本文为“2023年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2023年度，为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程，全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等，分享建设过程中的经验，供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介
武昌船舶重工集团有限公司（简称“武昌造船”），隶属于中国船舶集团有限公司，始建于1934 年 6 月 6 日，原名武昌机厂；“一五”期间，被列入国家 156 个重点建设项目，更名为武昌造船厂；2009 年完成公司制改革；2011 年和 2013年，产业主体分两期注入“中国重工”上市，分别成立“武昌船舶重工集团有限公司”和“武汉武船投资控股有限公司”，两家公司同属一家治理结构，统称“武昌造船”。
武昌造船是国防科工局批复的我国轻型护卫舰建造基地，是水下新型号武器装备建造基地，是我国重要的军工、军贸舰船总装建造、试验、调试基地，是国家级海洋工程出口船舶及公务船建造基地，是船舶及海洋工程配套装备研制生产基地，是国际一流的桥梁和重型装备制造基地。武昌造船年营业额近百亿元，员工六千余人，曾先后被评为“国家船舶工业创新能力十强企业”、“国家高新技术企业”、“国家技术创新示范企业”、“国家知识产权示范企业”、“国家高端船舶及海洋工程装备高新技术产业化基地”、“国家军用标准质量管理体系培训教学实践基地”、全国“守合同、重信用”企业，拥有“国家级的企业技术中心”、“国家高端船舶及海洋工程装备院士工作中心”。武昌造船相继建造了中国海事“旗舰”——海巡 01，中国海洋综合科考船“长子”——科学号，国内首艘支持300米饱和潜水母船——深潜号等等。
图1 武昌船舶重工集团有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
武昌造船以产品设计建造需求为牵引，以三维设计技术为基础，按照设计制造一体化体系的要求，自主研发了具备自主知识产权的全专业设计软件包，建立了多专业并行协同设计的生产设计模式，完善了三维生产设计体系，建立三维生产设计管理平台，包括CATIAV6、CATIAV5、SPD等三维设计软件，形成了完整的船舶数字产品柔性生产线，具备了多型船舶产品的并行设计能力。同时，构建了集产品综合布置仿真、装配工艺仿真、功能仿真、物流仿真于一体的虚拟制造应用平台。实现了对产品外观浏览、舱室漫游、总段装配、关键设备虚拟装配等仿真应用，在产品设计优化、生产规划优化、建造工艺验证等方面，有力支撑了新型船舶的顺利研制。
近年来，为适应新的制造管理模式，武昌造船以“提质、降本、增效”为目标，以“精益管理思想”为指导，武昌造船进行了信息化平台重构，陆续实施了工程计划管理系统、业财一体化系统（含供应链）、质量管理系统、水下产品数字化车间（含车间作业控制系统、智能化设备集成系统）、设备资产管理、能源管理、综合管理平台、数据治理等信息化项目，并同步深入推进ENOVIA、SPDM与SPM、供应链、质量、数字化车间、档案等系统集成的工程应用，打通产品建造全过程数据链路，优化设计数据包下发流程，提高数据传递效率，实现设计数据向制造、管理端的线上发布。通过信息化建设及迭代升级，构建武昌造船信息化、数字化应用生态，助推组织纵向到底管控、业务横向到边协同，为建造业务发展持续提供高层次、集成化、综合性的信息化应用服务，实现设计、制造、管理多业务高效协同、资源使用均衡配置、管理决策数据支持，助力公司迈向高质量发展道路，实现数字化转型。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
我国从 “十三五”起，对战略性新兴的船舶和海洋工程装备产业发展目标、重点任务、政策措施等做出全面部署安排，并颁发了《船舶总装建造智能化标准体系建设指南（2020版）》、《关于深化改革推进船舶检验高质量发展的指导意见》等一系列政策性文件，助推船舶和海洋工程装备产业数字化转型、迈向中高端。
