(中船第九設(shè)計研究院工程有限公司 上海 200090)

一、引言

船舶工業(yè)作為我國裝備制造業(yè)的重要組成部分，肩負著維護國家海洋權(quán)益、支撐航運產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動海洋資源開發(fā)的光榮使命。經(jīng)過改革開放四十余年的接續(xù)發(fā)展，我國船舶產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，造船能力不斷增強，綜合實力穩(wěn)步提高。特別是進入新千年以來，我國造船工業(yè)步入了高速發(fā)展的快車道，散貨船、油船、集裝箱船等三大主流船型均實現(xiàn)了本土自主研制和產(chǎn)業(yè)鏈自主配套。造船界皇冠上的“三顆明珠”——航空母艦、LNG船、豪華郵輪的關(guān)鍵技術(shù)難點穩(wěn)步突破，造船總載重噸連續(xù)多年位居世界第一，我國已然成為世界第一造船大國。但是，我國船舶工業(yè)“大而不強”的問題仍舊十分突出，以工時/修正總噸為指標的造船生產(chǎn)效率，較日韓、歐洲等先進船廠還有較大差距，船舶產(chǎn)品自主開發(fā)、自主研制的能力亟需加強，船舶產(chǎn)業(yè)核心配套零部件仍依賴發(fā)達國家進口，核心關(guān)鍵技術(shù)仍未完全掌握。隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略持續(xù)深入，新一代信息技術(shù)橫空出世，以及國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)穩(wěn)步推進，我國船舶研制模式變革箭在弦上，勢在必行。

二、船舶工業(yè)特點

同航天、航空、汽車等先進裝備制造業(yè)相比，船舶工業(yè)特點明顯，這也決定了船舶研制的數(shù)字化轉(zhuǎn)型道路必須要由船舶人自己來摸索著前進。

(一)復(fù)雜的“巨系統(tǒng)工程”

以國產(chǎn)大型豪華郵輪為代表的高附加值、高技術(shù)船舶，堪稱裝備制造業(yè)中復(fù)雜的“巨系統(tǒng)工程”。我國首艘國產(chǎn)大型豪華郵輪所含零部件數(shù)量超過2500萬個，千萬級體量的零部件基本都需要借助零件托盤來實現(xiàn)總裝廠內(nèi)的生產(chǎn)制作、物流集配和安裝測試等各個工藝環(huán)節(jié)。同時，豪華郵輪技術(shù)圖紙數(shù)量高達6萬余份，是常規(guī)船舶產(chǎn)品圖紙份數(shù)的10倍以上，其復(fù)雜程度更是呈指數(shù)級數(shù)上升。千萬級的零部件數(shù)量和萬余份的技術(shù)圖紙份數(shù)對于全球產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作關(guān)系、總裝廠技術(shù)水平及管理效能提出了很高的要求。

(二)離散型制造業(yè)

船舶工業(yè)屬于典型的離散型制造業(yè)，無法大規(guī)模采用生產(chǎn)流水線或者模塊化生產(chǎn)，這與大規(guī)模應(yīng)用焊接機器人、涂裝機器人等大型自動化、數(shù)字化裝備進行流水線式大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)不盡相同。按照造船成組技術(shù)原理，船用鋼板、管件等原材料經(jīng)一系列不連續(xù)加工制作后，形成規(guī)格相似的中間產(chǎn)品，中間產(chǎn)品通過廠內(nèi)物流運輸系統(tǒng)搬運、吊裝等操作，最終在船塢、船臺等造船總組場地裝焊合攏。

(三)首制確保成功

相較于其他先進裝備制造業(yè)產(chǎn)品，船舶產(chǎn)品批量小且單價昂貴，船舶工業(yè)也沒有可以用于科研試驗及技術(shù)驗證的物理樣船，“首制船即交付”是船舶工業(yè)的業(yè)內(nèi)常態(tài)。這對于新型產(chǎn)品，尤其是新型首制產(chǎn)品的研制成功率要求非常高，必須確保首制成功，不容有失。

(四)廠所協(xié)同研制要求高

船舶工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的縮影，參與船舶研制的學(xué)科專業(yè)眾多，各技術(shù)工種云集，特別是我國船舶工業(yè)體系中的總體所與總裝廠由于歷史等原因，多處于我國的不同城市，這導(dǎo)致研制過程中存在大量的異地協(xié)調(diào)溝通工作。同時，船舶產(chǎn)品蘊含的信息量巨大，數(shù)據(jù)類型繁多，總體所、總裝廠、配套廠之間的數(shù)據(jù)信息交互頻率很高，這都對廠所協(xié)同研制能力提出了很高的要求。

