摘要：LNG 运输船是确保国家能源战略安全和双碳目标实现的重要载体，绝缘箱是 LNG 船液货舱围护系统绝热层的关键组成部分，其制造质量和效率直接影响到 LNG 船的质量和安全。柔性生产模式能够快速响应市场需求，适应多品种的产品生产，为 LNG 船绝缘箱生产设施的构建提供新的思路。本文对柔性生产和 LNG 船围护系统概念进行阐述，对基于柔性生产模式构建绝缘箱生产设施的必要性进行分析，旨在提高绝缘箱生产的柔性、效率及品质稳定性，降低生产成本，并为 LNG 船建造的高质量发展提供强有力的支撑。

关键词：柔性生产；LNG 船；绝缘箱；生产设施

LNG ships are important carriers for ensuring national energy strategy security and achieving dual carbon goals. The insulation box is a key component of the insulation layer of the LNG ship's liquid cargo hold enclosure system， and its manufacturing quality and efficiency directly affect the quality and safety of LNG ships. The flexible production mode can quickly respond to market demand， adapt to the production of multiple varieties of products， and provide new ideas for the construction of LNG ship insulation box production facilities. This article elaborates on the concepts of flexible production and LNG ship containment systems， and analyzes the necessity of constructing insulation box production facilities based on flexible production models. The aim is to improve the flexibility， efficiency， and quality stability of insulation box production， reduce production costs， and provide strong support for the high-quality development of LNG ship construction.

前言：在世界能源结构向低碳化方向发展的背景下，天然气作为一种清洁能源日益受到重视，液化天然气（LNG）运输行业进入新一轮高速发展时期。LNG 船是液化天然气海上储运的核心关键设备，因其技术含量高、附加值高、技术难度大，被称为船舶工业“皇冠上的明珠”。绝缘箱是 LNG 船液货舱围护系统的核心部件之一，其主要功能是隔热保冷，降低 LNG 储运过程中的冷量损耗，并减少低温深冷对船体结构的损害，围护系统耐低温、超长期服役和平整度等对绝缘箱制造精度及品质稳定性提出极高的要求。柔性生产模式指的是通过模块化设计、设备自动化、管理智能化等方式，对生产过程进行灵活地调整和快速响应，对多品种、批量差异化较大的生产需要进行有效的应对。

一、相关概念界定（一）柔性生产

柔性生产是将模块化设计、智能化和信息化管理相结合，适应市场动态变化的生产模式。该方法的核心是通过调整生产要素的组合，实现产品的品种、批次和工艺的快速转换。这种模式以工业物联网为基础，实现设备的互联，并通过大数据的分析，对生产计划进行优化。利用人工智能来提高对过程的控制精度，同时还强调设计、采购、生产等多个方面的协同联动，对多品种小批量的生产场景进行有效地处理，同时兼顾生产的灵活性和效率，是一种适应制造业转型升级的重要生产模式[1]。

（二）LNG 船绝缘箱

LNG 船绝缘箱是液化天然气运输船液货舱围护系统的关键、核心零部件，主要由层压板、玻璃布和聚氨酯泡沫等组成，其主要功能是维持液货舱-163℃的超低温环境并防止天然气泄漏。它有三个主要特点：为确保围护系统密封性，其尺寸精度必须控制在±1 毫米以内；要求能承受极低的温度和船舶的振动，对可靠性有很高的要求；技术升级快，多代围护系统技术并存，绝缘箱建造过程中需要快速切换，并适应总装造船生产对绝缘箱供应量的波动需求。

（三）专用生产设施

LNG 船绝缘箱专用生产设施是指 LNG 船绝缘箱生产及存贮专用的厂房、设备、生产线及其配套系统的总称。基于柔性生产的专用生产设施，是一种将柔性生产理念与技术融入到传统生产设施中，具有能够迅速调整生产参数，适应多品种生产能力的生产体系[2]。