中国船舶集团要求企业进入高质量发展阶段。到2025年，需要完成船海产业的能力结构布局调整，主流船型和重点高端装备设计建造水平达到世界一流，国际市场份额位于世界前列，应用产业、船海服务业的专业化发展能力显著提升，为构建世界一流船舶集团奠定坚实基础。到2035年，基本建成世界一流船舶集团，在产品、技术、人才、质量效益、管理能力、市场竞争力等方面均达到国际一流水平，主流船海装备的国际市场份额及主要高端船海装备的设计建造水平世界领先。到2045年，全面建成世界一流船舶集团,具备全球领先的技术体系和产业体系，主要产品和技术领域达到世界领先，成为全球船舶行业领军者。
武船集团“十四五”时期将以双柳新总部能力提升为契机，响应国家和集团的号召，加快应用新一代信息技术，实现提质、降本、增效，提升防务、民船及海工、应用三大产业核心竞争力。面对世界百年之大变局，为提升我国防务能力，迫切需要加快船舶建造生产线数字化、网络化、智能化建设，实现船舶产品数字化研发设计、量化精益建造和一体化协同管理，全面提升产品高质量按时交付能力。
以“提质、降本、增效”为目标，通过引进世界先进的精益造船模式，综合运用新一代信息技术，以先进造船工艺、数字化装备为核心，以设计为源头、计划为主线、数据赋能，构建数字化研发设计、量化精益建造和一体化协同管理的工作体系，打通从三维设计到生产现场的交互数据流，促进基于模型的设计、工艺、制造协同，推进基于一体化数据源的全要素、全生命周期设计、送审、建造、检验、管理、运维，形成集计划管理、过程协同、设备管控、资源优化、质量控制、决策支持等功能于一体化的数字化产线，建立适用于公司制造特点的智能制造标准，完善公司标准体系。最终实现构建具有虚实结合、数据赋能、动态优化、绿色安全、高效协同的船舶建造能力，支撑公司高质量发展。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
2.1 以规划生产布局、引进先进设备为出发点，提升生产效能
由于公司原武昌总部船舶生产线建于上世纪70年代，其中主要工艺设备80%以上购置于2000年前，经过多年的使用，部分设备老化，精度下降，需补充完善和更新改造现有加工、装配、检测等相关设备，以适应后续船舶的建造需求，进一步提高船舶建造效率和建造质量。因此，为打造一条船舶行业技术领先、建造质量一流的船舶建造生产线，武船在双柳新总部数字化产线的建设当中，引入大量数字化先进工艺设备，列举典型设备如下：
1）预处理线：配置的电气控制系统可数字控制抛丸量、抛丸速度、喷漆量、烘干时间等参数，可实现钢板从上料到抛丸处理至出料过程的全过程监控。
2）七星辊床：采用控制台集中控制，按设定程序启动、运行、停止，辊道控制由控制台集中控制。采用自动的矫平设定模型，输入或读取板料信息（厚度、宽度、强度等）矫平工艺参数自动生成，数控系统自动计算生成辊缝调整工艺参数，操作简单，辊缝工艺参数可进行调用、存储、修改，使用过程中提示故障报警指示。
3）高速数控划线切割机：配置的数控系统，有设置设备、切割相关的各项条件参数库，操作者给定厚度后，数控系统自动生成切割规范所需要的参数，能读取设计软件生成的中间文件，并将其转换成切割划线指令，驱动切割机所有功能的运行，能够支持对其设备数据、设备运行情况及工艺文件进行读取。
4）四辊卷板机：配置的数控系统可根据输入的板厚、板宽、屈服极限、卷筒直径，系统自动计算优化出压制次数、每次各工作辊的加压位移、每次工件的成形半径及各辊负载。也可选择压制次数，重新计算出工艺参数。整个卷制筒节的过程均在数控操作系统控制下进行，配有实时显示系统，能够显示实时的压力，看到工件的运动状态。数控系统具有实时监控、工艺参数计算、编辑、储存、数据传输和记忆功能。整机具有自动操作和手动操作两种操作方式。控制系统分别控制前辊、后辊、下辊左右两端同步升降、自动调平，屏幕数字显示，同步精度达到±0.2mm。
