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[CAD/CIMS]沪东造船集团实施信息化工程
作者:佚名 来源:本站原创 发布时间:2004年05月28日 点击数:
沪东造船集团是中国最大的国有造船企业之一,沪东造船厂是集团的主题企业,也是被国际造船权威机构评为世界造船大型企业的两家中国造船企业之一。企业主要产品为大型船舶、军用舰艇、船用大功率柴油机和大型钢结构工程等,多年来一直被国家有关部门列入“国有企业五百强”、“国有工业企业五百强”、“全国技术开发实力自强企业”、“全国质量效益型企业”等行列。企业现有职工1万人,技术人员占1/4,总资产为40亿元,并获得民用船舶和钢结构产品、军用船舶和船用柴油机三个ISO9000质量认证。
   企业1997、1998年产品销售额均列国内造船行业榜首,出口创汇近几年来均列入国内和上海市自营出口企业前列,1998年造船吨位达到50万吨,占上海市造船产量一半,造机产量达50万匹马力,占国内船用大功率柴油机产量50%以上份额。 我厂的CAD/CIMS开发应用经历了CAPP/CAM→CAD(丢掉图板)→建立产品电子信息模型实现并行设计和逐步开发应用CIMS的发展过程,这个过程实际上也是从传统造船模式向现代造船模式过渡的过程。
   一、产品要适应国际市场,生产技术应创新,管理机制要改革,CAD、CAPP、CAM技术的应用推动了造船行业的发展
   船舶产品设计与建造不同于一般机械产品,特别是船体形状复杂而无法用一般零件图的形式表达,传统的工艺采用1:1人工放样,放出线型、展开曲面,用样板、划线等方法作为零件的加工依据,装配时将零件放好余量,逐步修正密配后再装配焊接,全船还有上万根形状不一的管子,其加工亦类似船体零件,因此既费工又废料,精度还不高。 改革开放将造船业推向国际市场,原有的粗放式造船工艺,使得产品在质量、周期、成本等差距难以参与国际市场竞争。70年代末期,我厂技术人员于国内兄弟单位共同研制出第一台数控切割机,有效地提高了加工精度,但是NC信息却是人工编制,生产效率仍然不能提高。继之工厂技术人员研制开发了计算机船体建造系统和管路程序系统,使船体的线型光顺,结构零件声称,外板展开,套料及NC编程,管子零件出图和工艺过程实现了计算机化,从而促使了NC切割等先进设备的普遍应用,向公差造船、分段预舾装等先进等造船工艺迈进了一步,原有1:1人工放样、人工下料和现场现配式装配工艺逐步被淘汰。生产技术准备和劳动生产率提高了30%以上,而且加工质量大为提高,产品质量获得了国外船东的认可,从而为造船产品陆续打进国际市场提供了工艺和技术保证。这两个系统的应用改变了原来粗放型的加工装配模式,与当时国际先进的产品质量水平接轨。
   计算机辅助生产设计(CAPP、CAM)是工厂CAD应用的第一阶段,第二阶段则是从80年代末期到90 年代中期的实现计算机出图和完成工程计算的阶段。进入80年代末期,在我国造船产品基本上以出口船为主,但是国内的大型船舶造船总周期普遍要比国外先进船厂多一年(达2~3年),而其中设计和生产技术准备周期要占一半以上。对于众多的船东定购要求,由于报价设计手段的落后和新产品储备的不足,往往丧失商机。而此时CAD技术已逐步进入国内,我长于1986年引进了CADAM软件和IBM5080图形终端,是造船企业首次引进的CAD平台,开始了CAD在产品初步和技术详细设计中的应用,想甩图板的目标迈进。
