數字化造船技術的現狀與前景

薛士枚

摘要：作為國家戰(zhàn)略性裝備制造業(yè)的代表，我國船舶工業(yè)已形成了較強國際競爭力的基礎優(yōu)勢;數字化造船技術將是大幅提升技術水平和競爭優(yōu)勢、促進我國船舶工業(yè)高質量發(fā)展，實現從造船大國向造船強國轉變的戰(zhàn)略突破口。因此，對于國內船舶工業(yè)界而言，熟悉造船技術的內涵、特征、體系構成以及國內外數字化造船發(fā)展趨勢，將對自身在這方面的進一步提升起到至關重要的作用。

關鍵詞：數字化;造船;技術;現狀;分析

1導言

數字化造船技術結合了當代造船模式的概念，并且以數字化、信息化工業(yè)技術為支撐。造船業(yè)是一個以訂單為驅動，以制造為根本的裝備制造行業(yè)。現代制造業(yè)的制造管控技術會大幅度影響該公司的生產制造的質量和速度，進而影響其經營情況，而通過將造船轉向數字化，則可以通過不斷改善制造計劃，在實施過程中進行不斷的改進和反饋，從而形成一個管理閉環(huán)。

2數字化造船的概念

數字化造船就是以造船過程的知識融合為基礎，以數字化建模仿真與優(yōu)化為特征，將信息技術、先進的數字化制造技術、先進造船技術和現代造船模式，綜合應用于船舶產品的設計、制造、測試與試驗、管理和維護全生命周期的各階段和各方面.通過數字化、集成化、網絡化船舶產品的開發(fā)、設計、測試與試驗、制造和管理平臺，使船舶產品實現以數字建模和數字樣機為核心的數字化設計、以生產制造與生產過程數字控制為核心的數字化制造、以虛擬樣機和數字仿真為核心的數字化測試與試驗、以現代造船模式和業(yè)務流程建模為核心的數字化管理，從而實現數字化造船.具體來說，數字化造船主要包括三個主要部分：一是數字化設計船舶—CAD/CAM/CAE等主體技術的廣泛應用;二是數字化管理造船—CAPP（Computer Aided Process Planning，計算機輔助工藝設計）、PDM（Product Data Management System，產品數據管理系統(tǒng)）、CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，計算機集成制造系統(tǒng)）等船舶建造信息支持系統(tǒng)的全面建立;三是數字化建造船舶—數控制造技術和與其配套的船舶建造設備/設施的普遍采用。

3理想的“數字化造船”特征

一是建造全過程仿真化。船舶建造全過程仿真化將提供在“計算機中制造”的能力，使用船舶產品模型、造船過程模型和制造設備模型，生產出數字化的船舶。在船舶設計階段，實時地、并行地模擬出船舶未來建造的全過程及其對船舶產品設計的影響，預測船舶性能、造船成本、可制造性，從而更快捷地組織造船生產，使船廠和車間的資源得到更合理的配置，以達到船舶產品的研制周期和成本最小化、船舶性能最優(yōu)化和建造效率最高化。二是過程控制并行化。建立基于船舶產品數據管理的并行開發(fā)環(huán)境和科研生產協同環(huán)境，設計與建造、設備研制與總體研制、系統(tǒng)設計與總體設計之間的并行與協同，實現與船東、船級社、船廠、配套設備供貨方、船模水池和CAE軟件庫等外部機構的協同。三是決策體系智能化。針對發(fā)展戰(zhàn)略、投資規(guī)劃、重大產品決策等，形成智能決策支持系統(tǒng)，增強決策的科學性、準確性和及時性。管理體系信息化——適應信息化環(huán)境和信息化生產的要求，建立信息化的管理、控制體系。四是信息體系網絡化。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。五是工藝裝備自動化。通過自動化工裝，直接利用數字化工藝數據。

4數字化造船現狀及問題探析

4.1現狀

4.1.1已形成較為完整的業(yè)務管理體系

目前國內大型造船企業(yè)所使用的造船企業(yè)管理系統(tǒng)———CIMS系統(tǒng)已基本涵蓋了設計、生產、物資物流、品質等各個環(huán)節(jié)，對于整體管理業(yè)務的支持與關聯起到不可或缺的作用。CIMS系統(tǒng)使其基本業(yè)務形成一體化、數字化的完整業(yè)務管理體系，國內大型造船企業(yè)已初步建立起數字化造船體系。

