船舶制造数字化技术发展趋势

6.9　船舶制造数字化技术发展趋势

船舶制造业是综合性的大型制造业，随着工业化与信息化的深度融合，数字化技术作为制造业现代化的核心技术，正朝着“五化”——集成化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化的方向发展。船舶制造的数字化包含船舶产品的数字化、建造资源的数字化（数字化装备、数字化船厂等）、建造过程的数字化、生产管控的数字化、运行维护的数字化等船舶全生命周期的数字化。通过数字化手段，实现生产过程和管理过程的自动、高效、优质、低耗，达到缩短建造周期、提高产品质量、降低生产成本，从而全面提升企业核心竞争能力的目的。

1）集成化

如前所述，船舶制造数字化发展至今，信息集成化是必然趋势，且是当务之急。信息集成化是提高企业信息化整体效益的重要保证，是实现协同设计、并行工程、敏捷制造等先进制造方式的重要前提。目前大都采用系统间通过数据接口的信息传递方式，这种方式虽可以支持串行业务过程的进行，但不能保证业务过程并行执行的有效性。为此，需要基于统一产品信息模型的产品数据库、资源数据库和信息集成平台，并建立规范的信息交换标准，以实现信息的集成、过程的集成、应用的集成。集成化可以使设计院所、船厂、船级社、船东及时地获得所需的完整、正确的产品信息，掌握生产进度和各种变更状况；可以使船体、舾装、涂装等不同专业的人员共享产品信息，从而支持预舾装、区域化、模块化的建造方式；可以使总装厂与配套厂协同工作、协调工程进展，柔性应对工程进行中的变化。

2）网络化

船舶制造是一项复杂的系统工程，有大量的复杂配套工作，需要跨地域的上下游企业的协同。这种跨地域协同的基础是计算机网络，借助Internet、Intranet实现信息互通、实现整个供应链的有效管理和控制，从而实现网络化生产。国外发达国家如美国在军用船舶的设计生产过程中，通过网络实现军方、供应商、分包商、总承建方的联合协同工作；欧洲各国在SEANET项目中，以主建造商/主干船厂（Prime shipbuilder）为中心，通过SEANET WEB服务平台，建立与船东（Owner）、船级社（Classification society）、船模试验池（Model test basin）、工程分包厂（Engineering subcontracting shipyard）、生产分包厂（Production subcontracting shipyard）之间的合作，完成产品的生产。日本也大力推进CALS，通过构建公共的网络系统实现企业间的信息共享，实现供应链的管理和控制。从总的趋势来看，如何充分利用网络平台构建船舶设计建造和运营服务体系是一个重要的发展方向。

3）虚拟化

在先进制造技术中，虚拟技术已得到越来越广泛的应用，如虚拟产品、虚拟制造、虚拟企业等。通过虚拟产品设计技术的应用，可以模拟和验证设计结果，减少设计差错，预防工程反复，提前发现设计或施工问题；通过虚拟制造技术可对生产零件的制造过程、产品的装配过程，在仿真时钟的推进下，进行仿真。这些技术可以在虚拟环境下，发现和解决生产过程中可能产生的时间、空间和资源冲突，以及可加工性、可装配性、可维修性等方面的问题，以保证生产计划的可行性和科学性；虚拟企业等新型管理方式，则可以实现以专业化的生产方式通过动态企业联盟，灵活应对变化的用户需求。这些虚拟技术和虚拟生产方式的应用可以大大缩短建造周期、提高产品质量、降低工程成本。因此，虚拟化技术将是未来船舶制造业数字化技术发展的重要方向。

4）智能化

数字化技术应用的一个重要目的是实现自动化，如设计的智能化，通过船舶辅助设计系统与设计规范及知识的融合，实现基于规则的自动设计；制造的智能化，通过智能加工设备，如智能机器人、自动生产流水线，实现生产的自动化；管理的智能化，通过大量生产实绩数据的采集、分析、数据挖掘，形成管理知识，从而形成资源优化调度的自动算法，实现自动化生产管理。智能化技术的应用将从设计、生产、管理各个方面减少目前船舶制造中对专业人员个体依赖的状况。

5）绿色化

随着人类生存环境的破坏日益严重，减少资源消耗、保护人类共同的家园已成为刻不容缓的话题。船舶制造业是能源、资源消耗严重的行业，因此，通过数字化技术实现节能减排、降低资源消耗成为一个重要的课题。如通过数字化设备应用，提高加工或装配精度，实现无余量生产；通过虚拟技术减少工程反复等。绿色造船正在成为国际造船界共同努力的方向。

