我國船舶制造數字化及信息化淺談

張維英，紀明月，侯垚森，董震鵬

（1.大連海洋大學航海與船舶工程學院，遼寧 大連 116023；2.上海滬東中華船廠，上海 200120）

我國船舶制造數字化及信息化淺談

張維英1，紀明月1，侯垚森2，董震鵬1

（1.大連海洋大學航海與船舶工程學院，遼寧 大連 116023；2.上海滬東中華船廠，上海 200120）

傳統的船舶制造業正隨著信息技術、自動化技術和計算機技術的應用和發展發生著一系列的變化。長期以來，我國船舶制造業僅僅將船舶制造定位于制造工藝,阻礙了我國船舶制造的發展。我國的造船企業雖然在近些年得到了較大程度的發展，但是在生產效率、自動化設施設備等方面，與造船強國的造船行業相比還存在著較大的差距。

計算機技術；信息化；數字化；船舶制造

盡管我國許多船廠很早就提出了“數字船廠”的口號，但事實上數字化在船廠的應用并不樂觀。面對“BIGDATA”時代的到來，不扎實的標準和編碼等基礎工作，以及沒有準確齊全的基礎數據，我國的船舶制造“軟肋”十分明顯。現場施工方面，當遇到困難時，如船體結構調整，沒有能力通過計算機輔助計算進行“再設計”，而僅僅通過經驗進行調整。種種跡象表明，我國船舶制造的數字化、信息化多停留在概念階段，沒有為船廠帶來實質性的利益。

1 計算機應用在日韓造船業的發展歷史

20世紀50年代中期計算機在日本的船舶制造業得到發展和應用，其主要的應用對象是外板的展開和簡單的數值計算。計算機又隨著技術的提升被逐漸應用在船舶性能和結構制造的計算中。

80年代中期，受到人力資源老化、國內其他制造產業發展和日元升值的影響，日本造船產業決定開始推行實施計算機信息集成制造計劃，其研究范圍和內容在長達20多年的時間里不斷拓展。現如今，日本的造船企業已經形成了較為完備的計算機集成制造系統，該系統能夠滿足船型結構開發、產品設計、生產計劃以及調度和自動化等方面的要求，在船舶材料設計、加工和裝配等生產過程方面具備了各個生產制造階段的信息集成能力。

20世紀90年代中期CIMS技術在日本的一些大型船廠基本已經實現實用化，1998年開始向各個中型船廠推廣應用。CIMS技術使用后，可以縮短工期約20%，節約人工約50%，效果顯著。

2 我國與世界造船信息化差距分析

我國造船行業自進入國際船舶市場以來取得了顯著的成績，但一些問題仍然沒有得到徹底改變，比如生產效率低、競爭力弱、效益低等。近些年來，國內一些造船企業都在大力推進轉換造船模式，從造船的生產作業體系和生產管理體系上實施現代集成造船模式（CIMS），并取得了不小的成效。但一些中小型船舶企業依舊存在問題，如對標準化的重視不夠，對信息化建設的重要性認識不足；造船生產的準備工作還不夠充分,尤其是當生產進度面臨壓力時，更是出現邊生產、邊設計、邊修改的造船，為了追求縮短工期嚴重忽視了造船技術的準備工作，這樣做的結果就是造成嚴重的質量問題和大量的返工，往往會適得其反。

3 船廠需要更多的信息化手段介入

計算機技術以及信息技術的高速發展，對傳統制造業的影響是巨大的。20世紀80年代中期日本就已經推廣造船領域計算機集成制造系統（CIMS），到90年代已經實用化。

目前我國對先進制造業的理解仍停留在制造工藝的提升。盡管很多船廠很早就提出了“數字船廠”的口號，但是就目前而言，僅是對CIMS中的部分CADCAM計算機輔助設計制造的概念進行了抽取，在船舶制造方面與上世紀90年代的日本仍有差距。

