装上“数字化造船”的推进器2

  
    CAX、CFD技术、虚拟仿真技术和数字控制加工技术已是先进造船设计、试验、制造技术的核心技术。而在复杂且离散型的造船企业实现精益生产和精细管理，以及完成现代造船模式所要求的设计深化和“设计、制造、管理”信息一体化，更要以信息技术为技术基础和保障。因此，“数字化造船”已是现代造船技术的核心和基础。  
    
                                                                                                   程庆和 沪东中华造船总经理助理兼信息所所长
    
    实施“数字化造船”工程，建设数字化造船企业已成为全球造船企业提高其核心竞争力的重要措施。要使我国的船舶制造业有快速、持续、稳定的发展，必须在做大的同时坚持做强，提高企业素质，而数字化制造技术是现代制造技术的核心，也是机制创新和体制创新的纽带，以“数字化造船”工程为突破口推动中国船舶工业跨越式发展是一条必行之路。 
   
“数字化企业”、“数字化造船”及“数字化造船企业”
    数字化企业的组成
    数字化企业创新系统: 以数字化技术为手段，结合先进的设计技术、制造技术、管理技术和营销技术，建立支持企业的产品创新、过程创新、管理创新和体制创新的数字化企业创新系统.
    数字化企业运行系统: 除具有CIMS运行系统的集成优化外，数字化企业运行系统在横向强调协同，在纵向强调知识管理，是以知识为主要处理内容的数字化协同研发、采购、制造、管理和营销综合集成系统。
    数字化辅助创新系统:以人为主体，以计算机为工具，发现和获取知识，对知识进行整理、分类，并数字化和模型化，以有效地存贮和利用知识，实现知识转移和共享；将具有各种知识的人和组织联系起来，并支持他们的协同工作和创新活动，形成支持创新的基于知识的运行系统，如基于知识的设计系统、基于知识的管理系统和基于知识的营销系统等。
    数字化企业人机综合集成系统: 通过研究新型的人机关系，采取以人为中心，人机一体的技术路线，人机共同组成一个系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同认识、共同感知、共同决策、共同工作。
    网络化与数字化基础支撑平台: 是支持数字化企业运行系统、辅助创新系统和人机综合集成系统的统一支撑平台。
    数字化企业的概念本身，也是开放和发展的，任何新的技术，只要被实践证明有利于提高产品的市场反应能力，降低成本，提高效率，都将被数字化企业所采纳。  
    “数字化造船”
    “数字化造船”就是以造船过程的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术、先进的数字化制造技术、先进造船技术和现代造船模式，综合应用于船舶产品的设计、制造、测试与试验、管理和维护全生命周期的各阶段和各方面。通过数字化、集成化、网络化船舶产品的开发、设计、测试与试验、制造和管理平台，使船舶产品实现以数字建模和数字样机为核心的数字化设计，以生产制造与生产过程数字控制为核心的数字化制造、以虚拟样机和数字仿真为核心的数字化测试与试验、以现代造船模式和业务流程建模为核心的数字化管理，从而实现“数字化造船”。 

“数字化造船企业”及其组成
    “数字化造船企业”
    在数字化造船企业创新系统和船舶数字化基础集成平台和以船体、管系、舾装主要制造装备自动化和CAPP/CAM/FA集成应用为核心的制造装备数字化的支持下，全面建立数字化、集成化、网络化船舶产品的开发、设计、测试与试验、制造和管理环境，通过信息资源共享、设计制造协同、信息系统，使造船企业全面实现“数字化造船”，建立以信息流为依据、物流控制为主线、资金流控制为龙头的集成化、网络化、智能化的“数字化造船企业”。 
    “数字化造船企业”的组成
    数字化造船企业创新系统: 以数字化技术为手段，结合先进的数字化制造技术、先进造船技术、现代造船模式和虚拟企业原理，采用先进的企业文化和管理理论，注重以人为中心的管理，建立与“数字化造船”相适应的组织结构、价值体系、业务模式，支持企业的产品创新、过程创新、管理创新和体制创新。
    船舶产品数字化设计集成系统：从推行CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM，到数字化样船技术、虚拟仿真设计和制造技术、异地协同设计技术等智能化设计技术，通过船舶产品全数字化模型的建立，生成满足现代造船模式所需的精确制造信息、精确管理基础信息，为“数字造船、绿色造船”提供技术和信息基础。 
    船舶产品数字化生产制造与生产过程控制集成系统：在建立数字化船舶产品模型基础上，应用模块化建造技术、精益建造技术、虚拟建造和装配技术以及协同制造技术，按中间产品组织专业化生产原则，实现船舶壳、舾、涂一体化制造，达到有效控制造船周期、质量和成本。
    船舶产品数字化测试与试验系统：通过建立船舶模块化的虚拟试验、测试对象，合理的数学推导或分析实用数据，建立数学模型，作为虚拟试验、测试验证对象的信息数据原型，然后利用可视化手段，在一定环境条件下进行静态、动态的虚拟试验、测试验证，实现产品测试与试验数字化。
    船舶产品数字化管理系统：以利用信息技术的优势，跨越“时、空、地、部门、个人”的障碍，突破造船企业难于实现有效管理控制的难点，使管理控制实现透明、及时、精确和标准规范化，从而使企业生产资源实现优化配置和物流的有效计划、组织、控制和调整，实现船舶产品全生命周期各环节、各过程的成本和质量管理及控制。
    船舶产品制造数字化工艺装备系统：采用先进的数字化制造工艺装备提高造船水平是最终实现“数字化造船”的基础保证，通过应用造船机器人技术、CAPP/CAM/FA集成技术，通过建立船体、管系、舾装、涂装数字化装备系统和数字化造船装备的运行体系，实现主要装备的自动化，达到有效地控制造船周期、稳定船舶产品质量、提高生产效率、降低制造成本、实现“绿色造船”。
    船舶数字化基础集成平台: 利用计算机和网络技术，设计整合统一的基础集成平台，实现系统的应用集成、资源的一体化和集成化管理，同时具有较高的安全控制策略。为产品开发、设计、建造和管理中各种活动间各类信息的传递及共享提供支持，形成信息集成、过程集成、经营集成的基础。 
   
