我國(guó)船舶制造數(shù)字化及信息化研究

趙玉巖，焦東成，高志剛

（渤海造船廠集團(tuán)有限公司，遼寧 葫蘆島 125000）

造船業(yè)是一個(gè)復(fù)雜而全面的大型裝備制造業(yè)?；诖?，像電力系統(tǒng)（Powersystem），機(jī)電系統(tǒng)（electromechanical system）， 電 子 通 信 系 統(tǒng)（electronic communication system）和專用設(shè)備（special equipment）等均是船舶制造業(yè)的重要支撐部分。船舶制造業(yè)的主要特點(diǎn)如下：集資本、技術(shù)和勞動(dòng)力3 個(gè)密集的行業(yè)；受宏觀經(jīng)濟(jì)影響，具有典型的長(zhǎng)期特征；市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)高度國(guó)際化；基于訂單的生產(chǎn)模型。在中國(guó)造船業(yè)的發(fā)展中，存在明顯的不足。只有通過設(shè)計(jì)師自身的經(jīng)驗(yàn)做出一定的調(diào)整。這也充分說明中國(guó)造船業(yè)仍處于數(shù)字化和信息化發(fā)展的初級(jí)階段，需要進(jìn)一步完善。

1 計(jì)算機(jī)在船舶制造的發(fā)展歷史

隨著技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，我們迎來了大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息和數(shù)字在各個(gè)行業(yè)的普及。正因?yàn)槿绱?，造船業(yè)也不可避免地受到影響，已成為其未來發(fā)展的重心，應(yīng)當(dāng)給予格外的重視。通過制定符合趨勢(shì)的戰(zhàn)略選擇并加強(qiáng)數(shù)字和信息制造技術(shù)的使用，促進(jìn)信息技術(shù)與智能制造技術(shù)之間的高度融合。

20 世紀(jì)50 年代中期，電子計(jì)算機(jī)被開發(fā)并應(yīng)用于日本造船業(yè)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)越來越多地用于計(jì)算船舶性能和結(jié)構(gòu)制造。20 世紀(jì)80 年代中期，由于人力資源的老化，國(guó)內(nèi)其他制造業(yè)的發(fā)展，以及日元的升值，日本造船業(yè)決定實(shí)施計(jì)算機(jī)信息集成制造計(jì)劃。在這個(gè)期間，日本造船公司已經(jīng)形成了比較完整的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)可以滿足船舶結(jié)構(gòu)開發(fā)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，自動(dòng)化的要求。自20 世紀(jì)60 年代以來，中國(guó)的造船能力迅速增加。

2 中國(guó)造船業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，中國(guó)造船業(yè)發(fā)展迅速，不僅為國(guó)防軍的建設(shè)提供了保障，而且為水運(yùn)和石油開采提供了技術(shù)裝備。隨著中國(guó)造船業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)已成為世界主要造船國(guó)，世界造船中心已轉(zhuǎn)移到中國(guó)。逐漸從勞動(dòng)力成本高的地區(qū)轉(zhuǎn)移到勞動(dòng)力成本低的地區(qū)。中國(guó)造船業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)后取得了很大成就，但我們也應(yīng)該清楚地看到這一點(diǎn)在造船業(yè)的建設(shè)和發(fā)展中，仍然存在明顯的問題。生產(chǎn)效率不能得到顯著提高、競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益不佳是突出問題，這些問題嚴(yán)重的阻礙了中國(guó)造船業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的不利影響，必須要進(jìn)行解決。近年來，國(guó)內(nèi)許多造船企業(yè)正在積極轉(zhuǎn)型造船模式，但一些中小型航運(yùn)企業(yè)無法充分了解和重視其發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，對(duì)信息化建設(shè)的理解也存在重大缺陷，造船生產(chǎn)準(zhǔn)備工作質(zhì)量不佳，面對(duì)更大的生產(chǎn)壓力，為了更好地縮短工期，沒有進(jìn)行準(zhǔn)備工作，進(jìn)而嚴(yán)重影響了造船的質(zhì)量。

3 船舶制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

面對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，造船業(yè)面臨的問題迫切需要解決，各造船公司正在積極尋找解決方案。目前，越來越多的造船企業(yè)意識(shí)到數(shù)字造船技術(shù)可以改變?cè)齑瑯I(yè)瓶頸的現(xiàn)狀。數(shù)字造船技術(shù)依賴于造船的基本環(huán)節(jié)，虛擬仿真建模和優(yōu)化等數(shù)字技術(shù)被用作生產(chǎn)手段。將計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)整合到船舶前期開發(fā)、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)管理和整體決策的整個(gè)過程中，為了達(dá)到均衡、高效、科學(xué)的生產(chǎn)目的，造船企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。如果想將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于造船技術(shù)，首要任務(wù)是建立數(shù)字化生產(chǎn)線，數(shù)字化生產(chǎn)線及時(shí)造船數(shù)字化的關(guān)鍵，也是前提條件。其中，數(shù)字生產(chǎn)線技術(shù)采用先進(jìn)的制造技術(shù)和信息技術(shù)連接造船的基本步驟。對(duì)于設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和管理的統(tǒng)一規(guī)劃，建立信息化，現(xiàn)代化和數(shù)字化的生產(chǎn)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，有效地解決現(xiàn)有造船企業(yè)效率低，質(zhì)量差等一系列嚴(yán)重問題。