現在的船廠是否可以設計一款可以實時顯示分段位置的軟件。這種軟件不是多么復雜，僅是建立在基本倉儲管理系統之上。通過這種方法，可以每天早晨告知船報驗項目的詳細位置，方便報驗，節省時間，節省人力。另外，可以對這種軟件進行不斷的優化。比如，可以讓其顯示出項目的大致狀態，專檢信息，使得一切信息更加直觀，方便獲取，提高效率。雖然現在船廠的內網有檢驗平臺，但是過于老舊，并不直觀，詳細顯示的過于籠統，實際效果并不理想。

4 有限元分析應用于現場結構修改

全船有限元分析、艙段分析、船舶局部結構強度計算，在船舶與海洋工程領域，已經越來越多被船級社及船主在產品設計中采納。船級社等機構已越來越多地在規范中要求采用結構的直接計算判斷結構強度是否合格，有限元分析更是設計者對于一些新型結構及由新材料建造的船舶設計的重要依據之一。

現在我國的許多船廠沒有“再設計”的能力。具體說來，當船主對某一結構產生質疑的時候，往往僅僅依靠過往的經驗要求整改。經驗不是技術，技術部門沒有能力去進行求證，是完全按照船東的意思進行整改，缺少了主動性，沒有客觀依據。

在喪失主動性的同時，出現了很多因為船主的“心血來潮”而進行的大規模沒根據的整改，嚴重浪費了船廠的物料和人力。現場的技術部門和質檢人員，因為缺少相關素質培養，缺乏客觀理論根據，只能任由船主“發揮”，不僅難以對船主要求整改的結構進行核實，同時還給船主留下了業務能力不專業的印象。在當下航運業萎靡的時候，這種情況的出現無疑令人擔憂。

在對局部船體的有限元分析中，需要克服的問題還有很多。比如，如果想對一個分段單獨進行有限元分析，實際操作起來，第一個問題就是當網格劃分好以后，如何對這個分段加載荷？有限元分析結果準確與否，主要依據兩點：第一是網格的劃分，第二是對加載荷的考慮。與普通的鋼結構不同，船舶是一個受力很復雜的大型結構體，不僅受自身重力作用，還受風浪載荷以及一系列動載荷，中垂中拱下載荷分部又有變化。就一個單獨的分段來說，它的載荷是很難給定的，受力條件太復雜，而且分段的邊界條件太多，過多的邊界條件的影響使計算過于復雜。比如CCS對入級的大型貨船，就采用0.5貨倉+1貨倉+0.5貨倉，以減少邊界條件的影響。

針對要分析的分段載荷問題，唯一可行的方案就是先對整體進行有限元分析，觀察主要載荷在全船的分部，再單獨看這一個需要分析的分段，所受的主要全船載荷有哪些，繼而選出主要載荷進行分析。

從大的方向講，推行類似對現場局部結構的有限元分析，是改變傳統陳舊的造船產業的一個小的舉措，使以往簡單的勞動密集型產業向科技化產業過渡。從眼下小的方面來講，可以提升有關人員的業務能力，不僅能夠為船廠減少不必要的人力物力的浪費，還能夠引起船主的注意，從而提升船廠在業內的口碑，益處頗多。

5 結語

面對日新月異的時代發展，我們工作不能過分的依靠以往的經驗，為了取得長足的進步，我們必須清醒地認識到，經驗不等于技術。船廠通過普及ANSYS概念，不僅可以優化船舶設計，還可以推動船廠信息化進程，益處頗多。船廠應通過更多的信息化手段介入，努力縮短差距。應用有限元分析進行現場結構修改，加強設計與現場的聯系，并進行協調，從而提高生產效率和產品質量。通過應用信息化集成系統對船舶產品進行開發設計建造和管理，使船舶產品成為信息化設計產品，從而實現“數字化造船”。

[1]熊志鑫. 船體結構有限元建模與分析[M]. 上海：上海交通大學出版社，2014.

[2]孫麗萍. 船舶結構有限元分析[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2004.

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