船舶信息模型标准体系框架与船舶智能制造标准体系构建研究.docx

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1、船舶行业作为一个融合多学科对象主体，涉及设计、制造、测试与验证、营运、维修等多个领域，是信息交换行为较为更杂的工业门类。船舶各环节的共享信息需求分布在全产业链的各个节点，贯穿研发设计、生产制造、营运管理的各项流程任务中“这些需要共享和交换的信息虽都以船舶为核心，但在各个专业、潦程任务中以不同的表达、存储方式各自独立存在，各环节很难分享和交换，最终形成“信息孤岛和更多的成本浪也。随着数字挛生、人工智能、工业互联网等技术的兴起，数据在船舶行业中发挥越来越大的作用，行业整体数字化和智能化水平在不断提而，船船行业迫切需要数据应用的技术解决方案，以实现船舶行业传统产业与信息技术的完美结合。数据需要流动才

2、有价值，而豳保数据顺畅流动的前提是解决数据交换共享问题。共同的标准体系是数据交换的基石，模型是数据与物理世界连接的桥梁，实现数据共享的途径是建立统一的模型数据标准和开放的数据接口,促使数据的自动对接与融合。船舶信息模型数据标准现状船舶行业目前使用的产品数据定义和交换的主要行业标准有：IGES标准和IS010303标准。IGES标准即初始图形交换规范（IniIia1.GraPhiCSEXChangCSPCCifiCa1.ion）是应用最广泛、最成熟的标准接口之一，但在IGES标准实施的过程中存在数据传输不完备、转换过程中部分数据丢失问题，而J1.1.GES标准仅包含图形数据信息，缺少其它船舶相关

3、的属性信息，并不能达到船舶信息模型交换共享目的。我国仁船舶工业标准体系（2012年版），其中AAI部分（信息技术及应用）共18项标准，涉及船舶产品数据表示与交换的内容直接采标ISo1.o303。然而，ISo1.o303标准中与船舶产品数据表示与交换相关的应用协议（船舶布置AP215s船舶模型AP216、船体结构AP2I8、船的机械AP227）至今没有在船舶工业中得到成功应用，多年来仍停留在研究和试验开发阶段。基于以上现状并立足船舶工业智能的发展需要，中国船级社联合业界提出了船舶信息模型标准体系框架建议，并倡导与业界成立标准共建联盟，充分发挥基珈标准的技术支撑保障和引领作用，推动重塑船舶工业数据

4、生态圈，构建数据共建、共治、共享、共赢的生态机制。船舶信息模型标准框架船舶行业贯穿设计、制造、营运等多个领域，不同阶段所维护与使用的信息类型不尽相同，但均与船舶本身存在若密不可分的关系，因此选择以船舶信息模型标准体系为突破构建标准体系,船舶信息模型的实际应用离不开各类CAD，CAEZCAM软件系统，IT技术与船舶工程领域知识的有效他合才能发挥作用。基于图I所示的数据处理思想，将船舶信息模型标准框架分为两层：应用标准和技术标准.应用标准偏重用于应用过程;技术标准偏重用于计算机技术,语义解群、数据存储的标准化等。立足船舶信息数据全生命周期共享、共建的需求，我们提出图2所示的船舶信息模型标准体系,包

5、括船舶信息模型分类和编码标准、船舶模型数据标准、船皑应用标准（多个）和船舶信息模型应用统一标准，前两项属于技术标准，后两项属于应用标准。图2：船的信息模型标准体系船舶信息模型应用统一标准是纲领性标准，是制定其它各标准的基础，规定了整个信息模型标准的架构（各组成部分及各组成部分之间的关系）、标准制定的原则、统前提约定、基本思想，以作为其它各部分标准的指导。船舶模型数据标准是描述船帕数据模型的存储标准，促成船舶工业中不同专业以及同一专业中的不同软件可以共享同一数据源，从而达到数据的共享及交换。它分为三层，即：通用资源标准、模型元素标准和船舶数字模里描述标准。对于船舶专业而言不具有独立存在意义的仅参

