培養數字化造船人才，促進產學研深度協作

撰文/朱輝杰

培養數字化造船人才，促進產學研深度協作

撰文/朱輝杰

寫在“華中科技大學-西門子工業軟件數字化造船聯合實驗室”成立兩周年之際

從2012年開始，我國進入經濟增速下行的“新常態”階段，航運和造船業在經過連續多年的高速發展之后，面臨新的挑戰和機遇，開始進入“上下求索”的變革期。其中，“數字化造船”的呼聲漸高。“十三五”期間，我國從“造船大國”向“造船強國”轉變，加快轉型升級、創新和信息化、綠色化發展，“數字化造船”進程的快慢將起到至關重要的作用，而培養面向未來的數字化造船人才，是實現我國造船業“十三五”規劃目標的核心。

2014年8月28日，“華中科技大學-西門子工業軟件數字化造船聯合實驗室”在華科大的船舶與海洋工程學院正式揭牌，西門子工業軟件部門向船舶與海洋工程學院授予了PLM軟件。常務副校長羅俊院士、西門子工業軟件（Siemens PLM Software）全球副總裁Bob Haubrock先生等出席了揭牌儀式。作為西門子工業軟件在中國高校船舶專業領域建立的第一個聯合實驗室，其負擔著培養數字化造船人才、協同研發本地化造船軟件和拓展產學研合作模式的艱巨任務。

時隔兩年，記者走訪了華科大聯合實驗室的主任劉敬喜教授，探尋這次雙方協作結出了怎樣的果實。

攜手科研，共同培養數字化造船人才

在中國船舶與海洋工程專業高端人才培養領域，華科大船舶與海洋工程學院（下簡稱“船海學院”）學科特色鮮明，專業特點突出。其前身始源于華中工學院造船系，于1959年4月18日，由我國海防部門委托華中工學院設置“潛艇設計與制造”專業，同時成立造船系。時任華中工學院黨委書記、副院長朱九思同志是學院的創始人。兼任首任系主任，在將近60年的辦學過程中，船海學院在學科建設、基地建設、人才培養和基礎研究等方面取得了優異的成績，獲得了包括國家科技進步一等獎、二等獎及教育部科技進步一等獎在內的眾多科研成果。

其實，國內海工和船舶專業院校眾多，西門子工業軟件為什么選擇華科大船海學院呢？

首先，華科大的船海學院在水動力性能分析，艦船前沿設計理論和方法，工程結構力學性能分析和優化，艦船機電控制技術等領域有突出的優勢，對數字化技術研發和應用有著十分強烈的渴求。其次，船海學院地處武漢，比鄰長江，長期與武漢本地的兩大船舶研究所保持密切的產學研合作關系，需要利用數字化技術輔助科研協作和實踐教學，并輔助科研成果的產業轉化。這正是華科大船舶與海洋工程學院與西門子工業軟件的合作基礎。

劉敬喜教授表示：“西門子的NX和Teamcenter軟件，不僅在建模和數據管理方面有強大的功能，而且具備開放的特點，基于此，可以進行二次開發和模塊的定制化工作，能更好地服務于本土化的船舶研發工作。”

據了解，從2014年9月開始，西門子工業軟件的技術研發人員與華科大船海學院的教授們相互協作，進行了長達數月的船舶行業定制化研發工作。華科大的教授基于我國海工和船舶設備的設計和建造特點，提出數字化研發的個性化需求，西門子工業軟件的科研人員負責調整功能和優化軟件。例如，船舶結構中需要特定形式的開孔，西門子的工程師就針對性地優化開孔功能。調整和優化后的西門子數字化船舶軟件，更適于船海學院在教學中開展數字化實踐，更貼合中國造船企業的流程特點和實際需求。

據劉教授介紹，最近兩年來，除了日常的大學本科專業課程外，在聯合實驗室通過了深度教學和培訓的畢業生超過60名，他們掌握了基于NX軟件較為完整的船舶數字化研發技術，對全三維船舶設計環境非常熟悉，使其就業后可以快速融入造船企業的數字化工作流程。

提高設計效率，輔助教學實踐活動

與飛機、汽車等產品一樣，海工和船舶產品的競爭力同樣體現在研發周期、成本、質量和服務等幾個方面。在航空航天和汽車領域，世界知名制造廠商都在大力采用數字化技術改造企業。例如，美國某汽車公司應用數字化技術后，將新轎車的研發周期由原來的48個月縮短到24個月，碰撞試驗的次數由幾百次降低到幾十次。

