在眾多工業(yè)產(chǎn)品中，船舶無疑是建造復(fù)雜程度最高的產(chǎn)品之一。造船也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，環(huán)節(jié)多、鏈條長、作業(yè)面廣、設(shè)計(jì)制造周期長、勞動力成本高。

　　近年來，面對國際船舶市場持續(xù)低迷、勞動力成本上漲等情況，我國船舶制造企業(yè)主動加快智能化轉(zhuǎn)型，探索數(shù)字造船，并取得了不少積極進(jìn)展。近日，走進(jìn)造船一線，探訪船舶制造業(yè)的新變化，領(lǐng)略數(shù)字造船的“魔力”。

　　造船方式發(fā)生巨大變化

　　推行現(xiàn)代造船模式，最重要的基礎(chǔ)就是數(shù)字化

　　“以前造一艘船需2—3年，現(xiàn)在最快的只需一年，為什么？就是因?yàn)樵齑绞桨l(fā)生了巨大變化?！敝写瘓F(tuán)上海船舶工藝研究所副所長謝新說。

　　造船工程著實(shí)復(fù)雜，但往簡單里說，就是分解與組合兩大步驟。所謂分解，就是在設(shè)計(jì)階段建構(gòu)整船模型，并逐級拆分為分段、組件、部件、零件；而組合，就是在生產(chǎn)階段再將零件依次裝配為分段、整船。
 
　　過去造船之所以耗時(shí)，很大程度上是“分解”做得不夠智能。在船舶領(lǐng)域，由于行業(yè)特性和歷史傳承，設(shè)計(jì)與制造相對分離——總體所進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，一般較少從建造角度考慮如何合理、高效；到了總裝廠，還要再進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，重新進(jìn)行三維建模，進(jìn)一步明確“怎么造船”“怎么組織造船”。

　　“按傳統(tǒng)方式，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要盡快出圖，建造中遇到問題再返工解決?！敝写瘓F(tuán)江南造船公司江南研究院副院長朱明華表示，這一模式帶來了明顯的弊端——同樣做一處修改，在設(shè)計(jì)階段花1個小時(shí)就能完成，若到建造階段再發(fā)現(xiàn)、解決，就可能因?yàn)橹匦略O(shè)計(jì)、采購物料、返工而耽誤100個小時(shí)。

　　“現(xiàn)代造船模式，最核心的就是兩個‘一體化’——設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化，以及殼舾涂一體化?！敝x新解釋說，前一個“一體化”是在設(shè)計(jì)階段就將工藝、生產(chǎn)和管理的要素統(tǒng)籌精細(xì)考慮，讓造船更有章法；后一個“一體化”則是打破“先造船殼、再做舾裝、最后涂裝”的傳統(tǒng)模式，提升分段、總段等中間產(chǎn)品的完整性，每個分段、總段實(shí)施殼舾涂一體化的精度制造，最后就可以像“搭積木”一樣合攏起來，從而大幅提升造船效率。

　　“推行現(xiàn)代造船模式，最重要的基礎(chǔ)就是數(shù)字化?！敝x新告訴記者，現(xiàn)在造船業(yè)常說“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(qiáng)大的數(shù)字化手段和三維設(shè)計(jì)能力實(shí)現(xiàn)高度智能。

　　推進(jìn)數(shù)字造船也是我國造船企業(yè)增強(qiáng)競爭力的重要選擇。近年來，作為勞動密集型產(chǎn)業(yè)的船舶業(yè)正面臨著勞動力成本上漲帶來的壓力。據(jù)江南造船公司黨委副書記朱煜介紹，從2010年到去年，我國一線造船工人的月平均收入在3000元—4000元的基礎(chǔ)上翻了一番，高級焊工、高級打磨工很難找，減少用工、提高效率、降低成本顯得尤為緊迫。

　　江南造船公司董事長林鷗表示，造船業(yè)只有加快智能化轉(zhuǎn)型，才能真正提升質(zhì)量和效益，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

　　單一數(shù)字模型貫穿全生命周期

　　模型更“豐滿”，工具更“聰明”，各環(huán)節(jié)體驗(yàn)均能優(yōu)化

　　“咱們選兩根管子、一個墻面，系統(tǒng)就能告訴你，安放管子的支架可以有哪幾種選擇?！敝钢娔X上的機(jī)艙設(shè)計(jì)模型，朱明華表示，以前設(shè)計(jì)人員要在原理圖的基礎(chǔ)上依靠大量計(jì)算建構(gòu)三維模型，現(xiàn)在系統(tǒng)可以直接驅(qū)動、自動生成三維模型，并可自動查驗(yàn)，節(jié)省了大量人工，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