5）校正机：电气控制系统采用PLC可编程序控制器做主控，结合相关的电磁阀、行程控制装置等完成对整个系统的压力、位置、故障报警信号等参数集中控制，可完成整机的全部功能的按钮集中控制，并设有急停按钮，保证动作的可靠性及系统的可靠性。电气控制系统具有故障自诊断功能，对于出现的电气系统故障、液压系统故障等进行报警。同时具备圆度检测系统，采用高精度激光测距元件，可分别实现实时检测圆柱形/圆锥形工件的圆度信息并在控制台上显示指导校正工作。
6）自动装配机：用于部件装配工作，配置有数控系统，通过各个伺服电机控制装配机的动作，利用程序在操作机上实现对设备的整体操作，实现设备的自动化装配工作。采用PLC，可控制各个电机、液压等参数并将操作信息通过网线与公司信息化车间互连。
7）部件自动焊接系统：配置的机器人焊接系统、激光跟踪系统、焊接参数监控系统等，具备自动跟踪功能，以保证焊接过程中焊接轨迹精准；具备视觉扫描及成像系统，实现厚板全焊透角焊缝多层多道焊接过程中对后续待焊区域坡口的扫描及成像；焊接自适应系统，可实现厚板全焊透角焊缝多层多道焊接过程中对后续每一道焊缝焊接进行自动规划，并自适应调用焊接工艺数据库系统及调姿定位。
8）翻转机：该设备电气控制采用PLC控制，可以精确控制旋转角度、起升高度等，可实现设备自动翻转，并具备夹持力、翻转力、翻转角度、起升高度显示功能、滑动报警功能等，监控系统能及时准确的显示设备的故障和异常，并进行对应的报警，把故障隔离到规定的单元，并提供操作维护人员的处置措施，以提高使用维修性。
9）数控划线开孔机：配置的三维定位装置，可对工件进行三维扫描，重建筒体曲面模型，具备自动识别加工孔位置和方向的功能，并根据孔的空间位置和方向自动调整刀具的加工位置和角度，实现孔自动定位与加工一体化。
10）分段装配焊接系统：控制系统采用集成化和模块化设计，保证机器人本体和执行机构高速同步运行。伺服控制器安装在同一个控制柜中，CPU通过数字接口连接到所有轴的驱动器并进行控制。设备具备自动记录功能，有预留接口可以与信息化管理系统进行有效衔接，从设计前端到焊接终端进行有效联通，可以对生产效率、焊接质量进行多维度分析。
通过引进先进工艺设备，实现了船舶建造从预处理、下料到分段装配等制造环节的自动化、智能化，大幅提高了产品重要部件的坡口加工质量、装配作业精度和焊接质量，降低了施工人员作业强度，减轻了对焊工、装配工的依赖，同时也改善了作业环境，形成工位定置化、工序流程化、生产节拍式的数字化生产线，实现从人工、半自动设备向机械化、数控化、自动化设备的转型升级，较大程度上提升了公司产线能力。
2.2 持续推进数字化设计研发能力建设从源头上助力数字化产线建设
以现有数字化设计为基础，运用数字化、智能化、网络化技术建立提升船舶产品研发的全新设计方式，持续优化数字化设计，实现数字化工艺、数字化制造、数字化装配和数字化管理。开展基于MBD的三维生产设计技术研究与应用，建立统一的设计标准、工具集和管理流程，基于单一数据源建立包含设计信息、工艺信息等要素的一体化三维数字化模型。开展三维可视化工艺设计与仿真技术研究与应用，实现对设计数据的装配仿真、工艺仿真、人机工程仿真等试验验证，以及装配工具可达性、装配操作空间开敞性的仿真检验，提高产品设计质量和建造效率。
优化船舶产品数据管理平台，加快生产设计数据的统一管理和集成应用，全面管控设计技术状态。打通从三维设计到施工现场的交互数据流，研究面向现场作业的三维交付，建立基于模型的设计、工艺、制造协同模式。产品设计利用ENOVIA软件作为CATIA设计软件平台的PDM/PLM基础软件平台，实现产品数据管理、设计计划管理、设计文档管理、设计变更管理等；船舶与海洋工程产品设计利用SPDM作为SPD设计软件平台的PDM基础软件平台，通过SPDM到ENOVIA的接口系统设计与开发，实现在ENOVIA平台上的统一管理。
1）基于MBD的三维生产设计技术研究与应用
根据船舶产品信息化、集成化的发展方向，以公司典型主业产品为对象，以三维设计为基础，分阶段开展MBD生产设计数据和制造数据集成、MBD制造数据集定义、三维标注和工艺信息表达、三维作业指导书编制和BOM转换等关键技术研究，实现设计模型的三维标注和产品不同BOM的转换，直观呈现产品建造装配所需的技术参数信息。开展车间可视化方案研究，实现三维作业指导书的顺利发布和终端应用。
