随着新一代信息技术向制造技术的加快渗透，现代工业已经迈入智能制造发展阶段。为了抓住这一发展机遇，我国各领域加快了企业融合创新和生产管理变革，形成了一系列新模式、新产业。目前，世界海运量增长乏力、内生需求动能不足，船舶行业步入了新的攻坚阶段，面临残酷产业结构调整和转型升级，发展智能制造成为船舶工业大势所趋，也是建设成为海洋强国和制造强国必经之路。

“智能工厂”最早由美国提出，将工业化和信息化进一步高度融合，在数字化技术的基础上，把物联网的技术和监控技术进一步整合，强化了信息管理和服务。后来，随着大数据分析平台、云计算等的提出，结合一些新兴技术，形成了将工业机器产生的数据转化为实时信息的系统，构建一个节能高效、绿色环保、舒适的人性化工厂。目前智能工厂概念仍众说纷纭，其基本特征主要有制程管控可视化、系统监管全方位及制造绿色化等3个层面^[1]。船舶智能制造也可以理解为基于新一代信息通信技术的新型制造模式，最突出的特点是能够有效缩短建造周期，提高生产效率和产品质量。由于智能造船发展刚刚起步，对于船舶智能制造的模式、内涵、基本特征等仍处于研究探索阶段，本文结合历代造船模式发展，研究探索船舶智能制造模式及基本特征，为构建船舶和海洋工程装备智能制造体系和标准建立提供参考。

1 船舶制造和智能制造主要阶段 1.1 船舶制造技术发展阶段

参考美国L.D Cirilo先生绘制的造船技术发展史的水平(详见图 1) ，造船业由于先后引进了“铆接技术”、“焊接技术”、“信息技术”、和“智能技术”而形成了5级造船技术水平。到目前为止，我国船舶制造业经历了3个阶段，正处于第4阶段形成了为以“中间产品”专业化生产的集成制造模式，其基本内涵是以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳(船体建造)、舾(舾装)、涂(涂装)作业在空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船^[2]。

当前，我国工信部等部委正在组织开展船舶智能制造基础共性标准试验验证研究，包括标准体系、术语和定义、集成与互联互通、人机交互与协同、智能工厂(车间)、工业控制网络/工业物联网、工业云服务模型、工业大数据服务、工业互联网架构等方面研究。

1.2 智能制造发展阶段

目前，工业发展主要分为2种发展情况，一种是采用传统制造的奢侈品或高附加的工艺产品，另一种是随着自动化工业发展的大规模批量化产品。随着信息技术发展和应用，数字化生产和信息化经营管理作用越来越显著。在传统制造技术基础上，融合数字化、信息化技术手段，产生了新型制造方式，并从数字化工厂逐步向智能制造发展。

1) 数字化工厂

数字化工厂是在计算机建立的虚拟环境中，利用仿真技术对生产过程进行模拟，并根据评估和优化优化结果进行组织生产的生产方式，加强了产品设计和制造联系，提高了生产效率，其质是信息的集成。

2) 智慧工厂

智慧工厂是数字化工厂升级版，加强信息管理，采用物联网技术、监控技术，提稿了设计和生产过程的可控性，优化了计划排程。智慧工厂初步具备了自我学习和自行维护能力，通过扩增实境(Augmented Reality)技术，将真实的环境和虚拟的物体实时叠加到同一个画面，实现人与机器的相互协调合作，本质是人机有效交互。

3) 智能制造

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式，更好的发挥人的核心地位和潜能，将机器人和人有机集成在一起，互相配合，其本质是人机一体化。

2 船舶智能制造顶层规划 2.1 建立船舶智能制造模式的总体思路

首先，基于先进制造理念，结合造船技术特点，梳理分析船舶制造总体工艺流程、主要物流、生产主要信息流等；其次，基于数字化技术和智能技术，将工艺流程、物流、信息流集成，建立智能制造基本框架；然后，完善船舶智能制造技术体系和标准体系；最后，在工业大数据、工业物联网和工业机器人的基础上，突破智能制造关键技术，实现数字化装备、数字化车间、智能监控设备等方面集成，向人机一体化智能制造转型升级。

1) 工艺流程、物流和信息流的融合

船舶智能制造主要基于工艺流、物流和信息流3方面融合。工艺流程指船厂生产工艺流程；物流指整个生产过程物资从采购、运输、生产直到交付物资运行情况；信息流指生产经营全获取、传递、交换、储存等信息过程，信息流不仅包括计划、生产设计、物流信息外，还包括采购、进度、质量、安全、沟通、文档、修改/返工等方面，信息管理系统最为复杂，目前虽有许多应用较为成熟的CIMS管理软件，但尚未到达智能化程度。

2) 数字化技术和智能技术应用

数字化制造技术主要包括：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助检测(CAT)、计算机辅助装配(CAA)、计算机辅助工程(CAE)等。制造模不断发展完善，各种制造系统模式的总数可能超过了100多种^[3]。

