新形勢(shì)下船舶行業(yè)“智慧院所”建設(shè)

呂建軍，孔 寧，周陶然，甄希金

（1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司，上海 200032）

0 引言

隨著現(xiàn)代船舶裝備的復(fù)雜程度不斷提高，數(shù)字化技術(shù)和智能制造技術(shù)成為增強(qiáng)研發(fā)能力、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升生產(chǎn)效率、減少生產(chǎn)成本，以及確保安全生產(chǎn)的有效手段。美國(guó)和日本等造船大國(guó)均把數(shù)字化造船技術(shù)放在戰(zhàn)略高度進(jìn)行組織實(shí)施。基于模型定義的協(xié)同研發(fā)技術(shù)、基于知識(shí)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)、大規(guī)模個(gè)性化定制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，極大地推動(dòng)了船舶領(lǐng)域數(shù)字化設(shè)計(jì)和智能化制造技術(shù)的快速發(fā)展。

國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)投入，目前在船舶總體、動(dòng)力裝備、綜合電子和水中兵器等主體業(yè)務(wù)中初步具備了產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、仿真、制造、管理和綜合服務(wù)保障的能力，信息化條件得到了明顯改善。此外，船舶行業(yè)還培養(yǎng)了一批研發(fā)能力較強(qiáng)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的數(shù)字化技術(shù)隊(duì)伍，為推動(dòng)國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)奠定了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。然而，與國(guó)際和國(guó)內(nèi)先進(jìn)行業(yè)相比，國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)在推進(jìn)智能制造技術(shù)發(fā)展的深度、廣度和體系化等方面都存在著較大差距。在國(guó)家戰(zhàn)略引領(lǐng)和智能制造技術(shù)的推動(dòng)下，各科研機(jī)構(gòu)正在加速推進(jìn)“智慧院所”建設(shè)。因此，開(kāi)展新形勢(shì)下船舶行業(yè)“智慧院所”建設(shè)研究，明確目標(biāo)、理清思路、統(tǒng)一架構(gòu)、制定策略，對(duì)凝聚各方資源，開(kāi)展分工協(xié)作，有計(jì)劃地貫徹?cái)?shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的“智能制造”新模式，意義重大。

1 “智慧院所”的體系架構(gòu)

如圖1所示，“智慧院所”主要由研發(fā)協(xié)同層、科研管理層、科技研發(fā)層和科技保障層等4個(gè)層次組成，目的在于提高數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化條件下的協(xié)同設(shè)計(jì)能力、試驗(yàn)?zāi)芰?、檢測(cè)能力和虛擬制造能力?！爸腔墼核钡闹饕蝿?wù)是支持產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化研發(fā)，并通過(guò)設(shè)計(jì)和工藝知識(shí)庫(kù)、虛擬制造、并行協(xié)同設(shè)計(jì)等手段實(shí)現(xiàn)智能化決策支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的研發(fā)、設(shè)計(jì)、分析、裝配、檢測(cè)和服務(wù)。

圖1 “智慧院所”體系架構(gòu)

1）研發(fā)協(xié)同層

研發(fā)協(xié)同層是為各研究院所提供產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)和多項(xiàng)目管理協(xié)同服務(wù)的業(yè)務(wù)層次。研發(fā)協(xié)同層基于價(jià)值網(wǎng)絡(luò)集成和科研最優(yōu)能力單元，通過(guò)企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)院所內(nèi)部的設(shè)計(jì)、工藝、仿真、試制和試驗(yàn)等全價(jià)值鏈協(xié)同，包括跨地域和跨單位的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造協(xié)同，以及面向綜合保障和運(yùn)行支持的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。

2）科研管理層

科研管理層是在科研院所內(nèi)部提供面向產(chǎn)品全生命周期和價(jià)值鏈的集成服務(wù)，以及單位組織和管理的公共服務(wù)的業(yè)務(wù)層次?？蒲泄芾韺右越⒒谀Ｐ偷摹爸腔墼核睘槟繕?biāo)，以敏捷響應(yīng)客戶需求為宗旨，集成管理科研院所內(nèi)部的全部科研和管理活動(dòng)，涉及產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新、科研資源協(xié)同、知識(shí)管理和應(yīng)用等多個(gè)方面?？蒲泄芾韺有枰獜漠a(chǎn)品全生命周期維度、價(jià)值鏈維度、組織和管理維度建立核心能力領(lǐng)域的信息化管理平臺(tái)。

