基于數(shù)字化技術(shù)的大型船舶企業(yè)生產(chǎn)工藝創(chuàng)新研究

當(dāng)前，全球航運(yùn)市場(chǎng)逐漸復(fù)蘇，大型船舶的需求量猛增，船舶企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。在此背景下，為爭(zhēng)奪新造船舶訂單，全球各大船舶企業(yè)積極探索運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝的路徑，以控制生產(chǎn)成本，提高新造船舶質(zhì)量。本文簡(jiǎn)要介紹了船舶生產(chǎn)工藝數(shù)字化的概念，分析了傳統(tǒng)船舶生產(chǎn)工藝存在的問(wèn)題以及基于數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新船舶生產(chǎn)工藝的可行性，并提出了有針對(duì)性的創(chuàng)新策略，以期為大型船舶企業(yè)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝提供參考。

一、船舶生產(chǎn)工藝數(shù)字化的概念

在生產(chǎn)過(guò)程中，由于不同船舶企業(yè)使用的生產(chǎn)材料和生產(chǎn)工藝不同，因此生產(chǎn)成本也存在較大差異。目前，部分大型船舶企業(yè)仍然沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，導(dǎo)致生產(chǎn)成本控制效果不佳，難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管理目標(biāo)。因此，大型船舶企業(yè)應(yīng)加速融入現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮。具體來(lái)說(shuō)，大型船舶企業(yè)可以通過(guò)不斷收集、整理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析模型仿真模擬不同生產(chǎn)工藝下船舶的生產(chǎn)過(guò)程，并分析相應(yīng)的生產(chǎn)成本、生產(chǎn)質(zhì)量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而在保證船舶生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，有效控制生產(chǎn)成本。大型船舶企業(yè)運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新船舶生產(chǎn)工藝，不僅可以大幅度提高船舶的生產(chǎn)效率，還可以在一定程度上消除船舶生產(chǎn)過(guò)程中存在的安全隱患，從而增強(qiáng)自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

二、傳統(tǒng)船舶生產(chǎn)工藝存在的問(wèn)題

通常，在生產(chǎn)船舶時(shí)，大型船舶企業(yè)需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的生產(chǎn)工藝要求，而不同的生產(chǎn)工藝不僅會(huì)影響船舶的生產(chǎn)成本與生產(chǎn)效率，還存有不同程度的安全生產(chǎn)隱患。目前，傳統(tǒng)的船舶生產(chǎn)工藝主要存在以下問(wèn)題。

（一）生產(chǎn)效率低

由于大型船舶企業(yè)的船臺(tái)、船塢、碼頭等生產(chǎn)平臺(tái)數(shù)量有限，因此，保持較高的生產(chǎn)效率可以實(shí)現(xiàn)短周期輪轉(zhuǎn)，為大型船舶企業(yè)爭(zhēng)取更大的盈利空間。但是，部分大型船舶企業(yè)仍然沿用傳統(tǒng)的船舶生產(chǎn)工藝。在船舶噸位、結(jié)構(gòu)布局、裝備類型等方面都發(fā)生明顯改變的情況下，傳統(tǒng)船舶生產(chǎn)工藝的局限性更加凸顯。同時(shí)，傳統(tǒng)船舶生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)順序不夠合理，船舶生產(chǎn)過(guò)程中不同工藝流程之間可能會(huì)相互干擾，導(dǎo)致船舶生產(chǎn)效率較低。

（二）生產(chǎn)成本高

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的背景下，大型船舶企業(yè)面臨的成本控制問(wèn)題更加嚴(yán)重。然而，傳統(tǒng)的船舶生產(chǎn)工藝受到定額成本及標(biāo)準(zhǔn)成本的制約，難以對(duì)材料、人工、周期等成本進(jìn)行控制。以分段合攏為例，在分段焊接過(guò)程中，技術(shù)人員一般會(huì)采用傳統(tǒng)的坡口切割工藝，通過(guò)手工對(duì)接口進(jìn)行切割、打磨。為了滿足接口的精度要求，技術(shù)人員需要多次返工，反復(fù)打磨。在這一過(guò)程中，大量材料和時(shí)間被浪費(fèi)，進(jìn)而增加材料、人工和時(shí)間等方面的成本，嚴(yán)重削弱了大型船舶企業(yè)在成本控制方面的優(yōu)勢(shì)。

（三）存在安全隱患

船舶的生產(chǎn)過(guò)程較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝存在安全隱患，可能會(huì)對(duì)員工的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。例如，船舶在生產(chǎn)過(guò)程中，需要使用諸多設(shè)備，如切割機(jī)、鉆床等，如果技術(shù)人員操作不合理，就容易造成事故。再如，船舶在生產(chǎn)過(guò)程中，電焊作業(yè)廣泛分布，傳統(tǒng)的焊接方式容易對(duì)技術(shù)人員造成傷害。因此，大型船舶企業(yè)需要通過(guò)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝、規(guī)范生產(chǎn)操作流程等方式，以最大限度地減少安全隱患。