   我们开发和应用了造船CAD系统,它有船舶性能计算、计算机辅助绘图等功能,在产品开发设计中的舱容、静水力、破舱稳性、重量重心、总强度教研等繁杂计算任务可以在几天内高质量完成,新的船型可在船型库中选出母型船后进行快速变型设计,这些系统应用对于缩短设计周期和提高质量是一个明显的推动,并为新产品开发提供有效的工具。 产品报价设计从原来需1~2个月/每艘到目前每年可完成数百艘,船舶产品设计周期与产品建造周期比例从原来2:1降到1.5:1以下,新产品开发从原来1~2艘/年,提高到3艘/年以上。
   同样在船用大功率柴油机设计制造领域,我厂还完成了国家重点企业技术开发项目“船用大功率柴油机设计、制造、管理集成系统(CADIS)”的开发应用,系统建立了柴油机零部件数据库,在此基础上根据要求进行配套生成新机型的设计信息。柴油机设计、制造的信息予以初步集成。系统的应用缩短了柴油机生产技术准备期2~3个月,柴油机制造周期亦缩短2个月,柴油机新机型引进开发能力从原来2~3型/年提高到4~5年。 由于我厂当时所应用的是CADAM软件和IBM4381中型机,随着PC机的普及和国产二维软件的发展,我们决定用PC机和国产软件来代替价格昂贵的进口软件和中型机,为此我厂实施“CADAM替代工程”,在1996年被列为“上海市CAD应用示范企业”项目,1997年CADAM软件从造船造机设计领域退出,既有明显的经济效益,有保护了原有的设计资源。
   二、建立船舶产品电子信息模型,实现并行设计工程
   船舶市场的国际竞争愈来愈激烈,设计周期越来越短,设计深度越来越深,为了保证质量和管理信息的需要,,使船舶设计的初步、技术、详细、生产设计等各个阶段和船、机、舾、涂等多个专业在同一数据库中进行并行设计,并建立产品电子信息模型的探索,在计算机中先“造”一艘“完整的船”,不仅能将实船生产中的问题提前发现和解决,并且还为管理提供充分信息。 经过长期论证,我们引进了瑞典TRIBON造船软件,经过不断消化吸收和二次开发,逐步扩大了能力,初步建立了适合我厂造船特点的造船CAD/CAM系统和能力。
   在引进的TRIBON模块基础上我们建立了适合国内按区域生产特点的总体和船体、机装、电装、甲装、居装、涂装各专业设计功能模块(注:舾装指船壳以外的全部物件统称,机装指机舱舾装,就是机舱区域,机装设计是指机舱设计,居装位居住舱区域,甲装为机装居装以外区域成甲板区域),并且开发了CAD/CAM接口与工厂原有的船体建造和管路生产系统集成,建立了沪东造船厂CAD/CAM集成系统。系统已全面应用于我厂民用船舶产品,取得了明显的效益,举例比较如表1所示。 表1
产 品
采用技术
人员熟练程度
投入船舶
设计力量
出图差错率
应用年份
70000吨船
二维CAD
熟练
374人月
1994年
73000吨船
建立电子信息模型CAD/CAPP/CAM集成
首次应用
223人月
比上减少80%
95年~96年

