從“二維”到“三維”，少的不僅是一卡車圖紙

本刊記者 胥苗苗

在數字化、網絡化、智能化的智能制造已日益成為世界船舶工業發展的重要方向的當下,該大型航標船的下水標志著中國在數字化造船方向上正不斷取得新突破。

日前，中船集團所屬的江南造船(集團)有限責任公司為交通運輸部東海航海保障中心建造的大型航標船下水。該船是全球首艘采用三維體驗平臺實現全船大規模三維設計交付物(三維“圖紙”)建造的大型鋼質船舶。在數字化、網絡化、智能化的智能制造已日益成為世界船舶工業發展的重要方向的當下，該大型航標船的下水標志著中國在數字化造船方向上正不斷取得新突破。

全球首艘

2019年3月22日， 總 長73.34米，型寬14.00米，型深6.20米，最大排水量2300噸，入級中國船級社(CCS)的大型航標船正式下水，該船是中船集團所屬江南造船(集團)有限責任公司為交通運輸部東海航海保障中心建造的大型航標船。

這艘大型航標船由中船集團第七〇八研究所設計，滿足中國遠海航區要求，能夠在輕度冰況區域正常航行，設雙主機、雙可調槳主推進系統、艏部側推器和動力定位系統，主要用于對東海海區各港口航道的燈浮標和助航設施進行布設、撤除、檢查和維護工作，并能兼顧海上防污染和無線電導航信號監測等任務。

值得一提的是，這是世界首艘全專業、全要素使用CATIA軟件設計建造、實現全船大規模三維設計交付物工程應用的新一代大型航標船。2015年底，江南造船正式引進三維體驗平臺和CATIA設計軟件。此前，雖然該軟件平臺在其他行業有成熟的案例，也有國外造船廠將其應用在船舶建造的部分環節，但江南造船的這艘大型航標船首次實現了生產、設計、全流程、全專業、全要素、全三維交付。該大型航標船是江南造船實施“創新引領”和“轉型升級”的重要平臺。基于“單一數字模型”核心理念，在設計上，江南造船運用三維體驗平臺進行數字化設計和VR建造模擬，提前進行空間可達性、設備可操作性和可維護性評估，從源頭上提升設計質量、增強用戶體驗；在建造上，江南造船按建造階段創造性地提出了三維交付物的方案，即通過智能生產終端以三維模型直接指導生產建造與管理，無紙化建造的新模式逐漸成形。

隨著新一代信息通信技術的快速發展，數字化、網絡化、智能化日益成為未來制造業發展的主要趨勢，世界主要造船國家紛紛加快智能制造步伐。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，數字化造船技術的運用將大幅提升技術水平和競爭優勢、促進我國船舶工業又好又快發展。

2019年伊始，隨著《推進船舶總裝建造智能化轉型行動計劃(2019—2021年)》(以下簡稱《轉型行動計劃》)和《智能船舶發展行動計劃(2019—2021年)》(以下簡稱《發展行動計劃》)的相繼印發，為我國船舶工業發展指明了清晰的路線，“船舶智能化+船廠數字化”已經成為我國造船業高質量發展的必然方向。

“推行現代造船模式，最重要的基礎就是數字化。”業內專家常說的“傻瓜造船”指的是讓一線工人的操作盡量轉為“傻瓜式”的簡單勞動，而在分解過程中依靠強大的數字化手段和三維設計能力實現高度智能。推進數字造船是我國造船企業增強競爭力的重要選擇。此次中船集團所屬江南造船(集團)有限責任公司建造的大型航標船可以說是開啟了我國數字化造船和智能制造的新局面。

三維設計平臺提速增效

這是世界首艘使用CATIA軟件設計建造、實現全船大規模三維設計交付物工程應用的新一代大型航標船。據江南造船該艘大型航標船的總建造師周學坤介紹，原來CATIA軟件主要應用在航空、汽車制造等領域，2015年底，江南造船正式引進三維體驗平臺，此次江南造船的這艘大型航標船首次實現了生產、設計、全流程、全專業、全要素、全三維交付，不僅是國內首例，也可以算是全球首例。