目前，各國(guó)都意識(shí)到造船業(yè)存在的問題，并已開始積極推動(dòng)數(shù)字造船技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。因此，在這種大的環(huán)境背景之下，中國(guó)也開始加強(qiáng)數(shù)字技術(shù)研究，努力探索新技術(shù)，積極推動(dòng)中國(guó)造船業(yè)的現(xiàn)代化。雖然啟動(dòng)時(shí)間較晚，但受到國(guó)家各部門和造船企業(yè)的關(guān)注，取得了一定的成效。目前，已建立了基本信息系統(tǒng)，并在當(dāng)前的造船過程中部分使用，對(duì)我國(guó)的航運(yùn)輸事業(yè)產(chǎn)生了很大的幫助，促進(jìn)了我國(guó)造船業(yè)的發(fā)展。

4 中國(guó)的造船業(yè)應(yīng)該采用更多的信息手段

在這個(gè)階段，中國(guó)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的理解是相對(duì)片面的，其主要關(guān)注的是船舶的制造過程。盡管許多造船廠在其早期開發(fā)中已經(jīng)嘗試過數(shù)字造船廠，但目前他們只是在概念上進(jìn)行了理解，對(duì)于數(shù)字化在實(shí)際造船中的應(yīng)用還比較少。20 世紀(jì)90 年代，制造業(yè)與日本之間仍存在巨大差距。目前，在造船廠的開發(fā)中，應(yīng)該設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)顯示該段的位置的軟件。它可以每天早上顯示船舶保健項(xiàng)目的具體位置，以便更好地保證檢查工作的順利進(jìn)行。另外，該軟件可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。雖然現(xiàn)有船廠內(nèi)網(wǎng)的檢查系統(tǒng)已經(jīng)建立，但其內(nèi)容不夠全面，嚴(yán)重影響了檢查效果。

5 有限元分析在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)修改中的應(yīng)用

目前，中國(guó)的許多造船廠都沒有重新設(shè)計(jì)的能力。一般來說，只能根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。一般來說，只能根據(jù)船東的建議進(jìn)行糾正，因此，沒有足夠的理論依據(jù)支持它。船東有時(shí)會(huì)要求不合理的整改要求，如果沒有經(jīng)過核實(shí)，他們將失去大量的材料和人力?，F(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)員的整體質(zhì)量存在缺陷，沒有足夠的理論依據(jù)。另一方面，它也會(huì)影響其自身專業(yè)性的體現(xiàn)。

在局部船體的有限元分析中，存在許多需要解決的問題。如果要對(duì)一個(gè)段進(jìn)行有限元分析，則在完成網(wǎng)格劃分后需要考慮的問題是分段載荷的精度和有限元分析結(jié)果。在實(shí)際工作中，首先要注意電網(wǎng)的劃分，其次要設(shè)置負(fù)荷。船的力量具有很強(qiáng)的復(fù)雜性，一方面受重力影響，另一方面受多種因素產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷影響。在船舶運(yùn)行期間，負(fù)荷也會(huì)發(fā)生變化。在單個(gè)分割中，不能確定負(fù)荷的值，力相對(duì)復(fù)雜，分割的分段數(shù)量大，這也給計(jì)算工作帶來了一些麻煩。在分段荷載分析中，首先要對(duì)整體進(jìn)行有限元分析，觀察整船的主要荷載，然后分析某一截面的荷載。對(duì)受其影響的全船載荷類型進(jìn)行科學(xué)分析，以確定其主要載荷。在造船業(yè)的發(fā)展中，現(xiàn)場(chǎng)局部結(jié)構(gòu)有限元分析的實(shí)施可以有效地改變傳統(tǒng)的造船業(yè)發(fā)展模式，從而將造船業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。在造船工作中，我們必須積極培養(yǎng)和提高造船廠的個(gè)人能力。

6 結(jié)語

隨著數(shù)字技術(shù)與各行業(yè)的緊密結(jié)合，以數(shù)字造船為主要發(fā)展方向的造船業(yè)信息化進(jìn)程逐步加快。數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)不僅解決了數(shù)字造船的主要支撐技術(shù)，而且引領(lǐng)著中國(guó)造船業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展。如果要推動(dòng)中國(guó)造船業(yè)的發(fā)展，就必須加大投入力度，對(duì)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐研究。努力掌握加快中國(guó)數(shù)字化造船進(jìn)程的關(guān)鍵技術(shù)和主要步驟。同時(shí)，國(guó)家和有關(guān)部門也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)造船業(yè)的投資，引導(dǎo)他們對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。提高造船業(yè)整體能力，促進(jìn)造船業(yè)向數(shù)字化方向發(fā)展，增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，滿足中國(guó)軍事裝備的建設(shè)需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。