從“二維”到“三維”，少的不僅是一卡車圖紙

本刊記者 胥苗苗

在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能制造已日益成為世界船舶工業(yè)發(fā)展的重要方向的當(dāng)下,該大型航標船的下水標志著中國在數(shù)字化造船方向上正不斷取得新突破。

日前，中船集團所屬的江南造船(集團)有限責(zé)任公司為交通運輸部東海航海保障中心建造的大型航標船下水。該船是全球首艘采用三維體驗平臺實現(xiàn)全船大規(guī)模三維設(shè)計交付物(三維“圖紙”)建造的大型鋼質(zhì)船舶。在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能制造已日益成為世界船舶工業(yè)發(fā)展的重要方向的當(dāng)下，該大型航標船的下水標志著中國在數(shù)字化造船方向上正不斷取得新突破。

全球首艘

2019年3月22日， 總 長73.34米，型寬14.00米，型深6.20米，最大排水量2300噸，入級中國船級社(CCS)的大型航標船正式下水，該船是中船集團所屬江南造船(集團)有限責(zé)任公司為交通運輸部東海航海保障中心建造的大型航標船。

這艘大型航標船由中船集團第七〇八研究所設(shè)計，滿足中國遠海航區(qū)要求，能夠在輕度冰況區(qū)域正常航行，設(shè)雙主機、雙可調(diào)槳主推進系統(tǒng)、艏部側(cè)推器和動力定位系統(tǒng)，主要用于對東海海區(qū)各港口航道的燈浮標和助航設(shè)施進行布設(shè)、撤除、檢查和維護工作，并能兼顧海上防污染和無線電導(dǎo)航信號監(jiān)測等任務(wù)。

值得一提的是，這是世界首艘全專業(yè)、全要素使用CATIA軟件設(shè)計建造、實現(xiàn)全船大規(guī)模三維設(shè)計交付物工程應(yīng)用的新一代大型航標船。2015年底，江南造船正式引進三維體驗平臺和CATIA設(shè)計軟件。此前，雖然該軟件平臺在其他行業(yè)有成熟的案例，也有國外造船廠將其應(yīng)用在船舶建造的部分環(huán)節(jié)，但江南造船的這艘大型航標船首次實現(xiàn)了生產(chǎn)、設(shè)計、全流程、全專業(yè)、全要素、全三維交付。該大型航標船是江南造船實施“創(chuàng)新引領(lǐng)”和“轉(zhuǎn)型升級”的重要平臺。基于“單一數(shù)字模型”核心理念，在設(shè)計上，江南造船運用三維體驗平臺進行數(shù)字化設(shè)計和VR建造模擬，提前進行空間可達性、設(shè)備可操作性和可維護性評估，從源頭上提升設(shè)計質(zhì)量、增強用戶體驗；在建造上，江南造船按建造階段創(chuàng)造性地提出了三維交付物的方案，即通過智能生產(chǎn)終端以三維模型直接指導(dǎo)生產(chǎn)建造與管理，無紙化建造的新模式逐漸成形。

隨著新一代信息通信技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢，世界主要造船國家紛紛加快智能制造步伐。作為國家戰(zhàn)略性裝備制造業(yè)的代表，我國船舶工業(yè)已形成了較強國際競爭力的基礎(chǔ)優(yōu)勢，數(shù)字化造船技術(shù)的運用將大幅提升技術(shù)水平和競爭優(yōu)勢、促進我國船舶工業(yè)又好又快發(fā)展。

2019年伊始，隨著《推進船舶總裝建造智能化轉(zhuǎn)型行動計劃(2019—2021年)》(以下簡稱《轉(zhuǎn)型行動計劃》)和《智能船舶發(fā)展行動計劃(2019—2021年)》(以下簡稱《發(fā)展行動計劃》)的相繼印發(fā)，為我國船舶工業(yè)發(fā)展指明了清晰的路線，“船舶智能化+船廠數(shù)字化”已經(jīng)成為我國造船業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然方向。

