關于船舶研制數字化轉型的幾點思考

(中船第九設計研究院工程有限公司 上海 200090)

一、引言

船舶工業作為我國裝備制造業的重要組成部分，肩負著維護國家海洋權益、支撐航運產業發展、推動海洋資源開發的光榮使命。經過改革開放四十余年的接續發展，我國船舶產業規模持續擴大，造船能力不斷增強，綜合實力穩步提高。特別是進入新千年以來，我國造船工業步入了高速發展的快車道，散貨船、油船、集裝箱船等三大主流船型均實現了本土自主研制和產業鏈自主配套。造船界皇冠上的“三顆明珠”——航空母艦、LNG船、豪華郵輪的關鍵技術難點穩步突破，造船總載重噸連續多年位居世界第一，我國已然成為世界第一造船大國。但是，我國船舶工業“大而不強”的問題仍舊十分突出，以工時/修正總噸為指標的造船生產效率，較日韓、歐洲等先進船廠還有較大差距，船舶產品自主開發、自主研制的能力亟需加強，船舶產業核心配套零部件仍依賴發達國家進口，核心關鍵技術仍未完全掌握。隨著制造業數字化轉型戰略持續深入，新一代信息技術橫空出世，以及國家新型基礎設施建設穩步推進，我國船舶研制模式變革箭在弦上，勢在必行。

二、船舶工業特點

同航天、航空、汽車等先進裝備制造業相比，船舶工業特點明顯，這也決定了船舶研制的數字化轉型道路必須要由船舶人自己來摸索著前進。

(一)復雜的“巨系統工程”

以國產大型豪華郵輪為代表的高附加值、高技術船舶，堪稱裝備制造業中復雜的“巨系統工程”。我國首艘國產大型豪華郵輪所含零部件數量超過2500萬個，千萬級體量的零部件基本都需要借助零件托盤來實現總裝廠內的生產制作、物流集配和安裝測試等各個工藝環節。同時，豪華郵輪技術圖紙數量高達6萬余份，是常規船舶產品圖紙份數的10倍以上，其復雜程度更是呈指數級數上升。千萬級的零部件數量和萬余份的技術圖紙份數對于全球產業鏈協作關系、總裝廠技術水平及管理效能提出了很高的要求。

(二)離散型制造業

船舶工業屬于典型的離散型制造業，無法大規模采用生產流水線或者模塊化生產，這與大規模應用焊接機器人、涂裝機器人等大型自動化、數字化裝備進行流水線式大批量生產的汽車工業不盡相同。按照造船成組技術原理，船用鋼板、管件等原材料經一系列不連續加工制作后，形成規格相似的中間產品，中間產品通過廠內物流運輸系統搬運、吊裝等操作，最終在船塢、船臺等造船總組場地裝焊合攏。

(三)首制確保成功

相較于其他先進裝備制造業產品，船舶產品批量小且單價昂貴，船舶工業也沒有可以用于科研試驗及技術驗證的物理樣船，“首制船即交付”是船舶工業的業內常態。這對于新型產品，尤其是新型首制產品的研制成功率要求非常高，必須確保首制成功，不容有失。

(四)廠所協同研制要求高

船舶工業是現代工業的縮影，參與船舶研制的學科專業眾多，各技術工種云集，特別是我國船舶工業體系中的總體所與總裝廠由于歷史等原因，多處于我國的不同城市，這導致研制過程中存在大量的異地協調溝通工作。同時，船舶產品蘊含的信息量巨大，數據類型繁多，總體所、總裝廠、配套廠之間的數據信息交互頻率很高，這都對廠所協同研制能力提出了很高的要求。

(五)產業鏈上下游企業協作要求高

船舶工業是典型的長鏈產業，上下游配套企業眾多，產業鏈上游產業包括原材料、船舶設計、船舶配套等，中游產業主要指大型總裝制造廠，下游產業包括維修保障運維等售后服務產業。位于產業鏈中游的大型總裝制造企業需要協調分散于世界各地的產品研發機構，加工制造中心以及零配件供應商，這對于全產業鏈的企業協作要求很高。

三、研制思路轉變

通過上述對于船舶工業特點的淺要分析，船舶工業需要借鑒航天、航空、汽車等先進裝備制造業的發展經驗，結合自身行業特點，形成獨具船舶特色并且獨立自主探索的船舶研制模式。鑒于船舶工業屬于信息量級巨大的高度離散型制造業，并且對于廠所協同研制、產業鏈上下游企業協作和研制成功率有較高要求，為了進一步降低前端設計迭代次數，減少后端裝配試錯次數，壓縮產品研制周期，需要建立基于數字樣船的船舶研制模式，并建議船舶研制由基于模擬量傳遞的串行研制模式向基于數字量傳遞的并行協同研制模式轉變。新模式下，單一三維數字模型將取代傳統的二維技術圖紙和技術文檔說明，它承載著船舶研制全生命周期中近乎所有的價值信息，并將數據來源各異、高度離散的價值信息統一集成起來，伴隨數字模型在研制的不同階段以及船舶產業鏈的上下游企業之間，高速度、高效率、高質量傳遞。

四、船舶研制新體系

為了支撐船舶研制模式從基于模擬量傳遞的串行研制模式向基于數字量傳遞的并行協同研制模式轉變，船舶工業需要建立以單一三維數字模型為核心信息載體的并行協同研制新體系。并行協同研制新體系具備以下五個特點：

(一)核心信息載體必須是數字模型。相較于傳統的技術圖紙、技術文件等基于模擬量傳遞的信息載體，數字模型作為傳遞數字量的信息載體，形成了數字化研制環境，確保了船舶產品全生命周期各類信息、參數、數據的準確性和唯一性。

(二)數字模型必須是三維數字模型。三維模型可以通過三個維度對船舶產品進行精確描述，相較于傳統二維技術圖紙，三維模型更加直觀明了，在產品設計迭代過程中，設計變更效率也更高，裝配干涉現象也能在研制前期更早地被發現。

(三)三維數字模型的信息來源必須是單一的。信息源頭單一為船舶工業實施跨地域、跨組織的廠所協同研制，甚至今后的船舶全產業鏈的協同研制打下及其重要的技術基礎。單一數據來源的數字模型可以避免大量的重復建模工作量，提高了工程技術人員的工作效率。

(四)數字模型作為企業的虛擬資產和知識沉淀，從研發設計到制造維保，將貫穿于船舶產品的整個生命周期，并作為今后產品升級的重要基礎技術依據。第二代產品的優化升級工作可以在第一代產品數字模型的基礎上進行，此舉可以大幅縮短項目前期的準備工作。

(五)基于三維數字模型而逐步搭建起來的船舶工業數字化虛擬仿真驗證環境，將在產品研制的前期，從多個方位和不同技術角度，更加科學、嚴謹地驗證產品的可行性，盡可能避免在項目研制后期出現顛覆性的情況。