3）科技研發(fā)層

科技研發(fā)層是指在科研院所內(nèi)部研發(fā)過(guò)程中，圍繞產(chǎn)品全生命周期管理，完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析、原型試制、試驗(yàn)測(cè)試和綜合保障等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能信息系統(tǒng)的運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)信息流在生產(chǎn)系統(tǒng)中的集成和優(yōu)化的業(yè)務(wù)層次。設(shè)計(jì)分析主要面向產(chǎn)品的需求論證、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等需求，形成面向樣機(jī)的協(xié)同設(shè)計(jì)能力；原型試制主要面向產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)和加工試制等需求，形成統(tǒng)一的試制管理和工藝管理知識(shí)的能力；試驗(yàn)測(cè)試主要面向產(chǎn)品的虛擬測(cè)試和實(shí)物測(cè)試等需求，形成試驗(yàn)設(shè)施和仿真系統(tǒng)虛實(shí)結(jié)合的“試驗(yàn)樣機(jī)”能力；綜合保障主要面向產(chǎn)品的手冊(cè)制作、運(yùn)行管理和維修管理等需求，形成以產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)全面準(zhǔn)確管控為基礎(chǔ)的數(shù)字化支撐保障能力。

4）科研保障層

科研保障層是指為滿足科研院所的科研、管理、試驗(yàn)和安全保密等方面需求所進(jìn)行的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施和軟硬件支撐環(huán)境建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速設(shè)計(jì)、建模、計(jì)算、集中存儲(chǔ)和管理的基礎(chǔ)保障層次。科研保障層包括虛擬樣機(jī)中心、高性能計(jì)算中心、流程中心、數(shù)據(jù)中心、知識(shí)管理平臺(tái)和共性資源庫(kù)等組成部分，通過(guò)虛擬化和智能化的運(yùn)行，最大化利用科研資源，形成最優(yōu)化的控制與管理能力。

2 “智慧院所”的技術(shù)儲(chǔ)備

技術(shù)儲(chǔ)備是針對(duì)“智慧院所”構(gòu)建后要突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)，組織開(kāi)展的策劃、技術(shù)論證和技術(shù)攻關(guān)等各項(xiàng)工作。

1）加強(qiáng)研發(fā)共性技術(shù)

加大對(duì)共性技術(shù)研發(fā)的力度，突破智能制造標(biāo)準(zhǔn)、智能制造編碼、基于模型定義的數(shù)字化產(chǎn)品定義通用規(guī)范、虛擬制造規(guī)范、設(shè)計(jì)/生產(chǎn)/管理一體化規(guī)范等要求的基礎(chǔ)關(guān)鍵共性技術(shù)，為廣泛開(kāi)展智能制造鋪平道路。

2）加強(qiáng)研究重點(diǎn)領(lǐng)域智能制造技術(shù)實(shí)施方案

以軍工裝備研制為基礎(chǔ)，全價(jià)值鏈開(kāi)展艦船總體、動(dòng)力裝備、水中兵器和綜合電子等重點(diǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同和智能化制造實(shí)施方案研究，充分發(fā)揮船舶行業(yè)裝備研發(fā)能力、總裝建造能力和設(shè)備配套能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在智能制造技術(shù)的支持下，在總體所、總裝廠和配套廠等研制和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，形成職責(zé)清晰、協(xié)同有序、合作高效、保障有力的產(chǎn)業(yè)體系，促進(jìn)“兩化融合”深入發(fā)展，進(jìn)一步夯實(shí)船舶行業(yè)在艦船總體、動(dòng)力裝備、水中兵器和綜合電子等產(chǎn)業(yè)中的優(yōu)勢(shì)地位。

3）著力突破數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能化生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)化管控等關(guān)鍵技術(shù)

