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1造船企业MES体系的构建与应用一、前言浙江欧华造船股份有限公司（以下简称“欧华造船”）创立于2004年，下设十余家分子公司，现有从业人员7000余人，资产总额逾86亿元，是一家以造船为主业，能够为客户提供从研发到建造、从运营到服务的全价值链企业。为中国船舶行业一级Ⅰ类生产企业、第一批符合工信部《船舶行业规范条件》企业、高新技术企业和浙江省工业行业龙头骨干企业。欧华造船业务遍及船舶设计、船舶制造、船舶配套、金融服务等领域，是国际知名的支线集装箱船供应商，并在多用途船及各类特种船舶设计建造领域有着广泛的影响力，主要产品为万吨以上、十万吨以下的各类集装箱船、多用途船、环保型散货船及各类特种船舶，建厂十年来以累计交付各类高附加值出口船舶130余艘。近年来，欧华造船保持积极稳健的发展势头，造船三大指标长期保持在浙江省前三位，克拉克松排名长期保持在全国前20强。欧华高度重视以设备装备的先进性来不断提升企业造船先进性水平，建厂初期就高起点投入了钢材预处理流水线、平面分段生产流水线、管子加工流水线、分段冲砂涂装流水线等自动化生产装备，各类高效数控切割及焊接设备，各类数字化设计软件和信息化管理软件等，随后又先后引进了型材、T型材机器人生产线等高端装备，2014年5月，欧华造船入选全国两化融合管理体系贯标试点企业名单，成为浙江省唯一一家入选的船舶制造企业，2015年4月，顺利通过两化融合贯标认证，成为全国第一批通过认证的企业。2二、项目实施的背景2010年以来，我国已跃居成为世界第一造船大国。2014年以来，面对世界经济复苏放缓、国内经济下行压力加大、航运造船产能双过剩等不利局面，我国船舶工业在政策引导和市场倒逼下，加快调整转型步伐，奋力攻坚克难，经受住了新船订单量前高后低、产能过剩矛盾突出、海洋工程装备产业风险凸显等各种考验，综合竞争力逆势提升，世界造船大国地位进一步巩固，产业结构调整迈出了坚实步伐。尽管我国是造船大国，但还不是造船强国，在科技水平和综合实力等方面与发达国家仍有不小的差距。与日本、韩国等国际造船发达国家相比，我国数字化造船差距明显。日本造船数字化技术应用整体水平最为先进，其次是韩国。我国专家曾经以国际通用的68个要素、340项标准评估我国骨干船厂，我国与世界先进造船国家的综合水平有较大差距，尤其是精度控制技术、组织与管理体制、信息技术应用等方面差距更为明显。造船企业数字化的关键在于信息集成，但由于缺乏一体化、集成化的设计系统，与生产进程联系不够紧密。虽然国内很多企业引进了一些集成程度较好的设计系统，但各自应用程度不一，仅仅解决了大部分“甩图板”的工作，其生产设计图纸中物量及制造信息没能充分及时反映，相关数据库有待建立与充实。船舶行业的零部件数量庞大，目前国内船舶零部件标准化程度和日韩相比差距较大，同时也缺乏真正可执行的行业统一编码，使得各企业之间、企业内部本身无法做到信息共享和集成。同时，由于信息共享度低，且多为手工输入，反馈速度慢，难以分类汇总及迅速检索。此外，我国很多企业管理基础薄弱，如管理意识淡薄、管理手段缺乏、管理措施落后、管理基础数据缺乏及不准确3等，使得企业不容易实现由低层次的感性管理模式迅速转变为高层次的计算机管理模式。目前，我国造船数字化的建设总体上还处于“分段制造”向中间产品专业化生产为导向的“分道制造”过渡中，而日韩等造船发达国家已经实现了“壳舾涂一体化”的“集成制造”模式，并开始进入到“敏捷制造”模式。以数字技术为主导的造船模式处于五种造船模式中的第四个阶段。要想在船舶产量上超过日韩，成为世界第一造船大国，实现快速发展，就必须以数字技术为基础，加快造船企业的信息化建设。因此，加快数字化造船势在必行。