6、考使用的数据对象归为通用资源，如产品视图、时间日期、几何、拓扑、度fft等.通用资源标准层的信息独立于具体的船舶各专业领域，没有整体结构，是分散的基础信息。这些旗础信息主要用于上层实体资源的定义。模型元素标准提供了数字模型所需要的基本总元，如型钢、肘板、开孔、材料等。船舶数字模型描述标准提供数据模型所要求的基本概念，用于将下层分散的基础信息组织起来，形成数据模型的基本结构，然后用以描述现实世界中的实物。E船舶信息模型分类和编码标准是对船舶全生命周期内产生的数据项进行结构化处理、归类合并,并按照统原则进行编码，以便于对数据进行检索、使用和处理.“脂舶XX应用标准”主要对船舶在某一应用阶段中模型的

7、命名规则、模型精细度、交付物等做详细的要求，以便于在船舶各阶段流程传递过程中具有统一的遵循。针对每应用交付均有一个相关的应用（交付）标准,比如船舶设计应用标准、船舶建造应用标准、船舶营运应用标准等等“总体来讲，各类船舶数据（各个阶段，各类软件产生的数据）基于船舶信息模型分类和编码标准进行数据结构化归类统一处理后，按船舶数据模型标准进行存储，在各不同阶段，各相关方基于“船舶XX应用标准”从数据存储中取得相应的数据用于后续加工处理和使用.而所有这一切的运转是基丁7船的信息模型应用统一标准B的。船舶信息模型标准体系适用于船舶全生命周期的三维模型，涵盖船舶研发、设计、送审、建造各个阶段，并兼顾船船营运

8、中的数据需求，具备高度可扩展性和灵活性，将满足目前主流船舶T维设计分析软件数据交换耍求，为创新性的打造船舶数字信息共建、共享、共治提供了有效的技术框架体系。船舶信息标准体系的建设是一项基础性、持续优化的工作，需要船舶行业及各相关方的积极参与，并分阶段、分步骤仃计划地实施.最终形成成熟的船舶信息模型标准体系和具体领域的应用标准，实现在设计院、船级社、船厂、船东之间充分利用模型数据，提高资源利用率，提升产业协作效率，为实现船舶工业从数字化到集成化再到智能化的目标夯实基础。船舶智能制造标准体系构建研究1引言船舶智能制造是物联网、大数据、云计算等新一代信息通信技术与先进造船技术的融合，是区域造船、数字

9、化造船的深度发展，对船舶工业的发展至关重要，可为船舶工业提供新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点,促进我国船帕工业转型升级，推动船的工业由大变强，是船舶工业供给侧改革的重要发力点。“智能制造、标准先行”，为在新一轮装备制造业变革中抢占主导地位，美国与慑国等工业强国均提出各自的智能制造标准体系架构，将标准作为推进智能制造发展的强有力抓手。为指导我国智能制造标准化工作，工业和信息化部、国家标准化管理委m会分别T2015年和2018年共同组织制定了两版G国家智能制造标准体系建设指南瓦建立了涵盖基础共性、关键技术和行业应用等三类标准的国家智能制造标准体系。为促进船舶智能制造的发展，工业和信息化

10、部于2019年发布推进船航总装建造智能化转型行动计划2019-2021）,并将“建立船舶智能制造标准体系”列为重点任务之一，旨在夯实船舶智能制造基础，为船舶总装建造智能化转型提供支掾。当前，我国船舶智能制造相关标准的建设工作缺乏体系化设计，标准之间界面不清、关键急需标准缺失等问题导致我国船舶行业在推动智能制造实施工作时面临系列困难.，在一定程度上影响了船舶智能制造工作进展，急需开展船舶智能制造标准体系研究工作，为船舶智能制造中标准化工作的开展提供顶层指导。2船舶建造特点不同于常规批量化生产的产品，船舶建造在产品设计上具有产品结构比杂、零部件单件小批量、材料种类繁多、中间产品种类非标件数属多、物

11、理尺寸差异大等特点：在产品建造上具有船厂空间尺度大、作业环境相对恶劣，工艺专业种类多、加工/装配工艺流程复杂、建造周期较长、零部件配套关系复杂等特点：在管理上具有供应链电杂、产品J贞量要求高、按船型管理等特点,并II船舶装备狂杂产品通常会涉及分段建造，在其产品生命周期涉及到多产品、多企业、多部门、多业务之间的豆杂协作管理。结合船舶建造的特点，在船舶智能制造发展中,应重点从以卜几点加以突破。2.1 协同设计制造信息技术和通讯技术的发展引发船帕产品研制模式的巨大变革，基于经验的传统设计方式被抛弃，以数字样机、多学科优化设计、人机工程等为核心的数字化设计技术在船舶产品设计中得以应用：伴随船舶产品对制