與又厚又大、艱澀難懂的二維圖紙相比，三維設計交付物僅需使用一臺IPad、筆記本電腦或固定終端就能提供包含零件編號、安裝部位、材料、工藝、工序等所有生產需要的信息，而且識圖時立體直觀，大幅縮減了圖紙流轉、識別、分析及核對的時間；更清晰的三維視角和視圖能更高效準確地輔助、指導工人現場作業。周學坤介紹，全方位實現三維體驗平臺和三維設計交付物出圖亮點多多。

三維圖紙的差錯率大幅降低。二維圖紙時代是每人拿一份圖紙，各自做各自部分的，容易產生較高的差錯率。三維圖紙時代則是參建人員都看一份圖紙，就一個模型，都以這個圖紙為標準，所以差錯率就會低很多。從處在制造鏈上游的設計環節開始采用作為單一數據源的三維模型，也減少了建造流程中各工種人工核對、傳遞數據所產生的誤差，就像人們購買小語種書籍的譯本時，傾向于購買從原文直譯過來的版本，而非從原著的英譯版“二傳”過來的一樣。同時，單一數據源減少了出錯的概率，防止信息在一道道傳遞中出現疏漏和失誤。再加上三維交付物電子檔圖紙可以只顯示關鍵數據，隱藏其他數據，周學坤解釋道，比如如果只需要看A管的數據，那么就可以把B管和不相干專業的數據隱藏起來，也就是說只看需要的那部分數據，把不需要的數據暫時隱藏。這樣一來又能減少差錯率。差錯率最直觀的一個體現就是施工更改單顯著減少，目前該船五大專業累計改單量不超過500份，在結構制造、預舾裝、船臺搭載舾裝階段的差錯率也大幅降低，綜合考慮到該型船總物量較少的因素，其改單量約為同類型船舶的40%，這就相當于整個同量級的同等級的船舶差錯率降低了60%以上。

同改單量大幅減少相伴而來的，是工程進度的顯著提升，效率大幅提高。基于三維體驗平臺的新解決方案、新模式大大縮短了施工周期，主船體結構實際搭載時間僅花費了31天，遠遠低于之前預留的2個月搭載周期。據周學坤介紹，建造該艘大型航標船江南造船還運用了GS數字化造船集成系統。這個系統正好結了CATIA軟件一起應用，體現出來的優勢很明顯。整艘船的所有的管理流程全在這個系統上面推進。從最初的生產設計出圖、物資采購訂貨招標、審價、合同法務、財務等；生產建造過程中的計劃管理、工時管理、質量管控等全部實現了在網上流通，實現了電子化審批，原來僅僅走完訂貨流程的周期可能就需要1到2個星期，現在最快只需要兩天就能全部走完。與此同時，整個過程通過無紙化還能隨時把握每個節點，實現進度管控。原來都是將施工圖紙、工藝文件和計劃書等打印出來，發放到各個部門，各個節點流通起來很慢，同時監控也不方便，現在通過這套系統我們隨時能夠監控到工程全要素進展的情況，及時找準問題所在的節點，從而真正地無紙化、數字化過程管控。

在施工方面，使用三維交付物圖紙識圖更直觀，一目了然。在建造船舶的過程中，以前的工人施工拿著圖紙需要花兩到三個小時去思考和想象，現在拿著iPad和筆記本電腦點開電子檔圖紙轉一下角度，就會很直觀立體的呈現。周學坤進一步解釋道，比如，使用二維圖紙時，一根管子，不論這根管子多粗多細，在二維圖紙上表示都是一根線條。現在使用三維圖紙后，這些管子就是一根根實實在在的管子了，設備和閥件也是直觀的三維模型，一目了然。江南造船還用該船的三維模型配合VR技術，建立了該船的模擬體驗系統，操作者將感受船員在該船上如何行走、操作、維護。“船臺還在施工，看不出完工后的效果，通過這套視覺模型，無論是船東還是船員，都可以對本船有直觀的了解，也便于培訓船內設施的操作。

