工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能船舶行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論

信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所

船舶行業(yè)屬于勞動(dòng)密集、資金密集、技術(shù)密集的離散制造業(yè)，具備零件數(shù)量多、生命周期長(zhǎng)、資本投入大、技術(shù)要求高等典型特征，正面臨接單難、交船難、融資難等痛點(diǎn)。江南造船、黃埔文沖、滬東中華等企業(yè)以網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同和服務(wù)化延伸為切入點(diǎn)，從設(shè)計(jì)協(xié)同化、制造智能化、管理精益化、融資在線化、產(chǎn)品服務(wù)化等方向進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

船舶行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

趨勢(shì)分析

研發(fā)設(shè)計(jì)由獨(dú)立設(shè)計(jì)向無(wú)縫設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。船舶行業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)復(fù)雜，涉及數(shù)十個(gè)專業(yè)分工。傳統(tǒng)船舶行業(yè)使用獨(dú)立設(shè)計(jì)模式，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)聯(lián)通、跨專業(yè)對(duì)接、設(shè)計(jì)模型變更等方面存在數(shù)據(jù)交流不暢、企業(yè)協(xié)同水平不足等問(wèn)題。隨著業(yè)內(nèi)無(wú)縫設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用推廣，基于MBD理念使用唯一數(shù)據(jù)源進(jìn)行屬性標(biāo)注，有利于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，改善數(shù)據(jù)差異問(wèn)題，打破研發(fā)設(shè)計(jì)的空間、時(shí)間、組織限制，降低跨專業(yè)、跨部門、跨企業(yè)協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)門檻。

生產(chǎn)制造由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變。船舶構(gòu)造復(fù)雜精密，大型豪華游輪零件數(shù)量超過(guò)2500萬(wàn)個(gè)，包括鋼材預(yù)處理、零件加工、裝配焊接、試驗(yàn)下水等諸多環(huán)節(jié)，對(duì)制造工藝、工序的要求較高。在傳統(tǒng)船舶生產(chǎn)制造過(guò)程中，零部件加工需大量人力，不利于保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，整體質(zhì)量管控成本較大。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，助力船舶企業(yè)依據(jù)統(tǒng)一模型、統(tǒng)一數(shù)據(jù)源進(jìn)行生產(chǎn)制造，解決CAD到CAM的集成問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程可預(yù)測(cè)、可調(diào)整、可追溯，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高用戶體驗(yàn)，增加企業(yè)收益。

供應(yīng)鏈管理由重經(jīng)驗(yàn)向重需求轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)船舶產(chǎn)業(yè)鏈管理體系中，船舶配套、船舶建造、貨物生產(chǎn)運(yùn)輸、航運(yùn)市場(chǎng)等環(huán)節(jié)的運(yùn)營(yíng)都是獨(dú)立的、單向的。企業(yè)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享，各企業(yè)在制定供應(yīng)鏈計(jì)劃時(shí)更多依仗工作經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈供需雙方信息不對(duì)稱，無(wú)法針對(duì)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整，缺乏供應(yīng)鏈成本優(yōu)化及納期有效控制。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聚焦人、傳感器、生產(chǎn)設(shè)備和庫(kù)房、物流等節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，打破數(shù)據(jù)、知識(shí)、能力、成本等束縛，推動(dòng)供需雙方相關(guān)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，以信息流加速物流、資金流、技術(shù)流有效流動(dòng)，加快經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向到需求導(dǎo)向的模式轉(zhuǎn)變，推動(dòng)船舶制造企業(yè)向價(jià)值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈高端躍升。

發(fā)展模式由賣產(chǎn)品向賣配套服務(wù)轉(zhuǎn)變。目前，全球船舶運(yùn)力和制造能力存在過(guò)?，F(xiàn)象，造船市場(chǎng)需求出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性不足，散貨船等常規(guī)船型需求乏力，高技術(shù)船舶和海洋工程高端裝備需求旺盛，傳統(tǒng)船舶制造業(yè)，依靠生產(chǎn)要素投入和廉價(jià)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)化的盈利模式難以為繼。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在船舶行業(yè)的應(yīng)用推廣，有利于提升船舶制造整體配套服務(wù)水平，打造“船舶+智能系統(tǒng)+配套服務(wù)”的整體產(chǎn)品方案，提高用戶黏性，構(gòu)建技術(shù)迭代升級(jí)、用戶體驗(yàn)友好的新型船舶工業(yè)服務(wù)體系。

