新形勢下船舶行業“智慧院所”建設

呂建軍，孔 寧，周陶然，甄希金

（1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.上海申博信息系統工程有限公司，上海 200032）

0 引言

隨著現代船舶裝備的復雜程度不斷提高，數字化技術和智能制造技術成為增強研發能力、提高產品質量、提升生產效率、減少生產成本，以及確保安全生產的有效手段。美國和日本等造船大國均把數字化造船技術放在戰略高度進行組織實施。基于模型定義的協同研發技術、基于知識驅動的設計制造技術、虛擬仿真技術、產品全生命周期管理技術、大規模個性化定制技術等先進技術已廣泛應用于船舶設計制造的各個環節，極大地推動了船舶領域數字化設計和智能化制造技術的快速發展。

國內船舶行業經過多年的持續投入，目前在船舶總體、動力裝備、綜合電子和水中兵器等主體業務中初步具備了產品數字化設計、仿真、制造、管理和綜合服務保障的能力，信息化條件得到了明顯改善。此外，船舶行業還培養了一批研發能力較強、實踐經驗豐富的數字化技術隊伍，為推動國內船舶行業轉型和升級奠定了較好的技術基礎。然而，與國際和國內先進行業相比，國內船舶行業在推進智能制造技術發展的深度、廣度和體系化等方面都存在著較大差距。在國家戰略引領和智能制造技術的推動下，各科研機構正在加速推進“智慧院所”建設。因此，開展新形勢下船舶行業“智慧院所”建設研究，明確目標、理清思路、統一架構、制定策略，對凝聚各方資源，開展分工協作，有計劃地貫徹數字技術驅動下的“智能制造”新模式，意義重大。

1 “智慧院所”的體系架構

如圖1所示，“智慧院所”主要由研發協同層、科研管理層、科技研發層和科技保障層等4個層次組成，目的在于提高數字化和網絡化條件下的協同設計能力、試驗能力、檢測能力和虛擬制造能力。“智慧院所”的主要任務是支持產品全生命周期的數字化研發，并通過設計和工藝知識庫、虛擬制造、并行協同設計等手段實現智能化決策支持，進而實現數字化的研發、設計、分析、裝配、檢測和服務。

圖1 “智慧院所”體系架構

1）研發協同層

研發協同層是為各研究院所提供產品協同設計和多項目管理協同服務的業務層次。研發協同層基于價值網絡集成和科研最優能力單元，通過企業內聯網實現院所內部的設計、工藝、仿真、試制和試驗等全價值鏈協同，包括跨地域和跨單位的產品設計制造協同，以及面向綜合保障和運行支持的服務網絡協同。

2）科研管理層

科研管理層是在科研院所內部提供面向產品全生命周期和價值鏈的集成服務，以及單位組織和管理的公共服務的業務層次。科研管理層以建立基于模型的“智慧院所”為目標，以敏捷響應客戶需求為宗旨，集成管理科研院所內部的全部科研和管理活動，涉及產品研發和創新、科研資源協同、知識管理和應用等多個方面。科研管理層需要從產品全生命周期維度、價值鏈維度、組織和管理維度建立核心能力領域的信息化管理平臺。

3）科技研發層

科技研發層是指在科研院所內部研發過程中，圍繞產品全生命周期管理，完成產品的設計分析、原型試制、試驗測試和綜合保障等關鍵環節的智能信息系統的運行管理和數據處理，實現信息流在生產系統中的集成和優化的業務層次。設計分析主要面向產品的需求論證、創新設計、方案設計和產品設計等需求，形成面向樣機的協同設計能力；原型試制主要面向產品的工藝設計和加工試制等需求，形成統一的試制管理和工藝管理知識的能力；試驗測試主要面向產品的虛擬測試和實物測試等需求，形成試驗設施和仿真系統虛實結合的“試驗樣機”能力；綜合保障主要面向產品的手冊制作、運行管理和維修管理等需求，形成以產品技術狀態全面準確管控為基礎的數字化支撐保障能力。

4）科研保障層

科研保障層是指為滿足科研院所的科研、管理、試驗和安全保密等方面需求所進行的各項基礎設施和軟硬件支撐環境建設，實現信息數據的快速設計、建模、計算、集中存儲和管理的基礎保障層次。科研保障層包括虛擬樣機中心、高性能計算中心、流程中心、數據中心、知識管理平臺和共性資源庫等組成部分，通過虛擬化和智能化的運行，最大化利用科研資源，形成最優化的控制與管理能力。

2 “智慧院所”的技術儲備

技術儲備是針對“智慧院所”構建后要突破的關鍵環節和關鍵技術，組織開展的策劃、技術論證和技術攻關等各項工作。

1）加強研發共性技術

加大對共性技術研發的力度，突破智能制造標準、智能制造編碼、基于模型定義的數字化產品定義通用規范、虛擬制造規范、設計/生產/管理一體化規范等要求的基礎關鍵共性技術，為廣泛開展智能制造鋪平道路。

2）加強研究重點領域智能制造技術實施方案

以軍工裝備研制為基礎，全價值鏈開展艦船總體、動力裝備、水中兵器和綜合電子等重點領域的數字化研發、網絡化協同和智能化制造實施方案研究，充分發揮船舶行業裝備研發能力、總裝建造能力和設備配套能力強的優勢。在智能制造技術的支持下，在總體所、總裝廠和配套廠等研制和生產環節中，形成職責清晰、協同有序、合作高效、保障有力的產業體系，促進“兩化融合”深入發展，進一步夯實船舶行業在艦船總體、動力裝備、水中兵器和綜合電子等產業中的優勢地位。

