级的紧迫性，感受到造船装备对于船企生产和发展的重要性。 图1 国内船厂造船装备配比现状
1.1 机械化装备完善，部分企业设备相对陈旧
造船企业目前以机械化装备为主，如金属切削设备、成型加工设备、起重运输设备等。建厂较早的企业其工艺装备普遍陈旧，大多企业的机械化装备(如油压机、冷弯机等)性能降低明显，日常维护工作量大且较为频繁，给船舶建造的质量、精度和效率等方面带来影响。新建企业的设备较新、功能较全，但在实际使用过程当中，日常维护保养工作不到位，影响使用效果和生产质量。 1.2 自动化装备以基础类为主，高端设备投入相对较少
企业均已投入了相应的自动化装备，基本上已配备了钢材预处理流水线、型钢/条材切割流水线、平面分段流水线、管子加工流水线、数控切割加工设备等基础类装备，薄板流水线、曲面板加工等高端设备投入较少。现校管测量与制作装备、喷砂/涂装机器人、全位置自动焊机等在部分企业得到应用，为提升建造质量、降低劳
动强度、提高生产效率奠定了基础。
1.3 工装化装备普及，直接引进与自主研发各具特色
在工装化装备方面，主要呈现两个特色：一是直接采购引进类工装的应用，如分段制造阶段使用的磁性工装(见图2)、无马工装，减少了传统马板、靠山的装焊、拆除和打磨等工序，为企业提质增效打下基础；二是企业结合自身承建产品的特点和工艺习惯，通过自行设计或与厂家联合设计并研发了相应的工装设备，如集装箱船内纵壁施工吊笼、巨型总段滑移工装等，为现场生产提高劳动效率、降低劳动强度等创造了条件。 图2 磁性工装
1.4 智能化装备均有发展规划，但实际推进过程较为缓慢
在智能制造方面，企业积极跟进船舶智能制造热点，同时结合工信部科研攻关课题项目，制定相应的推进计划。由于智能化装备前期投资较大，而且当前船舶市场依旧低迷，导致船舶企业对智能制造投资意愿不强，基本以争取国家资金支持为主、企业投资为辅的形式进行推进[1]。另外，与智能化装备相配套的信息化系统与企业现有的信息化系统的兼容性有一定差距，重新引进新的信息化系统对企业现有管理模式冲击较大，若在现有系统的基础上进行二次开发，则需要较长的开发周期，与国家“两化融合”要求的差距较大。上述两个主因致使智能化装备的实际投入过程较为缓慢。
1.5 装备仅使用部分功能，先进性能未得到发挥
企业均已配置了相应的自动化、机械化和工装化的造船装备，但部分装备未能充分发挥其基本性能，如等离子切割设备具备坡口加工功能，但实际使用过程中该功能未得到有效应用，后续还要专用的坡口加工设备进行处理[2]。大多数以机械化设备为主的生产线，由于工艺、工序不尽合理，未能形成真正的流水线作业，导致整体工作效率较低。从改善管理水平、优化工作流程、提升设备能力的角度来看，造
船装备的性能仍有较大提升空间。 1.6 上海颁布环保新规，企业排废压力增大
在国内主要造船省份中，上海于2015年底率先颁布了环保新规——《船舶工业大气污染物排放标准》，明确规定上海现有船舶制造企业从2017年1月1日起，在室内切割、装焊、涂装等需设置气体收集系统和集中净化处理装置，室外作业要采取废气收集处理措施[3]。上海市要求各企业于2018年6月30日前必须改造完成，超出环保要求将进行巨额处罚。由此导致上海地区船舶企业应对挥发性有机物(Volatile Organic Compound， VOC)排放的压力骤然增大，需要添置新型有机废气处理装置或对原有设备进行升级改造。目前上海地区仅少数企业已经开展了设备招标和运行。 2 问题与需求
按照船厂的工艺阶段和造船装备的使用功能，主要从钢材切割、成型加工、小&中组立制作、分段制造、总组&搭载和管子生产所涉及的生产装备(见表1～表6)，以及在船体、舾装和涂装3类施工当中应用到的工装进行梳理(见表7～表9)，确定当前存在的主要问题，并根据问题提出企业未来的发展需求。
