工業互聯網平臺賦能船舶行業數字化轉型方法論

信息化與軟件產業研究所

船舶行業屬于勞動密集、資金密集、技術密集的離散制造業，具備零件數量多、生命周期長、資本投入大、技術要求高等典型特征，正面臨接單難、交船難、融資難等痛點。江南造船、黃埔文沖、滬東中華等企業以網絡化協同和服務化延伸為切入點，從設計協同化、制造智能化、管理精益化、融資在線化、產品服務化等方向進行數字化轉型。

船舶行業數字化轉型

趨勢分析

研發設計由獨立設計向無縫設計轉變。船舶行業研發設計環節復雜，涉及數十個專業分工。傳統船舶行業使用獨立設計模式，在設計環節聯通、跨專業對接、設計模型變更等方面存在數據交流不暢、企業協同水平不足等問題。隨著業內無縫設計模式的應用推廣，基于MBD理念使用唯一數據源進行屬性標注，有利于統一標準，改善數據差異問題，打破研發設計的空間、時間、組織限制，降低跨專業、跨部門、跨企業協同研發設計門檻。

生產制造由數字化向智能化轉變。船舶構造復雜精密，大型豪華游輪零件數量超過2500萬個，包括鋼材預處理、零件加工、裝配焊接、試驗下水等諸多環節，對制造工藝、工序的要求較高。在傳統船舶生產制造過程中，零部件加工需大量人力，不利于保障產品質量的穩定性，整體質量管控成本較大。隨著數字孿生技術的發展應用，助力船舶企業依據統一模型、統一數據源進行生產制造，解決CAD到CAM的集成問題，實現生產過程可預測、可調整、可追溯，有效提升產品質量，提高用戶體驗，增加企業收益。

供應鏈管理由重經驗向重需求轉變。在傳統船舶產業鏈管理體系中，船舶配套、船舶建造、貨物生產運輸、航運市場等環節的運營都是獨立的、單向的。企業之間無法實現信息共享，各企業在制定供應鏈計劃時更多依仗工作經驗，導致產業鏈供需雙方信息不對稱，無法針對需求動態調整，缺乏供應鏈成本優化及納期有效控制。工業互聯網聚焦人、傳感器、生產設備和庫房、物流等節點的互聯互通，打破數據、知識、能力、成本等束縛，推動供需雙方相關數據互聯互通，以信息流加速物流、資金流、技術流有效流動，加快經驗導向到需求導向的模式轉變，推動船舶制造企業向價值鏈、產業鏈高端躍升。

發展模式由賣產品向賣配套服務轉變。目前，全球船舶運力和制造能力存在過剩現象，造船市場需求出現結構性不足，散貨船等常規船型需求乏力，高技術船舶和海洋工程高端裝備需求旺盛，傳統船舶制造業，依靠生產要素投入和廉價勞動力轉化的盈利模式難以為繼。隨著工業互聯網在船舶行業的應用推廣，有利于提升船舶制造整體配套服務水平，打造“船舶+智能系統+配套服務”的整體產品方案，提高用戶黏性，構建技術迭代升級、用戶體驗友好的新型船舶工業服務體系。

船舶行業工業互聯網平臺

典型應用場景及實踐

基于三維模型的協同設計。一是數字孿生仿真。船舶企業可通過在工業互聯網平臺部署CAE、CAD等功能模塊，在賽博空間對船舶模型進行碰撞仿真、結構仿真和流體仿真等測試，降低樣品試制成本，并縮短產品研發周期。二是并行協同設計。船舶企業可應用工業互聯網平臺集成船舶的外觀、結構、性能和電器分布等數據，實現各項設計工作在跨部門、跨企業、跨區域的同步進行，保障設計方案的協調與適配，提高研發效率。三是工藝設計優化。利用工藝設計仿真等功能模塊，在數字空間模擬船舶零部件的加工、船舶部件的焊接與組裝等制造過程，減少人工試錯的次數，優化制造工藝，降低生產錯誤率。四是基于三維模型的可視化檢驗。基于工業互聯網，建立面向船東、船檢的在線檢驗平臺，基于可移動、旋轉的三維數字孿生模型，直觀展示船舶檢驗數據，提高船舶檢驗的實時性，保障產品質量。五是船舶工業建設的數字化設計。在船廠數字化、網絡化、智能化升級改造項目中，經過布局規劃、仿真，驗證船廠生產能力，優化車間物流和設備配置。

例如，中船江南造船、中船黃埔文沖基于達索三維體驗平臺，實現了大型航標船、支線集裝箱船等產品生產設計全流程、全專業、全三維交付，設計差錯率大幅降低，提升產品的制造質量。外高橋造船在豪華郵輪設計方面建立了全球大型協同設計平臺，實現和國外設計公司統一平臺上的全球化協同設計，實現了和船東之間的圖紙送審協同，提高設計效率30%。滬東中華使用自主研發的SPD三維設計制造系統，支持船舶船機電全專業設計建模及工藝完整性定義，通過在計算機上虛擬造船，融合各專業并行開工，減少船體建造過程中的錯誤率。黃埔文沖構建了基于工業互聯網的云檢測平臺，實現了基于船體三維模型的焊縫設計、生產、檢驗信息在線查詢與展示，確保相關方能在全球任何地點能夠實時掌握船舶焊接工作狀態。中船九院開發船廠工藝敏捷設計咨詢系統，通過開發系列高效的工藝計算、船廠方案參數化布局、工藝仿真驗證，以及設計成果發布等工具軟件，持續不斷地進行設計迭代以達到船廠客戶的需求。

