新形势下船舶行业“智慧院所”建设

吕建军，孔 宁，周陶然，甄希金

（1.上海船舶工艺研究所，上海 200032；2.上海申博信息系统工程有限公司，上海 200032）

0 引言

随着现代船舶装备的复杂程度不断提高，数字化技术和智能制造技术成为增强研发能力、提高产品质量、提升生产效率、减少生产成本，以及确保安全生产的有效手段。美国和日本等造船大国均把数字化造船技术放在战略高度进行组织实施。基于模型定义的协同研发技术、基于知识驱动的设计制造技术、虚拟仿真技术、产品全生命周期管理技术、大规模个性化定制技术等先进技术已广泛应用于船舶设计制造的各个环节，极大地推动了船舶领域数字化设计和智能化制造技术的快速发展。

国内船舶行业经过多年的持续投入，目前在船舶总体、动力装备、综合电子和水中兵器等主体业务中初步具备了产品数字化设计、仿真、制造、管理和综合服务保障的能力，信息化条件得到了明显改善。此外，船舶行业还培养了一批研发能力较强、实践经验丰富的数字化技术队伍，为推动国内船舶行业转型和升级奠定了较好的技术基础。然而，与国际和国内先进行业相比，国内船舶行业在推进智能制造技术发展的深度、广度和体系化等方面都存在着较大差距。在国家战略引领和智能制造技术的推动下，各科研机构正在加速推进“智慧院所”建设。因此，开展新形势下船舶行业“智慧院所”建设研究，明确目标、理清思路、统一架构、制定策略，对凝聚各方资源，开展分工协作，有计划地贯彻数字技术驱动下的“智能制造”新模式，意义重大。

1 “智慧院所”的体系架构

如图1所示，“智慧院所”主要由研发协同层、科研管理层、科技研发层和科技保障层等4个层次组成，目的在于提高数字化和网络化条件下的协同设计能力、试验能力、检测能力和虚拟制造能力。“智慧院所”的主要任务是支持产品全生命周期的数字化研发，并通过设计和工艺知识库、虚拟制造、并行协同设计等手段实现智能化决策支持，进而实现数字化的研发、设计、分析、装配、检测和服务。

图1 “智慧院所”体系架构

1）研发协同层

研发协同层是为各研究院所提供产品协同设计和多项目管理协同服务的业务层次。研发协同层基于价值网络集成和科研最优能力单元，通过企业内联网实现院所内部的设计、工艺、仿真、试制和试验等全价值链协同，包括跨地域和跨单位的产品设计制造协同，以及面向综合保障和运行支持的服务网络协同。

2）科研管理层

科研管理层是在科研院所内部提供面向产品全生命周期和价值链的集成服务，以及单位组织和管理的公共服务的业务层次。科研管理层以建立基于模型的“智慧院所”为目标，以敏捷响应客户需求为宗旨，集成管理科研院所内部的全部科研和管理活动，涉及产品研发和创新、科研资源协同、知识管理和应用等多个方面。科研管理层需要从产品全生命周期维度、价值链维度、组织和管理维度建立核心能力领域的信息化管理平台。

3）科技研发层

科技研发层是指在科研院所内部研发过程中，围绕产品全生命周期管理，完成产品的设计分析、原型试制、试验测试和综合保障等关键环节的智能信息系统的运行管理和数据处理，实现信息流在生产系统中的集成和优化的业务层次。设计分析主要面向产品的需求论证、创新设计、方案设计和产品设计等需求，形成面向样机的协同设计能力；原型试制主要面向产品的工艺设计和加工试制等需求，形成统一的试制管理和工艺管理知识的能力；试验测试主要面向产品的虚拟测试和实物测试等需求，形成试验设施和仿真系统虚实结合的“试验样机”能力；综合保障主要面向产品的手册制作、运行管理和维修管理等需求，形成以产品技术状态全面准确管控为基础的数字化支撑保障能力。

4）科研保障层

科研保障层是指为满足科研院所的科研、管理、试验和安全保密等方面需求所进行的各项基础设施和软硬件支撑环境建设，实现信息数据的快速设计、建模、计算、集中存储和管理的基础保障层次。科研保障层包括虚拟样机中心、高性能计算中心、流程中心、数据中心、知识管理平台和共性资源库等组成部分，通过虚拟化和智能化的运行，最大化利用科研资源，形成最优化的控制与管理能力。

2 “智慧院所”的技术储备

技术储备是针对“智慧院所”构建后要突破的关键环节和关键技术，组织开展的策划、技术论证和技术攻关等各项工作。

1）加强研发共性技术

加大对共性技术研发的力度，突破智能制造标准、智能制造编码、基于模型定义的数字化产品定义通用规范、虚拟制造规范、设计/生产/管理一体化规范等要求的基础关键共性技术，为广泛开展智能制造铺平道路。

2）加强研究重点领域智能制造技术实施方案

以军工装备研制为基础，全价值链开展舰船总体、动力装备、水中兵器和综合电子等重点领域的数字化研发、网络化协同和智能化制造实施方案研究，充分发挥船舶行业装备研发能力、总装建造能力和设备配套能力强的优势。在智能制造技术的支持下，在总体所、总装厂和配套厂等研制和生产环节中，形成职责清晰、协同有序、合作高效、保障有力的产业体系，促进“两化融合”深入发展，进一步夯实船舶行业在舰船总体、动力装备、水中兵器和综合电子等产业中的优势地位。