船舶行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

典型應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)踐

基于三維模型的協(xié)同設(shè)計(jì)。一是數(shù)字孿生仿真。船舶企業(yè)可通過(guò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)部署CAE、CAD等功能模塊，在賽博空間對(duì)船舶模型進(jìn)行碰撞仿真、結(jié)構(gòu)仿真和流體仿真等測(cè)試，降低樣品試制成本，并縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。二是并行協(xié)同設(shè)計(jì)。船舶企業(yè)可應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)集成船舶的外觀、結(jié)構(gòu)、性能和電器分布等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作在跨部門、跨企業(yè)、跨區(qū)域的同步進(jìn)行，保障設(shè)計(jì)方案的協(xié)調(diào)與適配，提高研發(fā)效率。三是工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化。利用工藝設(shè)計(jì)仿真等功能模塊，在數(shù)字空間模擬船舶零部件的加工、船舶部件的焊接與組裝等制造過(guò)程，減少人工試錯(cuò)的次數(shù)，優(yōu)化制造工藝，降低生產(chǎn)錯(cuò)誤率。四是基于三維模型的可視化檢驗(yàn)?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)，建立面向船東、船檢的在線檢驗(yàn)平臺(tái)，基于可移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的三維數(shù)字孿生模型，直觀展示船舶檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高船舶檢驗(yàn)的實(shí)時(shí)性，保障產(chǎn)品質(zhì)量。五是船舶工業(yè)建設(shè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)。在船廠數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)改造項(xiàng)目中，經(jīng)過(guò)布局規(guī)劃、仿真，驗(yàn)證船廠生產(chǎn)能力，優(yōu)化車間物流和設(shè)備配置。

例如，中船江南造船、中船黃埔文沖基于達(dá)索三維體驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了大型航標(biāo)船、支線集裝箱船等產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)全流程、全專業(yè)、全三維交付，設(shè)計(jì)差錯(cuò)率大幅降低，提升產(chǎn)品的制造質(zhì)量。外高橋造船在豪華郵輪設(shè)計(jì)方面建立了全球大型協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)和國(guó)外設(shè)計(jì)公司統(tǒng)一平臺(tái)上的全球化協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了和船東之間的圖紙送審協(xié)同，提高設(shè)計(jì)效率30%。滬東中華使用自主研發(fā)的SPD三維設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)，支持船舶船機(jī)電全專業(yè)設(shè)計(jì)建模及工藝完整性定義，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上虛擬造船，融合各專業(yè)并行開(kāi)工，減少船體建造過(guò)程中的錯(cuò)誤率。黃埔文沖構(gòu)建了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基于船體三維模型的焊縫設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)信息在線查詢與展示，確保相關(guān)方能在全球任何地點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)掌握船舶焊接工作狀態(tài)。中船九院開(kāi)發(fā)船廠工藝敏捷設(shè)計(jì)咨詢系統(tǒng)，通過(guò)開(kāi)發(fā)系列高效的工藝計(jì)算、船廠方案參數(shù)化布局、工藝仿真驗(yàn)證，以及設(shè)計(jì)成果發(fā)布等工具軟件，持續(xù)不斷地進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代以達(dá)到船廠客戶的需求。

基于CPS的智能制造。一是關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的裝備自動(dòng)化，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)控制智能機(jī)器人開(kāi)展型鋼上料、自動(dòng)切割、智能焊接、材料輸送等生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期，提升生產(chǎn)效率，降低人力成本。二是造船廠域生產(chǎn)要素的泛在互聯(lián)。在造船企業(yè)大尺度離散生產(chǎn)場(chǎng)地與車間范圍，部署基于北斗、RFID等技術(shù)多層次、多粒度定位系統(tǒng)，建立面向切割、焊接、吊裝、駁運(yùn)等核心裝備的狀態(tài)采集與控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)造船全流程核心生產(chǎn)要素的泛在互聯(lián)。三是基于邊緣計(jì)算的關(guān)鍵工藝敏捷管控體系。在切割、焊接等造船核心工藝環(huán)節(jié)，組建車間層級(jí)邊緣智能管控網(wǎng)絡(luò)，建立造船離散作業(yè)環(huán)境下的人、機(jī)、件的融合統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)近裝備端的敏捷質(zhì)量監(jiān)督、缺陷預(yù)警與節(jié)能管控。四是基于數(shù)字孿生車間的智能管控。建立零件加工、分段制造、船臺(tái)船塢等三維數(shù)字模型，構(gòu)建生產(chǎn)工位、生產(chǎn)線及生產(chǎn)車間邏輯模型，實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的核心生產(chǎn)要素狀態(tài)監(jiān)控及作業(yè)狀態(tài)管控，及基于實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)分析、決策與調(diào)度。

例如，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，中船黃埔文沖建立了基于北斗的廠域物流裝備定位及管控網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，建立面向船體分段作業(yè)的數(shù)字孿生車間，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)的精細(xì)化管理。滬東中華、黃埔文沖等建立數(shù)控焊機(jī)管控邊緣網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了焊接指令及工藝在線下發(fā)、作業(yè)跟蹤與自適應(yīng)啟停控制，有效提高了焊接的質(zhì)量，降低了能耗。中船第十一研究所依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)研發(fā)工藝規(guī)劃、車間管控、吊裝仿真等軟件，積極投身船廠生產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)改造，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工位國(guó)產(chǎn)化替代，與船廠一起打造數(shù)字化車間。中船信息致力于研制新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP，打造智能制造SaaS云服務(wù)，為船廠及供應(yīng)鏈上下游提供設(shè)備接入、生產(chǎn)協(xié)同、設(shè)備管理、能耗管理、安全預(yù)警等智能化服務(wù)，幫助企業(yè)低成本上云、上平臺(tái)。

