日本造船业CIMS现状与未来发展趋势研究

日本造船业CIMS现状与未来发展趋势研究

计算机在日本造船业的应用起始于上世纪50年代中期，主要应用对象是简单的数值计算和外板展开。随着计算能力的提高，计算机又被逐渐应用到船舶结构和性能计算当中。80年代中期，受人力资源老化、日元升值、国内其他制造业蓬勃发展的影响，日本造船业决定推进实施计算机集成制造(CIM)计划，在长达20多年的时间内，其研究范围和内容不断拓展，研究重点从一般的CAD/CAM/CAPP基础上的集成、通用产品模型环境(GPM日发展到高级计算机集成制造(AC IM)。目前，日本造船企业已具备对包括设计、材料加工、装配、栖装等生产过程在内的各阶段的信息集成能力，形成了能满足船型结构开发、产品设计、生产计划与调度、自动化等方面的计算机集成制造系统(CIMS)。

一、日本造船CIMS发展历程

日本造船业实施CIM计划起因有两方面。内部需求方面，日本造船业经过60, 70年代的辉煌期后，受航运市场不景气的影响，渐趋进入低谷;同时，还面临日元大幅升值、造船人员老龄化等一系列现实问题，从而使日本造船业意识到，需要摸索并采用能提高造船竞争力的新型制造模式。外部影响方面，在日本造船业处于低潮期间，国内电气设备、汽车等制造业的竞争力不断增强，主要原因之一就是这些制造业成功实施并应用了CIMS,在改善产品质量，降低制造成本，缩短产品上市周期等方面取得了显著效果。比如，通过CIMS的应用，电气设备、汽车等劳务费用在总成本中的比例降至10%以下;又如，由于大量自动化生产线的投入使用，使从事这些行业的工人技能要求降低，汽车产业工人经过1周的培训就能上岗。与其形成明显对比的是，造船行业的劳务费占整个建造成本30%(为世界高工资国家之一)左右，且造船过程需要具备许多专门技能，造船工人一般需要经过10年时间的师傅传帮带后，才能独立上岗。以上两个因素的共同作用，使日本造船业认识到，CIM是日本造船业未来新型造船模式，如果实施CIM，将取得较汽车等其它制造产业更大的收益，会大幅度降低造船成本，提高生产效率。为此，日本造船学会将来技术研讨委员会于1985年提出并决定实施CIM，建立造船业CIMS，并将其作为今后10年造船实用化技术。

由于CIMS起源于美国汽车制造业，日本造船业对其概念理解还较为模糊，于是，在1986-1988年的3年间，日本造船业围绕造船业CIMS概念与内涵、应用可行性、经济可行性等问题进行了详细研讨。经过事前这些深入研究后，日本船舶和海洋财团决定对“造船C I M S工程”予以正式立项。1986 -2000年日本造船业CIMS发展历程及各阶段的工作重点如图1所示。

由图1可知，1989-1991年期间，日本造船业进行了“造船CIMS辅助模型”的开发。1992一1993年，包括7大造船公司本部长等在内的相关人士进行了“造船业CIM构建模型的开发研究”规划，各船厂相互交流了实施CAD的经验，探讨了新的研究方法，并达成在各家船厂实施CIM的共识。但在各船厂推进各自CIMS的实用化时期，由于设计系统和生产援助系统(生产管理、工厂自动化等)之间联接的薄弱，造成与CIMS预期目标相距甚远。尤其是在严峻的竞争环境下，必须进行面向生产的设计，要求充分处理生产必需的信息，再通过生产模拟后反馈给设计，从而迫切需要具有原来系统所不能全部处理的作业支持系统—产品模型(PM)，也就是我们所熟知的产品数据管理(PDM)系统，从而在异构、分布式计算机环境中实现船舶企业内各类应用系统的信息集成、功能集成和过程集成。1994年，7大造船企业就共同开发“产品模型”的可能性进行了研讨，并在1995一1996年开发PM的基础上，制订出了GPME(General Product Modeling Environment)发展计划—建立产业通用产品模型的开发研究!并分解到各造船公司自行的产品模型开发研究之中。参加CIMS开发的各船厂通过把开发的PM与本公司的CAD数据联接，实现了原先不能达到的高级处理系统，使原先的CIMS实现高级化，原有CIMS提升为高级CIM(ACIM),其参考体系结构如图2所示。