(五)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)協(xié)作要求高

船舶工業(yè)是典型的長鏈產(chǎn)業(yè)，上下游配套企業(yè)眾多，產(chǎn)業(yè)鏈上游產(chǎn)業(yè)包括原材料、船舶設(shè)計、船舶配套等，中游產(chǎn)業(yè)主要指大型總裝制造廠，下游產(chǎn)業(yè)包括維修保障運維等售后服務(wù)產(chǎn)業(yè)。位于產(chǎn)業(yè)鏈中游的大型總裝制造企業(yè)需要協(xié)調(diào)分散于世界各地的產(chǎn)品研發(fā)機構(gòu)，加工制造中心以及零配件供應(yīng)商，這對于全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)協(xié)作要求很高。

三、研制思路轉(zhuǎn)變

通過上述對于船舶工業(yè)特點的淺要分析，船舶工業(yè)需要借鑒航天、航空、汽車等先進裝備制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗，結(jié)合自身行業(yè)特點，形成獨具船舶特色并且獨立自主探索的船舶研制模式。鑒于船舶工業(yè)屬于信息量級巨大的高度離散型制造業(yè)，并且對于廠所協(xié)同研制、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)協(xié)作和研制成功率有較高要求，為了進一步降低前端設(shè)計迭代次數(shù)，減少后端裝配試錯次數(shù)，壓縮產(chǎn)品研制周期，需要建立基于數(shù)字樣船的船舶研制模式，并建議船舶研制由基于模擬量傳遞的串行研制模式向基于數(shù)字量傳遞的并行協(xié)同研制模式轉(zhuǎn)變。新模式下，單一三維數(shù)字模型將取代傳統(tǒng)的二維技術(shù)圖紙和技術(shù)文檔說明，它承載著船舶研制全生命周期中近乎所有的價值信息，并將數(shù)據(jù)來源各異、高度離散的價值信息統(tǒng)一集成起來，伴隨數(shù)字模型在研制的不同階段以及船舶產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)之間，高速度、高效率、高質(zhì)量傳遞。

四、船舶研制新體系

為了支撐船舶研制模式從基于模擬量傳遞的串行研制模式向基于數(shù)字量傳遞的并行協(xié)同研制模式轉(zhuǎn)變，船舶工業(yè)需要建立以單一三維數(shù)字模型為核心信息載體的并行協(xié)同研制新體系。并行協(xié)同研制新體系具備以下五個特點：

(一)核心信息載體必須是數(shù)字模型。相較于傳統(tǒng)的技術(shù)圖紙、技術(shù)文件等基于模擬量傳遞的信息載體，數(shù)字模型作為傳遞數(shù)字量的信息載體，形成了數(shù)字化研制環(huán)境，確保了船舶產(chǎn)品全生命周期各類信息、參數(shù)、數(shù)據(jù)的準確性和唯一性。

(二)數(shù)字模型必須是三維數(shù)字模型。三維模型可以通過三個維度對船舶產(chǎn)品進行精確描述，相較于傳統(tǒng)二維技術(shù)圖紙，三維模型更加直觀明了，在產(chǎn)品設(shè)計迭代過程中，設(shè)計變更效率也更高，裝配干涉現(xiàn)象也能在研制前期更早地被發(fā)現(xiàn)。

(三)三維數(shù)字模型的信息來源必須是單一的。信息源頭單一為船舶工業(yè)實施跨地域、跨組織的廠所協(xié)同研制，甚至今后的船舶全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同研制打下及其重要的技術(shù)基礎(chǔ)。單一數(shù)據(jù)來源的數(shù)字模型可以避免大量的重復(fù)建模工作量，提高了工程技術(shù)人員的工作效率。

(四)數(shù)字模型作為企業(yè)的虛擬資產(chǎn)和知識沉淀，從研發(fā)設(shè)計到制造維保，將貫穿于船舶產(chǎn)品的整個生命周期，并作為今后產(chǎn)品升級的重要基礎(chǔ)技術(shù)依據(jù)。第二代產(chǎn)品的優(yōu)化升級工作可以在第一代產(chǎn)品數(shù)字模型的基礎(chǔ)上進行，此舉可以大幅縮短項目前期的準備工作。

(五)基于三維數(shù)字模型而逐步搭建起來的船舶工業(yè)數(shù)字化虛擬仿真驗證環(huán)境，將在產(chǎn)品研制的前期，從多個方位和不同技術(shù)角度，更加科學(xué)、嚴謹?shù)仳炞C產(chǎn)品的可行性，盡可能避免在項目研制后期出現(xiàn)顛覆性的情況。