基于數字化技術的大型船舶企業生產工藝創新研究

當前，全球航運市場逐漸復蘇，大型船舶的需求量猛增，船舶企業之間的競爭也日趨激烈。在此背景下，為爭奪新造船舶訂單，全球各大船舶企業積極探索運用數字化技術創新生產工藝的路徑，以控制生產成本，提高新造船舶質量。本文簡要介紹了船舶生產工藝數字化的概念，分析了傳統船舶生產工藝存在的問題以及基于數字化技術創新船舶生產工藝的可行性，并提出了有針對性的創新策略，以期為大型船舶企業創新生產工藝提供參考。

一、船舶生產工藝數字化的概念

在生產過程中，由于不同船舶企業使用的生產材料和生產工藝不同，因此生產成本也存在較大差異。目前，部分大型船舶企業仍然沿用傳統的生產工藝，導致生產成本控制效果不佳，難以實現精細化成本管理目標。因此，大型船舶企業應加速融入現代企業數字化轉型浪潮。具體來說，大型船舶企業可以通過不斷收集、整理生產數據，利用大數據分析模型仿真模擬不同生產工藝下船舶的生產過程，并分析相應的生產成本、生產質量等關鍵數據，從而在保證船舶生產質量的前提下，有效控制生產成本。大型船舶企業運用數字化技術創新船舶生產工藝，不僅可以大幅度提高船舶的生產效率，還可以在一定程度上消除船舶生產過程中存在的安全隱患，從而增強自身的核心競爭力。

二、傳統船舶生產工藝存在的問題

通常，在生產船舶時，大型船舶企業需要嚴格遵循相應的生產工藝要求，而不同的生產工藝不僅會影響船舶的生產成本與生產效率，還存有不同程度的安全生產隱患。目前，傳統的船舶生產工藝主要存在以下問題。

（一）生產效率低

由于大型船舶企業的船臺、船塢、碼頭等生產平臺數量有限，因此，保持較高的生產效率可以實現短周期輪轉，為大型船舶企業爭取更大的盈利空間。但是，部分大型船舶企業仍然沿用傳統的船舶生產工藝。在船舶噸位、結構布局、裝備類型等方面都發生明顯改變的情況下，傳統船舶生產工藝的局限性更加凸顯。同時，傳統船舶生產工藝的生產順序不夠合理，船舶生產過程中不同工藝流程之間可能會相互干擾，導致船舶生產效率較低。

（二）生產成本高

在市場競爭日益激烈的背景下，大型船舶企業面臨的成本控制問題更加嚴重。然而，傳統的船舶生產工藝受到定額成本及標準成本的制約，難以對材料、人工、周期等成本進行控制。以分段合攏為例，在分段焊接過程中，技術人員一般會采用傳統的坡口切割工藝，通過手工對接口進行切割、打磨。為了滿足接口的精度要求，技術人員需要多次返工，反復打磨。在這一過程中，大量材料和時間被浪費，進而增加材料、人工和時間等方面的成本，嚴重削弱了大型船舶企業在成本控制方面的優勢。

（三）存在安全隱患

船舶的生產過程較為復雜，傳統的生產工藝存在安全隱患，可能會對員工的生命安全和財產安全造成威脅。例如，船舶在生產過程中，需要使用諸多設備，如切割機、鉆床等，如果技術人員操作不合理，就容易造成事故。再如，船舶在生產過程中，電焊作業廣泛分布，傳統的焊接方式容易對技術人員造成傷害。因此，大型船舶企業需要通過創新生產工藝、規范生產操作流程等方式，以最大限度地減少安全隱患。

三、基于數字化技術創新船舶生產工藝的可行性

數字化轉型是大型船舶企業創新生產工藝的必然要求。目前，許多大型船舶企業開始重視并應用數字孿生、智慧工廠等數字化技術來創新生產工藝，并逐漸完善生產數據的采集、分析與處理流程。在細致分析內外部影響因素的基礎上，筆者認為大型船舶企業基于數字化技術創新生產工藝具有較強的可行性。

首先，員工的成本控制意識逐漸增強。隨著市場競爭的日益激烈，大型船舶企業必須通過有效控制成本來增強自身的市場競爭力，并突出員工的主體地位。目前，大型船舶企業員工的受教育程度普遍較高，能夠認識到成本控制的重要性，因此基于數字化技術的生產工藝創新具備良好的人員條件。隨著現代企業管理制度的日益完善，大型船舶企業也建立了分紅、績效等多種獎勵機制。因此，為了獲得更高利益，其員工在降低生產成本方面的訴求更加迫切，這也在一定程度上推動了大型船舶企業生產工藝的創新。

其次，核心技術不斷取得突破。近年來，工業互聯網、孿生工廠、智能工廠等相關領域的核心技術取得了突破性進展，且相關技術的使用成本也顯著降低。因此，大型船舶企業具備生產工藝數字化轉型的技術條件，其基于數字化技術創新生產工藝的可行性較高。與此同時，大型船舶企業創新生產工藝的技術選擇范圍更加廣泛，生產工藝的優化路徑也更加多元化。

最后，企業數字化改革不斷深入。近年來，許多大型船舶企業已基本完成了采購、研發、生產、維修等各環節的全面數字化，為創新船舶生產工藝提供了有力的數據支撐。在數據類型不斷完善、數據庫規模不斷擴大的同時，與生產工藝相關的模型算法也更加精準，能夠最大限度地保證生產工藝創新的科學性、有效性和可行性。