二、基于柔性生产模式建设LNG 船绝缘箱专用生产设施的必（一）适应技术升级换代的需求

目前造船市场主流的LNG 船货舱围护系统有NO96 型和MARK III 型两种，为降低了货舱的蒸发率，同时也提高了抗晃荡能力，这两型系统近年来呈现出优化升级周期不断加速的趋势：对于 NO96型，GTT 在标准系统基础上，陆续推出了 NO96 GW 型、NO96 L03 型、NO96 L03+型、NO96 Max 型和 NO96 FLEX 型；对于 MARK III 型，GTT 在标准系统基础上，又推出了 MARK III FLEX 型、MARKV 型和 MARK FLEX+型，且两种技术有加速整合的趋势。这使得作为围护系统关键部件的绝缘箱更新换代越来越快，规格品种也越来越多。传统的刚性制造系统很难对这一变化做出快速反应，而且更换生产线需要耗费大量的时间与成本。基于柔性生产的专用生产设备对生产过程及设备参数进行快速调整，实现不同种类绝缘箱的快速切换，以满足市场多样化的需要[3]。

（二）提高生产效率和设备利用率

传统的刚性生产线生产流程及设备布置方式固定，在生产任务不充分、产品品种多变等情况下，容易造成设备闲置或者不适应新产品建造，设备利用率低下。柔性生产模式采用模块化装备和灵活的生产线布置方式，根据生产任务对设备组合及生产流程进行灵活调整，达到最优配置设备资源，提高设备利用率。同时，通过智能调度系统，柔性生产对生产计划进行合理地安排，缩短等待时间，提高生产效率。

（三）保证产品质量稳定性

LNG 船绝缘箱作为LNG 船绝热保冷的关键零部件，其质量对 LNG 船的安全运行有很大的影响，在制造过程中只要有一点差错，就会造成严重的后果。在传统的生产模式中，生产过程中人为干预多，容易受到人为因素的影响，造成产品质量波动。以柔性生产为基础的专用生产设施，利用自动化生产设备及智能检测系统，对生产过程进行精确控制，并对质量进行实时监控，降低人为干扰，确保产品质量稳定[4]。

三、基于柔性生产的LNG 船绝缘箱专用生产设施建设路径

（一）柔性化设施布局

1. 模块化厂房设计

采用模块化的厂房结构设计，将车间内生产区域划分为若干个独立的生产单元，各生产单元根据生产需要配置相应的设备及人员，如木加工区、标准绝缘箱装配区、非标准绝缘箱生产区等。各生产单元之间由自动导引车和小车等柔性运输系统相连，以实现快速运输。这种布置方式有利于对生产单元数量及功能进行调整以适应生产任务，提高厂房空间利用率及生产柔性。

2. U 型和I 型生产线布局

结合生产工艺流程需求，在各生产单元内采用 U 形或 I 型布局，各生产设备根据生产流程按 U形或I 型排列。U 型布置方式有利于实现循环物流，缩短运输距离和时间，同时也方便操作人员在 U形生产线上多道工序作业，提高生产效率和员工的利用率；例如绝缘箱木自动化加工系统中，将数控裁板、数控砂光、镂铣加工中心、数控双边修边和四面刨边等工序按照 U 形布置，使得胶合板加工过程中从原材料输入，到预处理、剪切、钻孔开槽、开槽挖角及集群钻孔等过程都是连续的，将中间的材料堆积降低到最小[5]。对于物料单向流动的绝缘箱自动化装配生产线，则采用I 型布局，最大限度缩短传输距离，减少物料回流。

（二）柔性化设备选型与配置

1. 模块化生产设备

模块化生产装备的核心是采用标准化部件与可更换模块，实现多种规格产品的快速切换。以冲压设备为例，采用可拆卸模框设计，将不同尺寸的模具用统一的接口连接到主机上，在更换过程中不需要进行繁琐的调试，只需要进行简单的机械对位即可。以木加工成套设备为例，将传统的单机设备集成为自动化生产线，支持“一键换产”。操作者只需要在控制面板上选择预设的程序，就自动完成模块的切换及参数调整，从而避免传统设备为改变规格而进行的大规模改造，大大提高生产线的适应性。

