大数据在现代船舶制造业中的应用

李学明 卢翔

摘要：随着信息技术的快速发展，很多工业制造领域都在进行新一轮的技术变革，新技术的研发和应用对企业来说既是严峻的挑战，又蕴含了巨大的机会。船舶制造业作为高精尖行业，其拥有的技术手段和能力可以作为一个国家高端制造能力的体现，因此船舶制造在“中国制造 2025”规划中是重点发展的十大领域之一。大数据技术在我国许多行业中的应用已经非常成熟，并且许多企业利用先进的大数据技术在行业内取得了非常耀眼的成绩，因此，在现代船舶制造业中需要加快推进大数据技术的应用，不断推进在设计、制造等方面的技术更新和改革，促进行业发展进步，不断开拓高端船舶制造市场。本文就大数据技术在现代船舶制造业中的应用进行了研究分析，以供参考。

关键词：大数据技术船舶制造制造模式技术创新

我国幅员辽阔，拥有很大范围的海域和内陆湖泊资源，船舶制造业能够为水上运输和海洋资源开发利用提供各种装备设备，也是国防基础建设领域极其重要的支柱性产业，因此，船舶制造业的发展具有重要的意义。随着信息技术发展应用的不断成熟，先进技术的革新带动全球船舶市场进入新一轮的大调整周期，国际竞争越来越激烈[1]。而我国船舶制造业在很长的一段时间内都只能生产中低端船舶，已经出现产能过剩的问题，国际高端船舶市场一直被日本、韩国等国家牢牢掌控。要改变这种局面，我国船舶制造业一定要借助大数据等先进技术进行变革，攻克船舶制造技术难点，加快推进转型升级，借助我国工业产业优势，生产高端船舶来满足客户的专业化、个性化需求。大数据在现代船舶制造业中的应用能够对企业生产流程进行优化，使企业生产效率得到有效提高，从而降低企业生产成本。

1船舶制造业生产特点

目前，我国已经稳居世界船舶制造产量第一的国家，船舶制造规模在全球市场份额中已经是最大的，除了我国自身强大的需求以外，很多船舶远销国际，但是仅仅只是占领了中低端市场，要清醒地认识到我国离船舶制造强国还有很大的距离。船舶制造业具有非常典型的离散型特点，通常难以进行大规模生产，但是由于船舶制造整体的技术工艺非常复杂，因此对企业门槛要求较高，其具有以下特点。

1.1船舶制造的生产模式

船舶属于高价值产品，因此在船舶制造业通常是按照订单需求量来安排生产，也就是造船企业是需要按照客户的订船要求以及约定的交船时间来专门制定该批次船舶的设计生产计划工作的，并且由于船舶成品集成化工艺非常复杂，在生产达到半成品阶段时也需要向客户进行查验和船级社的审核，在船舶成品完成生产后需要再次进行检查审核，之后才能进行批量加工生产。船舶需要长期在水面上作业，因此船舶制造的安全标准极其严苛，在每一个生产阶段都必须进行全面的安全质量检测，涉及大量的质量检测数据[2]。

1.2船舶制造的作业体制

船舶由于本身的复杂性，因此其生产制造过程也非常复杂，需要多种工艺工序和多种专业技术能力，具有投入资金量大、工作量大以及各种工序相互交叉影响的特点。我国现代船舶制造工业起步较晚，一些船舶制造企业生产流程比较落后，管理模式也不科学，与日、韩等先进国家的企业相比还存在较为明显的差距，这就导致我国船舶的生产周期会更长，船舶性能上也有很多不足，难以满足高端市场的需求。现在主流大型船企通常采用壳舾涂一体化作业体制，也就是将整个船舶制造流程分为船体、舾装、涂装3个大的板块同步生产，在制造过程中，三大板块又需要协调合作，比如，船舶制造过程中会涉及数量庞大的零部件的设计、加工、安装，所有的零部件安装都需要大量的实时精确数据作为支撑，一旦数据出现错误，将会造成严重的后果和损失，对数据要求极其严苛[3]。

1.3船舶制造的生产周期

通过与其他制造业进行对比，船舶制造业具有生产周期长的特点，并且由于整个设计生产工艺极其复杂，因此在生产制造过程中会累计大量的生产数据，在进行数据管理时也加大了管理难度。在船舶制造业普遍存在的一个问题是，制造所需物料随着生产的推进会发生较大频率的变化，同时也导致生产计划随之改变，而整个生产过程又缺乏数据支撑来衔接和应对这种变化，最终导致生产效率大大降低，部分变动会给生产带来极大的挑战，甚至会引发严重的生产事故导致产品无法按时交付，这些问题都是船舶制造企业迫切需要解决的。