二、CIMS重点项目及开发方法

在CIMS计划实施期间，日本7大造船公司均开发了相应的CIMS系统。随着2003年日本造船业的重组，形成了6大专业化造船公司，其对应的CIMS系统名称、功能如表1

所示。

在具体实现CIMS的手法上，各公司均以当时最新信息技术为基础开发自己的系统。归纳而言，开发方法大致可分为如下3类:

第一类，独自开发。公司自己开发系统各种功能，所需要素技术包括数据库功能、几何/模拟功能、界面功能等。需要的条件包括:需要有解决技术性课题的能力和大量投资;全系统要求规格的设定、检验必须在开发的基础部门(船舶)实施，还需解决从设计、作业部门指派人员的问题;系统完成后的维护、最新信息技术的收集等，还得继续投资。该方法的最大优点体现在:能构筑出自己所设想的，与本公司企业文化充分协调的系统，并能达到最大限度的效率。

第二类，造船专用模块系统的引进。调查、评估市场上可购买的系统，采用当时企业界通用的模块系统，并通过一段时间的磨合，逐渐让人员适应系统的应用。存在的问题就是引进的系统未必与本企业的文化、工作方式一致，在相当长的时间内，让人感到非常的陌生。

此外，购买系统还必须与本公司物料、调配、生产管理、工厂自动化设备等现有或新系统衔接，用户必须自行开发系统接口。

第三类，介于上述两种方案之间。与第二种造船专用的模块系统引进的场合不同，区别在于模块的基本部分、数据库管理的基本部分采用所购系统提供的功能，其它部分(如:模拟顺序/菜单、数据库结构等)由本公司自己开发。当然，系统的性能和开发维修费用也处于上述两种方案的中间。

需要进一步说明的是，各造船公司在选择上述3种方案中的任一方案时，为了真正发挥系统的功能，造船企业不仅要比较这些功能和费用，还要激发经营层的开拓意识、作业人员的工作热情，以实现业务呈螺旋上升。此外，系统功能以外的因素考虑起来也较多，不仅是总体构思，即使是构成CIM的一个系统，若不渗入设计人员和作业人员的理念，也不能达到随心所欲地使用，这些都与系统方面的适应能力、开发方法有密切关系。因此，不能一概仅以价格的大小来判断系统的优劣。

三、日本实施造船CIM的特点分析

针对日本造船业CIMS发展历程，结合各企业形成的CIMS和具体开发方法，可以看出，日本实施造船CIM有如下3方面的特点:

(1)政府主导计划

日本政府非常重视造船CIMS}研究，相继推出的CIMS, CALS,}LINKS以及电子商务、自动化设备}研制等各项计划，政府主导一一财一团出资一相关企业牵头是其主要实施模式，体现出日本政府主导产业发展的特征。

(2)CIM S研究受外部影响较大

日本造船CIMS系统研究的黄金时期是上世纪80一90年代，内外两方面因素的促进使其得到了发展，2000年以后，受世界船舶市场走低、日本造船竞争力下降、造船业在母公司中的地位下降等因素的影响，日本造船业CIMS研究基本处于停滞状态，2005年年初，受造船能力限制及世界船舶需求大增等因素的作用，新一轮由企业白发进行的CIMS开发得以开始。

(3)软件开发路径各异

日本造船的CAD/CAM, CIMS软件的开发方式各不相同，如三菱凭借自身的实力自主研发了MA下ES系统，!日}联合则与住友一起研发CIMS的核心模块，再分A IJ形成自己特色的系统，而川崎重工从一开始，就借鉴国外现成软件——Tribon作为技术的核心，在此基础上形成了自己独特的软件系统。

四、日本造船业CIMS发展方向

如前所述，日本造船业经历了一个循序渐进的发展过程，从不断发现问题到不断调整，