表1 钢材切割问题与需求序号问题需求1 切割设备陈旧,切割质量和精度较差,故障频发,维护保养频繁,影响生产进度 对陈旧设备进行升级改造或更新2 同一企业的切割设备品牌繁多,切割程序互不通用,在切割指令转化时容易出错3 数控切割指令依靠外部接口拷贝,无数控切割装备的智能化管控,切割过程无记录 建立信息化智能网络,实现切割程序指令从设计到设备的传输,并对切割机的应用状态进行实时监控4 大部分等离子切割机无开坡口功能,零件坡口基本依靠手工切割,制作精度差,生产效率低5 零件分拣由人工完成,劳动强度大,生产效率低,且易出差错 建设包括智能印字划线、智能切割、自动坡口加工、自动分拣等功能的钢材切割生产流水线 表2 钢材成型问题与需求序号问题需求1 设备陈旧,加工效率低,质量和精度不稳定,
大多设备的实际工况已达不到设计工况 三维加工成型装备2 设备自动化程度低,成型加工沿用传统工艺,操作人员劳动强度大,专用模具通用性差,材料浪费严重 高频感应加热设备和通用型模具3 加工成型后的检验方法落后,依赖传统的样板、样箱,检验过程耗时较长 数控样条、样箱等三维测量装备
表3 小、中组立制作问题与需求序号问题需求1 小、中组立制作以人工为主,智能化、自动化设备投入较少 建立小、中组立信息库,从信息库中获取相关制作工艺参数和标准2 传统马板使用较多,拆装过程繁琐费时 小、中组立机器人流水线3 小、中组制作时需要2～3次组装,无法快速运转,制作场地紧张 结构相似的小、中组立实行定区域建造
表4 分段制造问题与需求序号问题需求1 自动化水平普遍较低,焊接质量不稳定 焊机的数字化改造,扩大高效焊接设备的应用,实时监控电压/电流,追溯焊接质量2 平面分段流水线老化,节拍化较差 对平面分段流水线进行升级改造,建设智能化车间3 曲面分段的制作以胎板胎架为主,材料消耗量大 通用型曲面活络胎架
表5 总组、搭载问题与需求序号问题需求1 总组或搭载主要依靠克令式起重机、龙门式起重机,起重机和场地利用率较低 大型总段移位三维调整装置2 艏、艉线形区域基本借助脚手架进行施工,脚手架搭拆工作量大,且存在较大安全隐患 高空作业平台3 总组、搭载的支撑形式多样,多数工装笨重且移动不便 标准、简易的支撑工装
表6 管子生产问题与需求序号问题需求1 数控弯管、自动装配和焊接等自动化设备不足 直管制作流水线、管子焊接机器人2 风动打磨机在使用时产生的噪声和灰尘较大,对施工人员带来影响 管子打磨机器人和低噪声的电动打磨机
表7 船体类工装问题与需求序号问题需求1 传统工装笨重,搬运和使用不便 磁性工装2 支柱式活络胎架使用效果不好,影响分段外板线型和精度,辅材消耗量大且效率低下 高精度数控活络胎架
表8 舾装类工装问题与需求序号问题需求1 传统镗排的镗孔精度不高,易出现椭圆或相对轴线下沉等现象 高精度镗孔设备以及相应的检验设备2 现校管测量方法落后,部分测量设备使用有限 便携式现校管测量和信息采集设备
表9 涂装类工装问题与需求序号问题需求1 涂装施工自动化程度低、人工作业依赖性强,施工质量不稳定、工人劳动强度大且作业环境差 激光除锈设备、涂装机器人2 后行除锈作业主要依靠动力工具,效率低且污染严重 喷砂/涂装机器人 3 发展建议 3.1 行业层面
(1) 组织制定行业造船装备发展规划，引导企业健康有序发展。加强顶层策划与设计。组织制定中国船舶行业造船装备发展规划指导意见，契合“中国制造2025”的发展战略，衔接“两化融合”规划，结合企业的产品定位，把船舶制造行业的发展规划与企业的“一厂一策”有机结合，引领和指导企业科学地编制造船装备发展规划。
加强示范研究与应用。避免各企业重复投入和走弯路，组织专家编制《造船设施示范工程项目指南》，每个项目选择1～2家骨干企业进行重点研究和组织实施，建立若干个示范工程，在已有生产线和流水线的基础上，分工艺阶段开展自动化、数字化、智能化等装备研究和建设，促进中国造船技术的转型和管理水平的升级。 (2) 构建行业造船装备基础工艺信息数据库，推动成果共享。构建中国造船行业造船装备基础工艺信息数据库，涵盖国内外先进船厂在造船装备、智能制造等方面的发展趋势、典型做法[4]。梳理各造船企业有关造船装备的现状水平、发展需求、工作亮点等，供各造船企业学习和参考。定期组织关于造船装备的交流活动，宣传和推介企业关于造船装备的成效和做法，相互之间取长补短，进而提高中国造船的整体水平。