建立包含设计信息、工艺信息等要素的一体化三维数字化模型，构建基于单一数据源的设计到制造的三维交付模式，满足施工现场基于三维交付物完成产品建造与装配的要求。
2）三维可视化工艺设计与仿真技术研究与应用
基于全三维数字样船模型，开展设计模型和仿真分析模型的数据接口和信息集成技术研究，打通设计和仿真分析之间的数据链路，形成设计和仿真分析的统一关联模型，将各专业设计、分析、优化工具按照规范化流程进行集成，形成支撑数据赋能的数字化装配工艺设计优化与仿真的集成设计环境。通过对产品装配过程工程可视化控制技术、人机工程在产品数字模型中仿真验证技术、产品装配工艺仿真评价系统等关键技术研究，实现对设计数据的装配仿真、工艺仿真、人机工程仿真等试验验证，以及装配工具可达性、装配操作空间开敞性的仿真检验，为工装设计、工艺设计提供可靠依据，并将验证结果反馈到产品数据库，提供设计修改或生产发布的依据。
建立面向现场作业的三维工艺可视化设计与仿真模式，形成产品装配工艺仿真快速响应能力，提高产品设计质量和建造效率。
3）构建产品数据管理平台
产品生产设计信息包含设计、加工制造、检验、物料等数据。针对数据种类多、数据量大，维护管理难度大等问题，开展面向智能制造的产品生产设计数据组织、生产设计系统数据集成、物量精细化管理、设计工艺信息管理、智能化加工数据管理等技术研究，突破产品数据管理平台架构设计、设计制造数据集成和BOM快速生成等关键技术，研究生产设计数据的统一有效管理和集成应用，提升产品协同设计效率和技术状态管理水平。
建立产品数据管理平台，实现产品设计、工艺、检验数据的集中管理，提高管理效率和信息集成效率，促进生产设计能力与产品建造效率快速提升。产品设计利用ENOVIA软件作为CATIA设计软件平台的PDM/PLM基础软件平台，实现产品数据管理、设计计划管理、设计文档管理、设计变更管理等；船舶与海洋工程产品设计利用SPDM作为SPD设计软件平台的PDM基础软件平台，通过SPDM到ENOVIA的接口系统设计与开发，实现在ENOVIA平台上的统一管理。
2.3 以产线数字化为手段，打造精益制造执行能力
1）建设工控网，构建智能化设备集成系统（设备连接感知一体化）
通过有线网络搭建工控网，实现生产线内独立运行的的生产设备、智能控制设备、各类传感器、数字化仪表等IOT设备联网。智能化设备集成系统包含设备管理、数据采集（MDC）、分布式数控系统（DNC），能够提供从数据采集、数据存储、数据处理以及数据分析的全生命周期数据服务能力，实现IOT设备的集中智能管理和统一协同管控，实现从设备、OT控制系统及IT信息系统的互联互通和高效利用。同时可借助于生产指挥中心综合管控平台，完成对车间、产线设备等的三维模型动态展示，实现虚实结合。
（1）工控网组网设计
工控网采用体系化架构设计，通过先进的工业以太网和各种现场总线，将船体、总装等车间内所有的IoT设备连接成一个有机整体，各网络层协调工作、层次分明、相互融合。为简化网络架构，便于生产设备、智能控制设备、各类传感器、数字化仪表等IoT设备就近联网，工控网采用两层架构设计，网络整体分为核心层、接入层，并为工控网业务应用提供网络接入条件。
针对数控系统多样，数控程序传输采用传统方式且未开展版本控制，无法实现对工艺设备运行状态、生产状态、车间温湿度、环境指标、水、电、气等能耗指标进行实时监控、实时数据的采集，无法准确掌握设备的利用率、设备是否超负荷运转等信息等现状，迫切需要开展生产基础设备（下料、热处理）、数控设备等部分设备基本状态数据（开机、停机、运行，报警）、关键运行数据（如电流、温度、阀状态等）的自动采集并生成分析报表，满足Fanuc、Siemens、三菱等不同控制系统的联网程序传输需要并开展程序版本管理。
（2）智能化设备集成系统
智能化设备集成系统由设备管理系统、数据采集(MDC)和分布式数控系统(DNC)三部分组成。
设备管理系统，负责设备的接入、设备监控、设备驱动管理、系统分析、系统运行日志、系统权限等基础功能模块。
数据采集(MDC)机床监控与数据采集系统主要实现设备的运行状态和工艺数据采集。包含基本的设备状态（运行、空闲、报警、关机、维修等状态），各类设备加工过程中的各类运行参数（转速、进给等）。将采集的数据按照一定指标进行统计分析，供生产部门对生产过程进行远程的监测，同时可以为设备部门提供设备维保方面的信息，如设备的运行时间、报警信息等。