近几年智能技术发展取得明显成效，工业机器人、智能仪器和仪表、高档数控设备发展迅猛，离散型行业制造装备的数字化、网络化、智能化步伐加快，制造业不断探索、逐步形成了一系列智能制造的新模式。

2.2 船舶智能制造顶层设计

1) 船舶智能制造新模式的内涵

基于现代造船模式理论、精益制造理论、智能技术等，本文提出船舶智能制造模式概念，其基本内涵为以模块化设计建造为基础，以数字化流水线为导向，应用物联网技术，使造船工艺流程、物流、信息流一体化，实现无缺陷、准时化生产；应用智能技术，使智能机器和人一体化，实现决策、规划、设计、调度、监测、生产、管理等人机高效交互，通过工况在线感知(看)、智能决策与控制(想)、装备自律执行(做)等闭环过程，不断提高完善装备性能、增加自适应能力，实现健康、安全、环保、人性的智能化总装建造。

2) 船舶智能制造的基本特征

a) 实现智能决策、智能规划、智能调度、设备智能管控；

b) 采用数字化流水线、智能机器人生产线，实现智能化的脉动式生产方式；

c) 数字化车间、数字化生产线、数字化生产单元、数字化操控；

d) 数字化装备完全集成，信息全部集成，信息实时有效传递；

e) 全数字化装备和智能机器人自律执行；

f) 人机有效交互，最终实现人机一体化。

3) 智能船厂的基本框架

智能船厂(见图 2) 依靠基于三维模型的虚拟建造平台、基于智能管控的生产管控平台和基于物联网的数字化物流平台，通过合理布置数字化生产线、专业工业机器人生产线等，实现船舶智能制造。

4) 智能船厂需突破的关键技术

建立智能船厂还需利用智能传感技术、计算机网络技术、自动控制技术、人工智能技术、现代管理技术等，实现工厂生产自动化、网路化、数字化和智能化。因此，需突破的关键技术如下：工业物联网技术；

工业大数据和云服务技术应用；工业机器人技术(机器人及工艺数据库、视觉跟踪数据库、作业动作数据库)；知识工作自动化技术(包括智能控制、机器自主学习、人机接口等)；增材制造技术应用(如3D打印)；虚拟现实技术智能化；人工智能技术；工业网络安全技术。

3 典型数字化、机器人生产线应用案例

随着科学技术的不断发展，无论欧美日韩、国内合资企业、南北集团下属船舶建造企业乃至私营船厂，在新建工厂、旧厂改造、技术革新等方面都已经发生了巨大的变化。从切割下料、零件加工、部件装配、小中大组立焊接、管子焊接、电缆敷设等专机或机器人应用，到数字化车间，乃至数字化工厂的建设都有了重大突破。

1) 异地协同设计制造

上海中远为巴西ECOVIX 公司进行8 条FPSO 的详细设计和生产设计工作，采用了异地协同的方式。项目设计地点在上海，建造地点在巴西，区域跨度大，信息交换量大，应用鹰图设计软件的异地协同和同步的功能，巴西能够实时调用三维模型和图纸。

2) 钢板高精度激光切割流水线

日本川崎已经采用钢板高精度激光切割流水线(见图 3) 。

3) 型钢机器人切割流水线

大船、广船、沪东、上船、川崎、招商重工等已实施型钢机器人切割流水线生产(见图 4) 。

4) 自动火工弯板机器人或三维数控曲板加工

韩国三星采用自动火工弯板机器人(见图 5) ，江南造船与山东硕力机械已签订SKWB-2500船舶三维数控弯板机租赁协议。

5) 小组立生产线

日本坂出工厂、韩国大宇、三星、国内南通川崎已采用机器人焊接流水线(见图 6) 。

6) 中组立生产线

日本坂出工厂、韩国大宇、三星等已广泛应用中大组立焊接机器人(见图 7) 。

7) 分段制造相关机器人

分段制造方面采用机器人主要包括：内部空间焊接机器人、涂装机器人、清扫机器人、管子检查及清洗机器人等(见图 8) 。

另外，大宇造船和海洋工程成功地开发“布线机器人”，它能够自动在船舶和海上安装电线。

4 结论

本文提出了实现船舶智能制造的总体思路，提出了船舶智能制造模式内涵、基本特征，研究形成了智能船厂生产的基本框架，分析了需要突破的关键技术，得到如下结论：

1) 船舶智能制造是船舶制造工艺流程、物流、信息流等与智能技术相结合对产物。

2) 船舶智能制造模式内涵、基本特征能够较准确地反映船舶智能制造基本目标，阐述了典型数字化流水线、机器人生产线现状，具有一定的参考意义。

3) 本文虽然提出的船舶智能制造的顶层规划、模式内涵和基本特征，但是要形成机器智能和人一体化还需要进一步的深入研究。