12、造精度要求的提升，制造过程中尺寸传递体系由模拟量传递全面转变为数字星传递，数字化制造技术发展迅猛，船舶产品时设计与制造协同程度提而，以基于模型的全三维研制为核心的协同设计制造成为未来全要的发展趋势。协同设计制造模式可实现船舶设计建造中真正的单一数据源，保证设计数据的唯一性，消除可能的双源数据之间的不协调，方便模型优化和数据管理，为制造车间提供完整、准确的工艺数据.真正达到无图纸、无纸质工作指令的：维数字化集成制造，提升分段建造效率并保证数据安全性，船舶智能制造中应注至对协同设计制造的应用。2.2 精细化管理为降低船舶产品研制中的能源消耗、资源浪费、环境污染等，需要对船舶建造的各个环节进行严格控

13、制，并运用系统工程思想对全过程进行优化和完善，精细化管理成为船舶建造全要发展趋势。通过建立与造船新模式相适应的工时管理系统，实现对研制过程中工时的统筹分配和调度，柔性调节生产进度，优化作业流程：通过引入过程实时管控的生产模式,综合运用监控、检测设备，将造船精度控制从船体搭载工序向切割加工工序、从船体工程向艇装工程延伸扩展，推进无余量制造，提升安全生产水平，降低建造过程中物料消耗、设备故障、质量缺陷和安全事故：通过加强供应链管理，合理调整库存，注重降本增效，提升经济资源利用水平。2.3 个性化定制服务伴随装备制造业的盈利模式由“卖产品”向“卖服务”转变，未来船舶企业为提升自身竞争力，需对其产品提

14、供个性化定制服务，注重服务的质量和水平。通过边缘计算技术的应用，科学合理地建设海外保障基地，及时为客户提供最近端维护、保养等服务，提升服务的合理性：根据船舶产品使用环境的差异，以预测性维修替代预防性维修，降低维修成本，提升服务的针对性：建立智能型服务系统，注重服务过程中对数据的收集和分析，结合客户需求创新服务方式，并为产品设计和制造的持续改进优化提供支撑,提升服务的科学性.2.4 外标准化现状实施智能制造，需要标准化为建设工程发挥引领、指导、规范、保障作用1。美国、德国等工业发达国家在智能工作推进中均对标准化工作都非常重视，将制定标准作为首要任务。体系架构是系统各部件的结构、各部分之间的关系以

15、及制约它们设计和随时间演化的原则和指南2,为促进标准化工作有序开展，各国均结合自身制造业特色建立了智能制造体系架构，并结合架构组织开展了具体标准制定工作，美国和德国是其中的典型代表。3.1 国外标准化现状3.1.1 美国2011年6月，为保持本国制造业在全球竞争优势，美国智能制造领导联盟（SniartManufacturing1.cadcrshipCoa1.ition,SM1.o发表了g实施21世纪智能制造报告，明确推进智能制造发展的目标和路及，并提供了智能制造企业框架。2012年2月，美国提出先进制造业国家战略计划瓦这些计划旨在依托新一代信息技术、新材料、新能源等创新技术，在美国加快发展技术

16、密集型的先进制造业。2013年6月，美国发布了工业互联网一打破智能与机器的边界报告，提出了工业互联网战略，通过工业互联网提升智能制造水平。2016年2月,美国国家标准与技术研究院（NIST）发布J智能制造系统标准化愿景报告，提出美国智能制造体系架构，从产品、生产系统和商业（业务）三个维度时美国的智能制造系统进行了分析，并引入制造金字塔的概念。NIST提出柳能制造标准制定的优先领域：智能制造系统（SMS）的参考模型架构、物然网（IoT）对于制造的参考模型架构、制造服务模型、机-机通信、产品生命周期管理（P1.M）/制造执行系统（MES）/企业资源计划系统（ERP）/供应链管理系统（SCM）/客户关系管理系统（CRM）集成、云制造、制造可持续性、制造信息安全等，美国智能制造体系架构如图1所示。图I美国智能制造体系架构NIST认为制造金字塔是智能制造生