大數據在現代船舶制造業中的應用

李學明 盧翔

摘要：隨著信息技術的快速發展，很多工業制造領域都在進行新一輪的技術變革，新技術的研發和應用對企業來說既是嚴峻的挑戰，又蘊含了巨大的機會。船舶制造業作為高精尖行業，其擁有的技術手段和能力可以作為一個國家高端制造能力的體現，因此船舶制造在“中國制造 2025”規劃中是重點發展的十大領域之一。大數據技術在我國許多行業中的應用已經非常成熟，并且許多企業利用先進的大數據技術在行業內取得了非常耀眼的成績，因此，在現代船舶制造業中需要加快推進大數據技術的應用，不斷推進在設計、制造等方面的技術更新和改革，促進行業發展進步，不斷開拓高端船舶制造市場。本文就大數據技術在現代船舶制造業中的應用進行了研究分析，以供參考。

關鍵詞：大數據技術船舶制造制造模式技術創新

我國幅員遼闊，擁有很大范圍的海域和內陸湖泊資源，船舶制造業能夠為水上運輸和海洋資源開發利用提供各種裝備設備，也是國防基礎建設領域極其重要的支柱性產業，因此，船舶制造業的發展具有重要的意義。隨著信息技術發展應用的不斷成熟，先進技術的革新帶動全球船舶市場進入新一輪的大調整周期，國際競爭越來越激烈[1]。而我國船舶制造業在很長的一段時間內都只能生產中低端船舶，已經出現產能過剩的問題，國際高端船舶市場一直被日本、韓國等國家牢牢掌控。要改變這種局面，我國船舶制造業一定要借助大數據等先進技術進行變革，攻克船舶制造技術難點，加快推進轉型升級，借助我國工業產業優勢，生產高端船舶來滿足客戶的專業化、個性化需求。大數據在現代船舶制造業中的應用能夠對企業生產流程進行優化，使企業生產效率得到有效提高，從而降低企業生產成本。

1船舶制造業生產特點

目前，我國已經穩居世界船舶制造產量第一的國家，船舶制造規模在全球市場份額中已經是最大的，除了我國自身強大的需求以外，很多船舶遠銷國際，但是僅僅只是占領了中低端市場，要清醒地認識到我國離船舶制造強國還有很大的距離。船舶制造業具有非常典型的離散型特點，通常難以進行大規模生產，但是由于船舶制造整體的技術工藝非常復雜，因此對企業門檻要求較高，其具有以下特點。

1.1船舶制造的生產模式

船舶屬于高價值產品，因此在船舶制造業通常是按照訂單需求量來安排生產，也就是造船企業是需要按照客戶的訂船要求以及約定的交船時間來專門制定該批次船舶的設計生產計劃工作的，并且由于船舶成品集成化工藝非常復雜，在生產達到半成品階段時也需要向客戶進行查驗和船級社的審核，在船舶成品完成生產后需要再次進行檢查審核，之后才能進行批量加工生產。船舶需要長期在水面上作業，因此船舶制造的安全標準極其嚴苛，在每一個生產階段都必須進行全面的安全質量檢測，涉及大量的質量檢測數據[2]。

1.2船舶制造的作業體制

船舶由于本身的復雜性，因此其生產制造過程也非常復雜，需要多種工藝工序和多種專業技術能力，具有投入資金量大、工作量大以及各種工序相互交叉影響的特點。我國現代船舶制造工業起步較晚，一些船舶制造企業生產流程比較落后，管理模式也不科學，與日、韓等先進國家的企業相比還存在較為明顯的差距，這就導致我國船舶的生產周期會更長，船舶性能上也有很多不足，難以滿足高端市場的需求。現在主流大型船企通常采用殼舾涂一體化作業體制，也就是將整個船舶制造流程分為船體、舾裝、涂裝3個大的板塊同步生產，在制造過程中，三大板塊又需要協調合作，比如，船舶制造過程中會涉及數量龐大的零部件的設計、加工、安裝，所有的零部件安裝都需要大量的實時精確數據作為支撐，一旦數據出現錯誤，將會造成嚴重的后果和損失，對數據要求極其嚴苛[3]。