(3) 建立激励机制，调动参与积极性。构建造船装备的长效机制，激发企业的专业
人员和一线生产人员的设计和创新热情，对于船企获得知识产权且应用效果较好的造船设备、工具、工装，建议采取“行业给荣誉、企业给补贴”的形式加以鼓励；将专业人员和一线老师傅的“巧方法”“好经验”加以固化，切实为企业实现提质增效、降本增益的目标作出贡献。
(4) 牵头组织相关船企，共同应对环保新规。针对上海市颁布的环保新规，上海地区各企业目前正在积极研究应对举措，减少造船除锈涂装、打磨等作业带来的环境污染。目前企业虽然已完成方案策划和设备选型，但具体实施效果仍然未知。建议由行业牵头组织上海地区企业，一方面对经济有效的应对方案和处理设备进行论证和选型，另一方面与上海市进行协调沟通，在适当范围内降低企业应对废气排放的成本。 3.2 企业层面
(1) 科学分析论证，合理引进投入。在船舶市场低迷的现状下，企业应认真细致地做好造船装备投入前的产出比分析，经过充分且科学合理的论证后再进行装备的投入，特别是资金重大的装备。在装备投产后，需做好相应的经济效益和社会效益分析。同时，企业需同步考虑与之相匹配的上下道衔接装备的发展规划，从提升整体效率出发，不能仅提高某一环节的效率而影响其他环节的生产节拍。
(2) 深挖装备潜力，提升管理水平。对于已投入的先进装备，企业应充分挖掘装备的潜能，发挥装备应有的能力，并及时对原有工作方法、工艺流程进行改善和优化[5]。同时，企业还需结合投入装备的能力参数与实际运转状况，及时制订、修订与造船装备相适应的工时定额标准。另外，企业还需加强设备的日常维护保养，保障装备的正常运转，减少因故障、维护造成的等工、停工现象的产生。 (3) 加快“两化融合”的推进步伐，提高船舶建造质量与效率。
为降低对施工人员的依赖程度，企业除了需引进具有信息化功能的先进装备以外，还需对企业现有的造船装备进行信息化改造，切实加快“两化融合”的推进步伐，
为企业提质增效创造条件。
(4) 加强学习交流，强化联合研发。加强到国内外先进船企进行学习交流，将国内外先进的造船装备进行引进、消化、再创新。企业需通过工信部、省市地方等渠道，积极申报科研项目，争取相关资金支持，降低企业引进高新装备或对现有设备升级改造的资金压力；同时还应强化与设备厂商、高校、院所等单位合作，联合开展适应现代化造船需求的装备研究和开发。
(5) 提高员工素质，落实减员增效。在增加造船装备的同时，企业需进一步研究提高生产人员素质的举措，提升现场生产人员的综合技能水平，推进一人多机、复合工种等措施的实施，实现企业减员增效。 4 结 语
工欲善其事，必先利其器！船舶制造是复杂且庞大的工程，提高整个船舶的建造质量与生产效率，必须匹配与现代化造船水平相适应的造船装备和管理技术，充分发挥现有造船装备的产能才是当前国内船舶制造企业的当务之急。另外，还需以问题和需求为导向，加强造船企业与院所、高校之间的合作交流，紧跟“工业4.0”“工业物联网”等国际热点，结合“中国制造2025”“两化融合”等国家战略，积极研究和开发更多的先进造船装备，使先进造船装备成为推动中国造船水平提高、海洋经济发展、海上国防建设的重要力量和保障措施。 参考文献
【相关文献】
[1] 陈建榕，陈志宇. 船舶企业的转型与发展[J]. 广东造船，2017(5): 4-9.
[2] 李永博. 机器人生产线在船舶智能制造中的应用研究[J]. 船舶工程，2017(10): 95-99. [3] 邸立强，杨剑征，赵川. 国外数字化造船技术发展趋势研究[J]. 舰船科学技术，2015(7): 1-4.
[4] 周炽炜，刘博巍，陈蕾. 工艺工装领域先进造船技术发展分析[J]. 造船技术，2013(1): 1-6. [5] 郑兴富，关新兰. 自动化——船舶制造装备的发展趋势[J]. 船舶经济贸易，2001(5): 20-21.
