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    面向数字化造船的离散制造试点示范(南通中远川崎)(共21页).doc

    • 资源ID:17078993       资源大小:354KB        全文页数:21页
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    面向数字化造船的离散制造试点示范(南通中远川崎)(共21页).doc

    精选优质文档-倾情为你奉上面向数字化造船的智能设计与制造应用示范(南通中远川崎船舶工程有限公司)1 企业基本情况 南通中远川崎船舶工程有限公司成立于1995年底,是我国较早的大型中外合资造船企业,主要业务是从事中、高端船舶的研发和建造,所建产品类型涵盖灵便型散货船、好望角散货船、大型集装箱船、油轮、矿砂船、汽车滚装船等主流船型,并成功进入特种船领域。成立近20年以来,南通中远川崎实现了高起点、跨越式的发展,截至2015年3月共交付148艘高质量船舶,其中,VLCC油轮、VLOC矿砂船、205BC散货船、5000/6200PCC滚装船、5400/10000/13386TEU集装箱船等8个船型,在建造当时均填补了中国造船业的空白,主要经济技术指标达到日、韩船企先进水平。公司年造船总量达到200万载重吨,连续多年位居全国造船业10强企业之列。先后通过了挪威船级社(DNV)ISO9001:2000质量体系认证、ISO14001环境管理体系认证;OHSAS18000职业安全认证;ISO27001:2013信息安全认证;ISO10012完善计量检测体系的国家级确认。先后荣获“全国最大规模外商投资企业百强”、“中国进出口企业500强,出口企业200强”、“中国机械行业百强”、“全国外商投资双优企业”和“全国五一劳动奖状”等荣誉称号。近年来,面对持续低迷的船舶市场,公司积极应对船舶市场挑战,大力实施创新驱动战略,深入推进信息化和工业化“两化融合”和智能制造,持续提升核心竞争力,保持了企业平稳健康发展和经济效益的平稳增长。2 项目基本情况2.1项目概述随着以信息为核心的高新技术快速发展,许多船厂通过信息技术改造传统设计建造手段。如计算机集成系统对造船企业信息化建设,在船舶研发与设计、造船生产管理、物流管理、生产工艺设计、现场制造等全过程中采用,实现企业资源优化、降低运营成本、缩短产品研制周期、提高生产效率、降低产品不良品率、提高能源资源利用率等,最终实现数字化造船。再如船舶三维设计软件TRIBON、船舶总体设计软件NAPA等先进设计软件的应用;同时在船厂内部将信息化建设拓展到各个领域,以内部局域网为平台,搭建计划、生产管理网络,使研发、设计、制造和管理实现信息化。公司信息化建设主要内容有:五个数字化(设计、制造装备、生产过程、管理、企业资源);在五个数字化基础上,实现企业信息流、资金流、物流畅通、及时、正确,达到人、技术和资金三要素的集成优化;建立数字化造船应用平台;确立现代造船模式;建立数字造船企业。通过上述信息化集成系统的建设,最终实现“全数字化造船”,即在数字化船厂,应用数字化集成技术,建造数字化船舶。项目的总体目标概括起来为“建立一个平台,打通一条主线,建立四个体系”。具体如下:通过“计算机集成制造系统”的实施,全面建立船舶产品的数字化研发、设计、制造、测试与试验、管理集成平台环境;打通船舶数字化研发、设计、制造、管理生产线主线;应用“壳、舾、涂一体化”数字化样船技术,推行模块化造船和产品虚拟建造,建立船舶精益建造体系;以数字技术为纽带促进体制和机制创新,推行船舶制造资源优化配置技术、现代物流技术,建立造船精细化管理体系;应用敏捷制造技术和虚拟企业原理,实现研发、设计、制造和管理向数字化信息集成的跨越,建立以数字化造船总装厂为核心的现代造船协同设计和协同制造体系;推进工场设备自动化(FA化),对3D工种(脏、危险、重复简单)进行流水化生产线改造、机器人作业;进行数字化造船人才和标准规范体系建设,建立“数字化造船”工程实施保障体系,使公司的造船模式向数字化集成模式的转换,实现“全数字化造船”。