计算机集成制造系统(CIMS)在造船领域中的应用研究

1、计算机集成制造系统(CIMS)在造船领域中的应用研究船舶是一种十分特殊的产品，一艘大型船舶由数以万计的零部件和配套设备构成，数十个功能各异的子系统，以船体为平台有机地整合成整体。因此，船舶制造业是综合工业之冠，涉及大量不同学科、专业和产品，技术领域宽广，技术更新频率较高，对高新技术的吸纳能力极强。计算机集成制造系统简称CIMS。1974年美国的约瑟夫·哈林顿博士首先提出了计算机集成制造系统的概念。20世纪90年代，国外先进船厂就通过研究应用CIMS技术，逐步由“分段制造、设备密集”的传统造船模式，发展到“集成制造、信息密集”的现代造船模式，实现了“生产效率大幅度提高、生产成本明显降低

2、”的目的。据有关研究表明，在未来十年，中国造船产量将占到世界市场四分之一强，有可能成为世界第一造船大国。但是，我们要清醒的认识到，与世界造船强国相比，我们还有较大差距，必须认真借鉴国外现代造船技术，尤其是CIMS技术的应用经验，结合我国实际，采用先进适用的技术改造传统造船模式，使我国造船生产在一个更高的起点上完成“跳跃式”发展。随着计算机在制造业中的普遍应用，20世纪80年代初，在制造业中出现了许多自动化系统，如FMS、CADCAM系统等。通过对这些系统的不断强化，一种新的更高层次的集成开始形成，即用大系统的概念，把各部门之间孤立、局部的“自动化孤岛”在新的管理模式及制造工艺的指导下，通过计算

3、机网络及分布式数据管理系统有机地集成起来，构成一个完整的计算机集成制造系统(CIMS)。1.CIMS基本原理典型的CIMS系统是以“规范管理、标准设计、信息集成共享”为标志，运用信息技术，以生产设计和成本控制为主线，通过统一管理标准、管理流程、数据处理和资源平衡，将造船过程中所需的人、财、物、设计及制造等信息融于一个软件系统中来整体协调壳、舾、涂等不同类型的作业计划，同步安排所需物质、设备等的资源供应，精确控制每个生产环节的节拍。由于实现了系统集成，保证了数据的准确性、一致性和实时性，因而达到了均衡、高效生产的目的。造船CIMS是在自动化技术、信息技术和先进制造技术的基础上，应用成组技术原理和

4、统筹优化理论，确立壳舾涂一体化的先进的造船模式，通过计算机及其软件，将造船订货、船型试验、船舶设计、船舶建造、造船管理和交船后服务等造船厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地结合起来，以形成适用于多品种、中小批量生产实现总体高效益的智能化制造系统。造船CIMS技术是按其建模原则所形成的全新生产作业体系，既在船舶设计过程中合理规划，并在规划中与制造策略、管理思想和各项先进造船技术有机地结合，把设计、制造、管理信息集成，做到船舶设计制造一体化，从而实现造船工程优质、安全、高效、低耗的目的，促进造船生产向技术密集型和高科技发展，提高造船经济效益和市场竞争能力。2.CIMS的主要特征CIMS的

5、主题是集成化和智能化，其主要特征如下：(1)CIMS不仅是一种技术系统，更是一个企业整体集成制造优化系统。其核心是集成，包括人员集成(设计人员、生产人员、管理人员等)、信息集成(报价、技术、管理、信息等)、功能集成、技术集成等方面；(2)CIMS强调人的主体作用，强调入、技术、管理三者的有机结合；(3)CIMS中的设计、制造技术是动态响应技术，倡导不断采用新手段研究、改造和充实传统技术；(4)CIMS实施需要经费支持，其投资亦为动态投入，根据不同企业的不同技术发展水平、设备和资产状况，动态投入不同的所需资金；(5)CIMS是一个庞大的生产系统，应该在总体规划下分步实施，逐步见效。3.CIMS关

6、键技术及技术体系CIMS包含设计技术、制造技术、管理技术和计算机技术四项关键技术，它们之间的相互关系如图2所示。CIMS通过计算机技术及其软件科学，将企业内部生产活动所需的各自分散的信息有机地集成起来，从而形成船舶集成制造技术体系，如图3所示。4.CIMS的发展阶段自上世纪70年代中期提出CIMS的概念以来，随着电子、信息、自动化、人工智能、新材料等技术的迅速发展，CIMS的研究和应用也日趋深入，其发展进程可以分为三个阶段表1。进人新世纪以来，我国造船工业持续快速发展，已连续8年位居世界第三造船大国，造船产量已占世界造船总量的一成。但是，在船舶生产组织、生产过程控制、和生产效率控制方面与发达国