　　2015年，致力于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的江南造船引入了法國達(dá)索三維體驗(yàn)平臺，在此基礎(chǔ)上開展了大量的二次開發(fā)與系統(tǒng)集成，將建廠以來積累的經(jīng)驗(yàn)與知識融入了系統(tǒng)。如今，這一平臺已給造船帶來了許多轉(zhuǎn)變。
橫向看，模型更“豐滿”，工具也更“聰明”。

　　目前，三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)普遍應(yīng)用于造船企業(yè)，但因缺乏工藝數(shù)據(jù)庫作為支撐，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與工藝的協(xié)同，三維模型更像一張立體圖紙。而在江南造船，系統(tǒng)可將工藝信息、幾何信息、管理信息全部加載到模型上去，讓模型更為“豐滿”。以前在設(shè)計(jì)階段，要對艙室的空間可達(dá)性、可操作性、可維修性，以及聲場、氣流場、光場、溫度場等舒適性指標(biāo)進(jìn)行逐一分析，每項(xiàng)分析都要單獨(dú)再建模型，耗費(fèi)大量精力。現(xiàn)在，一個三維模型就可以分析全部要素，船東也可一目了然地看到船舶的整體情況。

　　縱向看，貫穿造船全生命周期的數(shù)字模型，讓制造鏈條更為“順暢”。

　　通過這個平臺，江南造船建立起的單一數(shù)字模型，貫穿了從營銷、研發(fā)到設(shè)計(jì)、制造再到交付、維修的船舶全生命周期。越往后，內(nèi)容越豐富。朱明華展示著他們做的全球首艘數(shù)字樣船告訴記者，一艘船舶在研發(fā)設(shè)計(jì)階段呈現(xiàn)點(diǎn)、線、面模型狀態(tài)，可滿足計(jì)算機(jī)輔助工程分析；在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，呈現(xiàn)完整的實(shí)體模型和全息工藝模型；到制造階段，又轉(zhuǎn)變成了工藝指令和數(shù)字化工作包。

　　全生命周期管理，使得造船各環(huán)節(jié)的體驗(yàn)均得以優(yōu)化

　　營銷更精準(zhǔn)。“以前與船東商定船型，就是攤開圖紙，確定一些技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)在，我們可以根據(jù)船東需求，快速做出數(shù)字樣船，把一艘船完整地展現(xiàn)在船東面前。未來，船東還能隨時(shí)查看建造進(jìn)度和全船的質(zhì)量數(shù)據(jù)?！敝烀魅A說。

　　生產(chǎn)更智能。三維設(shè)計(jì)做好后，會通過機(jī)器能夠識別的語言——數(shù)字將作業(yè)指令和工藝信息傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場，或給機(jī)器，或給工人。
 
　　維護(hù)更貼心。有了“造船大腦”，今后船舶航行過程中再遇到故障，即便離得再遠(yuǎn)，造船廠也可以通過三維模擬發(fā)現(xiàn)癥結(jié)所在，及時(shí)排查和維護(hù)保養(yǎng)。

　　數(shù)字驅(qū)動讓造船質(zhì)量更高

　　“機(jī)器換人”減少用工，“機(jī)器管人”把控質(zhì)量，“機(jī)器教人”提升工藝

　　軟件的引入、設(shè)計(jì)的強(qiáng)化，給造船的流程和組織方式帶來了無形的變革，也驅(qū)動生產(chǎn)環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出種種有形的變化。

　　最初步也是最普遍的，是通過“機(jī)器換人”減少用工。

　　造船廠在分段零件制造過程中，用工多，重復(fù)性操作較多，打磨、涂裝等一些環(huán)節(jié)還存在“苦、臟、累、險(xiǎn)”的弊病，機(jī)器換人的優(yōu)勢十分明顯。總體來看，目前我國造船業(yè)中，切割、成形、焊接、涂裝等作業(yè)仍基本以機(jī)械化、半自動化為主，生產(chǎn)流水線作業(yè)水平仍有不小提升空間。