4.1.2實現資源和造船業(yè)務的數字化信息管理

第一，基礎信息的數字化管理。這是數字化造船目標實現的前提。基礎信息的數字化管理一方面表現為已在CIMS系統(tǒng)中形成人員、組織、工種等信息的定義和管理，另一方面則表現為與造船業(yè)務相關的基礎信息的集中定義和維護，并為造船業(yè)務各環(huán)節(jié)的管理提供標準和規(guī)范。第二，造船業(yè)務信息的數字化管理。這是數字化造船的核心所在。國內大型造船企業(yè)已形成基于CIMS系統(tǒng)平臺的涵蓋基礎、設計、物資、生產、品質等5個相對獨立但又有機關聯的功能模塊的造船業(yè)務信息數字化管理框架。通過這一核心框架和功能完善的子模塊，實現造船業(yè)務和資源信息的數字化收集和管理。第三，其他造船業(yè)務的數字化管理。這是數字化造船目標實現的支撐。圍繞CIMS系統(tǒng)有許多相對獨立的管理系統(tǒng)，主要包括在線辦公、考勤管理、人事管理、安全管理、文檔管理等，這些系統(tǒng)一方面作為決策的直接依據，另一方面還是CIMS系統(tǒng)的重要支撐，是CIMS系統(tǒng)運行的基礎，同時也是信息支持和數據分析采集的重要依據。

4.1.3軟件系統(tǒng)集成研究逐步推進

目前國內大型造船企業(yè)都在引進大型集成軟件的基礎上，將其吸收并形成適應本地化業(yè)務的集成系統(tǒng)軟件，但該系統(tǒng)外的其他造船管理系統(tǒng)的存在使得以CIMS系統(tǒng)為平臺的集成軟件研究成為必然，從系統(tǒng)集成性、完整性等方面著手，積極實施軟件集成以期消滅信息孤島，實現資源有效利用，使信息技術的整體效益充分發(fā)揮，是當下國內大型造船企業(yè)正在積極推進的工作重點。

4.2數字化進程存在的問題與改進措施

雖然國內大型造船企業(yè)已經形成了造船業(yè)務信息數字化管理框架，具備了一定數字化造船的基礎，但在推進過程中仍存在許多不利因素，通過長期的信息化推進工作及業(yè)務調研，筆者梳理總結出一些存在的問題。第一，先進數字化造船管理理念推行困難。傳統(tǒng)管理理念和常規(guī)管理方式已在管理人員心中扎根，因此，對于數字化先進造船管理理念無法輕易接受，導致相關的信息化技術、管理思路、推進理念推行困難，使數字化造船進程、信息化推進工作進展緩慢。第二，編碼和基礎數據的標準化、規(guī)范化管理工作基礎薄弱。數字化造船對于整體編碼體系有較高要求，然而行業(yè)的編碼體系的構建卻無法由某一個船廠單獨去執(zhí)行和開展。在現實狀況下，行業(yè)級的編碼管理環(huán)境十分惡劣，因此，推動數字化造船工作不僅僅是各項信息化業(yè)務的深入應用，還應加強基礎編碼體系的建設。第三，數字化造船應用軟件平臺較為局限。目前，對于成熟的系統(tǒng)架構，推進數字化造船當然有章可循，依葫蘆畫瓢就能實現系統(tǒng)的推進工作，但另一方面，也是由于系統(tǒng)的成熟架構框住了數字化造船的模型，無法擺脫現有功能架構去發(fā)現和創(chuàng)造一些適合本地化應用的功能和模塊。信息化正如醫(yī)生開處方，不可能千人一方，所以對于數字化進程而言，不僅應加強現有軟件應用平臺的建設，還應不斷探索現有平臺及軟件不足、發(fā)掘本地化的應用需求，積極拓展和完善軟件平臺。

5結論

世界造船已經進入更高層次的數字化階段，全球造船業(yè)正在研究全球化的資源優(yōu)化集成，以全面數字化、全面模塊化和網絡平臺等為技術支撐，建立動態(tài)的造船聯盟——虛擬企業(yè)。中國造船業(yè)要想在這個未來的動態(tài)聯盟中占有一席之地，信息技術的趕超是重中之重.日韓造船企業(yè)的崛起為我們做了很好的示范，而歐洲和北美許多船廠的倒閉又給我們以警示，能否適時地轉換造船模式，采用先進的現代造船模式進行船舶制造可以說是現代造船企業(yè)成敗的關鍵.在這種環(huán)境下，數字化造船既對我們提出了新一輪挑戰(zhàn)，也為我們提供了一個發(fā)展壯大的機遇。

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