相對而言，船舶制造的數字化應用比汽車、飛機制造業要落后很多。但是，船舶制造業的產品結構和配套更復雜，生產管理頭緒更多，協作化程度更高，產品使用壽命更長。因而，采用數字化技術的迫切性和潛力也更大。

華中科技大學-西門子工業軟件數字化造船聯合實驗室的成立，讓華科大船海學院的師生能夠體驗和實踐船舶產品全生命周期的數字化，包括基于NX的數字化設計和仿真優化，以及基于Teamcenter的數據管理。

首部整體模型

板和加強筋

錨鏈艙和上甲板

側推筒加強結構

船底骨架

劉敬喜教授說：“船舶業很多還在延續傳統的設計方法，包括二維審圖和結構設計，效率很低，也難以避免設計錯誤和反復修改的問題。而且，一些比較傳統的船舶設計軟件功能較為封閉，執行效率也比較低，影響了設計效率的提高。基于西門子的NX軟件，全三維的設計環境使設計所見即所得，能在設計早期發現產品的功能和結構問題，避免后期工作的反復。同時，對于大型、復雜船體結構的數字化建模，西門子軟件的性能也有明顯的改善，顯著提高了設計效率。”

實驗室實訓

劉敬喜教授講了一個教學中的生動例子：“過去學生在畢業設計或課程設計中只進行簡單的船舶線型設計和結構設計工作，不開展更為復雜的舾裝設計。這是因為因為舾裝設計工作較繁雜，采用傳統設計方法難以在有限的時間內完成設計工作，更無法獲得直觀地感受。在采用西門子的NX軟件之后，我們鼓勵學生進行舾裝設計，船體上附加的大量管線、樓梯、門等等在三維環境下變得直觀，正所謂所見即所得，設計錯誤也大量減少，教學效果得到了明顯的改善。”

舾裝圖片

經過兩年多的磨合，在聯合實驗室的推動下，華科大船海學院的教學實踐中，已經大規模采用西門子的NX軟件，從概念設計、方案設計到詳細設計，學生掌握了三維設計技術的理論和方法，并嘗試在結構設計中部分采用仿真分析技術。西門子數字化解決方案的引入，幫助華科大船海學院的教學在船體設計和建造、船舶舾裝和造船模式等方面，都有了明顯的進步。

更上層樓，推動產學研深度協作

在世界造船工業中，以數字化技術為核心的艦艇總段建造和模塊化生產技術蓬勃發展，不僅涉及船舶設計、制造技術的改變，更涉及生產組織和質量管理方法的轉變。過去按工種的串行作業方式，轉變為按總段和模塊的多工種并行作業方式，大大縮短了建造周期，使得造船業發生革命性的發展。我國大多數造船廠的數字化起始于CAX技術的應用，一些走在前沿的重點企業開始向全面數字化造船或虛擬造船等方向進發，致力于實現船舶產品的開發、設計、建造、驗收、使用和維護于一體的全生命周期管理。

由于企業自身的技術轉化和研發應用能力有限，這一過程往往離不開深度的產學研合作。造船企業和科研院所、高等學校之間開展合作，企業提出技術需求，科研院所或高等學校提供技術服務，促進科研成果的產業轉化。華科大的船海學院就長期與武漢本地的“船舶兩所”開展產學研協作，并積極拓展跨地域的校企合作，華中科技大學-西門子工業軟件數字化造船聯合實驗室的建立實際也推動和促進了這種產學研協作的深化。

劉敬喜教授表示：“2017年，華科大船海學院計劃申請建立湖北省船舶智能制造工程中心，并與廈門造船廠等企業開展深入的技術協作。在校企協作中，除了基于NX的船舶產品設計和優化外，更重要的是基于Teamcenter的全生命周期數據管理，幫助企業實現完整的數字化造船流程。”

對于未來聯合實驗室的發展規劃，劉敬喜教授說：“一方面，我們將繼續利用西門子的系列工業軟件輔助教學實踐和科研工作；同時隨著教學和科研工作的深入，希望西門子能幫助華科大船海學院培訓更多掌握數字化造船技術的師資力量，從而擴大教學的覆蓋面。另一方面，我們希望在教學和科研工作中，除了現有的三維船舶設計，更多地引入Teamcenter數據管理的內容，甚至在西門子工業軟件的幫助下，引入數字化造船Tecnomatix方面的內容，這不僅是當前產學研協作的迫切需要，也是面向未來數字化人才培養的重中之重”。