“推行現(xiàn)代造船模式，最重要的基礎(chǔ)就是數(shù)字化?！睒I(yè)內(nèi)專家常說的“傻瓜造船”指的是讓一線工人的操作盡量轉(zhuǎn)為“傻瓜式”的簡單勞動，而在分解過程中依靠強大的數(shù)字化手段和三維設(shè)計能力實現(xiàn)高度智能。推進數(shù)字造船是我國造船企業(yè)增強競爭力的重要選擇。此次中船集團所屬江南造船(集團)有限責(zé)任公司建造的大型航標船可以說是開啟了我國數(shù)字化造船和智能制造的新局面。

三維設(shè)計平臺提速增效

這是世界首艘使用CATIA軟件設(shè)計建造、實現(xiàn)全船大規(guī)模三維設(shè)計交付物工程應(yīng)用的新一代大型航標船。據(jù)江南造船該艘大型航標船的總建造師周學(xué)坤介紹，原來CATIA軟件主要應(yīng)用在航空、汽車制造等領(lǐng)域，2015年底，江南造船正式引進三維體驗平臺，此次江南造船的這艘大型航標船首次實現(xiàn)了生產(chǎn)、設(shè)計、全流程、全專業(yè)、全要素、全三維交付，不僅是國內(nèi)首例，也可以算是全球首例。

與又厚又大、艱澀難懂的二維圖紙相比，三維設(shè)計交付物僅需使用一臺IPad、筆記本電腦或固定終端就能提供包含零件編號、安裝部位、材料、工藝、工序等所有生產(chǎn)需要的信息，而且識圖時立體直觀，大幅縮減了圖紙流轉(zhuǎn)、識別、分析及核對的時間；更清晰的三維視角和視圖能更高效準確地輔助、指導(dǎo)工人現(xiàn)場作業(yè)。周學(xué)坤介紹，全方位實現(xiàn)三維體驗平臺和三維設(shè)計交付物出圖亮點多多。

三維圖紙的差錯率大幅降低。二維圖紙時代是每人拿一份圖紙，各自做各自部分的，容易產(chǎn)生較高的差錯率。三維圖紙時代則是參建人員都看一份圖紙，就一個模型，都以這個圖紙為標準，所以差錯率就會低很多。從處在制造鏈上游的設(shè)計環(huán)節(jié)開始采用作為單一數(shù)據(jù)源的三維模型，也減少了建造流程中各工種人工核對、傳遞數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，就像人們購買小語種書籍的譯本時，傾向于購買從原文直譯過來的版本，而非從原著的英譯版“二傳”過來的一樣。同時，單一數(shù)據(jù)源減少了出錯的概率，防止信息在一道道傳遞中出現(xiàn)疏漏和失誤。再加上三維交付物電子檔圖紙可以只顯示關(guān)鍵數(shù)據(jù)，隱藏其他數(shù)據(jù)，周學(xué)坤解釋道，比如如果只需要看A管的數(shù)據(jù)，那么就可以把B管和不相干專業(yè)的數(shù)據(jù)隱藏起來，也就是說只看需要的那部分數(shù)據(jù)，把不需要的數(shù)據(jù)暫時隱藏。這樣一來又能減少差錯率。差錯率最直觀的一個體現(xiàn)就是施工更改單顯著減少，目前該船五大專業(yè)累計改單量不超過500份，在結(jié)構(gòu)制造、預(yù)舾裝、船臺搭載舾裝階段的差錯率也大幅降低，綜合考慮到該型船總物量較少的因素，其改單量約為同類型船舶的40%，這就相當(dāng)于整個同量級的同等級的船舶差錯率降低了60%以上。