为促进船舶工业持续健康发展，2013年国务院印发了《船舶工业加快结构调整促进转型升级实施方案（2013～2015年）》（国发〔2013〕29号）（以下简称《方案》），《方案》对高端产品技术研发给出了明确指导，指出要加大主流船型节能安全环保技术开发，开展液化天然气存储技术研究，进行船舶和海洋工程装备关键技术攻关等；提高关键配套设备和材料制造水平，重点依托国内市场需求推进关键船周配套设备、海洋工程装备专用系统和设备以及特种材料的研发、制造；发展耐腐蚀、超低温、高强度、超宽超长超薄和异形船板，海洋工程装备、海洋油气输送管线用钢等特种钢材。根据《方案》，到2015年，我国新建散货船、油船、集装箱船三大主流船型全面满足国际新规范、新公约、新标准的要求，船用设备装船率进一步提高；高技术船舶、海洋工程装备主要产品国际市场占有率分别达到25%和20%以上。欧华是一家专业从事船舶制造和销售的企业，位列中国船舶制造十强企业。随着全球航运业和船舶工业的逐步复苏，“欧华”握有的手持造船订单十分饱满，造船任务十分紧迫。而现有的船舶制造设施自动化程度不够、用工严重紧4缺（企业用工数为7000人，其中40%以上为非熟练工）已成为制约企业进一步发展的瓶颈。因此，对现有生产线进行数字化改造，引进新的自动化、智能化设备和技术进行MES体系的构建与应用，开发生产高端船舶产品，已经成为企业迫切需要解决的问题。基于上述背景，欧华紧抓国家和地方加快船舶工业转型升级和市场危机中凸显的机遇，规划并推进实施了造船企业MES体系的构建与应用项目。三、项目实施必要性1、有助提高船舶制造自动化、智能化水平，为智慧船厂建设做出示范项目项目通过建立基于现代造船模式的产品数据库管理系统，构建车间级工业网络，构建制造执行系统（MES），实施与深化CSS造船管理系统，并对MES、CSS系统进行交互集成与应用。将极大地提升欧华造船全厂信息的易访问性和高集成性，建立船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期的信息化支持系统建设和智能化制造支持系统建设，提高市场响应能力，确保发展的质量和效益，从而大幅度提高生产效率、降低成本，为我国数字化船舶工厂建设树立典范。2、有助加快舟山船舶与海洋工程装备国家新型工业化产业示范基地建设浙江省已成为国内主要造船大省之一，拥有国内首屈一指的深水港湾资源和国内综合型大港宁波—舟山港，当前正处于由造船大省向造船强省发展的重要阶段。舟山作为浙江省船舶工业的核心基地，正加快产业结构调整和升级，大力发展高附加值船舶、海洋工程装备制造、船用设备，努力培育具有国际竞争力的船舶企业集团和现代船舶产业链协作体系。欧华是舟山船舶工业的龙头5骨干企业之一，产品全部出口德国、荷兰、塞浦路斯、新加坡等国家，国际订单充足，赢得了越来越多船东的信任。与此同时，国际造船新技术新模式、海运安全及环保问题等对造船的要求越来越高，“基于目标的新造船标准”（CBS）、“绿色船舶设计”（GSD）等相继推出，这些新要求对欧华造船的船型开发与设计、建造智能化提出了新的挑战。本项目以高端产品为方向，开展造船工艺的自动化、智能化、数字化改造，加快建立现代造船模式，进一步提升欧华的国际竞争力，并推进浙江省造船企业的规模化建设，形成高端造船产业聚集群,加快推进舟山船舶与海洋工程装备国家新型工业化产业示范基地建设。3、有助节约全过程生产成本和提高生产效率，提升企业国际市场竞争力造船原材料及劳动力价格上涨和劳动力紧缺和用工成本增加带来造船成本大幅上升，大大影响了我国造船企业的竞争力，使得中国造船企业在国际船舶市场的竞争力有所下降，一些国际订单开始向劳动力成本更低的地区转移。欧华目前厂区工人数达到7000人，其中40%以上为非熟练工，而且工人流动性大，不仅造成了成本上升，且产品质量难以保证，返工率高，对企业生产效率和制造成本造成了很大的压力。本项目实施后，造船工艺自动化、信息化水平将大幅提高，预计用工人数将从目前的7000人降至5000人，不仅生产效率大大提高，而且用工成本、原材料使用量也大幅下降，将大大提升企业市场竞争力。四、内涵和做法欧华按照以两化融合体系建设为保障，建立和完善信息化管理体系，加快信息管理系统的开发，大力提高设计、生产、管理等信息集成的自动化水平，全面推行现代造船模式，实现“设计、生产、管理一体化”和“壳、舾、涂一6体化”，提高数字化造船的水平。