分布式数控系统(DNC)机床联网通讯主要实现将各种厂家不同操作系统、不同性能的设备通过通信模块制定的协议连接起来，以实现设备与服务器的数据双向通信、程序传输。同时对数控程序进行包括产品结构树、数控程序的流程、人员的权限、安全、版本、产品及机床等的管理。
2）建立作业控制系统，实现车间生产全过程管控
船体车间作业控制系统（MES）面向产品船体制造，作业工序从钢板预处理开始，至船体分段合拢结束，作业车间包括预处理车间、下料车间、分段制造、船台总装车间，船体车间作业控制系统实现车间生产全过程管控，包括人、机、料、法、环、测等各方面生产活动进行管理。打通设计和制造数据断层，建设计划排产、仓储、物流、质量等过程执行智能管控系统，支撑车间制造过程数据实时采集、分析、控制及反馈执行的闭环管控机制。围绕制造车间生产全业务过程，以生产任务计划为驱动，工艺流程为牵引，生产过程为主线，构建船体联合车间制造执行系统，有效提高生产管理效率、持续改进产品质量、缩短生产周期、降低生产成本。
构建面向船体数字化制造的作业控制系统，制定标准，以“三月滚动计划、生产准备计划”等为核心，以车间计划为导向，按时序、按工位驱动生产过程，打造以精细动态排产与精益量化派工和非计划异常预警与动态调整为核心的精益制造执行能力。
船体车间作业控制系统根据用户需求及业务加工，将功能模块划分为计划管理、工单管理、生产执行、现场管理、物流管理、质量管理、设备管理、看板管理等。
船体车间作业控制系统内部流程以生产计划为主线，以调度为核心的，通过合理的组织和安排，调动车间各种生产资源，达到生产成本最小化、效益最大化的目的。
（1）建立基于流程的紧凑型拉动计划管理模式，实现均衡有序生产
生产计划由集团级生产计划及公司生产计划两部分组成，包括大日程计划、三月滚动计划、月度计划、周计划等。目前各级计划采用人工编制，缺乏信息化手段，计划的协同性差、执行效率低。
通过建设以工程计划管理系统及车间作业控制系统为核心的，基于流程的紧凑型两级计划管理模式，下级计划服从上级计划，后道工序向前道工序提出需求计划，跨车间强化计划协同。生产管理部门依托工程计划管理系统统筹考虑生产订单、节点安排、船台及船坞资源等完成大日程计划、三月滚动计划的协同编制并下发至生产单位。生产单位接收生产管理部门下发的月度计划工作包,该工作包中包含着计划、工艺、物资等相关信息，按照时间、重要性、紧急性等标准输出作业任务执行计划和物资领料计划。系统列表显示所有工序作业计划，针对未执行或者拖延的计划高亮显示，加工到哪道工序、完工情况、加工人员、工时信息等情况。作业进度监控与预警的数据都来源于工序汇报，即工序作业计划、作业计划与实际发生的执行进度进行自动比较，自动产生预警信息。
通过现场班组、工位、设备生产线的配置情况，结合生产设计深化能力形成车间各工位数字化工作包，综合制定工作包，形成各车间工位派工单，一般与班组/设备职能一一匹配。在系统中通过规则设置，自动完成产品结构与工作包匹配；根据现场生产能力，为计划排产提供计算基准。
（2）实现精细动态排程，提升精益制造执行能力
船体加工计划经过辅助排产输出各车间工序级派工作业计划，辅助排产模块输入工艺制造BOM，形成制造逻辑链，输入生产管理部门下发的月度中日程计划作为时间约束项以及内部设备具备的加工能力，经过排产功能模块处理输出工序级派工计划。
系统提供自动排产功能，按照生产管理部门下发的月度计划以及设计院工艺信息进行车间生产计划排产，计划科编排计划人员按照建造计划进行关键工序作业节点编排，对于分段计划，胎架计划节点是承上启下的关键节点。编制计划前系统自动进行物料齐套检查，数据主要来源于当前库存信息，业财一体化系统发送的物料到货计划信息和设计系统发送的工艺信息，具备开工条件方可进行计划编排。系统支持单个及多个建造计划进行任务编排，建造计划中分段的完整验收节点作为分段完成节点进行各工序的倒排，其中胎架计划作为关键工序计划进行任务的编排，胎架计划之前的各工序，系统将上胎开始时间作为完成节点进行各工序任务的倒排，上胎之后的工序，系统按照上胎开始时间作为后续各工序开始时间进行作业任务的正排。系统辅助排产输出包括预处理计划、切割计划、零件加工计划、配送计划、切割计划、部件装配计划、船台总装计划等。辅助排产有助于提高工作效率，减少人为差错，通过人为对计划节点进行调整优化排产，得到最优生产方案。