同改單量大幅減少相伴而來的，是工程進度的顯著提升，效率大幅提高?；谌S體驗平臺的新解決方案、新模式大大縮短了施工周期，主船體結(jié)構(gòu)實際搭載時間僅花費了31天，遠遠低于之前預(yù)留的2個月搭載周期。據(jù)周學(xué)坤介紹，建造該艘大型航標船江南造船還運用了GS數(shù)字化造船集成系統(tǒng)。這個系統(tǒng)正好結(jié)了CATIA軟件一起應(yīng)用，體現(xiàn)出來的優(yōu)勢很明顯。整艘船的所有的管理流程全在這個系統(tǒng)上面推進。從最初的生產(chǎn)設(shè)計出圖、物資采購訂貨招標、審價、合同法務(wù)、財務(wù)等；生產(chǎn)建造過程中的計劃管理、工時管理、質(zhì)量管控等全部實現(xiàn)了在網(wǎng)上流通，實現(xiàn)了電子化審批，原來僅僅走完訂貨流程的周期可能就需要1到2個星期，現(xiàn)在最快只需要兩天就能全部走完。與此同時，整個過程通過無紙化還能隨時把握每個節(jié)點，實現(xiàn)進度管控。原來都是將施工圖紙、工藝文件和計劃書等打印出來，發(fā)放到各個部門，各個節(jié)點流通起來很慢，同時監(jiān)控也不方便，現(xiàn)在通過這套系統(tǒng)我們隨時能夠監(jiān)控到工程全要素進展的情況，及時找準問題所在的節(jié)點，從而真正地?zé)o紙化、數(shù)字化過程管控。

在施工方面，使用三維交付物圖紙識圖更直觀，一目了然。在建造船舶的過程中，以前的工人施工拿著圖紙需要花兩到三個小時去思考和想象，現(xiàn)在拿著iPad和筆記本電腦點開電子檔圖紙轉(zhuǎn)一下角度，就會很直觀立體的呈現(xiàn)。周學(xué)坤進一步解釋道，比如，使用二維圖紙時，一根管子，不論這根管子多粗多細，在二維圖紙上表示都是一根線條?，F(xiàn)在使用三維圖紙后，這些管子就是一根根實實在在的管子了，設(shè)備和閥件也是直觀的三維模型，一目了然。江南造船還用該船的三維模型配合VR技術(shù)，建立了該船的模擬體驗系統(tǒng)，操作者將感受船員在該船上如何行走、操作、維護。“船臺還在施工，看不出完工后的效果，通過這套視覺模型，無論是船東還是船員，都可以對本船有直觀的了解，也便于培訓(xùn)船內(nèi)設(shè)施的操作。

除此以外，使用三維圖紙還可以大大降低成本?！澳阒涝煲凰掖?，可能需要一卡車的圖紙嗎？”周學(xué)坤表示，“這次在這艘航標船上試水‘全過程無紙化造船’，一張紙質(zhì)圖紙都沒有下發(fā)，從設(shè)計出圖、物資采購、生產(chǎn)建造、工程管理到質(zhì)量檢驗都是電子文檔數(shù)字化的?！贝舜谓ㄔ斓倪@艘船只是全面應(yīng)用無紙化造船的一個實驗平臺，下一步，我們還有一艘86000立方米的LNG船也將繼續(xù)采用這種方式。但是這艘船的難度系數(shù)、物量以及一些關(guān)鍵區(qū)域、零件與航標船都不一樣，再加上LNG船技術(shù)含量更高，因此，在全過程實現(xiàn)三維交付物和無紙化的過程中對我們設(shè)計、施工、控制等各方面的要求會更高。

CCS為數(shù)字化造船提供強力支撐

江南造船（集團）有限公司為交通運輸部中國海事局東海航海保障中心建造的大型航標船由CCS上海分社執(zhí)行船舶檢驗?？梢哉f，船廠對該項目采用三維數(shù)字生產(chǎn)施工設(shè)計應(yīng)用于船舶生產(chǎn)建造全過程的業(yè)務(wù)模式對CCS現(xiàn)場檢驗項目組也帶來新的服務(wù)要求的挑戰(zhàn)。