公司引进日本川崎开发的应用软件,并进行二次开发,建立高度集成的主模型,实现众多设计人员的协同工作;利用互联网技术,与日本川崎造船建立共同的设计平台,实现与日本的先进造船技术实时共享,协同、并行设计;利用信息技术、仿真技术对船舶制造中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真,以发现制造中可能出现的问题,在产品实际生产前就采取预防措施,实现完全甩图纸、数字化造船;实现CAD设计软件与CAM/CAPP(计算机辅助制造、辅助生产工艺)以及ERP(企业资源计划)等系统的良好集成,达到动态、实时的管理与控制,最终达到降低成本、缩短产品设计制造周期、降低产品不良品率、提高工作效率和能源资源利用率的目的。2.2 项目实施的先进性通过面向数字化造船的智能设计与制造应用项目的实施,南通中远川崎在近20年建设发展过程中创造了中国造船业的诸多第一。成功设计建造国产首艘5400标箱集装箱船、5000车位汽车滚装船、10000标箱集装箱船、30万吨矿砂船、6200车位汽车滚装船和“国轮国造”首艘VLCC超大型油轮等具有国际先进水平的船型。公司在中国第一个实现无余量造船,钢材利用率达到92%以上,达到日本船厂的水平。公司造船的建造工时、钢材利用率、万美元产值耗电量、生产效率、人均年产值等各项经济技术指标连年创造或刷新中国造船新纪录,部分指标达到日、韩水平,公司因此确立了在中国船舶界的领先地位。由于采用了与日本川崎重工相同的制造工艺和生产组织方式并以其为依托,长期坚持走“技术引进吸收创新”的道路,实现了生产管理、技术开发、信息系统的“本土化”和“再创造”,形成了具有自身特色的数字化设计和制造模式。项目实施应用效果明显,具体表现在: 建立了中国船舶精益建造模式通过该项目的应用,全面建立了船舶产品数字化研发、设计、制造、加工、测试、管理集成平台环境;打通船舶数字化设计、制造、管理等企业生产经营主线;应用“壳、舾、涂一体化”数字化样船技术,推行模块化造船和产品模拟建造,建立了船舶精益建造体系。建立了产品信息设计模型,实现了设计并行工程应用先进的信息化技术及软件,采取建立产品电子信息设计模型的方法实现了各专业的集成, 改变了原有分道设计作业的方式,达到了平行设计的目标, 提高了产品设计质量,有效地缩短设计周期。实现了CAD/CAPP/CAM的集成,为无纸化设计与制造奠定了基础。对于企业自制加工的船体结构和船舶管路, 实现了CAD/CAPP/CAM的集成,使设计、制造、加工、管理信息一体化,贯穿了零件设计信息、工艺信息、工装信息、材料配套信息、加工信息和装配信息的信息生成和传输全过程,使得产品质量和建造效率达到世界先进水平。使公司的运营效率和管理水平显著提高各部门能够随时、准确、快速地掌握生产经营,有助于决策层快速应对复杂多变的市场环境,化解经营风险。信息化项目的建设为高层管理人员经营决策提供了科学的依据,为加强企业管理、提高资金运营水平、减少库存、提高效率、降低成本等提供了强有力的保障。公司在ERP系统的支持下,部门内外、纵横联系有效、紧密,企业管理的现代化水平和竞争力达到世界同行先进水平。 智能制造装备的引进提高了公司的核心竞争力工场设备自动化(FA化)的推进,降低了人工成本(配员减少至原来的三分之一)、改善了作业环境、减轻了劳动强度、提高了工作效率和产品合格率、缩短了生产周期、节约了场地,目前公司已经成为我国造船行业中第一家较大规模应用工业机器人并取得成功的造船企业。举例来说,大舱肋骨生产线、Y龙筋生产线、型钢生产线、条材加工线、先行小组立机器人生产线等FA项目的实施,在实施前后的效果特别显著(表1表5)。