（1）數(shù)字化設(shè)計(jì)和分析技術(shù)，包括基于模型定義的數(shù)字化產(chǎn)品定義技術(shù)、基于模型定義的三維模塊設(shè)計(jì)技術(shù)、支持全三維研制模式的規(guī)范和方法體系、基于三維特征基的產(chǎn)品可制造性分析技術(shù)、基于統(tǒng)一模型的艦船協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、基于三維模型的虛擬裝配及可裝配性分析技術(shù)、基于機(jī)電一體化創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的集成設(shè)計(jì)技術(shù)，以及多領(lǐng)域統(tǒng)一建模及仿真技術(shù)等。

（2）數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)，包括基于模型定義的工藝數(shù)字樣機(jī)構(gòu)建及管理技術(shù)、基于模型定義的三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)、基于模型定義的工裝快速設(shè)計(jì)技術(shù)、基于三維模型的加工工藝建模、仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)、基于三維模型的裝配過(guò)程仿真技術(shù)、面向制造的艦船設(shè)計(jì)/工藝信息數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。

（3）智能制造技術(shù)，包括制造設(shè)備自動(dòng)化和數(shù)字化改造技術(shù)、數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)技術(shù)、智能化物流及搬運(yùn)技術(shù)、智能化車間工業(yè)總線技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的多源制造信息傳輸與處理技術(shù)、智能化感知技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和工位智能化雙向傳輸技術(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)觀看和決策支持技術(shù)等。

（4）網(wǎng)絡(luò)化管控技術(shù)，包括生產(chǎn)計(jì)劃管控技術(shù)、生產(chǎn)執(zhí)行與現(xiàn)場(chǎng)管控技術(shù)、生產(chǎn)物流執(zhí)行管控技術(shù)、全面質(zhì)量管控技術(shù)、設(shè)備及勞動(dòng)力管控技術(shù)、刀輔具智能管控技術(shù)、制造數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)維技術(shù)、智能決策支持技術(shù)和可視化生產(chǎn)管控技術(shù)等。

（5）一體化集成技術(shù)，包括模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)/制造/驗(yàn)證/服務(wù)技術(shù)、賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)、基于云平臺(tái)的協(xié)同技術(shù)和大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)等。

3 “智慧院所”的構(gòu)建目標(biāo)

“智慧院所”的構(gòu)建目標(biāo)在于提高數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化條件下的協(xié)同設(shè)計(jì)能力、試驗(yàn)?zāi)芰Αz測(cè)能力和虛擬制造能力。“智慧院所”建設(shè)需要按照“總體規(guī)劃、系統(tǒng)推進(jìn)、分布實(shí)施”的原則，逐步優(yōu)化和完善數(shù)字化環(huán)境，重點(diǎn)開(kāi)展數(shù)字化研發(fā)、信息化管理和知識(shí)化應(yīng)用等平臺(tái)建設(shè)。

1）數(shù)字化研發(fā)

爭(zhēng)取到“十四五”收官階段，數(shù)字研發(fā)爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：（1）基于模型的系統(tǒng)工程在型號(hào)和重大裝備研發(fā)和設(shè)計(jì)的過(guò)程中得到全面應(yīng)用，性能樣機(jī)分析仿真得到深化普及；（2）數(shù)字技術(shù)全面應(yīng)用于產(chǎn)品全生命周期維度；（3）全裝備級(jí)聯(lián)合仿真、綜合閉環(huán)試驗(yàn)以及虛實(shí)結(jié)合的設(shè)計(jì)、仿真和試驗(yàn)成為復(fù)雜裝備研發(fā)設(shè)計(jì)的主要形式；（4）“虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)體物理”系統(tǒng)將應(yīng)用范圍進(jìn)一步應(yīng)用延伸到基于模型的自適應(yīng)設(shè)計(jì)、制造和保障環(huán)節(jié)。

2）信息化管理

爭(zhēng)取到“十四五”收官階段，信息化管理爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：（1）以多層級(jí)項(xiàng)目管理為核心，深度集成業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)科研與管理融合、多業(yè)務(wù)和多層級(jí)關(guān)聯(lián)互動(dòng)的局面；（2）建立大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為項(xiàng)目管控和質(zhì)量管控提供智能決策和共享支持，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同管理，以及信息流和服務(wù)流的全面優(yōu)化集成和協(xié)同應(yīng)用。