辅助排产的输入包括外部数据和内部数据，外部数据计划与工艺数据包括计划、工时周期、图纸、工单、资源、对象等。计划数据体现了分段的产出时间。工艺数据辅助计划数据进行排产作业，其中制造逻辑链是工艺数据中造船成组技术的一种实际应用，是船体分段分解与组合最基本的表现形式，描述了中间产品的输入与输出，即中间产品的逻辑关系，与船体分段分解与组合对应的是造船任务的责任与组合，要求船体分段分解与生产组织结构相适应，中间产品工序定义与组织功能责任相匹配，制造逻辑链即制造BOM。
内部数据指的是船体车间作业控制系统内产生的数据，如人力资源、设备信息、场地信息、工作日历等。除了以上数据外，系统手动排产还需考虑其他项目执行计划，防止计划执行过程中产生冲突。
辅助排产输出各工序作业计划实现精益化生产，体现生产过程的快速反应与敏捷制造的能力，保障生产的连续性、可控性。人为调整后各工序的作业计划，系统将进行干涉检查，对于冲突项进行原因提醒，计划节点将自动进行重新编排。
系统支持正序排产和倒序排产，正序按照工艺流程生产顺序进行排产，产出所有工序作业时间，确定最终分段产出时间，倒序按照分段产出时间进行组焊BOM和切割BOM倒排，确定各工序作业时间。
辅助排产输出以多种维度进行展示，包括时间维度、计划维度、设备维度、班组维度、工序维度等，如图2所示。
图2 精细动态排程
（3）推进生产全过程按需配料、精准配送，形成精细化生产管理能力
以涵盖产品建造全过程的中间产品制造逻辑链为依据，分析中间产品流通量，合理配置物流资源，实现中间产品生产物流有序、均衡。针对船体制造过程中存在物流信息采集困难，配送及时性、准确性、完整性差的问题，通过面向智能物流的物料追踪、立库管理、线边库管理、托盘配送等方面新技术的引用，提高中间产品理料、配送准确性、准时率、降低中间产品库存，建成面向于船舶制造的车间物流体系。物流管理包括原材料、零部件仓储管理，余料管理，缺料管理以及车间配送管理。
产品建造过程中涉及到车间包括预处理车间、下料车间、部件装配车间、船台总装车间，分析每个车间输入的物料以及输出的中间产品，按照工程号进行分类存放，系统实时记录出入库过程信息。系统包括预处理钢板集配、下料零件集配、分段集配以及生产物料集配，生产物料集配主要来源于物资供应部，为满足现场生产作业需求，根据设计工艺中物料采购清单进行采购的物料。
（4）强化生产过程监管，形成生产透明化管控能力
全面掌控车间生产过程运行状况，及时发现车间生产活动中存在的异动和问题，协同相关部门及时快速反应，对车间生产中存在的风险进行监测、预警，保证车间全部资源和生产行为在控、能控。
充分发挥生产系统信息化的优势，实时汇总分析各类生产信息数据，提高车间生产透明度，结合管理数据实时多维分析，为车间生产决策提供有力支撑，为提高管理效率和经济效益提供保证。看板种类包括生产数据看板、质量数据看板、库存数据看板、设备数据看板、人员数据看板、大屏综合展示等。
图3 生产可视化
3）以数字化工作包为核心服务数字化工位，提高生产制造效率
基于数字化工作包，建立数据服务工位的数据标准和业务体系，实现精益量化派工。高级排产的输入需求为各工序级WJ，工艺规划按工序划分，船舶生产线可划分为预处理、下料、部件装配、船台总装、物流配送等。
在数字化工作包中，设计、计划、物资将为制造服务，形成协同关系。
图4 数字化工作包
数字化工作包中的对象，就是该工序的作业对象，最直观地体现在工序名称中。对于拆解到最小颗粒度的工序，其作业对象就是单个中间产品。比如：预处理工序的对象就是单块钢板；分段运输工序的对象就是单个分段。