表1大舱肋骨生产线原来的作业方式流水线作业方式生产效率100110分钟/根60分钟/根生产周期34天/分段1天/分段占地面积600200表2Y龙筋生产线原来的作业方式流水线作业方式生产效率90分钟/根60分钟/根生产周期23天/分段1天/分段占地面积300105表3型钢生产线手工作业方式型钢生产线生产效率1.3H/根0.3H/根生产周期23天/分段4H/分段配员20人7人表4条材加工线以前现在生产效率8.5H/板3H/板生产周期34日/分段0.5日/分段配员22人8人表5先行小组立机器人生产线传统作业方式机器人流水线生产能力7.2米/小时16米/小时生产周期23天/分段1天/分段其他效果焊接质量稳定、配员减少一半以上总之,南通中远川崎信息化项目建设使其造船模式逐步向数字化集成模式转换,实现“数字化造船”,大大增强了公司的综合竞争力。3 项目实施现状3.1 项目系统模型建立与运行情况南通中远川崎的信息化建设经历了引进吸收、二次开发、自主研发等发展阶段。信息化建设的重点领域是应用计算机集成技术,实现数字化造船,即以精益管理理念为指导,把现代制造业应用最广泛的ERP系统和一流造船企业普遍应用的TRIBON系统等信息系统高度集成起来,使研发、设计、采购、制造、财务、管理等部门实现信息化和数据共享,并在此基础上进一步建立以计算机集成信息系统(NACKS-CIMS系统,见图1)为特征的现代化的智能设计与制造管理模式。图1 NACKS-CIMS系统模型简图图2 项目系统模型案例就具体案例(图2)来说,在结构设计阶段,分别输出各区划详细设计图和肋骨型线图,然后分别进行建模和光顺检查,在模型发行后进行分割,分割后经条材/型钢自动处理程序,形成条材/型钢加工数据,通过光纤分别传输至条材/型钢机器人,进行加工。经分割后进行套料,生成CL数据,经数据转换后通过光纤传输至数控切割机进行数控加工。3.2 先进设计技术采用情况公司所承接建造的船舶都是由设计部门提供船舶基本设计的图纸资料和各种船性能计算资料(如船体型线图、总布置图、船体基本结构图、静水力性能计算书,阻力和螺旋桨设计计算书等),在此基础上进行船体设计、机装设计、电装设计、船装设计及舾装和船体的生产工艺设计、放样下料、数控切割数据的自动生成等。公司全面引进了日韩等先进造船企业通用的TRIBON系统,并广泛运用于船、机、电等各专业。包括船体构造、管系、主要机器设备等在内的所有部件,均运用三维的TRIBON系统在计算机内设计完成。建立高度集成的三维产品模型,利用计算机网络,实现众多设计人员的并行设计、协同设计、实时数据共享。从设计系统中抽出数据至CAM/CAPP系统:首先在设计系统中生成模型,然后确定大、小装配内容,再分割成零件图、放样,生成零件图,接下来按三个方面利用数据:一方面,数据抽出至NC数据作成系统,可形成切割轨迹数据,通过计算机网络传输至船舶制造现场的数控自动切割系统的客户机,在客户机上形成零件图,进行干涉检查等,然后将NC数据通过光纤传输至数控切割机进行钢板的切割加工;另一方面,数据进入ERP系统,进行钢材订购,同时生成作业票至生产现场;还有一方面,进行工事计算(重量重心计算、焊接长计算、涂装面积计算等)。从设计系统中抽出数据至生产信息作成系统(FAC/SAC):经过FA关联系统的数据作成,可传输至型钢/条材切割机器人和先行小组立机器人进行型钢/条材的切割加工和先行小组立以及小组焊接。从设计系统中抽出数据至管零件图系统,同时读取ERP系统的数据,生成管加工报表和管附件出库报表,此报表的电子数据又进入ERP系统,进行出入库管理和库存计算。管加工报表送管加工车间,管加工时进行参照,管附件出库报表送仓库备料、管加工车间领用。3.3 企业制造执行系统(MES)建设情况针对造船工业劳动强度大、工作环境恶劣等特点,采用基于集成DNC的车间管理模式,以数控技术、通讯技术、控制技术和网络技术等先进技术为基础,把与制造过程有关的设备(如数控切割机、工业机器人等)与上层控制计算机集成为一个系统,从而实现制造设备的集中控制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换,通过接收计算机辅助设计系统处理完的数据,并将数据传输至数控切割机和工业机器人,实现了从钢板下料开始到切割成品产出到先行小组立以及小组焊接的智能加工制造。