最直接的是以往紙質(zhì)化的生產(chǎn)施工圖紙由船廠提供的儲存在智能終端產(chǎn)品Ipad三維數(shù)字圖紙代替相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)計圖紙零件編號、安裝部位、材料、工藝、工序等生產(chǎn)所需的信息，船廠采用的這種生產(chǎn)設(shè)計管理模式是一種全面創(chuàng)新，且是第一次全面應(yīng)用，系統(tǒng)本身還存在些須完善的地方，CCS現(xiàn)場項目組為了配合船廠這種全新生產(chǎn)管理模式在檢驗過程中的使用，在該項目開工前，兩次組織船廠及船東召開三維數(shù)字化在船廠建造檢驗過程中應(yīng)用的溝通協(xié)調(diào)會，明確了相關(guān)的檢驗質(zhì)量控制點及注意事項，確保批準的審圖意見全面、實時及有效地覆蓋到三維數(shù)字圖紙中。

在檢驗過程中，CCS現(xiàn)場檢驗項目組積極消化二維審批圖紙的審圖意見要求，對船廠三維數(shù)字生產(chǎn)設(shè)計圖紙進行仔細復(fù)核，以確保審批意見全面、及時地落實在三維立體生產(chǎn)施工圖紙中；克服了船廠第一次使用該三維交付物數(shù)字化圖紙，局部尚需完善的情況，充分運用報驗項目事前充分準備，事中仔細檢查，事后及時通知反饋跟蹤的質(zhì)量控制要求，使船廠在使用數(shù)字化圖紙帶來的直觀、便捷的同時又確保CCS規(guī)范及審批圖紙的要求在船舶建造過程中能得到全面落實。

該船在結(jié)構(gòu)制造和搭載過程中，船體結(jié)構(gòu)板材使用較多薄板，在檢驗過程中，CCS現(xiàn)場檢驗項目組在薄板焊接結(jié)構(gòu)強度檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)存在鋼板變形的情況，檢驗項目組及時與船廠設(shè)計部門及研究院一道分析問題產(chǎn)生原因，確定整改的方案，使得局部區(qū)域采取加強的措施圖紙及時報審圖中心獲得批準，及時發(fā)現(xiàn)并排除船舶建造過程中結(jié)構(gòu)強度的安全隱患；在該船船臺建造過程中關(guān)鍵節(jié)點軸舵系拉線照光報驗階段，由于船尾軸管整體由設(shè)備廠家精加工好后，到船廠進行精度定位裝配后環(huán)氧澆注安裝，對軸系拉線照光的精度要求很高。CCS現(xiàn)場檢驗項目組在分析了解了現(xiàn)場碰到實際問題情況后，及時召集船廠技術(shù)人員及船東監(jiān)理，短時間內(nèi)確定了檢驗過程中對基準點位置測量的變通的檢驗測量方法，確保一次重大關(guān)鍵節(jié)點檢驗項目能在滿足規(guī)范及行業(yè)標準的情況下順利實施檢驗通過。

在該項目的整個建造過程中，CCS現(xiàn)場項目組精心組織策劃，積極與船東、廠方溝通及時解決現(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)的問題，在保證船舶的建造滿足規(guī)范及批準圖紙的要求同時減少了不必要的修改返工，縮短了工期，保證船舶下水按計劃進行。CCS現(xiàn)場檢驗項目組自始至終為客戶提供高質(zhì)量的服務(wù)，得到了船東監(jiān)造組和船廠的一致好評。

正如周學(xué)坤所說，此次造船過程中，CCS積極適應(yīng)新的形勢，與時俱進，為船廠在該項目中順利應(yīng)用三維交付物生產(chǎn)施工圖紙獻計獻策、保駕護航，用實際行動助力我國數(shù)字化造船業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。