數字化造船現狀、趨勢及對策分析

宋雷 趙立響 任昱衡

引言：數字化造船是以造船知識融合為基礎，以數字化建模仿真與優化為特征，將信息技術全面應用于船舶的產品開發、設計、制造、管理、經營和決策的全過程，最終達到快速設計、快速建造、快速檢測、快速響應和快速重組的目的。

一、數字化造船技術發展狀況

（一）國外發展現狀

日本IHI、住友等已在各種信息系統和船舶通信網絡基礎上，著手“大數據”在船舶工業應用。韓國三星、現代大量開發應用各種信息系統，并利用超高速網、轉送大容量的數據，取得了顯著的成果。美國作為軍用艦船制造領先國家，采用數字化、虛擬企業、舾裝單元流水線和激光機器人等技術的全新軍用艦船建造方式， 實現了低成本、高質量的艦船制造。

（二）國內發展現狀

國內造船企業目前引進或開發了各種信息系統，如CAD/CAM系統、PDM系統，虛擬仿真；有的企業引進了國外造船CIMS系統，并在二次開發的基礎上開始了設計生產一體化的應用實施，并在船舶焊接工藝智能設計，精益造船系統、船舶虛擬仿真平臺取得突破。

（三）國內外技術差距

我國造船企業在造船數字化方面，與美日韓同行仍存在較大差距，主要體現在：

1.船舶數字化設計方面，基于3D模型的CAD/CAM已得到了廣泛應用，但基本送審設計和生產設計之間的信息載體仍為紙質圖紙，全過程的三維設計遠沒有實現。CAE的應用局限于設計分析階段，在船舶建造過程中CAE的應用程度不足。

2.造船數字化管理方面，CAPP、PDM、CIMS等船舶建造信息支持系統以單個應用為主，標準和編碼等基礎工作不夠扎實，并缺乏準確而齊全的基礎數據庫。

3.船舶數字化建造方面信息流對生產設備和設施僅僅是離散型的驅動，并且僅局限于船體部件加工階段，船舶建造過程中的集成度、自動化程度和數字化程度還相當低。

二、未來發展趨勢

在先進造船理念和新技術浪潮的推動下，船舶科技迅猛發展，造船數字化技術發展的趨勢已初現端倪。

（一）基于數字化技術的造船模塊化

模塊化造船是通過組裝單元件和標準件，形成造船中廣泛采用的結構模塊、舾裝模塊、殼舾涂一體化模塊，這些模塊具有獨立功能、通用性和特定界面，最終在船臺（塢）內合攏成船舶，使船廠真正成為了總裝企業。發達國家船舶制造普遍采用殼舾涂一體化集成制造模式，并向模塊化建造過渡。

（二）基于數字化技術的造船智能化

智能化造船是造船生產的最高階段，它以企業為對象，在系統科學的指導下將企業的全部生產經營過程（包括市場研究、經營決策、產品設計、加工制造、生產管理、銷售及服務等）采用軟硬件綜合成一個由智能計算機、自動化裝備所組成的集成系統，在制造過程中廣泛采用切割機器人、裝配焊接機器人等智能化制造裝備進行加工和裝配，使船廠逐漸成為沒有灰塵、沒有危險和沒有疲勞的真正現代化工廠。

（三）基于數字化技術的造船網絡化

網絡化制造是按照敏捷制造的思想，采用互聯網技術，建立靈活有效、互惠互利的動態企業聯盟，有效地實研究、設計、生產和銷售各種資源的重組，利用計算機網絡，集成和流通科研、設計、生產及其過程控制信息和經營、管理、服務等信息，從而提高企業對市場的快速響應能力和競爭能力。

（四）基于數字化技術的造船綠色化

發展綠色船舶是全球造船界的選擇。綠色造船技術不是單一的綠色制造技術，它涉及船舶設計、建造、配套、原材料、標準、管理等各個環節，是一項復雜的系統工程。實施綠色造船的源頭在綠色設計，實現的手段是綠色工藝技術與裝備，實現的基礎在于綠色管理，實現的關鍵在于數字化技術。

