船舶工業(yè)是典型的技術(shù)、資金、勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大、帶動(dòng)性強(qiáng)，對(duì)促進(jìn)就業(yè)、發(fā)展進(jìn)出口貿(mào)易具有重要意義。推薦閱讀：“2023船舶工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展論壇成功在南通舉辦”。
船舶制造是典型的離散型生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、中間產(chǎn)品種類多樣、物理尺寸差異大、非標(biāo)件數(shù)量多，以單件小批量訂單為主；制造環(huán)節(jié)多、工藝流程復(fù)雜、工程變更頻繁、建造周期相對(duì)較長(zhǎng)；船廠作業(yè)區(qū)域面積大、場(chǎng)地種類多、金屬遮蔽環(huán)境和有限空間分布廣，作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣。
一、船舶行業(yè)智能化改造數(shù)字化轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代造船技術(shù)正朝著高度機(jī)械化、自動(dòng)化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)等新一代信息技術(shù)快速走向成熟，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化日益成為未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。
世界主要造船國(guó)家紛紛加快船舶行業(yè)智能化改造數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐，推進(jìn)數(shù)字化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)，開(kāi)展硬件設(shè)施和生產(chǎn)線的智能化改造、全鏈條軟件系統(tǒng)的集成應(yīng)用，提升船舶制造效率和質(zhì)量。
21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)船舶工業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，骨干船舶與海洋工程裝備制造企業(yè)建立起以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向、組織區(qū)域生產(chǎn)為特征的現(xiàn)代總裝造船模式，并且不同程度開(kāi)展了數(shù)字化造船技術(shù)應(yīng)用嘗試，取得了一定成效，船舶總裝建造效率、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期、建造成本等關(guān)鍵指標(biāo)顯著進(jìn)步。
但是，總體上我國(guó)船舶工業(yè)仍處于數(shù)字化制造起步階段和智能化制造探索階段，重點(diǎn)環(huán)節(jié)的制造技術(shù)應(yīng)用與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍然差距明顯，“大而不強(qiáng)”依然是行業(yè)共識(shí)。
存在的突出問(wèn)題包括:
①三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)能力嚴(yán)重不足；
②關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)仍以機(jī)械化、半自動(dòng)化裝備為主，生產(chǎn)制造數(shù)字化水平較低，分段總組率不高；
③基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏積累；
④信息集成水平低，設(shè)計(jì)、制造與生產(chǎn)管理一體化水平較低，全生命周期管理能力薄弱；
⑤制造過(guò)程仿真等先進(jìn)手段缺失。
二、船舶企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的主要問(wèn)題
01、工藝設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)
目前，船舶制造企業(yè)工藝設(shè)計(jì)普遍采用基于 AutoCAD為主的二維技術(shù)手段，無(wú)法直接應(yīng)用上游三維 CAD設(shè)計(jì)結(jié)果，只能輸出圖文工藝方案，不能向下游各類數(shù)字化制造軟件提供單一數(shù)據(jù)源支持，無(wú)法起到銜接設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化集成的紐帶作用；
工藝設(shè)計(jì)過(guò)程完全依賴人員經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)結(jié)果缺少仿真驗(yàn)證，工藝設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量難以提高，在沉重工作負(fù)荷和設(shè)計(jì)時(shí)間有限的壓力之下，不得不對(duì)工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)化，無(wú)法給出像其他離散制造行業(yè)一樣詳盡的工序操作步驟與生產(chǎn)資源清單，不可避免地造成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的隨意性、粗放性和不確定性，使得作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化難以實(shí)現(xiàn)，管理精細(xì)化也無(wú)從保證。
02、缺少產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理
船舶建造是典型的按訂單生產(chǎn)模式，每條船舶產(chǎn)品都由設(shè)計(jì)生成產(chǎn)品唯一模型數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)結(jié)果優(yōu)劣直接決定著船舶建造質(zhì)量、成本與效率，在造船全生命周期工作重心不斷向設(shè)計(jì)階段前移的背景下，船舶制造企業(yè)現(xiàn)有基于文件系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)管理模式，無(wú)法滿足高效、敏捷、集成的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造要求；版本控制、BOM轉(zhuǎn)換、設(shè)計(jì)分工、變更管理、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)重用、多專業(yè)協(xié)同等工作只能依靠人工完成，事務(wù)性、重復(fù)性、沖突無(wú)效性工作占據(jù)了設(shè)計(jì)人員大量時(shí)間，三維模型應(yīng)用價(jià)值被極大限制，亟需彌補(bǔ)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)應(yīng)用短板，推動(dòng)船舶設(shè)計(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