基于CPS的智能制造。一是關鍵生產環節的裝備自動化，依托工業互聯網平臺控制智能機器人開展型鋼上料、自動切割、智能焊接、材料輸送等生產流程，縮短生產周期，提升生產效率，降低人力成本。二是造船廠域生產要素的泛在互聯。在造船企業大尺度離散生產場地與車間范圍，部署基于北斗、RFID等技術多層次、多粒度定位系統，建立面向切割、焊接、吊裝、駁運等核心裝備的狀態采集與控制網絡，實現造船全流程核心生產要素的泛在互聯。三是基于邊緣計算的關鍵工藝敏捷管控體系。在切割、焊接等造船核心工藝環節，組建車間層級邊緣智能管控網絡，建立造船離散作業環境下的人、機、件的融合統一，實現近裝備端的敏捷質量監督、缺陷預警與節能管控。四是基于數字孿生車間的智能管控。建立零件加工、分段制造、船臺船塢等三維數字模型，構建生產工位、生產線及生產車間邏輯模型，實現基于物聯網的核心生產要素狀態監控及作業狀態管控，及基于實時狀態數據的生產過程動態分析、決策與調度。

例如，依托工業互聯網，中船黃埔文沖建立了基于北斗的廠域物流裝備定位及管控網絡，結合車間制造執行系統，建立面向船體分段作業的數字孿生車間，實現了生產作業的精細化管理。滬東中華、黃埔文沖等建立數控焊機管控邊緣網絡，推動焊機聯網，實現了焊接指令及工藝在線下發、作業跟蹤與自適應啟停控制，有效提高了焊接的質量，降低了能耗。中船第十一研究所依托工業互聯網平臺研發工藝規劃、車間管控、吊裝仿真等軟件，積極投身船廠生產線聯網改造，實現關鍵工位國產化替代，與船廠一起打造數字化車間。中船信息致力于研制新型工業互聯網APP，打造智能制造SaaS云服務，為船廠及供應鏈上下游提供設備接入、生產協同、設備管理、能耗管理、安全預警等智能化服務，幫助企業低成本上云、上平臺。

供應鏈協同。一是供應鏈管理。通過工業互聯網平臺進行船舶配套資材、供應商、資材配送等精益化管理，保障供應鏈配套均衡、有序，有效提高物流周轉效率。二是供應鏈金融。通過工業互聯網平臺進行融資租賃，將資產由流動性較差的固定資產向流動性最強的現金資產轉變，改善企業現金流，降低企業融資成本，優化公司資本結構。

例如，中船黃埔文沖搭建標識解析船舶行業二級節點，推動供應鏈上下游開展基于工業互聯網平臺的外協外購產品一碼協同制造、配送、入庫，節約配送人員與成本，提高物流效率。外高橋造船依托工業互聯網建立了供應鏈協同平臺，把船廠內部管理向供應商端延伸，通過設計協同、計劃協同，降低物資庫存量、提升供應及時率。中遠海運依托通過布局供應鏈金融，借助大數據分析把控風險借助供應鏈金融，利用區塊鏈技術創造可信環境有效降低企業融資成本，船融比例達到80%。

服務化延伸。一是船舶節能運營。將智能檢測設備連接工業互聯網，實現能耗查詢、分析、統計和管理等功能，減少海運碳排放量，降低船舶運營成本。二是航路智能規劃。搭建船岸、船船信息傳遞網絡鏈路，實現了船岸、船船之間大數據的互通與共享。實現開闊水域輔助駕駛，提高了船舶航行安全。三是設備預測維護。實時獲取關鍵設備的狀態參數和健康狀態，使用大數據技術預測狀態發展趨勢和剩余壽命，并采用合理的維修或維護保障措施。

例如，中船集團打造船舶安全運營管理系統（SOMS），實現航線優化決策、設備健康預警、船舶能效管理等功能，應用該系統的智能船與傳統船型相比，推進效率可提高約3%，日均油耗可降低約4%。

推進應用場景落地的著力點

夯實技術基礎，建設數據流動快車道。一是推動新一代信息技術應用，加快大數據、虛擬仿真、系統協同、人工智能等技術協同，打破數據僅在本地計算機、局域網流動的范圍限制。二是加大船舶智能制造總體技術、工藝設計、智能管控、智能決策等技術的研發投入力度，聚焦數據的搜集、積累并加快相關知識轉化，指導產品生產制造。三是加快船舶行業知識沉淀、封裝、固化，打造數字中臺，構建船舶行業工業軟件支撐體系，通過加快數據自由流動有效解決行業問題。

推動邊云協同，突破生產現場數據瓶頸。一是核心產線智能改造，依托邊緣智能計算、大數據分析，實現云對邊智能控制，縮短核心零部件制造周期，有效降低不良品率，提升生產效率。二是生產計劃動態調整，實時監控現場狀態參數，在工業互聯網平臺綜合分析場地、設備、人員等數據，制定負荷均衡的作業計劃。三是生產模式組織優化，借助大數據、人工智能等技術，保障制造流程精益化、實時化和生產節拍的有序、流暢，降低制造成本。

優化供應鏈配套，提高上下游信息共享水平。一是依托工業互聯網加強上下游企業生產需求計劃的對接，減少交期提前或拖期現象。二是建立云端數字化庫存管理機制，逐步推廣“需求拉動計劃、倉儲動態調整”的自由型庫存控制模式。三是布局基于工業互聯網的供應鏈金融，著力解決墊資、交付延期、訂單取消等因素引起的資金鏈斷裂問題。