除此以外，使用三維圖紙還可以大大降低成本?！澳阒涝煲凰掖?，可能需要一卡車的圖紙嗎？”周學坤表示，“這次在這艘航標船上試水‘全過程無紙化造船’，一張紙質圖紙都沒有下發，從設計出圖、物資采購、生產建造、工程管理到質量檢驗都是電子文檔數字化的?！贝舜谓ㄔ斓倪@艘船只是全面應用無紙化造船的一個實驗平臺，下一步，我們還有一艘86000立方米的LNG船也將繼續采用這種方式。但是這艘船的難度系數、物量以及一些關鍵區域、零件與航標船都不一樣，再加上LNG船技術含量更高，因此，在全過程實現三維交付物和無紙化的過程中對我們設計、施工、控制等各方面的要求會更高。

CCS為數字化造船提供強力支撐

江南造船（集團）有限公司為交通運輸部中國海事局東海航海保障中心建造的大型航標船由CCS上海分社執行船舶檢驗?？梢哉f，船廠對該項目采用三維數字生產施工設計應用于船舶生產建造全過程的業務模式對CCS現場檢驗項目組也帶來新的服務要求的挑戰。

最直接的是以往紙質化的生產施工圖紙由船廠提供的儲存在智能終端產品Ipad三維數字圖紙代替相關的生產設計圖紙零件編號、安裝部位、材料、工藝、工序等生產所需的信息，船廠采用的這種生產設計管理模式是一種全面創新，且是第一次全面應用，系統本身還存在些須完善的地方，CCS現場項目組為了配合船廠這種全新生產管理模式在檢驗過程中的使用，在該項目開工前，兩次組織船廠及船東召開三維數字化在船廠建造檢驗過程中應用的溝通協調會，明確了相關的檢驗質量控制點及注意事項，確保批準的審圖意見全面、實時及有效地覆蓋到三維數字圖紙中。

在檢驗過程中，CCS現場檢驗項目組積極消化二維審批圖紙的審圖意見要求，對船廠三維數字生產設計圖紙進行仔細復核，以確保審批意見全面、及時地落實在三維立體生產施工圖紙中；克服了船廠第一次使用該三維交付物數字化圖紙，局部尚需完善的情況，充分運用報驗項目事前充分準備，事中仔細檢查，事后及時通知反饋跟蹤的質量控制要求，使船廠在使用數字化圖紙帶來的直觀、便捷的同時又確保CCS規范及審批圖紙的要求在船舶建造過程中能得到全面落實。

該船在結構制造和搭載過程中，船體結構板材使用較多薄板，在檢驗過程中，CCS現場檢驗項目組在薄板焊接結構強度檢驗過程中，發現存在鋼板變形的情況，檢驗項目組及時與船廠設計部門及研究院一道分析問題產生原因，確定整改的方案，使得局部區域采取加強的措施圖紙及時報審圖中心獲得批準，及時發現并排除船舶建造過程中結構強度的安全隱患；在該船船臺建造過程中關鍵節點軸舵系拉線照光報驗階段，由于船尾軸管整體由設備廠家精加工好后，到船廠進行精度定位裝配后環氧澆注安裝，對軸系拉線照光的精度要求很高。CCS現場檢驗項目組在分析了解了現場碰到實際問題情況后，及時召集船廠技術人員及船東監理，短時間內確定了檢驗過程中對基準點位置測量的變通的檢驗測量方法，確保一次重大關鍵節點檢驗項目能在滿足規范及行業標準的情況下順利實施檢驗通過。

在該項目的整個建造過程中，CCS現場項目組精心組織策劃，積極與船東、廠方溝通及時解決現場檢驗發現的問題，在保證船舶的建造滿足規范及批準圖紙的要求同時減少了不必要的修改返工，縮短了工期，保證船舶下水按計劃進行。CCS現場檢驗項目組自始至終為客戶提供高質量的服務，得到了船東監造組和船廠的一致好評。

正如周學坤所說，此次造船過程中，CCS積極適應新的形勢，與時俱進，為船廠在該項目中順利應用三維交付物生產施工圖紙獻計獻策、保駕護航，用實際行動助力我國數字化造船業高質量發展。