随着“五化”的深度融合，数字化技术将在船舶制造业有更为深入广泛地应用。将具体表现在：

1）船舶设计以综合优化为核心向产品全生命周期管理的集成设计发展

船舶设计通过集成专业设计技术、综合优化技术、虚拟仿真技术与PDM的集成，形成船舶产品研制、设计、试验验证、建造、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期管理的综合集成平台。全面运用“模块化设计技术”、“智能化设计技术”和“虚拟现实技术”，使用全三维数字模型、设计知识数据库，建立替代实物模型的全数字化样船。全面实现数字化设计、新概念船型设计、模块化设计、各系统信息化集成设计、异地协同设计、设计验证等技术，成为先进设计技术发展的趋势。

2）船舶建造以中间产品为导向向总段模块化集成制造技术发展

世界造船技术在智能技术、数字化技术助推下，通过研发船舶模块化、虚拟设计与虚拟制造等核心技术的应用，发展产品模块化组装、自动化与智能化工艺等手段，使得模块化集成制造技术日益成熟，并向敏捷制造方向加快发展。

3）船舶产品研制向网络化协同方向发展

通过构建共同的网络系统和广义企业范围的产品生命周期管理，实现制造企业、设计院所、船东、船级社、分包制造厂、配套厂商之间信息共享，形成造船设计、生产、物料设备采购和船舶运营支持信息综合集成平台。总装厂能灵活组织各种资源进行异地产品设计和制造，从而快速地制造出高质量、低成本的产品。从生产组织和运行方式上，网络化研制表现为结构上的分布性、组织上的动态可重构性、执行上的并行性及时间上的快速响应。产品研制的网络化协同发展，将对船舶制造业产生巨大影响。

4）从三维设计向虚拟设计技术发展

应用三维设计建立的船舶模型在虚拟环境中动态再现和漫游对设计结果进行检查，发现不合理处进行修正；应用CAE、CFD、仿真等技术对设计方案进行评估、优化，用以验证设计的正确性。虚拟现实技术的交互性、沉浸感、自主性、人机功能，使设计者能模拟建造过程的每一作业，进行虚拟装配、维修仿真，验证按壳、舾、涂一体化的区域设计在不同作业阶段生产设计的正确性，有利于生产设计的深化和细化，保证实现作业的区域集成性和施工工艺的正确性。

5）船舶制造向精度造船发展

应用精度控制技术，实施模块化组装，已成为缩短制造周期，保证制造质量重要手段。充分掌握和攻克薄板装焊过程中的变形控制技术，以补偿量代替余量，实现无余量制造和无余量搭载。精度控制技术应用已从船体结构向舾装装配方向延伸，以配合装备的模块化，解决适应不同功能装备的标准接口，以实现即插式安装和改装。

6）船舶制造向精细化、协同制造发展

制造执行系统（MES）在整个企业信息集成系统中起承上启下的作用，是生产与管理信息沟通的桥梁。它能管控生产制造的全过程并对生产资源优化，通过系统能实时准确获得制造信息，来控制协调生产制造过程，使生产处于有节奏的最佳状态。MES是船舶制造企业实现精细化管理不可缺少的手段和工具。为提高MES的技术规范、行业适应性等可配置性，MES研究正朝着使MES的相关接口和功能模块向标准化方向发展，实现全球范围内的生产协同。MES技术的主要发展趋势为MES新型体系结构、更强的集成化功能、更好的实时性和智能化，支持网络化协同制造。

数字化技术正以前所未有的广度和深度改变着船舶制造业的面貌，也改变着人们的思想方法和行为方式。随着信息技术的飞速发展，制造业的新思想、新方法、新技术层出不穷、日新月异，船舶制造业应该紧跟现代科技潮流，不断创新，以实现船舶建造技术的跨越式发展。

参考文献

［1］吴伟仁.军工制造业数字化（修订版）［M］.北京：原子能出版社，2007.

［2］谢子明.数字化造船技术的现状与展望［R］.2009.

［3］程庆和.造船企业“数字化造船”实施探讨［R］.2008.

［4］谢子明，薛曾丰.船舶企业数据库技术研究［J］.上海造船，2007（3）.

【注释】

[1]参阅第2章现代造船模式。