近年来,面对持续低迷的船舶市场和不断上升的制造成本,南通中远川崎积极寻求突破,将扩大机器人应用和实施生产线改造作为应对挑战的重要举措,以减少人工成本、减轻劳动强度、改善作业环境、提高生产效率、降低产品不良品率,从而持续提升企业竞争能力。截至目前,公司已经成功引进3条机器人生产线,2015年还将引进一条机器人生产线。目前公司已经成为我国造船行业中第一家较大规模应用工业机器人并取得成功的造船企业。型钢生产线型钢是船体常用部材之一。原先的型钢生产方式,从划线、写字到切割、分料,完全采用手工作业。效率低,周期长,劳动强度大,且难以避免出现误操作。公司结合生产工艺流程、精度管理方式、场地条件、设备设施等情况,于2012年规划实施了一条型钢生产线。该生产线的实施有效减少了人工、降低了劳动强度,并为企业后期继续扩大机器人应用积累了经验。条材机器人生产线条材(FLAT BAR)是分段制造的主要部材之一,它的特点是数量多,大部分部材比较短小。原来的条材生产,包括划线、写字、开条、端部切割、打磨、分料等全是手工作业,效率低,生产周期很长,容易出错。公司于2013年规划、实施了条材机器人生产线。为了保证整条线的顺利投产,制造部门在提高整条线的自动化程度和消除瓶颈工位方面进行了很多改进,进一步提升了生产效率,降低了劳动强度。先行小组立机器人生产线和汽车行业等相比,造船的中厚板电弧焊接实现机器人作业要困难得多,但这是一个必然的趋势。公司从最简单的先行小组材开始,尝试推进机器人焊接。传统的制造方式是,在定盘上全面铺开,一块一块地装配、焊接、翻身、背烧,占用面积大,制造周期长,效率低。先行小组立机器人生产线于2014年8月份投产,该生产线仅配一名员工操作,手工进行装配、补焊;其余均实现了自动化;设置U型工位,缩短了员工的移动距离;采取自动背烧方式,无需对部材进行翻身;机器人焊接质量稳定,成形美观,焊脚控制良好,大大提高了产品质量。此外,流水线生产方式是工业化大生产的必然要求。对造船业而言,车间内生产作业的流水线化将是今后实施船舶业智能制造的一个重要发展方向。目前南通中远川崎已经实施了大舱肋骨、Y龙筋等4个半自动化生产线技改项目,取得了较好的成果。大舱肋骨生产线大舱肋骨(VERTICAL FRAME)是散货轮货舱中共通性较大的一种部材。以前的作业方式是和其他船体部材一样,将一个分段的部材全部摆放在蜂窝平台上按装配、焊接、翻身、再焊接的工序一步一步作业,效率低、占地面积大、制作周期长。为此,制造部门设计制作了一条流水线,实现了大舱肋骨的流水线生产。该生产线的特点是,各工位工作量均衡,流水线可以进行严格的节拍管理;“一字长蛇阵”占地太多,将其设计成回字形,占地面积大大减小;极力缩短各工位的准备作业时间和员工的移动距离,有效提高了净作业时间比例。Y龙筋生产线Y龙筋,俗称大刀片,是大舱肋骨的下端,由外业直接安装于散货轮BNH分段斜板上。以往内业制作时,是铺在定盘上,逐一装配、焊接、翻身、打磨,占地面积大,效率低。借鉴上述大舱肋骨生产线的经验,按照同形状部材尽可能流水线生产的思路,自行设计了一条生产线,实现了Y龙筋的流水化制作。该生产线占地面积小,可以利用大行车的盲区。由2名员工协同作业,移动距离短,可充分使用焊接小车作业,利用气缸翻身,生产效率很高。3.4 资源计划管理系统(ERP)建设情况资源计划管理系统(ERP),主要包括综合船体系统、综合舾装系统、工时系统、支付系统、成本管理系统、工程管理等子系统,它超越了传统MRP-(制造资源计划)的概念,吸收了按时生产(JIT)、优化生产、全面质量管理(TQC)等先进的管理思想,极大地拓展了管理信息系统的范围。该系统的主要宗旨是将企业的各方面资源(人力、资金、信息、物料、设备、时间、方法等)充分调配和平衡,为企业加强财务管理、提高资金运营水平、减少库存、提高生产效率、降低成本等方面提供了强有力的工具,同时为高层管理人员经营决策提供科学的依据,有效地提高了盈利,最终全面加强了企业的现代化,提高了企业的市场竞争力。