03、研發(fā)設(shè)計(jì)多階段重復(fù)建模
船舶設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字模型斷層各階段重復(fù)創(chuàng)建數(shù)字三維模型，嚴(yán)重降低了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。目前，基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)、工藝工法各階段均需單獨(dú)建立數(shù)字模型來(lái)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)性能驗(yàn)證需求，比如典型的NAPAITRIBONAM 之間的模型數(shù)據(jù)均是單獨(dú)創(chuàng)建的，沒(méi)有信息和數(shù)據(jù)的傳遞和直接應(yīng)用，缺乏數(shù)字模型全流程一致性。
三、船舶企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)數(shù)字化解決方案
01、數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)
以船舶企業(yè)既有產(chǎn)線、資源為基礎(chǔ)，從業(yè)務(wù)和系統(tǒng)兩方面分析數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與上下游環(huán)節(jié)集成需求，基于設(shè)計(jì)部門提供的 3D 模型及裝配計(jì)劃，對(duì)船舶中間產(chǎn)品建造工藝進(jìn)行規(guī)劃并仿真，通過(guò)系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基于中間產(chǎn)品 3D 模型的 MBOM定義、工藝規(guī)劃、單工位工時(shí)定義及分析、資源分配與分析、負(fù)荷分析、裝配仿真；輸出生產(chǎn)過(guò)程中各工位 3D 作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，將三維裝配工藝信息完整的傳遞到車間現(xiàn)場(chǎng)，讓作業(yè)人員以更直觀的方式理解各級(jí)中間產(chǎn)品的制造工藝流程，消除異議，提高工作的準(zhǔn)確度和效率。
02、產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
進(jìn)行船舶產(chǎn)品全生命周期管理，源頭是產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)部門作為船舶企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生的核心部門，輸出各個(gè)部門所需的模型、技術(shù)文檔、BOM，為船舶企業(yè)的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)、質(zhì)量、成本等提供標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的、可靠的共享設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
船舶企業(yè)通過(guò)建設(shè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)圖文檔的管理、設(shè)計(jì)計(jì)劃管理、圖紙送退審管理、設(shè)計(jì)任務(wù)管理，并建立與三維設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)直接抽取各類數(shù)據(jù)及模型，并按需求組成 BOM；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)項(xiàng)目“圖紙+模型+BOM”的管理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目的數(shù)字化交付。
03、船舶數(shù)字模型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
不同船舶設(shè)計(jì)階段以及不同設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件生成的數(shù)字模型結(jié)構(gòu)，構(gòu)建船舶數(shù)字模型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型轉(zhuǎn)換：通過(guò)對(duì)二、三維模型的轉(zhuǎn)換和映射，實(shí)現(xiàn)二維驅(qū)動(dòng)三維生成二維的全流程智能化設(shè)計(jì)，減少數(shù)字模型斷層和重復(fù)建模工作，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。
04、船舶產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
通過(guò)與各類數(shù)字化制造應(yīng)用集成，確保正確的數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間傳遞給正確的人員及系統(tǒng)，為不同廠商、不同功能的應(yīng)用軟件實(shí)施提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有效避免企業(yè)信息孤島問(wèn)題：強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力使過(guò)往船舶設(shè)計(jì)知識(shí)得到最大化重用，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)支持產(chǎn)品創(chuàng)新作用，有效應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的設(shè)計(jì)部門工作負(fù)荷。
圖文檔管理：建立完整的數(shù)字化圖紙庫(kù)，管理圖紙的歸檔、打印發(fā)放等過(guò)程，追溯圖紙的變更，跟蹤圖紙的流轉(zhuǎn)；
設(shè)計(jì)計(jì)劃管理：基于項(xiàng)目圖紙目錄，編制基設(shè)/詳設(shè)、設(shè)備 TA、生設(shè)的計(jì)劃并跟蹤進(jìn)度，并對(duì)接圖紙管理和送退審管理，跟蹤對(duì)圖紙歸檔、送審、退審實(shí)際進(jìn)度以及退審意見(jiàn)的處理情況；
圖紙送退審管理：建立連接船東、船級(jí)社、供應(yīng)商和船舶企業(yè)的平臺(tái)，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源進(jìn)行3D送審、退審，跟蹤審圖意見(jiàn)；