   由表看到我厂首次采用建立三维电子产品模型的技术,就取得了明显的效果,至今已有74500吨货轮,1700箱集装箱船等20多艘产品全面应用。 由于企业CAD/CAPP/CAM技术的成功应用和发展,产品设计技术准备周期在设计深度不断加大的情况下不断缩短,并促进了建造周期的缩短,具体如表2所示。

产品设计技术准备周期 (造船) 船台周期(3万吨级) 造船设计与建造周期比例
80 14个月 4个月 2.2:1
90 12个月 3个月 2:1
97 8~10个月 <2个月 1:1

   三、造船企业的创新之路---造船CIMS的开发应用
   造船产品是订单项目型产品,造船生产不仅受本企业设备条件技术水平和资金能力的限制,而且受气候,外界配套供应等多方面限制,产品品种大小不一,船东要求不一,因此企业生产资源优化配置较一般制造企业困难得多,这是造船企业难于实现高效生产的一个客观因素。但是近几年来国外先进造船企业在不利的竞争条件下(劳动成本高)不仅活了下来,而且竞争优势不断增强,我国造船业有利的因素(船价低)已不复存在。这个差距的造成除了装备能力和人员素质等原因外,国外先进船厂实现了造船设计、制造、管理信息的一体化是主要原因,从而推动了现代造船模式的实现。
   现代模式的造船法实际上是并行工程和成组技术在造船中的具体运用,在模块设计的基础上把每一个造船模块(单元)作为中间产品,对模块内交义在一起的各种立体作业实现同步施工和同步管理。但这种造船模式需要及时、准确、充分的信息,以做出相对精确和善于应变的材料需求、资金、设备、场地、劳动力计划后施工,日本在80年代酒吧造船CIMS的建立作为产业的主要科技目标之一,他们的企业的生产资源达到了相当优化的程度,这就是国内与国外有较大差距的主要原因之一。
   我厂早在80年代末90年代初期就进行了建立造船CIMS的研究和部分实践工作,由于我厂与日本三井造船有着广泛的技术合作关系,曾带回不少类似MRP-Ⅱ技术,但是难于切实推行,因为产品BOM信息不全,必须用大量的人工工作去补充。这能以得到设计部门和人员的支持。一直到90年代中期我厂造船CAD应用进入到成熟时期,产品信息模型的建立逐步完整,BOM的及时提供已具备条件,因此我厂于1996年开始造船CIMS的建立工作,目标瞄准国外最先进船厂水平,以效益驱动为原则,并采用边开发边应用的方针,造船CIMS项目在1997年列入到上海市“CIMS应用示范企业”项目,1998年列入“国家CIMS示范企业”项目。
   在此之前开发应用的“大型综合企业MIS”,“柴油机设计制造管理集成系统”和包括车间自动功能的“管系生产集成系统”项目,使企业对大型集成系统的开发有了较丰富的经验。由于有了扎实的CAD/CAPP/CAM和MIS开发应用的基础,至目前造船CIMS框架已基本建立,并逐步投入使用,HDS-CIMS主要有四大系统(CAD/CAPP/CAM,经营生产管理,综合信息管理,车间自动化构成),通过建立企业网络系统实现各分系统信息共享和通讯。 系统目标为在全国建立和应用造船CAD/CAM的基础上,建立造船产品BOM,突破大型项目型产品企业生产资源平衡协调难度大的关键技术,运用“GT”技术,提供“壳、舾、涂一体化”“模块造船”和加工制造流水线的设计、制造、管理信息,对船舶产品的报价成本、设计成本、采购成本和制造成本实现预控,基本实现CAD/CAM/CAPP/MIS/FA的信息集成,并建立企业设计、制造和管理工程信息中心和企业综合网络系统。系统的经济指标实到下世纪初单船单机成本在降低10%,造船总量提高到80万吨/年,造机马力80万匹马力/年的总目标服务,不仅继续在下世纪保持国内领先水平,而且要为进入国际先进行列的总体目标提供技术和信息保证。
   四、企业CAD/CIMS应用工程的总体效益
   CAD/CIMS在我集团经历了20多年的发展和应用,已逐步地深入到经营、生产、管理每一个环节。并促进了向造船现代模式的转换,提高了造船生产效率,降低了产品成本和明显提高了产品质量。
  
(1)有效地促进了企业生产经营的发展,如下表:

计算机应用水平 产船产量/年 造机产量/年 职工人数 销售额
80 CAM/CAPP,取消1:1人工放样 5万吨/年 9万马力 ~12000 2.2亿
90 CAM/CAPP/CAM/CAE甩图板 12万吨/年 16万马力 ~11500 7.8亿
98 建立产品电子信息模型CIM技术初步应用 50万吨/年 50万马力 ~10000 28亿

   由上表可以看到近20年来企业生产经营取得了巨大发展,而职工人数却不断下降,这与计算机应用技术特别是CAD/CAM以及CIM技术的应用是分不开的。如果恢复到没有CAD/CIMS技术的年代,以上成绩肯定要大打折扣,因此系统效益不是以数千万元所能衡量的。
   (2)CAD/CAPP/CAM/CIMS技术推动了造船业务领域的创新,见下表。

CAD/CIMS技术 造船业务创新 效 益
CAPP/CAM NC绘图机 取消人工放样,NC机械的应用,现配式装配→公差造船 提高相应生产效率30%
二维CAD/CAE/CAPP/CAM建立船型库 图形终端 甩掉图板、计算器、取消复杂线性1:1BODY模具。分段预舾装 提高设计效率25%以上,新产品开发能力提高一倍以上
建立产品电子信息模型CIMS开发应用 设计制造管理一体化,以中间产品为导向的模块造船和托盘管理技术 目标成本管理 计划优化 设计差错减少80%,企业生产资源得到优化配置,产品成本压缩5%以上