综合舾装系统在采用TRIBON设计软件进行计算机虚拟设计和船舶结构、舾装模块的数字化管理的同时,利用ERP系统对全船物量进行计算机自动处理,但由于设计和采购两系统的相对独立,会出现设计、采购、仓储及现场生产的管理脱节。对于舾装品数量巨大的PCC船,类似问题将更加突出。为了避免这种情况出现,进一步将设计、采购、仓储及现场生产紧密结合起来,确保整个过程的连贯性和稳定性,缩短舾装品采购、在库、领用周期,南通中远川崎开发了舾装品生产管理系统,将相对独立的TRIBON设计系统和ERP系统融合贯穿在一起,有效地进行数据交换和信息集成,最终达到提高生产效率、降低成本和缩短工期的目的。综合船体系统主要包括钢材的采购、入出库管理、作业票管理。工程管理系统有机地结合了造船生产的特点,船厂现有的布局、设备状况和公司独特的生产管理结构和技术模式,结合兼容上述两个系统(综合舾装系统和综合船体系统)的功能和数据,并能够对原有数据进一步再分析采集处理,实现设计、采购、仓储和制造的管理一体化。目前国内各造船企业在这一方面尚没有成熟的系统。成本管理系统 提供材料费、等功能模块。支付系统提供、等功能模块。工时系统提供工时、工时等功能模块。 3.5 通信及网络基础建设情况南通中远川崎计算机网络覆盖整个厂区,通过光纤连接到各生产车间(见图3)以及公司外的管加工车间,利用数字专线连接大连中远川崎船舶工程有限公司,实现两家公司间的共同设计、共同采购、共同经营、共同信息系统的共享平台。公司建有自己的企业网站和邮件系统,通过光纤接入互联网。公司计算机局域网采用星形网络结构,主干网为1000MB快速以太网。所有的计算机都实现了计算机局域网互联互通和企业信息分级共享,极大地方便了员工的工作,提高了工作效率。图3 数字化车间的通信网络示意图公司于2008年1月首次取得信息安全ISO/IEC 27001:2005认证,并于2014年10月升级为信息安全ISO/IEC 27001:2013版本。公司为保证造船相关业务的持续性、保护核心技术和满足合同方信息安全需求,实施了以下保障信息安全的方针:保护信息资产的保密性,确保不能通过故意或疏忽的行为泄漏给未被授权的人;保护信息资产的完整性,防止未被授权的修改;保护信息资产的可用性,确保被授权的用户需要时可获得完整信息资产;保证信息资产免受未被授权的访问和破坏;确保业务持续性计划有效地建立、维护及测试、实施;符合中远集团(总公司)和川崎重工要求;实施全员教育和培训,让员工认识到信息安全的重要性并具备相应的能力;报告并调查所有可能危及信息安全的事件。3.6 生产过程采集与分析系统建设情况南通中远川崎坚持立足自主开发,充分考虑信息系统和业务的结合度,以实用见效为原则,大力推进各项业务的系统化和业务管理集成性,提高管理效率和业务效率,并通过管理水平的提升进一步推动信息化的发展。公司依靠自身的计算机软件开发人才队伍,先后开发了一些实用系统。为加强财务管理,开发了成本系统和支付系统,并与ERP系统紧密接口。自行开发了PSPC涂装管理系统,其功能是:根据PSPC规范要求,对二次表面施工、涂装施工、完工检查等报告进行记录,便于船舶营运、维修过程中对船厂的涂装工作和记录进行查阅;为有效对涂装测膜仪数据进行计算、统计和分析,自动处理成膜厚报告,同时直接将最大膜厚、最小膜厚、有效膜厚数据比例、测膜仪型号等数据自动记录。为加强公司固定资产管理,有效跟踪固定资产的申请、购入、拨交、报废等整个生命周期,开发了固定资产管理系统。为完善工具的领用与归还,实时掌握工具的库存情况,开发了工具库管理系统。为提高船东满意度、及时处理船东监造过程中的意见,开发了船东意见处理系统。为提高公司用人透明度、量化人员测评与绩效,开发了人事考核系统。为实施电子病历与处方,开发了诊疗系统。为加强成本控制及跟踪管理,有效进行成本跟踪、经营分析、预期走势等,为公司领导层经营决策提供依据,开发了成本控制管理系统。