通过以上分析不难发现，船舶制造业对数据的要求繁多也极其复杂，数据管理是一个极其关键的环节，提高数据分析和管理能力，能够有效提高船舶制造生产能力，缩短生产周期，提高生产工艺和生产质量。随着大数据技术的发展，有必要利用大数据技术对船舶制造生产流程进行优化改革，对生产环境进行预测，提高我国船舶制造业的整体工艺水平和能力。

2大数据在现代船舶制造业中的应用

我国船舶制造业经过多年的发展，已经占领了大部分中低端船舶市场份额，积累了大量的生产工艺和制造技术，而要由中低端向高端市场突破，则还要做好设计和技术工艺的突破。利用大数据技术有利于加强船舶企业技术更新升级，快速拉近我国与国外先进船舶企业的技术鸿沟。首先，大数据能够使企业生产更加科学高效，通过对制造流程数据进行分析，可以快速掌握其中的核心工艺和技术难点。其次，大数据技术能够将企业制造能力进行优化，保证船舶制造企业的制造与负荷实现动态平衡，有效提高生产产能[4]。最后，大数据技术还可以通过对已知造船数据的分析，预测未来产品的需求，指导企业设计和技术积累方向，提高产品市场竞争力，下面将进行具体分析。

2.1利用大数据技术优化船舶制造模式

船舶是现代工业集大成的市场化产品之一，其生产制造需要用到不计其数的各类零部件，零件又需要各种不同的工艺组合在一起，在制造过程中任意一个零部件不达标或者组件不能按时保质保量完成，都会对整个制造进度产生影响，甚至造成严重的生产事故。而在船舶制造过程中应用大数据技术，可以对所有生产零件进行有序统计归类，实时上传并检测制造进度，通过实时数据能够提前做好各种零件的准备工作，优化整个制造流程，避免了因一些材料问题而导致的低效工作情况，并且能够有效降低资源浪费的问题，最终实现稳定持续的精益化生产模式。目前，船舶制造企业主要通过PDM系统、MES系统以及ERP系统这三大系统来进行制造过程的管理，已经实现了一定程度的自动化生产，但是对整个制造过程带来的优化范围差强人意[5]。而在此基础上应用大数据技术，则能够将原本各个管理系统中存储的大量数据充分调动和利用起来，使得数据的有效价值更高，并且使数据的储存、计算和管理能力得到大大的提高。船舶制造企业应用大数据技術优化船舶制造模式实现了对制造过程中的关键工艺的优化升级，并且通过数据分析能够有效地实现对制造进度的调控管理。由于船舶制造过程中最关键的制造工艺和生产进度都能够有效地得到优化控制，因此，在制造过程中显著地提高了设备的使用效率，通过数据分析还能够预测设备的运行状况，防止出现故障。另外，由于船舶制造所需零部件够多，难免出现零部件的更换和替代，大数据技术能够提前预测好所需零部件的准确数据，避免了制造过程中出现无效时间。企业在制造船舶的过程中需要面对大量复杂的数据，并且一些数据还有可能出现变动，牵一发而动全身，因此，需要利用大数据技术，从设计阶段开始就准确地进行数据的采集工作和统一描述工作，这样大数据技术在运行工程中就能够实现所有数据的存储、提取甚至预测。通过大数据对传统造船模式进行优化，最终实现数据的高效利用和管理，让制造过程更加高效，并能够促进造船工艺水平的提升。