設(shè)計(jì)任務(wù)管理：管理設(shè)計(jì)任務(wù)工時(shí)，優(yōu)化人力資源配置，累計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工時(shí)數(shù)據(jù)，為后續(xù)項(xiàng)目投入提供估算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；
產(chǎn)品BOM管理：建立BOM 統(tǒng)一管理平臺(tái)，對(duì)接設(shè)計(jì)軟件，管理以船舶中間產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心的各類 BOM 數(shù)據(jù)及其變更，結(jié)構(gòu)化表達(dá)產(chǎn)品組成的物料及層次關(guān)系、數(shù)量關(guān)系，保障產(chǎn)品數(shù)據(jù)在項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的一致性，為下游系統(tǒng)同步提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。
四、某大型企業(yè)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化案例
由于船舶建造屬于典型離散型制造業(yè)，產(chǎn)品由大量零件經(jīng)過(guò)一系列并不完全連續(xù)的工序加工并最終裝配而成，中間過(guò)程十分復(fù)雜。
智能船廠首先要求建設(shè)相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)字化環(huán)境，某大型船企已建立完備的CAD/CAE 環(huán)境，并已經(jīng)成熟的應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)。
船舶設(shè)計(jì)階段大體分為涉及基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)四個(gè)階段。除了通用的AutoCAD、中望CAD和SOLIDWORKS 等常規(guī)軟件外，在不同的階段還會(huì)大量應(yīng)用其他專業(yè)的工業(yè)軟件，如強(qiáng)度分析、力學(xué)分析等工業(yè)有限元分析軟件。
詳細(xì)設(shè)計(jì)指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，后續(xù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)按照詳細(xì)設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行 3D 建模及出圖，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過(guò)電氣、管系、結(jié)構(gòu)等工業(yè)設(shè)計(jì)，可以明確造什么樣的船舶產(chǎn)品。
生產(chǎn)設(shè)計(jì)明確了怎么造船，包括船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)概論、船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作、船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)編碼系統(tǒng)、船體建造工藝符號(hào)、船體工作圖及管理表、船體輔助性作業(yè)的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、托盤管理等方面，主要采用 AvevaMarine-船舶設(shè)計(jì)、萃興涂裝設(shè)計(jì) AM輔助涂裝、XSuperNest 輔助自動(dòng)套料、Tribon 后處理系統(tǒng)、CableExpress-電纜清冊(cè)、CMIH DIGIT PD生產(chǎn)設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)分析等軟件。
在工藝設(shè)計(jì)階段，船企主要應(yīng)用了錨泊系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)及仿真、吊裝仿真分析、虛擬設(shè)計(jì)評(píng)估、FASTcam 數(shù)控切割機(jī)對(duì)TSV分段吊裝應(yīng)力分析等工業(yè)軟件 。
在數(shù)字世界中實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的配置效率優(yōu)化，對(duì)外部環(huán)境的變化快速做出反應(yīng)。船舶企業(yè)實(shí)現(xiàn)了資源配置優(yōu)化和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)重構(gòu)，面向數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)字化生產(chǎn)制造、數(shù)字化運(yùn)營(yíng)管理、數(shù)字化供應(yīng)鏈協(xié)同的發(fā)展目標(biāo)，按照全面數(shù)字化、深度業(yè)務(wù)優(yōu)化、徹底模式轉(zhuǎn)型三個(gè)階段逐步建設(shè)和實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源優(yōu)化配置和產(chǎn)業(yè)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展愿景。
機(jī)械設(shè)備行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的上游，為大量的制造企業(yè)提供各種類型的設(shè)備，是中國(guó)制造的基石。在數(shù)字化浪潮、可持續(xù)發(fā)展愿景，以及供應(yīng)鏈韌性需求不斷提升的顛覆性趨勢(shì)下，機(jī)械設(shè)備行業(yè)正面臨關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期。下期《機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)？》精彩內(nèi)容不容錯(cuò)過(guò)。
走進(jìn)成都恒睿
●15年專注于三維數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)管理領(lǐng)域，為制造業(yè)提供專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和高水平信息化管理系統(tǒng)解決方案，管理咨詢以及相關(guān)培訓(xùn)認(rèn)證和項(xiàng)目合作等服務(wù)
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撰稿：成都恒睿
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