三、基于數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新船舶生產(chǎn)工藝的可行性

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大型船舶企業(yè)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝的必然要求。目前，許多大型船舶企業(yè)開(kāi)始重視并應(yīng)用數(shù)字孿生、智慧工廠等數(shù)字化技術(shù)來(lái)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，并逐漸完善生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析與處理流程。在細(xì)致分析內(nèi)外部影響因素的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為大型船舶企業(yè)基于數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝具有較強(qiáng)的可行性。

首先，員工的成本控制意識(shí)逐漸增強(qiáng)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，大型船舶企業(yè)必須通過(guò)有效控制成本來(lái)增強(qiáng)自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并突出員工的主體地位。目前，大型船舶企業(yè)員工的受教育程度普遍較高，能夠認(rèn)識(shí)到成本控制的重要性，因此基于數(shù)字化技術(shù)的生產(chǎn)工藝創(chuàng)新具備良好的人員條件。隨著現(xiàn)代企業(yè)管理制度的日益完善，大型船舶企業(yè)也建立了分紅、績(jī)效等多種獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。因此，為了獲得更高利益，其員工在降低生產(chǎn)成本方面的訴求更加迫切，這也在一定程度上推動(dòng)了大型船舶企業(yè)生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新。

其次，核心技術(shù)不斷取得突破。近年來(lái)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、孿生工廠、智能工廠等相關(guān)領(lǐng)域的核心技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，且相關(guān)技術(shù)的使用成本也顯著降低。因此，大型船舶企業(yè)具備生產(chǎn)工藝數(shù)字化轉(zhuǎn)型的技術(shù)條件，其基于數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝的可行性較高。與此同時(shí)，大型船舶企業(yè)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝的技術(shù)選擇范圍更加廣泛，生產(chǎn)工藝的優(yōu)化路徑也更加多元化。

最后，企業(yè)數(shù)字化改革不斷深入。近年來(lái)，許多大型船舶企業(yè)已基本完成了采購(gòu)、研發(fā)、生產(chǎn)、維修等各環(huán)節(jié)的全面數(shù)字化，為創(chuàng)新船舶生產(chǎn)工藝提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。在數(shù)據(jù)類型不斷完善、數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，與生產(chǎn)工藝相關(guān)的模型算法也更加精準(zhǔn)，能夠最大限度地保證生產(chǎn)工藝創(chuàng)新的科學(xué)性、有效性和可行性。

四、基于數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新船舶生產(chǎn)工藝的策略

一直以來(lái)，雖然大型船舶企業(yè)對(duì)生產(chǎn)成本的控制較為關(guān)注，但是其沿用的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝不僅生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低，還存在安全生產(chǎn)隱患。因此，大型船舶企業(yè)需要利用數(shù)字化技術(shù)來(lái)升級(jí)改造生產(chǎn)工藝，提高船舶生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí)，數(shù)字化管理平臺(tái)能夠綜合評(píng)估不同生產(chǎn)工藝對(duì)生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期等方面的影響，為大型船舶企業(yè)的數(shù)字化改革提供技術(shù)支持。

持續(xù)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝是大型船舶企業(yè)保持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的前提。在生產(chǎn)工藝創(chuàng)新方面，數(shù)字化技術(shù)發(fā)揮了不可替代的作用。筆者結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、三維可視化等數(shù)字化技術(shù)的特點(diǎn)，針對(duì)大型船舶傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝存在的問(wèn)題，從提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、落實(shí)安全生產(chǎn)等方面提出了創(chuàng)新生產(chǎn)工藝的策略。

（一）加強(qiáng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理，提高生產(chǎn)效率

大型船舶企業(yè)在創(chuàng)新生產(chǎn)工藝時(shí)需要綜合考慮多種影響因素，如材料采購(gòu)、施工難度、環(huán)境保護(hù)等，并反復(fù)探討不同影響因素下生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)效率之間的關(guān)系，從而加快生產(chǎn)工藝創(chuàng)新的步伐。

大型船舶企業(yè)可以依托數(shù)字化管理平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口獲取創(chuàng)新生產(chǎn)工藝所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，如采購(gòu)成本、人員成本等，并通過(guò)建模分析不同生產(chǎn)工藝所需的環(huán)境條件，確定作業(yè)難度，從而最大限度地縮短生產(chǎn)工藝創(chuàng)新的周期。在數(shù)字化背景下，大型船舶企業(yè)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵在于采集與處理相關(guān)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理，提高數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析的準(zhǔn)確度，尤其需要評(píng)估數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性，以加快生產(chǎn)工藝創(chuàng)新的速度，提高生產(chǎn)效率。