   (3)有力地提高了企业在国际市场上的竞争能力,明显地提高了市场占有率
   近两年来亚洲金融危机曾影响到造船行业,产品订单承接困难,有些企业一二年来都未接到订单,但是我厂由于提高新产品开发设计能力以及产品质量和逐步降低的成本保证,并有CAD/CIMS资源做后盾,使得企业在国际市场竞争力有明显的提高,我厂仅民用船舶就手持订单20多条大150万载重吨以上,生产任务已安排至2002年。
   (4)出成果、并为造船工业作贡献
   我厂CAD/CIMS开发应用多年来还获得了丰硕的科技成果,在该领域我厂获得省部级科技成果三等奖以上的项目达15项之多,我厂还获得原船舶总公司“七五”、“八五”、“计算机应用突出单位”的奖励,并于1997年获得“全国CAD应用工程先进单位”的称号。 我厂还接受TRIBON造船软件KCS公司的委托,建立了TRIBON造船软件中国培训中心,为兄弟单位培养了大批造船CAD应用人才。 我厂的造船CAPP/CAM软件被近30家兄弟单位引进使用,为造船行业做出了贡献。
   五、应用体会
   1、造船CAD/CIMS的建立必须是企业发展的自身需求
   我厂的CAD/CAPP/CAM技术的发展有效地缩短了设计周期和提高了产品质量。使企业在激烈的国际市场竞争中增强了竞争能力。但在90年代中期由于看到了企业与国外先进造船企业的一个重大差距在于企业生产资源的优化水平,促使工厂加快CIMS的建立和应用,当时我厂CAD应用已进入成熟阶段,初具建立造船CIMS的必要条件。在此情况下工厂决定上CIMS工程。由于我厂在CAD/CIMS的开发应用根据造船经营生产要求和企业素质循序前进,因此反复较少并取得了明显成绩,近年来在CAD/CIMS领域投资数千万元,均能做到投入后1~2年内立即产生明显效益,不再有人“说三道四”了,这与企业将CAD/CIMS的开发应用于企业经营生产发展密切结合所分不开的。
   2、建立造船CIMS贵在信息集成,重在信息源头的保证
   CIMS的主要直接目标是实现企业及生产资源的优化配置,只有实现经营、设计、生产和管理各领域信息集成和共享才能达到这个目标,在CAD的基础上,将产品信息充分电子信息化是建立CIMS的前提,CAD信息是CIMS的信息源头,这个源头信息不全、不准和提供误期,那么下面的制造和管理领域系统的运行也必然不正常。
   3、CAD/CIMS的应用与企业自身素质的提高密不可分
   CAD/CIMS应用工程使企业规范化,标准化的过程,不是一项“拿来就用”的工程。企业必须在思想观念、设计、生产、管理等各种行为纳入规范化、科学化和制度化的轨道,这是CAD/CIMS应用工程重要的自身条件。有些企业领导和系统应用人员,总以为化了巨资建立了系统就能像引进“机床”一样马上能产生效益,他们不理解信息的采集要做大量基础工作,信息的共享和集成时“大合唱”而不是“独唱”,系统的实施要根据规范化的制度和具有相应素质的人员来保证,因此企业要推行CAD/CIMS工程必须把企业自身素质的提高相结合。
   4、CAD/CIMS是不断发展和创新的过程,其实施目标也必须不断提高
   CAD应用工程特别是CIMS工程是不断技术创新的工程,企业必须把企业的发展与计算机技术的创新密切结合,在CAD/CIMS开发应用中不断创新,现在一提MIS就似乎有“落后时代”的感觉,其实达到当今技术水平的MIS不多见,CAD/CIMS的发展将会随着计算机技术的发展和产品制造技术的发展而不断创新,CIMS在企业中的应用和实施,还要考虑到我国国有企业改革在不断摸索中,企业的模式也会不断变化,因此不宜过早采用建成CIMS的提法,国外一些先进企业的提法是“向CIMS化”发展,永远不存在“大功告成”的阶段,这样在观念上,政策上才可促使CAD/CIMS技术不断发展。
   5、最重要的一点CAD/CIMS应用工程必须在企业领导直接参与下实施,这是一条通用规律
   我们企业领导特别是厂长和总工程师不仅舍得投资,亲自支持系统规划、论证,而且像抓产品生产一样抓系统的实施和关键技术的解决,我厂总工程师是系统实施的总调度员,扎实地推进系统深入应用,这是沪动造船集团CAD/CIMS技术能成为企业设计、生产、管理各领域密不可分和不可逆转的技术创新手段的重要原因。
   21世纪是知识经济的时代,CAD/CIMS的应用是造船业主要的技术创新内容,也是国内造船企业的技术创新方向,欧盟以明确把船舶工业列为“最适宜于信息技术应用的理想领域”,日韩二国造船企业也把CIM技术作为企业重要的支撑技术,为了使我国造船业在新的世纪进入一流强国的行列,必须在深入应用CAD的基础上加快建立和应用造船CIMS来迎接21世纪的挑战。