數字化造船技術的現狀與前景

薛士枚

摘要：作為國家戰略性裝備制造業的代表，我國船舶工業已形成了較強國際競爭力的基礎優勢;數字化造船技術將是大幅提升技術水平和競爭優勢、促進我國船舶工業高質量發展，實現從造船大國向造船強國轉變的戰略突破口。因此，對于國內船舶工業界而言，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、信息化工業技術為支撐。造船業是一個以訂單為驅動，以制造為根本的裝備制造行業。現代制造業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。

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、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）、CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，計算機集成制造系統）等船舶建造信息支持系統的全面建立;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環境和科研生產協同環境，設計與建造、設備研制與總體研制、系統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。針對發展戰略、投資規劃、重大產品決策等，形成智能決策支持系統，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務管理體系

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

4.1.2實現資源和造船業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務相關的基礎信息的集中定義和維護，并為造船業務各環節的管理提供標準和規范。第二，造船業務信息的數字化管理。這是數字化造船的核心所在。國內大型造船企業已形成基于CIMS系統平臺的涵蓋基礎、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，實現造船業務和資源信息的數字化收集和管理。第三，其他造船業務的數字化管理。這是數字化造船目標實現的支撐。圍繞CIMS系統有許多相對獨立的管理系統，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，這些系統一方面作為決策的直接依據，另一方面還是CIMS系統的重要支撐，是CIMS系統運行的基礎，同時也是信息支持和數據分析采集的重要依據。

4.1.3軟件系統集成研究逐步推進

目前國內大型造船企業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務的集成系統軟件，但該系統外的其他造船管理系統的存在使得以CIMS系統為平臺的集成軟件研究成為必然，從系統集成性、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揮，是當下國內大型造船企業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已經形成了造船業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。傳統管理理念和常規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，然而行業的編碼體系的構建卻無法由某一個船廠單獨去執行和開展。在現實狀況下，行業級的編碼管理環境十分惡劣，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的推進工作，但另一方面，也是由于系統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現和創造一些適合本地化應用的功能和模塊。信息化正如醫生開處方，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，全球造船業正在研究全球化的資源優化集成，以全面數字化、全面模塊化和網絡平臺等為技術支撐，建立動態的造船聯盟——虛擬企業。中國造船業要想在這個未來的動態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成敗的關鍵.在這種環境下，數字化造船既對我們提出了新一輪挑戰，也為我們提供了一個發展壯大的機遇。

參考文獻

[1]趙羿羽，金偉晨，陳葉.船舶行業智能制造發展動態分析[J].船舶物資與市場，2018（05）：19-21.

[2]丁運來，宮貴忠.船舶數字化制造的若干關鍵技術[J].內燃機與配件，2017（24）：121-122.

[3]孫程程.數字化造船精度控制技術現狀分析[J].船舶標準化工程師，2017，50（02）：29-31.

[4]吳佼，李敏.數字化造船的舾裝生產設計標準化研究[J].山東工業技術，2015（23）：219.

[5]王登怡.數字化造船一體化數據平臺關鍵技術研究[J].電子技術與軟件工程，2015（17）：208.

[6]邸立強，楊劍征，趙川.國外數字化造船技術發展趨勢研究[J].艦船科學技術，2015，37（07）：1-4.