3）知識(shí)化應(yīng)用

爭(zhēng)取到“十四五”收官階段，知識(shí)化應(yīng)用爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：（1）通過(guò)深度集成，將知識(shí)與業(yè)務(wù)流程相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)采集和知識(shí)的關(guān)聯(lián)推送，全面實(shí)現(xiàn)各專業(yè)知識(shí)的組件化；（2）通過(guò)深化知識(shí)工程與業(yè)務(wù)系統(tǒng)深度融合，借助大數(shù)據(jù)分析和知識(shí)推理等技術(shù)手段，構(gòu)建專家支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)計(jì)和智能決策；（3）通過(guò)云平臺(tái)等技術(shù)，推動(dòng)設(shè)計(jì)、管理和服務(wù)等公共知識(shí)互聯(lián)共享，形成全員參與創(chuàng)新的文化氛圍，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自學(xué)習(xí)，知識(shí)的自組織、自適應(yīng)和自成長(zhǎng)等智慧化目標(biāo)。

4 “智慧院所”的優(yōu)化策略

1）堅(jiān)持流程優(yōu)化與技術(shù)優(yōu)化相結(jié)合

科學(xué)的生產(chǎn)管理流程是“智慧院所”構(gòu)建的基礎(chǔ)和條件。要根據(jù)院所的產(chǎn)品性質(zhì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人員知識(shí)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)管理手段的變化和需求，不斷優(yōu)化生產(chǎn)和管理流程，提高經(jīng)營(yíng)和管理能力。同時(shí)，以問(wèn)題為導(dǎo)向，遵循“操作簡(jiǎn)便、實(shí)用、耐用”的根本原則，不斷優(yōu)化高新技術(shù)，提高投資回報(bào)率。

2）堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)性與繼承性相結(jié)合

積極跟蹤國(guó)內(nèi)外高新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，大膽創(chuàng)新，不斷改進(jìn)和提高技術(shù)，為推動(dòng)院所跨入國(guó)際先進(jìn)行列提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)和條件。此外，要充分用好先期投入的設(shè)備和系統(tǒng)，做好老舊設(shè)備的維護(hù)和升級(jí)改造，努力提高投入產(chǎn)出比。

3）堅(jiān)持外援技術(shù)與自主技術(shù)相結(jié)合

要充分借用社會(huì)力量，將高質(zhì)量、高水平、低成本、經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)引入到技術(shù)改進(jìn)工作中，“多、快、好、省”地推進(jìn)技術(shù)升級(jí)改造，達(dá)到理想效果。此外，要堅(jiān)持“以我為主”的原則，根據(jù)當(dāng)前“智慧院所”存在的問(wèn)題和發(fā)展目標(biāo)，細(xì)化各階段的目標(biāo)需求，引導(dǎo)外援技術(shù)按照既定的目標(biāo)、成本和技術(shù)能力有序地進(jìn)行技術(shù)實(shí)施。

4）堅(jiān)持高素質(zhì)研發(fā)人員和技工人員相結(jié)合

高素質(zhì)研發(fā)人員既是“智慧院所”需求方案的制定者，也是“智慧院所”技術(shù)構(gòu)建的參與者和維護(hù)者，對(duì)“智慧院所”的打造負(fù)有重大技術(shù)責(zé)任。培養(yǎng)高素質(zhì)研發(fā)人員和技工人員是實(shí)現(xiàn)“智慧院所”建設(shè)的關(guān)鍵因素。要嚴(yán)格把關(guān)人員篩選，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，促進(jìn)研發(fā)人員和技工人員技術(shù)素質(zhì)和管理素質(zhì)的快速提升。

5 結(jié)論

“智慧院所”是基于知識(shí)構(gòu)筑的智慧化組織，是支撐我國(guó)軍工科研院所未來(lái)自主創(chuàng)新能力的核心科研組織。本文從體系架構(gòu)、技術(shù)儲(chǔ)備和構(gòu)建目標(biāo)方面對(duì)“智慧院所”進(jìn)行闡述，并提出“智慧院所”建設(shè)需堅(jiān)持流程優(yōu)化與技術(shù)優(yōu)化相結(jié)合、技術(shù)先進(jìn)性與繼承性相結(jié)合、外援技術(shù)與自主技術(shù)相結(jié)合、高素質(zhì)研發(fā)人員和技工人員相結(jié)合的優(yōu)化策略。