2. 智能化自动化设备

智能自动化设备采用智能算法与机器自动控制技术，减少人工干预，提高加工精度。绝缘箱的制造过程中，工业机器人扮演着重要的角色，在组装过程中，机器人通过搭载视觉系统实现聚氨酯板与胶合板的毫米级定位 （±0.5mm） ），通过七步法完成底层部件自动涂胶（涂胶量 400g/m²±20g/m²; ）、滚压与校正，消除人工装配错边问题，模块化夹具支持多规格绝缘箱快速切换，避免人为操作造成的质量波动。自动装配线，集成填充、压实、密封检测等工序，兼容标准箱与非标箱生产。自动化立体库，采用4 巷道堆垛机与高层货架，存储密度提升3 倍，支持绝缘箱的自动化存储与拣选，出入库效率120箱/小时。智能检测设备就像是“隐形防线”，集成红外热像仪与激光测厚仪，实时监测涂层厚度（±0.1mm）及胶层固化状态，缺陷识别响应时间 <3 秒，使产品在出厂前就能发现隐患。

3. 设备互联互通

设备互联是把分散在各个领域的生产装备连接在一起，形成一个有机的整体，实现实时的信息共享与协作。中央控制系统就像是“神经中枢”，将各个设备的数据汇总在一起，显示着各个生产环节的运行情况。装配设备接受前道工序的尺寸数据，自动校正装配位置及装配顺序，避免微小误差给装配带来的困难。这种协同机制将原本各自独立的设备进行联动，由前道工序对后道进行准确判断，后道则对需求进行反馈和调整，让整个生产过程像是一台精密的钟表，在保证生产连贯性的同时，也能降低信息不对称带来的错误。

（三）柔性化生产流程优化

1. 并行工程

将并行工程思想引入产品设计阶段，组织设计、制造、采购等部门的人员，同步进行绝缘箱的设计、工艺规划和生产准备。采用并行工程技术，大大缩短产品设计与生产准备时间，提高生产过程的响应能力。

2. 成组技术

把不同种类的绝缘箱按结构相似和工艺相似程度进行归类，组成多个产品族。针对每一类产品，建立标准化的生产流程及工艺参数，使同一品种的产品能够集中生产、批量加工。成组工艺可缩短设备调试时间，缩短生产周期，提高生产率。例如，将尺寸相近、结构相近的小尺寸绝缘箱归入同一产品族，采用同样的加工设备及工艺规程进行生产；

3. 快速换模技术

自动装配线采用可调节夹具与快速换模装置，支持多品种、小批量生产。

（四）柔性化智能管控系统

1.生产执行系统（MES）

建立生产执行系统，对生产过程进行实时监测、调度与管理。MES 系统从上层 ERP 系统接收生产计划，把生产计划分解到各生产单位及设备；同时，通过对生产设备的操作、生产进度、质量测试等数据的实时采集，实现对生产过程的动态跟踪与调节。在 MES 系统的帮助下，管理者能够及时掌握生产进度，设备状况，质量状况，及时发现并解决生产中出现的问题。并能够同步客户需求变化，快速调整生产计划，适应LNG 船订单周期性波动。

2.大数据分析平台

构建大数据分析平台，挖掘设备运行、质量检验、生产调度等海量数据。通过大数据分析，发现生产过程中存在的瓶颈，从而优化生产计划与资源分配；预知设备失效风险，提前做好维修工作，缩短设备停工期；通过对产品质量波动的原因进行分析，提出改进措施，提高产品质量的稳定性。

3.数字孪生系统

以绝缘箱生产为研究对象，通过构建虚拟生产模型，模拟生产过程的多种情景，实现对生产过程可视化、虚拟化管理。数字孪生系统用来验证与优化生产计划，在生产前模拟生产计划，找出可能存在的问题并加以调整；同时，该系统还对生产过程进行远程监测与故障诊断，并将其与实际生产过程进行实时对比，及时发现并修正生产过程中的偏差。