3）著力突破數字化設計、智能化生產和網絡化管控等關鍵技術

（1）數字化設計和分析技術，包括基于模型定義的數字化產品定義技術、基于模型定義的三維模塊設計技術、支持全三維研制模式的規范和方法體系、基于三維特征基的產品可制造性分析技術、基于統一模型的艦船協同設計技術、基于三維模型的虛擬裝配及可裝配性分析技術、基于機電一體化創新產品設計的集成設計技術，以及多領域統一建模及仿真技術等。

（2）數字化工藝設計及仿真技術，包括基于模型定義的工藝數字樣機構建及管理技術、基于模型定義的三維工藝設計技術、基于模型定義的工裝快速設計技術、基于三維模型的加工工藝建模、仿真與優化設計、基于三維模型的裝配過程仿真技術、面向制造的艦船設計/工藝信息數據庫技術等。

（3）智能制造技術，包括制造設備自動化和數字化改造技術、數字化在線監測和評價技術、智能化物流及搬運技術、智能化車間工業總線技術、基于物聯網的多源制造信息傳輸與處理技術、智能化感知技術、生產設備和工位智能化雙向傳輸技術、生產數據采集分析技術、生產現場觀看和決策支持技術等。

（4）網絡化管控技術，包括生產計劃管控技術、生產執行與現場管控技術、生產物流執行管控技術、全面質量管控技術、設備及勞動力管控技術、刀輔具智能管控技術、制造數據中心建設和運維技術、智能決策支持技術和可視化生產管控技術等。

（5）一體化集成技術，包括模型驅動的設計/制造/驗證/服務技術、賽博物理生產系統技術、基于云平臺的協同技術和大數據挖掘分析技術等。

3 “智慧院所”的構建目標

“智慧院所”的構建目標在于提高數字化和網絡化條件下的協同設計能力、試驗能力、檢測能力和虛擬制造能力。“智慧院所”建設需要按照“總體規劃、系統推進、分布實施”的原則，逐步優化和完善數字化環境，重點開展數字化研發、信息化管理和知識化應用等平臺建設。

1）數字化研發

爭取到“十四五”收官階段，數字研發爭取實現如下目標：（1）基于模型的系統工程在型號和重大裝備研發和設計的過程中得到全面應用，性能樣機分析仿真得到深化普及；（2）數字技術全面應用于產品全生命周期維度；（3）全裝備級聯合仿真、綜合閉環試驗以及虛實結合的設計、仿真和試驗成為復雜裝備研發設計的主要形式；（4）“虛擬網絡-實體物理”系統將應用范圍進一步應用延伸到基于模型的自適應設計、制造和保障環節。

2）信息化管理

爭取到“十四五”收官階段，信息化管理爭取實現如下目標：（1）以多層級項目管理為核心，深度集成業務管理系統，實現科研與管理融合、多業務和多層級關聯互動的局面；（2）建立大數據平臺，為項目管控和質量管控提供智能決策和共享支持，實現全產業鏈協同管理，以及信息流和服務流的全面優化集成和協同應用。

3）知識化應用

爭取到“十四五”收官階段，知識化應用爭取實現如下目標：（1）通過深度集成，將知識與業務流程相關聯，實現在線數據采集和知識的關聯推送，全面實現各專業知識的組件化；（2）通過深化知識工程與業務系統深度融合，借助大數據分析和知識推理等技術手段，構建專家支持系統，實現輔助設計和智能決策；（3）通過云平臺等技術，推動設計、管理和服務等公共知識互聯共享，形成全員參與創新的文化氛圍，實現機器的自學習，知識的自組織、自適應和自成長等智慧化目標。

4 “智慧院所”的優化策略

1）堅持流程優化與技術優化相結合

科學的生產管理流程是“智慧院所”構建的基礎和條件。要根據院所的產品性質、產業結構、人員知識結構和生產管理手段的變化和需求，不斷優化生產和管理流程，提高經營和管理能力。同時，以問題為導向，遵循“操作簡便、實用、耐用”的根本原則，不斷優化高新技術，提高投資回報率。

2）堅持技術先進性與繼承性相結合

積極跟蹤國內外高新技術的發展趨勢，大膽創新，不斷改進和提高技術，為推動院所跨入國際先進行列提供良好的技術基礎和條件。此外，要充分用好先期投入的設備和系統，做好老舊設備的維護和升級改造，努力提高投入產出比。

3）堅持外援技術與自主技術相結合

要充分借用社會力量，將高質量、高水平、低成本、經驗豐富的專業研發團隊引入到技術改進工作中，“多、快、好、省”地推進技術升級改造，達到理想效果。此外，要堅持“以我為主”的原則，根據當前“智慧院所”存在的問題和發展目標，細化各階段的目標需求，引導外援技術按照既定的目標、成本和技術能力有序地進行技術實施。

4）堅持高素質研發人員和技工人員相結合

高素質研發人員既是“智慧院所”需求方案的制定者，也是“智慧院所”技術構建的參與者和維護者，對“智慧院所”的打造負有重大技術責任。培養高素質研發人員和技工人員是實現“智慧院所”建設的關鍵因素。要嚴格把關人員篩選，加強技術培訓，促進研發人員和技工人員技術素質和管理素質的快速提升。

5 結論

“智慧院所”是基于知識構筑的智慧化組織，是支撐我國軍工科研院所未來自主創新能力的核心科研組織。本文從體系架構、技術儲備和構建目標方面對“智慧院所”進行闡述，并提出“智慧院所”建設需堅持流程優化與技術優化相結合、技術先進性與繼承性相結合、外援技術與自主技術相結合、高素質研發人員和技工人員相結合的優化策略。