以船舶分段建造工藝為例，為保證各分段順利合攏，大型船舶企業(yè)不僅要確保生產(chǎn)工藝的科學(xué)性與合理性，還要提高各分段的生產(chǎn)效率。大型船舶企業(yè)可以動(dòng)態(tài)獲取采購(gòu)、生產(chǎn)等部門的電子單據(jù)，并通過(guò)建模分析來(lái)實(shí)時(shí)掌握不同分段的建造速度，預(yù)測(cè)不同分段的完工日期。此外，針對(duì)數(shù)據(jù)分析中存在的問(wèn)題，大型船舶企業(yè)還可以利用已經(jīng)完成的分段建模來(lái)仿真生產(chǎn)工藝，為分段建造方案的制訂提供參考，在高效解決問(wèn)題的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)流程的精準(zhǔn)控制。

（二）完善生產(chǎn)工藝模型，降低生產(chǎn)成本

大型船舶企業(yè)可以借助虛擬仿真、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，并通過(guò)數(shù)字建模的方式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新。在此背景下，技術(shù)人員可以利用相對(duì)成熟的虛擬仿真技術(shù)來(lái)搭建虛擬船舶生產(chǎn)平臺(tái)，仿真各種生產(chǎn)工藝流程，完善生產(chǎn)工藝模型，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，技術(shù)人員可以利用后臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不同生產(chǎn)工藝下的材料成本、人工成本等，并結(jié)合采購(gòu)部門、人力資源部門提交的電子單據(jù)，更加清晰地掌握生產(chǎn)工藝的成本結(jié)構(gòu)。以虛擬船舶生產(chǎn)平臺(tái)為代表的生產(chǎn)工藝模型可以保證船舶生產(chǎn)成本的合理性，凸顯大型船舶企業(yè)在成本控制方面的優(yōu)勢(shì)。

以大型裝備的安裝流程為例，早期安裝大型裝備時(shí)經(jīng)常采用的是垂直吊裝工藝。雖然垂直吊裝的難度較低，但是平面分割后的力學(xué)空間被破壞，特別是縱向和橫向上的應(yīng)力變化容易對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成影響，從而導(dǎo)致后期的結(jié)構(gòu)修復(fù)成本增加。通過(guò)借助虛擬船舶生產(chǎn)平臺(tái)，技術(shù)人員可以細(xì)致分析大型裝備不同位置的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并采用側(cè)向開(kāi)孔、分段安裝的工藝避免結(jié)構(gòu)損傷，從而有效控制材料成本及后期修復(fù)成本。

需要注意的是，創(chuàng)新生產(chǎn)工藝不得以犧牲生產(chǎn)質(zhì)量為代價(jià)。完善的生產(chǎn)工藝模型雖然能夠在一定程度上幫助大型船舶企業(yè)控制成本，但是從實(shí)際效果來(lái)看，過(guò)度的成本控制將不可避免地對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量造成影響。

（三）仿真生產(chǎn)流程，落實(shí)安全生產(chǎn)

仿真船舶生產(chǎn)流程是指利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)船舶生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)工藝流程進(jìn)行虛擬再現(xiàn)。大型船舶企業(yè)可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生等技術(shù)全面仿真生產(chǎn)流程，打造沉浸式的操作環(huán)境，科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程。同時(shí)，大型船舶企業(yè)在仿真生產(chǎn)流程時(shí)可以與安全管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將仿真生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的安全問(wèn)題及時(shí)上報(bào)至安全管理平臺(tái)。此舉也有助于技術(shù)人員優(yōu)化生產(chǎn)工藝，落實(shí)安全生產(chǎn)。

例如，密閉空間焊接工藝對(duì)焊接方法、環(huán)境控制等提出了較高要求。因此，焊接流程中的環(huán)境變化會(huì)對(duì)人員、裝備的安全造成一定威脅。大型船舶企業(yè)可以利用仿真技術(shù)分析不同焊接工藝的氧氣消耗量、廢氣中有毒氣體的含量、焊接材料消耗量、鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量等數(shù)據(jù)，以及時(shí)應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的安全生產(chǎn)問(wèn)題，并保障人身安全與焊接質(zhì)量。同時(shí)，不同的焊接工藝對(duì)環(huán)境的要求也不同，大型船舶企業(yè)在仿真生產(chǎn)流程時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)分析環(huán)境因素并評(píng)估焊接質(zhì)量，從而進(jìn)一步確保密閉空間焊接工藝的可行性與有效性。

總之，在仿真生產(chǎn)流程時(shí)，大型船舶企業(yè)各部門之間需要相互協(xié)同，綜合考慮各種因素帶來(lái)的影響。同時(shí)，大型船舶企業(yè)需要認(rèn)識(shí)到，數(shù)字化技術(shù)不能完全消除生產(chǎn)工藝中存在的安全隱患，其在生產(chǎn)過(guò)程中依然需要采取有針對(duì)性的安全防護(hù)措施。

五、結(jié)語(yǔ)

大型船舶企業(yè)需要加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，利用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新船舶生產(chǎn)工藝，有效解決傳統(tǒng)船舶生產(chǎn)工藝效率低、成本高、安全性差等問(wèn)題，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少安全隱患，確保安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自身高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

[作者單位：滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司]