四、基于柔性生产的LNG 船绝缘箱专用生产设施应用案例

（一）案例背景

某企业是 LNG 船绝缘箱的主要生产商，为满足市场对绝缘箱品种多、技术升级换代快的要求，提出基于柔性制造理念的 LNG 船绝缘箱专用制造设施。工程占地面积 61000 平方米，新建建筑面积35000 平方米，新增工艺设备及系统4 台（套），总投资2.87 亿元，2021 年开工建设，并2022 年竣工投产，到目前为止，运行稳定并按计划达产，满足了造船生产对绝缘箱的供应需求，适应了生产波动的特点。

（二）设施建设内容

在柔性设备布置上，采用模块化工厂设计，将生产区域划分成6 个生产单元（分别负责绝缘箱的原材料储存、胶合板数控加工、半成品集配、标准箱装配、非标准箱装配和成品立体库等），各个生产单元由自动导引车相连；每一生产单元内均采用U 形或I 型布局，以提高生产率；在柔性设备配置方面，购置绝缘箱木材自动加工系统，绝缘箱自动装配系统和智能成品立体库等设备，并利用工业物联网技术，实现设备的互联；在智能管控体系建设方面，通过构建 MES 系统、大数据分析平台等技术手段，对生产过程进行智能控制。

（三）应用效果分析

新建成的绝缘箱生产设施兼容当前及未来 L03/L03+，GW，FRSU 等技术标准绝缘箱及部分非标箱，将传统木加工单机设备集成为自动化生产线，实现“一键换产”，换型时间从1 小时缩短至15 分钟，加工精度提升至±0.5mm；采用五轴联动加工中心，兼容异形箱体加工，通过3D 视觉识别技术自动调整工艺参数，减少人工干预。通过工业互联网平台建设，实现各主要工序的实时数据交互，生产节拍由 27 分钟/只缩短至 12 分钟/只。自动装配线集成玻璃棉填充、珍珠岩压实、密封检测等工序，兼容标准箱与非标箱生产，单线产能翻翻，故障率≤0. 5% ；引入视觉系统，对箱体拼接缝、填充密度进行在线检测，缺陷识别率≥99 5% 、产品不良率降至 0.3% 。部署自动导引车与堆垛车，通过导航与调度系统实现物料“货到人”配送，减少人工搬运时间60%。通过MES 系统实现订单排产、设备状态监控、物料配送的协同优化，设备综合效率（OEE）提升至 85% 。

同时，通过历史数据挖掘质量问题根源，优化工艺参数和算法，材料利用率由90%提升至 95% 。自动化率提升至 80% 以上，人工成本降低 50% 。

通过采取如上措施，该专用生产设施稳定投产的第一年即成功达产，并随着企业对新生产设施的不断熟悉，产能还在进一步提升中，满足自身绝缘箱需求的同时还可以为其他企业实现配套。

以柔性制造为基础，构建LNG 船绝缘箱专用生产设施，是满足LNG 船围护系统专业技术多样化发展的必然趋势，对提高绝缘箱制造柔性、高效、质量稳定具有重要意义。通过模块化的设备布置、自动化设备选型、流程优化以及智能管控系统的构建，有效地满足多品种绝缘箱批量生产的需要，降低生产成本，提高企业在市场上的竞争力。随着智能制造技术的深入发展，LNG 船绝缘箱专用生产设备的智能化和协同性将进一步提升，为我国 LNG 船制造业的高质量发展提供更有力的支撑。

参考文献：

[1]何江华，马文昭，周文鑫，等. 基于视觉识别的LNG 船绝缘箱安装机械手[J]. 造船技术，2024，52（5）：71-74.

[2]屈继强. LNG 船绝缘箱生产技术准备阶段的管理研究[J]. 船舶标准化工程师，2021，54（4）：101-17.

[3]徐军，赵亮，马文昭. LNG 运输船液货围护系统次层绝缘箱质量跟踪系统[J]. 造船技术，2024，52（2）：47-51，92.（2）：

[4]岳鑫，孔谅，曹恒，等. LNG 船用聚氨酯绝缘箱胶接工艺及关键技术[J]. 船舶与海洋工程，2023，39（2）：62-68.

[5]祁伟民，李芳，屈继强，等. LNG 船标准绝缘箱打钉机器人轨迹规划[J]. 造船技术，2021，49（5）：77-80.