　　再者，就是通過“機(jī)器管人”把控質(zhì)量。

　　在船廠總裝環(huán)節(jié)，大量工作都是焊接，焊接質(zhì)量直接影響船體質(zhì)量。以前，個別工人為了加快進(jìn)度，會悄悄調(diào)高電流，雖然完成了任務(wù)，但也埋下了質(zhì)量隱患。如今，江南造船應(yīng)用了一款智能焊機(jī)，為焊機(jī)加裝了數(shù)字化的機(jī)頂盒，一旦工人操作超出了設(shè)定參數(shù)，焊機(jī)就會自動報(bào)警。整個焊接過程1秒鐘采樣一次，并形成可追溯的質(zhì)量記錄。拿朱煜的話來說，控制住焊機(jī)，就間接地控制住了工人行為。

　　據(jù)介紹，目前涂裝、切割等設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管控，有望逐步推廣。當(dāng)前，江南研究院還準(zhǔn)備為船舶上的一些零件標(biāo)上可追溯的二維碼或條形碼。“船舶中有些結(jié)構(gòu)體多達(dá)幾千個零件，有時(shí)就會出現(xiàn)小零件漏裝，以前靠人眼判斷根本發(fā)現(xiàn)不了，采用物聯(lián)技術(shù)之后，拿機(jī)器一掃描，就能知道零件是否全部進(jìn)入了托盤。”朱明華說。

　　此外，還能通過“機(jī)器教人”來提升工藝。

　　傳統(tǒng)模式下，對工人的技能水平要求相對較高。分段設(shè)計(jì)圖給車間后，不會注明如何具體安裝，一切都是“老師傅說了算”。然而，這也帶來了生產(chǎn)質(zhì)量的波動。如今，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)字樣船做好后，可自動生成各環(huán)節(jié)的三維作業(yè)指導(dǎo)書。在江南造船，工人拿著平板電腦閱讀作業(yè)指導(dǎo)書，可以放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、位移，清晰方便地查閱工藝要求，嚴(yán)格依照其操作。有人打趣，現(xiàn)在工人造船就像在“看連環(huán)畫”，時(shí)間更省，操作更規(guī)范，質(zhì)量更可控。在江南造船，有些加工環(huán)節(jié)借此提升了1.5倍的效率。

　　在制造安裝環(huán)節(jié)更為智能的同時(shí)，數(shù)字化造船還滲入到生產(chǎn)計(jì)劃、物資物流管控等方面，使精細(xì)化管理成為可能。
 
　　“建造一艘大型船舶，涉及企業(yè)成千上萬人，如果沒有信息化手段，僅靠人工來安排生產(chǎn)計(jì)劃，難以精確到天。”上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司負(fù)責(zé)人甄希金說，如今將規(guī)則和約束條件輸入管理軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)可以智能安排生產(chǎn)計(jì)劃，任務(wù)分解甚至可以精確到半天。
 
　　物流調(diào)度同樣如此。甄希金告訴記者，以前造船廠的生產(chǎn)計(jì)劃相對粗放，大量分段做出來之后便形成積壓，堆滿了船廠的角落，還要經(jīng)常在廠區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)錢。現(xiàn)在依托智能化手段，系統(tǒng)可以按照運(yùn)輸路線最短、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)最少的原則來確定分段的擺放位置，減少了大量不必要的消耗。

　　經(jīng)過近年來的發(fā)展，我國船舶企業(yè)在數(shù)字造船方面已經(jīng)擁有了一定基礎(chǔ)。據(jù)介紹，目前船舶企業(yè)普遍建立了以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向的總裝造船模式，工藝流程清晰，有利于下一步的自動化升級；建立了完善的工程計(jì)劃管理體系，管理逐步細(xì)化；互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施普遍建立，實(shí)現(xiàn)了向車間層的延伸；三維設(shè)計(jì)水平也在不斷強(qiáng)化，數(shù)字化設(shè)計(jì)工具普及率達(dá)到85％以上。

　　“總體來看，由于建造工藝體系龐大復(fù)雜，船舶行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型仍處于起步階段。”謝新建議，下一步我國還應(yīng)集合行業(yè)產(chǎn)學(xué)研用的力量，繼續(xù)加強(qiáng)船舶智能制造關(guān)鍵共性技術(shù)的研究，力爭在設(shè)計(jì)、智能工藝、車間互聯(lián)互通、車間智能管控以及智能制造系統(tǒng)集成技術(shù)等方面有所突破。