7、家相比还存在较大差距，设计技术、制造技术、管理技术也相对落后。据有关研究机构分析，当今世界造船技术的发展分为5组水平，日本、韩国达到第4级水平正向着第5级水平发展，我国尚处在第2级水平和第3组水平之间。我国造船企业仍属单件小批量生产类型，制造工件大、周期长、成本高、效率低、工种、专业繁多，配套产品及生产过程复杂，设备利用率较低，这些情况说明我国原有的造船模式已不能适应现代造船的需要，模式转换迫在眉睫。造船企业可以通过实施CIMS建设推行先进造船技术，促进造船模式转换，实现并行设计、制造、管理的“壳、舾、涂”一体化和“设计、制造、管理一体化”的造船模式，并运用“成组技术”建立船体和管子零件加工装

8、配流水线，对原有造船CAD、CAPP、CAM、MIS、MRP等各领域信息系统进一步发展、深化和集成，将其统一在CIMS中。CIMS的建设对于我国造船企业生产建设水平的提高有着极其重大的意义。基于CIMS的造船模式是造船企业的发展之路、腾飞之翼。现代造船模式中CIMS的实施构想:1总体实施要则：总体规划，分步实施，效益驱动，稳妥推进。2实施方式：吸收和消化国外软件的先进理念和技术，引进具有先进水平的关键模块、支撑数据和管理模式，结合自主开发，解决共享数据库和软件接口等关键技术，提高信息化水平，缩短实施周期。3概略实施步骤(1)准备：系统调查研究，分析瓶颈项目，确定现实目标；(2)安装调试：选择设

9、计、计划、物流三方面核心模块安装调试，并选择合适产品进行试运行，根据试运行结果及发现的问题，调整完善管理、设计、物流、生产等环节，固化成果；(3)系统集成：根据“效益驱动”的原则，逐步应用实施成本管理、生产准备、质量管理、设备负荷管理、营销报价管理等模块，实现数据共享。4实施预期目标(1)提高生产工艺、作业管理过程标准化水平，主要信息由系统快速处理，缩短设计周期；(2)提高计划可控性，统一协调大节点计划，中、小日程计划，控制与平衡劳动力资源，缩短造船周期；(3)准确的生产设计及控制。较好地控制物流，减少存货，缩短资金循环周期，降低生产成本。要争取做到以实际应用为抓手，推进业务标准化：(1)通过

10、载体船试运行，掌握数据、标准的准备方法由于CIMS系统较为复杂，有必要在合同期里以实际产品作为系统实施载体，目的是“打通业务流程，掌握规则方法，校正数据标准，验证系统性能”。打通业务流程:系统能否按照设计、生产、物资一体化原则运行。掌握规则方法:系统对编码标准、设计规则、运行规则要求。校正数据标准:及时消除软件、数据或标准方面  可能存在的问题。验证系统性能:验证集成性、适用性、可靠性、操作性。信息集成后，许多数据相互牵制。一旦修改，必须多部门协调进行。因此，需要通过载体船试运行，落实具体规程和编制方法。逐步建立跨部门的数据协调机制，加快基础数据同步更新速度。 2

11、)建立信息反馈体系，提高生产组织管理水平系统实行严格的任务包管理模式。在任务包中，所有作业物理量按工时来体现。工时是计划管理的基本单位，是衡量作业区、班组和劳动者作业负荷和生产效率的基本指标之一。因此，需要根据作业性质和内容，编写载体船任务包和派工单。并结合班组固化、作业标准化工作，通过工作包、派工单反馈和实绩分析，不断优化任务和派工单。系统集成性提高后，信息相互依赖性明显增加。例如，任务包和派工单中含有相应的工作量和托盘清单，如果缺乏托盘数据或物资未按计划到货，工时管理系统便无法下达派工单，同时也就无法填写反馈实际工时。因此，在实施中要加强协调，同步提高设计水平和生产组织水平，及时总结标准作

12、业和标准设计规范。     (3)因地制宜改进物流管理，提高生产准备水平 CIMS要求建立有效的物流管理体系，这需要在采购指令、采购控制、库存管理、托盘管理及配送等环节进行变革。例如，CIMS要求物流部门根据物资纳期计划，按托盘组织集配，并且按照班组申请，实行现场配送，这需要有集配场地、专用托盘架和设施。  最后，推进信息化建设是一项非常迫切的工作，同时又是一个长期的过程。企业唯有从经营战略目标出发，通过引进先进制造技术，坚定地转换旧的造船模式，积极调整文化传统、作业习惯和行为方式，运用现代管理技术、信息技术，走精益生产、精细管理的道路，从而实