到2020年，基本实现车间数字化和船舶制造智能化的总体思路，大力推进造船企业MES体系构建与应用项目。具体的做法有：1、构建智能化产品数据管理系统项目构建的产品数据管理系统由三部分构成，第一部分是使用集成了CAD、CAM、MIS的Tribon软件；第二部分是对设计过程进行管理的PDM系统；第三部分是对设计出来的产品数据进行管理的BOM管理系统软件。在按照企业实际对Tribon软件进行深化，完成对PDM、BOM模块的开发与应用后，我们将三者进行了交互集成，建立企业自身的数据库管理系统，为下步采用大数据技术进行数据库管理奠定基础。（1）Tribon三维设计软件的深化应用按照以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂作业在空间上分道，时间上有序，达到生产设计与生产作业相适应，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船的思路，深化Tribon软件的应用，采用Tribon进行船体平面板架、船体曲面板架、全船三维建模、工艺工装、板材套料、结构零件生产、船体焊接、船体装配、管系、风管、铁舾件、舱室布置、电气、涂装、型材套料、线型光顺、电缆敷设等所有设计环节的三维数字化建模，确保各专业的模型完整性和准确性，在生产设计过程中，建立了完整的各专业模型数据信息，并已在5300TEU新概念集装箱船生产设计上得到了应用。（2）PDM数据库管理模块的开发与应用采用过程管理的原理，以PDM系统为载体，对设计计划管理、设计质量管7理、设计协调管理、设计变更管理以及图纸文件管理进行流程固化和并纳入系统管理，形成了“PDM”数据库管理系统，实现了对整个设计过程和设计过程中产生的图纸文档的管理，并且在PDM、Tribon之间做了数据接口，确保生产设计过程中产生的产品数据能与PDM实时通信，保证数据的一致性。（3）BOM管理模块的开发与应用通过对“各设计专业设计后处理数据分析”、“船体装配BOM管理”、“船体切割加工BOM管理”、“船体焊接BOM管理”、“舾装BOM管理”、“涂装BOM管理”、“设备BOM管理”和“缺损、增补物资清单管理”等八大子模块的开发，形成了BOM物量管理模块，使得生产过程中物辆清晰。（4）Tribon、PDM、BOM之间的交互集成Tribon用于生成产品数据，PDM用于管理产品数据生成的整个生命周期，BOM用于管理存储产品数据。我们通过开发一定的数据接口实现了三者之间的交互，使得系统在保证通讯的同时，能够自动做好数据检查，确保三个系统之间的数据的一致性。2、构建全覆盖的车间级工业网络（1）现有主机房核心网络设施升级采购新服务器作为TRIBON服务器，提高服务器性能，满足需求。同时对服务器系统华途加密系统进行升级，解决点数不足及TRIBON二次开发程序不兼容问题，购买了备份管理软件，对服务器系统和数据进行完整和增量备份，实现了异地备份。（2）现有网络线路及布局的优化升级规划并实施了新光纤线路铺设，主要是将主机房到模块中心的网路8升级成100兆的光纤；更新主机房到加工车间、组立车间及船坞、码头、预装、总组等各个生产区域的主光纤线路；将船配基地主机房到各车间的主线升级为100兆的光纤；重新设计技术部网络结构，与公司办公网络相容，划分办公网络VLAN-1段给技术部，合并办公网络和考勤网络，划分办公网络VLAN-20给考勤设备。在新铺设光纤的过程中，优化线路的走向和布局，尽量确保线路的安全性，以避免线路由于起运设备重压或现场技术改造造成临时性中断。（3）车间级有线网路的架设在网络主光纤优化升级完成的情况下，根据车间智能化改造规划，使用双绞线将网路铺设到所有未来要实施联网的自动化设备所在的车间内场区域，主要为预处理生产线、平面分段流水线、管子加工流水线等自动化生产线，涂装车间及数控切割机、数控机加工设备所在区域，使得车间内场基本实现有线网路全覆盖，在集约利用、减少线路铺设成本的情况下