数字化工作包中的图纸/工艺，就是指导生产的各类图纸、工艺文件、数据指令，告诉人或者机器，这个工序该怎样做，是设计输出的主要内容。在数字化工艺规划中，设计的重要改变就是要面向工序。在工序确定后，要根据工序的工作内容输出图纸/工艺。数据指令是为了驱动机器执行工序，如现有的切割指令、焊接机器人指令等，在数字化转型的趋势下，会有更多的应用场景，划线印字、焊接工艺下发到数字化焊机等。
数字化工作包中的工位/流向，定义了当前工序（特殊工序除外）在哪里做，前一道工序（特殊工序除外）是什么，后一道工序（特殊工序除外）是什么，根据流向数据，可以在工序细化的基础上自动建立工序流程图。对于特殊工序，也就是物流配送，是由两道不同工位的工序链接后产生的。主要是针对跨间（一级工位）或以上层级之间产生的物流配送需求。
数字化工作包中的工时/周期，就是工序的人工成本和时间成本，工人完成这个工序可以拿到多少定额工时，需要花费多少时间（实动工时）。工时数据流向成本系统，周期数据流向排除系统。工时=周期，或定额工时趋同于实动工时，是对技能的否定，工时=周期×技能，才是鼓励提高技能水平，鼓励用更短的周期完成同样的工时。
数字化工作包中的检验标准，就是工序的闭环要求，做到什么程度，工序就算结束，可以报工，主要针对自检。检验标准包含质量标准和精度标准，是目前较为欠缺的部分，各类要求分散在各份图纸和标准中，难以真正参照执行。没有在每一道工序中进行检验闭环，就会造成累计偏差，导致失控。将工序所需的所有检验标准数字化，降低技术壁垒。
数字化工作包中的资源，就是完成工序需要的关键生产资源，将极大地影响排产的准确性。所有同类型工序不可能在同一时间开展，机器和场地是有限的，所以对于资源要进行定义，然而又无法对所有资源进行定义，实施难度太大，要识别工序的关键生产资源。系统需要建立生产资源数据库，对船厂内的关键生产资源进行梳理，包括能力信息，有助于推进资源与工序的自动化关联。
数字化工作包中的计划，是数字化协同管理给出的生产计划，包含该到工序的计划开始时间与计划结束时间，该时间将作为高级排产输入，但不是必要输入，与实际派工时间存在不一样现象。
数字化工作包中的工单，就是面向工序的派工单，是高排后的产物。将所有工序需要的数据信息整合在一起，以一定的形式派发到施工人员手中，工序完成后在工位机或PDA等终端上进行报工，形成工单的闭环。同时，也激活下一个工序的工单。
2.4 以系统集成为手段，构建数字化设计、制造、管理一体化协同工作体系
1）设计、管理与制造协同
（1）业务集成设计
以“精益管理思想” 指导，梳理、规范全业务管理协同流程，打通全过程数据链路；以提质、降本、增效为目标，以计划为导向 ，数据为驱动，流程为牵引，实现资源优化配置，船舶建造全过程多部门流程化、网络化、透明化协同有序管理，有效支撑数字化船舶建造。通过整理需求、梳理各系统集成的内容和范围，形成总体业务集成框架。
（2）设计与制造协同
基于数据治理、集成接口服务规范体系，通过设计数据标准化和合规校验的集成接口开发，数字化研发设计平台为数字化制造平台提供MBOM、PBOM、三维图纸、物量和工时定额等统一标准的源头数据，满足工位、工序对计划、供应、质量、成本等生产资源的要求，直接指导现场生产作业，业务流程如图5所示。
图5 数字化设计制造协同流程
（3）管理与制造协同
基于数据治理、集成接口服务规范体系，通过协同管理平台和数字化制造系统交互数据标准化和合规校验的集成接口开发，协同管理平台为数字化制造平台提供月度计划、物料库存、设备编号、物流信息等统一标准的源头数据，为车间生产提供计划、物料、质量等全面支撑；数字化制造平台为协同管理平台提供专检申请、设备运行状态反馈、生产计划执行情况反馈等协同信息，从而推进计划、供应链体系更加高效运行。
图6 MES业务流程
计划管理和供应链是双方协同的核心内容。以计划管理为例，生产管理部门等相关部门在计划管理系统上完成三年滚动计划、年度计划、三月滚动计划、月度计划的协同编制后下发至车间MES系统，车间根据定稿的月度计划拆解、编制车间的双周滚动计划、单周计划及小日程计划并依据小日程计划生成班组级派工单，从而指导车间作业。相关车间将生产计划执行情况实时反馈至计划管理系统，为生产管理部门全面掌握生产状态提供系统支持。
2）构建生产指挥综合管控平台