三、發展思路分析

中國的船舶工業正處于一個新的歷史起點上，“兩化融合”仍將是數字化造船科學發展與自主創新的主題，面對數字化造船的發展趨勢，企業需要將更多的資源投入以下重點：

（一）建立統一的數據交換標準

統一數據交換標準是異構系統間信息交換的重要橋梁，該標準是與具體系統無關的統一標準數據格式，該標準的開發和運用是船舶行業或企業實現計算機集成制造系統（CIMS）的關鍵。目前，最常用的標準數據格式有DXF/STEP/IGES等。

（二）數字化測量技術

利用先進的激光檢測技術及計算機技術，減少造船過程中樣箱、樣板的使用。完善和提高全站儀等測量工具的功能模塊和測量能力，針對船板加工過程，特別是水火彎板工藝過程，研究先進的船板成型測量方法，結合現場環境，重點突破船板成型精度大尺度激光測量技術、數模匹配與比對、檢測結果多形式表達、成形工藝過程標識等關鍵技術，開發可現場在位使用的曲面成型數字化測量系統。

（三）建立智能化造船體系

以船舶企業數據庫和知識庫為基礎，通過智能化技術將造船企業經營運作整個過程集成，建立覆蓋船舶生產經營全過程的綜合決策系統，實現綜合管理定量分析和決策，指導企業運行管理的柔性化和智能化，并將決策系統延伸到制造過程，以模塊化和自動化為核心，將現代造船模式與智能化制造設備通過信息化技術充分融合，建立流程化生產作業模式，實現造船智能化。

（四）生產現場管理信息化應用

推進物聯網技術在造船生產現場管理方面的應用，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。通過物聯網、GPS、GIS（地理信息系統）、無線網絡、手持或車載終端、無線監控、看板設備、仿真控制等信息技術和設備的應用，進一步深化造船企業現場管理信息化應用，支持現場物流管理、進度管理、作業管理、關鍵設備管理、動能源管理、看板管理、5S管理、安全管理、質量管理等多個方面的信息化管理。

（五）普及虛擬現實技術

虛擬現實技術在船舶建造中的應用將越來越廣泛，對于虛擬現實技術的研究重點應著力于船舶行業虛擬仿真應用開發平臺的研究、船舶設計與虛擬評估一體化集成技術的研究、船舶建造虛擬裝配技術應用研究與系統開發的研究、船舶建造生產物流虛擬仿真技術的開發與應用研究等。

（六）建立網絡化船舶制造模式

構建面向行業的基于網絡的制造系統，形成數字化工程聯盟，必須通過各級企業的ERP系統，提供及時準確的信息來最大限度地克服企業之間供應鏈的不確定性，形成高效的動態企業聯盟，實現行業技術和資源的優化配置，提高行業最大生產效率、效益和競爭力。例如中船集團的管控數字化，就是以“六集中”管理為核心，以集團公司戰略管理、風險管理、生產管理、成本管理、決策支持等為重點開展的集團管控信息化建設。

（七）數值預報與多學科設計優化

利用數字化技術來實現船舶性能的預測和優化，也需要水動力學性能、結構力學性能、振動噪聲性能、抗爆抗沖擊和材料性能等理論性、專業性極強的學科發展，其進展能直接影響到船舶的性能，對實現研制時間和經費的大幅削減有重要意義。

參考文獻

[1]楊敬東，王智祥等.信息集成的數字化造船關鍵技術研究[J].中國水運（下半月）.2013（07）.

[2]宋雷，趙立響等.物聯網技術在船舶工業中應用研究[J].中國電子商務.2014（08）.

（作者單位：1.上海交通大學信息安全工程學院；2.湖北財稅職業學院；3.中船信息科技有限公司）