为加强船舶建造过程中的质量管理,及时处理质量问题,并对质量问题的处理提供可追溯性,开发了不具合品处理系统。为实现安全生产管理信息化,对现场人员的安全经历进行跟踪,加强技术工人的作业资格管理,提供安全预知、避免安全事故的发生,开发了安全信息管理系统。为正确把握生产进度、提高生产计划精度,使得工程明细调整图形化,开发了工程管理系统。为实时反映定盘、置场状态信息,开发了定盘及置场配置图系统,代替手工制图。为有效制订现场人员的生产计划,自动生成报表,使得修改变得简便,便于信息共享,对操业度制定进行了IT化工作。为加强计量设备管理信息化,开发了计量台帐数据管理系统,等等。各项目成立开发小组,有序开展开发工作,为公司节约了软件引进的大量成本、为使用部门大大提高了工作效率。4 下一步实施计划4.1 下一步项目建设的主要内容和实施计划南通中远川崎面向数字化造船的智能设计与制造应用项目的重点是计算机集成系统的完善和工场设备自动化(FA化)的深入推进,目前正在推进信息化建设的领域有设计软件的更新与二次开发、ERP系统的完善、机器人生产线等应用。下一步项目建设的主要内容和实施计划有以下几方面:一是发挥已经建立的信息化项目的主体作用,大力提高信息化应用水平。二是加强信息化和工业化的深度融合,大力推进信息化,既有利于技术创新,亦有利于管理创新。信息化进车间,到班组,延伸至各个管理的末端,也是本项目实施的一个重要内容。三是推进车间内生产作业的流水线化作业,如管子的生产、非共通分段的流水线化制作、甚至是先行舾装作业等。四是结合企业实际继续扩大机器人应用,例如用机器人进行小组立部材的焊接作业(已列入公司2015年投资计划),以及再进一步用机器人进行平行中体分段的焊接作业,开发利用机器人进行涂装作业等。五是提高软件自主开发能力,目前公司各生产线用的软件对外部的依赖程度较高。不仅在设备引进初期,而且在其后的软件更新维护方面的参与度也比较低,不易于软件更新和降低成本。船厂有独自的制造工艺,智能装备也有其特性,参与软件开发与客户化,可以形成具有自身特色的船舶加工制造模式,有利于管理创新。 4.2项目成长性分析如果说两化融化(信息化和工业化融合)是企业信息化外在表现成果的话,那么智能设计与制造则是企业提高核心竞争力的内在动力,南通中远川崎在2012年荣获江苏省两化融合示范企业后,将智能设计与制造项目作为两化融合的切入点,完全契合当前打造“工业4.0”智能制造和“中国制造2025”的趋势。5 示范作用针对造船工业劳动强度大、工作环境恶劣等特点,以数控技术、通讯技术、控制技术和网络技术等先进技术为基础,把与制造过程有关的设备(如数控切割机、工业机器人等)与上层控制计算机集成为一个系统,从而实现制造设备的集中控制管理以及制造设备之间、制造设备与上层计算机之间的信息交换,通过接收计算机辅助设计系统处理完的数据,并将数据传输至数控切割机和工业机器人,可以减少人工成本、减轻劳动强度、改善作业环境、提高生产效率、降低产品不良品率,从而持续提升企业竞争能力。实践证明,南通中远川崎面向数字化造船的智能设计与制造应用是完全可行的,完全具备作为示范项目在造船行业推广的条件。6 相关附件6.1项目关键设备、控制系统、软件、智能部件的清单及品牌、供应商大分类小分类品牌及供应商数量设计系统硬件服务器IBM(代理商)4存储设备IBM(代理商)1ERP系统硬件服务器IBM(代理商)2设计系统软件TRIBONAM12(AVEVA)1设计周边系统软件KHI定制1ERP系统软件KHI定制1智能装备型钢加工线日本小池1条材加工线日本小池1小组立焊接机器人KHI1数控切割(CNC)设备小池、田中30+控制系统型钢加工线KHI1条材加工线日本小池1小组立焊接机器人KHI1数控切割(CNC)设备小池、田中30+6.2 企业专利专心-专注-专业

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