1.3船舶制造的生產周期

通過與其他制造業進行對比，船舶制造業具有生產周期長的特點，并且由于整個設計生產工藝極其復雜，因此在生產制造過程中會累計大量的生產數據，在進行數據管理時也加大了管理難度。在船舶制造業普遍存在的一個問題是，制造所需物料隨著生產的推進會發生較大頻率的變化，同時也導致生產計劃隨之改變，而整個生產過程又缺乏數據支撐來銜接和應對這種變化，最終導致生產效率大大降低，部分變動會給生產帶來極大的挑戰，甚至會引發嚴重的生產事故導致產品無法按時交付，這些問題都是船舶制造企業迫切需要解決的。

通過以上分析不難發現，船舶制造業對數據的要求繁多也極其復雜，數據管理是一個極其關鍵的環節，提高數據分析和管理能力，能夠有效提高船舶制造生產能力，縮短生產周期，提高生產工藝和生產質量。隨著大數據技術的發展，有必要利用大數據技術對船舶制造生產流程進行優化改革，對生產環境進行預測，提高我國船舶制造業的整體工藝水平和能力。

2大數據在現代船舶制造業中的應用

我國船舶制造業經過多年的發展，已經占領了大部分中低端船舶市場份額，積累了大量的生產工藝和制造技術，而要由中低端向高端市場突破，則還要做好設計和技術工藝的突破。利用大數據技術有利于加強船舶企業技術更新升級，快速拉近我國與國外先進船舶企業的技術鴻溝。首先，大數據能夠使企業生產更加科學高效，通過對制造流程數據進行分析，可以快速掌握其中的核心工藝和技術難點。其次，大數據技術能夠將企業制造能力進行優化，保證船舶制造企業的制造與負荷實現動態平衡，有效提高生產產能[4]。最后，大數據技術還可以通過對已知造船數據的分析，預測未來產品的需求，指導企業設計和技術積累方向，提高產品市場競爭力，下面將進行具體分析。

2.1利用大數據技術優化船舶制造模式

船舶是現代工業集大成的市場化產品之一，其生產制造需要用到不計其數的各類零部件，零件又需要各種不同的工藝組合在一起，在制造過程中任意一個零部件不達標或者組件不能按時保質保量完成，都會對整個制造進度產生影響，甚至造成嚴重的生產事故。而在船舶制造過程中應用大數據技術，可以對所有生產零件進行有序統計歸類，實時上傳并檢測制造進度，通過實時數據能夠提前做好各種零件的準備工作，優化整個制造流程，避免了因一些材料問題而導致的低效工作情況，并且能夠有效降低資源浪費的問題，最終實現穩定持續的精益化生產模式。目前，船舶制造企業主要通過PDM系統、MES系統以及ERP系統這三大系統來進行制造過程的管理，已經實現了一定程度的自動化生產，但是對整個制造過程帶來的優化范圍差強人意[5]。而在此基礎上應用大數據技術，則能夠將原本各個管理系統中存儲的大量數據充分調動和利用起來，使得數據的有效價值更高，并且使數據的儲存、計算和管理能力得到大大的提高。船舶制造企業應用大數據技術優化船舶制造模式實現了對制造過程中的關鍵工藝的優化升級，并且通過數據分析能夠有效地實現對制造進度的調控管理。由于船舶制造過程中最關鍵的制造工藝和生產進度都能夠有效地得到優化控制，因此，在制造過程中顯著地提高了設備的使用效率，通過數據分析還能夠預測設備的運行狀況，防止出現故障。另外，由于船舶制造所需零部件夠多，難免出現零部件的更換和替代，大數據技術能夠提前預測好所需零部件的準確數據，避免了制造過程中出現無效時間。企業在制造船舶的過程中需要面對大量復雜的數據，并且一些數據還有可能出現變動，牽一發而動全身，因此，需要利用大數據技術，從設計階段開始就準確地進行數據的采集工作和統一描述工作，這樣大數據技術在運行工程中就能夠實現所有數據的存儲、提取甚至預測。通過大數據對傳統造船模式進行優化，最終實現數據的高效利用和管理，讓制造過程更加高效，并能夠促進造船工藝水平的提升。