供應(yīng)鏈協(xié)同。一是供應(yīng)鏈管理。通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行船舶配套資材、供應(yīng)商、資材配送等精益化管理，保障供應(yīng)鏈配套均衡、有序，有效提高物流周轉(zhuǎn)效率。二是供應(yīng)鏈金融。通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行融資租賃，將資產(chǎn)由流動(dòng)性較差的固定資產(chǎn)向流動(dòng)性最強(qiáng)的現(xiàn)金資產(chǎn)轉(zhuǎn)變，改善企業(yè)現(xiàn)金流，降低企業(yè)融資成本，優(yōu)化公司資本結(jié)構(gòu)。

例如，中船黃埔文沖搭建標(biāo)識(shí)解析船舶行業(yè)二級(jí)節(jié)點(diǎn)，推動(dòng)供應(yīng)鏈上下游開(kāi)展基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的外協(xié)外購(gòu)產(chǎn)品一碼協(xié)同制造、配送、入庫(kù)，節(jié)約配送人員與成本，提高物流效率。外高橋造船依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建立了供應(yīng)鏈協(xié)同平臺(tái)，把船廠內(nèi)部管理向供應(yīng)商端延伸，通過(guò)設(shè)計(jì)協(xié)同、計(jì)劃協(xié)同，降低物資庫(kù)存量、提升供應(yīng)及時(shí)率。中遠(yuǎn)海運(yùn)依托通過(guò)布局供應(yīng)鏈金融，借助大數(shù)據(jù)分析把控風(fēng)險(xiǎn)借助供應(yīng)鏈金融，利用區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)造可信環(huán)境有效降低企業(yè)融資成本，船融比例達(dá)到80%。

服務(wù)化延伸。一是船舶節(jié)能運(yùn)營(yíng)。將智能檢測(cè)設(shè)備連接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能耗查詢、分析、統(tǒng)計(jì)和管理等功能，減少海運(yùn)碳排放量，降低船舶運(yùn)營(yíng)成本。二是航路智能規(guī)劃。搭建船岸、船船信息傳遞網(wǎng)絡(luò)鏈路，實(shí)現(xiàn)了船岸、船船之間大數(shù)據(jù)的互通與共享。實(shí)現(xiàn)開(kāi)闊水域輔助駕駛，提高了船舶航行安全。三是設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)。實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和健康狀態(tài)，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)預(yù)測(cè)狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)和剩余壽命，并采用合理的維修或維護(hù)保障措施。

例如，中船集團(tuán)打造船舶安全運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)（SOMS），實(shí)現(xiàn)航線優(yōu)化決策、設(shè)備健康預(yù)警、船舶能效管理等功能，應(yīng)用該系統(tǒng)的智能船與傳統(tǒng)船型相比，推進(jìn)效率可提高約3%，日均油耗可降低約4%。

推進(jìn)應(yīng)用場(chǎng)景落地的著力點(diǎn)

夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，建設(shè)數(shù)據(jù)流動(dòng)快車道。一是推動(dòng)新一代信息技術(shù)應(yīng)用，加快大數(shù)據(jù)、虛擬仿真、系統(tǒng)協(xié)同、人工智能等技術(shù)協(xié)同，打破數(shù)據(jù)僅在本地計(jì)算機(jī)、局域網(wǎng)流動(dòng)的范圍限制。二是加大船舶智能制造總體技術(shù)、工藝設(shè)計(jì)、智能管控、智能決策等技術(shù)的研發(fā)投入力度，聚焦數(shù)據(jù)的搜集、積累并加快相關(guān)知識(shí)轉(zhuǎn)化，指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)制造。三是加快船舶行業(yè)知識(shí)沉淀、封裝、固化，打造數(shù)字中臺(tái)，構(gòu)建船舶行業(yè)工業(yè)軟件支撐體系，通過(guò)加快數(shù)據(jù)自由流動(dòng)有效解決行業(yè)問(wèn)題。

推動(dòng)邊云協(xié)同，突破生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)瓶頸。一是核心產(chǎn)線智能改造，依托邊緣智能計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)云對(duì)邊智能控制，縮短核心零部件制造周期，有效降低不良品率，提升生產(chǎn)效率。二是生產(chǎn)計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)參數(shù)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)綜合分析場(chǎng)地、設(shè)備、人員等數(shù)據(jù)，制定負(fù)荷均衡的作業(yè)計(jì)劃。三是生產(chǎn)模式組織優(yōu)化，借助大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，保障制造流程精益化、實(shí)時(shí)化和生產(chǎn)節(jié)拍的有序、流暢，降低制造成本。

優(yōu)化供應(yīng)鏈配套，提高上下游信息共享水平。一是依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加強(qiáng)上下游企業(yè)生產(chǎn)需求計(jì)劃的對(duì)接，減少交期提前或拖期現(xiàn)象。二是建立云端數(shù)字化庫(kù)存管理機(jī)制，逐步推廣“需求拉動(dòng)計(jì)劃、倉(cāng)儲(chǔ)動(dòng)態(tài)調(diào)整”的自由型庫(kù)存控制模式。三是布局基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈金融，著力解決墊資、交付延期、訂單取消等因素引起的資金鏈斷裂問(wèn)題。