四、基于數字化技術創新船舶生產工藝的策略

一直以來，雖然大型船舶企業對生產成本的控制較為關注，但是其沿用的傳統生產工藝不僅生產成本高、生產效率低，還存在安全生產隱患。因此，大型船舶企業需要利用數字化技術來升級改造生產工藝，提高船舶生產質量。同時，數字化管理平臺能夠綜合評估不同生產工藝對生產成本、產品質量、生產周期等方面的影響，為大型船舶企業的數字化改革提供技術支持。

持續創新生產工藝是大型船舶企業保持市場競爭力的前提。在生產工藝創新方面，數字化技術發揮了不可替代的作用。筆者結合虛擬現實、數字孿生、三維可視化等數字化技術的特點，針對大型船舶傳統生產工藝存在的問題，從提高生產效率、降低生產成本、落實安全生產等方面提出了創新生產工藝的策略。

（一）加強生產數據管理，提高生產效率

大型船舶企業在創新生產工藝時需要綜合考慮多種影響因素，如材料采購、施工難度、環境保護等，并反復探討不同影響因素下生產工藝與生產效率之間的關系，從而加快生產工藝創新的步伐。

大型船舶企業可以依托數字化管理平臺，通過網絡接口獲取創新生產工藝所需的相關數據，如采購成本、人員成本等，并通過建模分析不同生產工藝所需的環境條件，確定作業難度，從而最大限度地縮短生產工藝創新的周期。在數字化背景下，大型船舶企業創新生產工藝的關鍵在于采集與處理相關數據，加強數據管理，提高數據關聯分析的準確度，尤其需要評估數據的真實性、有效性，以加快生產工藝創新的速度，提高生產效率。

以船舶分段建造工藝為例，為保證各分段順利合攏，大型船舶企業不僅要確保生產工藝的科學性與合理性，還要提高各分段的生產效率。大型船舶企業可以動態獲取采購、生產等部門的電子單據，并通過建模分析來實時掌握不同分段的建造速度，預測不同分段的完工日期。此外，針對數據分析中存在的問題，大型船舶企業還可以利用已經完成的分段建模來仿真生產工藝，為分段建造方案的制訂提供參考，在高效解決問題的同時實現對生產流程的精準控制。

（二）完善生產工藝模型，降低生產成本

大型船舶企業可以借助虛擬仿真、大數據等技術，并通過數字建模的方式實現生產工藝的創新。在此背景下，技術人員可以利用相對成熟的虛擬仿真技術來搭建虛擬船舶生產平臺，仿真各種生產工藝流程，完善生產工藝模型，降低生產成本。同時，技術人員可以利用后臺數據統計不同生產工藝下的材料成本、人工成本等，并結合采購部門、人力資源部門提交的電子單據，更加清晰地掌握生產工藝的成本結構。以虛擬船舶生產平臺為代表的生產工藝模型可以保證船舶生產成本的合理性，凸顯大型船舶企業在成本控制方面的優勢。

以大型裝備的安裝流程為例，早期安裝大型裝備時經常采用的是垂直吊裝工藝。雖然垂直吊裝的難度較低，但是平面分割后的力學空間被破壞，特別是縱向和橫向上的應力變化容易對船體結構造成影響，從而導致后期的結構修復成本增加。通過借助虛擬船舶生產平臺，技術人員可以細致分析大型裝備不同位置的結構數據，并采用側向開孔、分段安裝的工藝避免結構損傷，從而有效控制材料成本及后期修復成本。

需要注意的是，創新生產工藝不得以犧牲生產質量為代價。完善的生產工藝模型雖然能夠在一定程度上幫助大型船舶企業控制成本，但是從實際效果來看，過度的成本控制將不可避免地對生產質量造成影響。

（三）仿真生產流程，落實安全生產

仿真船舶生產流程是指利用數字化技術對船舶生產過程中的相關工藝流程進行虛擬再現。大型船舶企業可以利用虛擬現實、數字孿生等技術全面仿真生產流程，打造沉浸式的操作環境，科學、合理地設計生產流程。同時，大型船舶企業在仿真生產流程時可以與安全管理平臺進行數據交互，將仿真生產過程中出現的安全問題及時上報至安全管理平臺。此舉也有助于技術人員優化生產工藝，落實安全生產。

例如，密閉空間焊接工藝對焊接方法、環境控制等提出了較高要求。因此，焊接流程中的環境變化會對人員、裝備的安全造成一定威脅。大型船舶企業可以利用仿真技術分析不同焊接工藝的氧氣消耗量、廢氣中有毒氣體的含量、焊接材料消耗量、鼓風機送風量等數據，以及時應對可能出現的安全生產問題，并保障人身安全與焊接質量。同時，不同的焊接工藝對環境的要求也不同，大型船舶企業在仿真生產流程時需要動態分析環境因素并評估焊接質量，從而進一步確保密閉空間焊接工藝的可行性與有效性。

總之，在仿真生產流程時，大型船舶企業各部門之間需要相互協同，綜合考慮各種因素帶來的影響。同時，大型船舶企業需要認識到，數字化技術不能完全消除生產工藝中存在的安全隱患，其在生產過程中依然需要采取有針對性的安全防護措施。

五、結語

大型船舶企業需要加快數字化轉型進程，利用數字化技術創新船舶生產工藝，有效解決傳統船舶生產工藝效率低、成本高、安全性差等問題，從而進一步降低生產成本，提高生產效率，減少安全隱患，確保安全生產，實現自身高質量、可持續發展。

[作者單位：滬東中華造船（集團）有限公司]