3）着力突破数字化设计、智能化生产和网络化管控等关键技术

（1）数字化设计和分析技术，包括基于模型定义的数字化产品定义技术、基于模型定义的三维模块设计技术、支持全三维研制模式的规范和方法体系、基于三维特征基的产品可制造性分析技术、基于统一模型的舰船协同设计技术、基于三维模型的虚拟装配及可装配性分析技术、基于机电一体化创新产品设计的集成设计技术，以及多领域统一建模及仿真技术等。

（2）数字化工艺设计及仿真技术，包括基于模型定义的工艺数字样机构建及管理技术、基于模型定义的三维工艺设计技术、基于模型定义的工装快速设计技术、基于三维模型的加工工艺建模、仿真与优化设计、基于三维模型的装配过程仿真技术、面向制造的舰船设计/工艺信息数据库技术等。

（3）智能制造技术，包括制造设备自动化和数字化改造技术、数字化在线监测和评价技术、智能化物流及搬运技术、智能化车间工业总线技术、基于物联网的多源制造信息传输与处理技术、智能化感知技术、生产设备和工位智能化双向传输技术、生产数据采集分析技术、生产现场观看和决策支持技术等。

（4）网络化管控技术，包括生产计划管控技术、生产执行与现场管控技术、生产物流执行管控技术、全面质量管控技术、设备及劳动力管控技术、刀辅具智能管控技术、制造数据中心建设和运维技术、智能决策支持技术和可视化生产管控技术等。

（5）一体化集成技术，包括模型驱动的设计/制造/验证/服务技术、赛博物理生产系统技术、基于云平台的协同技术和大数据挖掘分析技术等。

3 “智慧院所”的构建目标

“智慧院所”的构建目标在于提高数字化和网络化条件下的协同设计能力、试验能力、检测能力和虚拟制造能力。“智慧院所”建设需要按照“总体规划、系统推进、分布实施”的原则，逐步优化和完善数字化环境，重点开展数字化研发、信息化管理和知识化应用等平台建设。

1）数字化研发

争取到“十四五”收官阶段，数字研发争取实现如下目标：（1）基于模型的系统工程在型号和重大装备研发和设计的过程中得到全面应用，性能样机分析仿真得到深化普及；（2）数字技术全面应用于产品全生命周期维度；（3）全装备级联合仿真、综合闭环试验以及虚实结合的设计、仿真和试验成为复杂装备研发设计的主要形式；（4）“虚拟网络-实体物理”系统将应用范围进一步应用延伸到基于模型的自适应设计、制造和保障环节。

2）信息化管理

争取到“十四五”收官阶段，信息化管理争取实现如下目标：（1）以多层级项目管理为核心，深度集成业务管理系统，实现科研与管理融合、多业务和多层级关联互动的局面；（2）建立大数据平台，为项目管控和质量管控提供智能决策和共享支持，实现全产业链协同管理，以及信息流和服务流的全面优化集成和协同应用。

3）知识化应用

争取到“十四五”收官阶段，知识化应用争取实现如下目标：（1）通过深度集成，将知识与业务流程相关联，实现在线数据采集和知识的关联推送，全面实现各专业知识的组件化；（2）通过深化知识工程与业务系统深度融合，借助大数据分析和知识推理等技术手段，构建专家支持系统，实现辅助设计和智能决策；（3）通过云平台等技术，推动设计、管理和服务等公共知识互联共享，形成全员参与创新的文化氛围，实现机器的自学习，知识的自组织、自适应和自成长等智慧化目标。

4 “智慧院所”的优化策略

1）坚持流程优化与技术优化相结合

科学的生产管理流程是“智慧院所”构建的基础和条件。要根据院所的产品性质、产业结构、人员知识结构和生产管理手段的变化和需求，不断优化生产和管理流程，提高经营和管理能力。同时，以问题为导向，遵循“操作简便、实用、耐用”的根本原则，不断优化高新技术，提高投资回报率。

2）坚持技术先进性与继承性相结合

积极跟踪国内外高新技术的发展趋势，大胆创新，不断改进和提高技术，为推动院所跨入国际先进行列提供良好的技术基础和条件。此外，要充分用好先期投入的设备和系统，做好老旧设备的维护和升级改造，努力提高投入产出比。

3）坚持外援技术与自主技术相结合

要充分借用社会力量，将高质量、高水平、低成本、经验丰富的专业研发团队引入到技术改进工作中，“多、快、好、省”地推进技术升级改造，达到理想效果。此外，要坚持“以我为主”的原则，根据当前“智慧院所”存在的问题和发展目标，细化各阶段的目标需求，引导外援技术按照既定的目标、成本和技术能力有序地进行技术实施。

4）坚持高素质研发人员和技工人员相结合

高素质研发人员既是“智慧院所”需求方案的制定者，也是“智慧院所”技术构建的参与者和维护者，对“智慧院所”的打造负有重大技术责任。培养高素质研发人员和技工人员是实现“智慧院所”建设的关键因素。要严格把关人员筛选，加强技术培训，促进研发人员和技工人员技术素质和管理素质的快速提升。

5 结论

“智慧院所”是基于知识构筑的智慧化组织，是支撑我国军工科研院所未来自主创新能力的核心科研组织。本文从体系架构、技术储备和构建目标方面对“智慧院所”进行阐述，并提出“智慧院所”建设需坚持流程优化与技术优化相结合、技术先进性与继承性相结合、外援技术与自主技术相结合、高素质研发人员和技工人员相结合的优化策略。