数字化造船现状、趋势及对策分析

宋雷 赵立响 任昱衡

引言：数字化造船是以造船知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术全面应用于船舶的产品开发、设计、制造、管理、经营和决策的全过程，最终达到快速设计、快速建造、快速检测、快速响应和快速重组的目的。

一、数字化造船技术发展状况

（一）国外发展现状

日本IHI、住友等已在各种信息系统和船舶通信网络基础上，着手“大数据”在船舶工业应用。韩国三星、现代大量开发应用各种信息系统，并利用超高速网、转送大容量的数据，取得了显著的成果。美国作为军用舰船制造领先国家，采用数字化、虚拟企业、舾装单元流水线和激光机器人等技术的全新军用舰船建造方式， 实现了低成本、高质量的舰船制造。

（二）国内发展现状

国内造船企业目前引进或开发了各种信息系统，如CAD/CAM系统、PDM系统，虚拟仿真；有的企业引进了国外造船CIMS系统，并在二次开发的基础上开始了设计生产一体化的应用实施，并在船舶焊接工艺智能设计，精益造船系统、船舶虚拟仿真平台取得突破。

（三）国内外技术差距

我国造船企业在造船数字化方面，与美日韩同行仍存在较大差距，主要体现在：

1.船舶数字化设计方面，基于3D模型的CAD/CAM已得到了广泛应用，但基本送审设计和生产设计之间的信息载体仍为纸质图纸，全过程的三维设计远没有实现。CAE的应用局限于设计分析阶段，在船舶建造过程中CAE的应用程度不足。

2.造船数字化管理方面，CAPP、PDM、CIMS等船舶建造信息支持系统以单个应用为主，标准和编码等基础工作不够扎实，并缺乏准确而齐全的基础数据库。

3.船舶数字化建造方面信息流对生产设备和设施仅仅是离散型的驱动，并且仅局限于船体部件加工阶段，船舶建造过程中的集成度、自动化程度和数字化程度还相当低。

二、未来发展趋势

在先进造船理念和新技术浪潮的推动下，船舶科技迅猛发展，造船数字化技术发展的趋势已初现端倪。

（一）基于数字化技术的造船模块化

模块化造船是通过组装单元件和标准件，形成造船中广泛采用的结构模块、舾装模块、壳舾涂一体化模块，这些模块具有独立功能、通用性和特定界面，最终在船台（坞）内合拢成船舶，使船厂真正成为了总装企业。发达国家船舶制造普遍采用壳舾涂一体化集成制造模式，并向模块化建造过渡。

（二）基于数字化技术的造船智能化

智能化造船是造船生产的最高阶段，它以企业为对象，在系统科学的指导下将企业的全部生产经营过程（包括市场研究、经营决策、产品设计、加工制造、生产管理、销售及服务等）采用软硬件综合成一个由智能计算机、自动化装备所组成的集成系统，在制造过程中广泛采用切割机器人、装配焊接机器人等智能化制造装备进行加工和装配，使船厂逐渐成为没有灰尘、没有危险和没有疲劳的真正现代化工厂。

（三）基于数字化技术的造船网络化

网络化制造是按照敏捷制造的思想，采用互联网技术，建立灵活有效、互惠互利的动态企业联盟，有效地实研究、设计、生产和销售各种资源的重组，利用计算机网络，集成和流通科研、设计、生产及其过程控制信息和经营、管理、服务等信息，从而提高企业对市场的快速响应能力和竞争能力。

（四）基于数字化技术的造船绿色化

发展绿色船舶是全球造船界的选择。绿色造船技术不是单一的绿色制造技术，它涉及船舶设计、建造、配套、原材料、标准、管理等各个环节，是一项复杂的系统工程。实施绿色造船的源头在绿色设计，实现的手段是绿色工艺技术与装备，实现的基础在于绿色管理，实现的关键在于数字化技术。

三、发展思路分析

中国的船舶工业正处于一个新的历史起点上，“两化融合”仍将是数字化造船科学发展与自主创新的主题，面对数字化造船的发展趋势，企业需要将更多的资源投入以下重点：

（一）建立统一的数据交换标准

统一数据交换标准是异构系统间信息交换的重要桥梁，该标准是与具体系统无关的统一标准数据格式，该标准的开发和运用是船舶行业或企业实现计算机集成制造系统（CIMS）的关键。目前，最常用的标准数据格式有DXF/STEP/IGES等。

（二）数字化测量技术

利用先进的激光检测技术及计算机技术，减少造船过程中样箱、样板的使用。完善和提高全站仪等测量工具的功能模块和测量能力，针对船板加工过程，特别是水火弯板工艺过程，研究先进的船板成型测量方法，结合现场环境，重点突破船板成型精度大尺度激光测量技术、数模匹配与比对、检测结果多形式表达、成形工艺过程标识等关键技术，开发可现场在位使用的曲面成型数字化测量系统。

（三）建立智能化造船体系

以船舶企业数据库和知识库为基础，通过智能化技术将造船企业经营运作整个过程集成，建立覆盖船舶生产经营全过程的综合决策系统，实现综合管理定量分析和决策，指导企业运行管理的柔性化和智能化，并将决策系统延伸到制造过程，以模块化和自动化为核心，将现代造船模式与智能化制造设备通过信息化技术充分融合，建立流程化生产作业模式，实现造船智能化。

（四）生产现场管理信息化应用

推进物联网技术在造船生产现场管理方面的应用，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。通过物联网、GPS、GIS（地理信息系统）、无线网络、手持或车载终端、无线监控、看板设备、仿真控制等信息技术和设备的应用，进一步深化造船企业现场管理信息化应用，支持现场物流管理、进度管理、作业管理、关键设备管理、动能源管理、看板管理、5S管理、安全管理、质量管理等多个方面的信息化管理。

（五）普及虚拟现实技术

虚拟现实技术在船舶建造中的应用将越来越广泛，对于虚拟现实技术的研究重点应着力于船舶行业虚拟仿真应用开发平台的研究、船舶设计与虚拟评估一体化集成技术的研究、船舶建造虚拟装配技术应用研究与系统开发的研究、船舶建造生产物流虚拟仿真技术的开发与应用研究等。

（六）建立网络化船舶制造模式

构建面向行业的基于网络的制造系统，形成数字化工程联盟，必须通过各级企业的ERP系统，提供及时准确的信息来最大限度地克服企业之间供应链的不确定性，形成高效的动态企业联盟，实现行业技术和资源的优化配置，提高行业最大生产效率、效益和竞争力。例如中船集团的管控数字化，就是以“六集中”管理为核心，以集团公司战略管理、风险管理、生产管理、成本管理、决策支持等为重点开展的集团管控信息化建设。

（七）数值预报与多学科设计优化

利用数字化技术来实现船舶性能的预测和优化，也需要水动力学性能、结构力学性能、振动噪声性能、抗爆抗冲击和材料性能等理论性、专业性极强的学科发展，其进展能直接影响到船舶的性能，对实现研制时间和经费的大幅削减有重要意义。

参考文献

[1]杨敬东，王智祥等.信息集成的数字化造船关键技术研究[J].中国水运（下半月）.2013（07）.

[2]宋雷，赵立响等.物联网技术在船舶工业中应用研究[J].中国电子商务.2014（08）.

（作者单位：1.上海交通大学信息安全工程学院；2.湖北财税职业学院；3.中船信息科技有限公司）