建立生产指挥中心，推进以“创新、协同、优化”为特征的生产管控体系建设，促进技术融合、资源共享、业务协同以及实时状态反馈。生产指挥中心作为数字化产线的集中管控中心，融汇数字化车间数据资源脉络，通过搭载生产指挥综合管控平台，是数字化产线各类信息化应用系统在信息基础设施层面的共建共享、信息资源层面的统一交换、应用集成层面的协同整合和安全与运维层面的集中保障，是数据交互、服务调度、运营管理、决策预判、视频监控、展示体验、应急指挥、培训交流的综合性物理载体。
生产指挥中心对数字化产线的数字化研发设计、数字化协同管理、数字化生产制造、车间安防、IoT设备管理、环境、能源等各类运行数据进行综合监测、展示、统计分析、预判预警，使运营管理人员能够全方位了解产线运行概况，结合各类业务数据实现趋势预测、事件预警，为车间管理、干预、运营工作提供依据，实现车间日常监测、管理、辅助决策以及应急状态下的安防管理和统筹协调。推动公司实现现场调度模式向数字化管控的生产管理模式转型，不断提升管理效率、降低运营成本。
图7 武船智慧运营中心
（1）应用架构
基于数字孪生全要素场景，充分利用大数据、物联网、VR等新一代信息化技术，将经营、计划、供应、生产、质量、成本、财务等相对独立的业务组织成统一、有效的整体；基于业务数据，通过大数据平台进行业务主体分析，有效支撑管理决策，构建数据融合、状态可视、业务可管、事件可控的生产指挥中心，促进产品生产从以人为主的决策向基于数据分析与预测的决策支持方式转变。
图8 生产指挥系统应用架构
（2）核心功能
在实现生产管理模式创新的同时，基于数据应用构建生产指挥中心架构，完成产品生产全过程设计、计划、质量、物流、成本、安全、人员、设备、能耗、环境等数据的智能化、可视化管理及集中展示。
图9 生产指挥中心核心功能
2.5 多网融合的信息安全
为加快智能生产线的信息化建设，助推数字化产线的研发、制造、运营和服务体系形成，公司基于SM网、生产监控网和工控网，实现数字化产线业务安全互联和数据共享，实现IT、OT与DT的全面融合。
3. 效益分析
系统构建以“提质、降本、增效”为目标，以产品建造工艺路线为牵引，打破项目、部门之间的业务壁垒，统筹船体设计、工艺设计、生产计划、物资供应、船体建造、搭载总装、试航交付、运维服务等产品全生命周期过程生产资源，实现生产资源统一调配、综合利用，有效提高公司资源利用率和资源高效配置能力，降低生产运营成本。
1）提高产品生产计划排程和执行过程可视化动态跟踪、监控能力
引进精益造船理念，细化、规范、优化业务流程，采用先进的生产计划排程方法，并利用生产负荷与能力平衡分析方法验证计划排程的科学性和合理性，提高产品生产计划的编制能力和可执行性。同时，通过设备联网和数据采集系统实时获取生产实绩信息，采用数字孪生、三维可视化等技术，实现船体生产过程的动态、可视化呈现，有效提高过程跟踪、监控和预警能力，缩短产品建造周期。
2）提高产品建造多业务融合、协同管控能力
基于统一基础支撑开发云平台，构建产品建造科研、生产、运维、管理等多业务管控一体应用系统，实现数据共享、流程贯通、业务协同，高效支撑科研、生产、运维、管理等业务融合，提高产品全生命周期过程协同管控能力。
3）提高产品质量检测和动态跟踪与质量信息追溯能力
通过对产品建造过程质量检测设备的升级改造、联网及质量数据实时采集，实现产品建造过程质量在线自动检测和控制。并通过质量管理系统，记录、采集产品全生命周期过程质量信息，实现产品建造过程质量过程动态跟踪，基于产品质量BOM的质量信息追溯，提高产品建造质量。
4）提高产品建造智能决策能力
基于统一基础支撑开发云平台构建的生产管理信息系统、船体数字化车间系统、智能物流系统，在数据、应用和流程上集成一体，有效支撑产品建造科研、生产、运维、管理的数据采集、挖掘处理和主题分析，为公司智能决策提供全面支持。
5）提高系统运行、维护、安全的基础支撑能力
为保障生产管理信息系统、船体数字化车间系统、智能物流系统和智能决策支持系统正常运行，构建服务器、存储系统、网络系统、安全审计系统等软硬件环境，有效支撑系统的正常运行、维护和运维。
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