2.2利用大数据技术实现产能与负荷平衡

在船舶制造过程中，由于需要各种复杂的工艺以及较长的制造周期，因此很多船舶制造企业难以做到产能与负荷的平衡，有些企业产能过剩，而有一些企业的制造能力则无法满足企业的生产负荷，甚至同一企业不同时间会出现负荷过多或者产能不足的问题，这在我国船舶制造业中非常普遍。利用大数据技术，可以对船舶制造企业的生产能力进行科学的测算，在充分掌握自身生产能力的基础上，制定本企业的招商和生产计划，并且有大数据技术对制造进度进行有效控制，确保企业生产资源利用最大化。通常情况下，船舶制造企业在计算自身产能时，包含固定产能和可调节产能两部分，以固定产能为主，可调节产能可以小范围辅助调整，而船舶制造构成中的大组立是最复杂的核心制造工序，此工序工艺难度最大，制造周期也更长，其他舾装、涂装等工艺过程都是围绕大组立来开展的。因此，在实际制造过程中，将大组立作为固定产能，以此来判断该企业的产能，其他工序则利用企业的辅助产能来完成生产工作，再利用大数据技术中的流数据处理对影响企业造船产能的因素进行分析检测，确保整个企业产能与负荷处在一个最优区间，先针对大组立制定制造生产详细计划，从零件设备组装工艺到技术人员配备等[6]，建立一套科学的生产进度模型和监控分析系统。然后对其他工艺过程进行制定分段制造方案，通过大数据测算，将剩余的产能分配到不同工艺组中，并配合大组立生产进度执行生产计划。生产计划确定好之后，随时要对企业生产产能和负荷进行测算，并根据测算结果来安排分段生产计划，同时，大数据还需要对所有生产进度和设备运行情况进行实时监控，确保生产进度满足计划要求。在对生产过程中的产能与负荷进行动态监控的过程中，大数据系统需要实时调整生产计划，并且根据已知数据对后续生产方案作出预设，并对出现的问题要有足够的应对能力。大数据技术的应用，再结合AI智能学习技术，就能够赋予大数据系统更多的测算、监控、管理、预测等能力，最终实现企业产能与负荷的最优生产方案，不断提高生产效率，创造更多的价值，从而实现业务份额的不断扩大。

2.3利用大数据技术促进核心技术创新

随着信息技术的不断发展，大数据技术已经发展出了数据可视化，即此技术可以将大数据系统中存储的数据调用出来重新排列组合，并以3D可视化的形式展现给人们。随着可视化技术的不断成熟，可以直接从之前的老数据库中调用与方案相关的数据并统一存储在一起，然后由系统对这些数据进行分析、分类统计，并自动抓取数据背后的相关信息，再进行智能化分析推理，从而重新建立了基于船舶制造业的数据推理模型，当大数据系统完善了自身模型之后，技术人员对于零件选择、设计、组装、工艺流程等都能够进行可视化模拟，并且系统还可以给出对比方案以供选择，这样就能够在已知制造数据的基础上寻求满足客户需求的最优方案，并且可以满足客户的个性化需求[7]。大数据可视化技术能够更加准确地对生产制造过程中的各种问题进行预演，并提供多种解决方案，通过不断地模拟推演，再结合大数据分析，从而不断寻求创新技术和先进工艺的突破。每一次数据的运用也是对模型的不断完善，这对于船舶制造业来说尤其重要，因为设计生产船舶需要采集和处理大量的数据，并且很多数据具有实时性和复杂性，如果没有大数据技术的应用，则很容易出现各种问题，如生产不稳定、延期、质量得不到保证等。随着云计算和虚拟现实技术的发展，结合大数据技术在船舶制造业中的应用，则可以实现整个生产车间的可视化场景，系统可以实时还原制造过程中的工艺流程、设备状态、生产进度等，从而实现对整个制造车间的全面掌控。设计工程人员可以利用系统模拟生产过程，进行技术、工艺、设备等各种测试演练，通过多个维度观察数据变化，从而不断发现和创造新的知识技能。

3结语

综上所述，随着信息技术的不断发展，船舶制造业利用大数据等信息技术进行升级革新也是顺应时代潮流，只有主动拥抱新技术并将其应用到实际生产中，不断积累新技术、新知识，才能寻求关键技术的突破，在高端船舶市场参与竞争。本文对大数据在船舶制造的设计、生产等方面的应用现状进行了阐述，并对大数据技术在船舶制造业发展中的作用进行了说明，同时阐述了大数据技术的应用前景，能够帮助船舶制造业实现进一步的发展。

参考文献

[1]黄音，张逸尘，胡芬.基于大数据的船舶制造业流程再造[J].中国科技论坛，2018（3）：39-47.

[2]罗璞.基于轨迹大数据的船舶类型自动识别方法研究[D].北京：北方工业大学，2021.

[3]石慧芳，陈阳.基于大数据的制造業企业信息化数据分析及应用技术研究[J].现代计算机，2016（16）：50-54.

[4]封波.智能船舶发展战略规划研究[J].船舶工程，2020，42（3）：1-8.

[5]徐颖，李莉.制造业大数据的发展与展望[J].信息与控制，2018（4）：41-47.

[6]陈荣.大数据在工业制造业的应用与研究[J].经贸实践，2017（7）：152.

[7]彭懿，吕建军，孔宁，等.5G在船舶制造工业互联网中的应用研究[J].电子技术应用，2021，47（5）：14-18.