2.2利用大數據技術實現產能與負荷平衡

在船舶制造過程中，由于需要各種復雜的工藝以及較長的制造周期，因此很多船舶制造企業難以做到產能與負荷的平衡，有些企業產能過剩，而有一些企業的制造能力則無法滿足企業的生產負荷，甚至同一企業不同時間會出現負荷過多或者產能不足的問題，這在我國船舶制造業中非常普遍。利用大數據技術，可以對船舶制造企業的生產能力進行科學的測算，在充分掌握自身生產能力的基礎上，制定本企業的招商和生產計劃，并且有大數據技術對制造進度進行有效控制，確保企業生產資源利用最大化。通常情況下，船舶制造企業在計算自身產能時，包含固定產能和可調節產能兩部分，以固定產能為主，可調節產能可以小范圍輔助調整，而船舶制造構成中的大組立是最復雜的核心制造工序，此工序工藝難度最大，制造周期也更長，其他舾裝、涂裝等工藝過程都是圍繞大組立來開展的。因此，在實際制造過程中，將大組立作為固定產能，以此來判斷該企業的產能，其他工序則利用企業的輔助產能來完成生產工作，再利用大數據技術中的流數據處理對影響企業造船產能的因素進行分析檢測，確保整個企業產能與負荷處在一個最優區間，先針對大組立制定制造生產詳細計劃，從零件設備組裝工藝到技術人員配備等[6]，建立一套科學的生產進度模型和監控分析系統。然后對其他工藝過程進行制定分段制造方案，通過大數據測算，將剩余的產能分配到不同工藝組中，并配合大組立生產進度執行生產計劃。生產計劃確定好之后，隨時要對企業生產產能和負荷進行測算，并根據測算結果來安排分段生產計劃，同時，大數據還需要對所有生產進度和設備運行情況進行實時監控，確保生產進度滿足計劃要求。在對生產過程中的產能與負荷進行動態監控的過程中，大數據系統需要實時調整生產計劃，并且根據已知數據對后續生產方案作出預設，并對出現的問題要有足夠的應對能力。大數據技術的應用，再結合AI智能學習技術，就能夠賦予大數據系統更多的測算、監控、管理、預測等能力，最終實現企業產能與負荷的最優生產方案，不斷提高生產效率，創造更多的價值，從而實現業務份額的不斷擴大。

2.3利用大數據技術促進核心技術創新

隨著信息技術的不斷發展，大數據技術已經發展出了數據可視化，即此技術可以將大數據系統中存儲的數據調用出來重新排列組合，并以3D可視化的形式展現給人們。隨著可視化技術的不斷成熟，可以直接從之前的老數據庫中調用與方案相關的數據并統一存儲在一起，然后由系統對這些數據進行分析、分類統計，并自動抓取數據背后的相關信息，再進行智能化分析推理，從而重新建立了基于船舶制造業的數據推理模型，當大數據系統完善了自身模型之后，技術人員對于零件選擇、設計、組裝、工藝流程等都能夠進行可視化模擬，并且系統還可以給出對比方案以供選擇，這樣就能夠在已知制造數據的基礎上尋求滿足客戶需求的最優方案，并且可以滿足客戶的個性化需求[7]。大數據可視化技術能夠更加準確地對生產制造過程中的各種問題進行預演，并提供多種解決方案，通過不斷地模擬推演，再結合大數據分析，從而不斷尋求創新技術和先進工藝的突破。每一次數據的運用也是對模型的不斷完善，這對于船舶制造業來說尤其重要，因為設計生產船舶需要采集和處理大量的數據，并且很多數據具有實時性和復雜性，如果沒有大數據技術的應用，則很容易出現各種問題，如生產不穩定、延期、質量得不到保證等。隨著云計算和虛擬現實技術的發展，結合大數據技術在船舶制造業中的應用，則可以實現整個生產車間的可視化場景，系統可以實時還原制造過程中的工藝流程、設備狀態、生產進度等，從而實現對整個制造車間的全面掌控。設計工程人員可以利用系統模擬生產過程，進行技術、工藝、設備等各種測試演練，通過多個維度觀察數據變化，從而不斷發現和創造新的知識技能。

3結語

綜上所述，隨著信息技術的不斷發展，船舶制造業利用大數據等信息技術進行升級革新也是順應時代潮流，只有主動擁抱新技術并將其應用到實際生產中，不斷積累新技術、新知識，才能尋求關鍵技術的突破，在高端船舶市場參與競爭。本文對大數據在船舶制造的設計、生產等方面的應用現狀進行了闡述，并對大數據技術在船舶制造業發展中的作用進行了說明，同時闡述了大數據技術的應用前景，能夠幫助船舶制造業實現進一步的發展。

參考文獻

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