实施“数字化造船”工程的 目的和意义
    “数字化造船”是现代造船技术的核心和基础
    在现代，信息技术已渗透到船舶企业的经营、开发、设计、制造、管理的各个方面和领域，各项先进技术的发展已与数字化、网络化、智能化技术密不可分。CAX、CFD技术、虚拟仿真技术和数字控制加工技术已是先进造船设计、试验、制造技术的核心技术。而在复杂且离散型的造船企业实现精益生产和精细管理，以及完成现代造船模式所要求的设计深化和“设计、制造、管理”信息一体化，更要以信息技术为技术基础和保障。因此，“数字化造船”已是现代造船技术的核心和基础。  
    “数字化造船”工程是提高船舶企业综合素质和整体效率的突破口
    我国造船工业在新一轮的发展中所面临的最大威胁可能将不再是造船生产能力的短缺，而是企业综合素质和整体效率的提高。目前，我国造船由于效率低下，生产周期长，成本高，竞争力不强，导致船价低，经济效益不高，企业后劲不足，优秀人才难以集聚等一系列问题。 
    现代新军事变革的形势，需要数字化的海军装备制造企业 
    新军事变革为现代战争展现了全新的概念，海军作战模式也将由传统的“平台中心战”向“网络中心战”转变。以数字化为核心的战争是陆、空、天、海、水下的五维数字信息和火力的全面对抗。需要协同、柔性、快速的舰船研制新体系来适应海军作战模式的变化。  现有的舰船制造系统柔性差、反应慢，难以适应新军事变革发展的需要，必须建设具有数字化快速研制能力和高度柔性的数字化舰船研制企业，才能满足现代化海军和作战模式对武器装备的需要。 
    实现“数字化造船”是推行 “绿色造船”达到“快乐造船”的前提
    当前国家已把实现“绿色环境”作为“实施可持续发展战略和关系中华民族生存和发展的长远大计”。特别是在进入全球化时代后, “环境、安全、健康”(HSE)已与技术、成本、进度、质量共同成为造船企业竞争要素中同等重要的五大因素。目前欧亚各大船厂和我国骨干船厂都十分重视“环境、安全、健康”，因为员工只有在良好、安全的环境下，才能造出优质的船舶。只有实施“数字化造船”，才能实现“绿色造船”，获取 “绿色通行证”，并达到“快乐造船”的境界。 
   
国内外“数字化造船” 发展现状和趋势
    世界造船强国以数字化制造技术实现快速和高效造船
    世界造船强国从CAX开始，逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展，形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全寿命周期的数字化支持系统。从而实现船舶设计全数字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精细化、船舶制造装备自动化和智能化、船舶制造企业虚拟化，从而大幅度提高生产效率和降低成本，尽管他们的劳动力成本很高，但是仍具有较高的市场竞争力。这些年来，美国一直是军船制造最强大的国家，韩国和日本船舶产量高达世界市场份额的70％左右。
    世界造船强国加大“数字造船”投入力度，以保持市场垄断地位
    先进造船国家的造船企业信息化建设已达到很高的水平,但是为了更牢固地垄断国际造船市场，这些国家正在以更大的投入发展“数字化造船”.
    我国造船业发展每跨上一个新的台阶，都与信息技术应用密不可分
    我国造船工业从1970年开始，采用造船CAM技术，使造船生产效率和加工质量有了较大的提高。 80年代后期，船舶工业统一组织开发了CASIS、CADIS和MIS等造船造机系统，有力促进了船舶企业的信息化进程。随着造船CAD/CAE和MIS技术的发展，产品设计开始丢掉图版，新产品开发设计周期有效缩短，船舶企业现代化管理水平得到提高，船舶制造企业初具国际竞争力并不断壮大。
    90年代中后期，国际先进的造船软件如TRIBON、CADDS5系统开始引进应用，骨干船厂应用三维建模技术建立产品电子信息模型。新技术的应用使国内造船水平上了新的台阶，产品建造总周期得到了有效缩短，产品建造质量明显提高。
    CAD/CAM技术的深入应用为推进集成制造技术提供了信息源头，CIM技术和CIMS开始在沪东中华、渤海船厂和广船国际等船厂开发应用。CIMS的应用使产品制造和管理信息集成，从而能够实现制造信息高度共享和企业制造资源优化，全面提高企业运行效率。
    同时，船厂和科研院所非常重视船舶建造关键工艺装备的更新和改造，引进了平面分段流水线，数控切割机等多种先进自动化造船装备；自主研究开发了CNC切割机、数控肋骨冷弯机、数控弯管机等多种自动化造船装备。
    近年来，沪东中华等厂所自主开发了船体建造软件三维舾装管系设计，已在国内数十余家船厂应用；沪东中华已把“数字造船、绿色造船”作为企业发展的基本方针，江南正在建设“e江南”，外高桥造船公司引进了体现先进造船观念和模式的韩国HANA/CIMS，并正在调试推进应用。沪东中华等单位已逐步开展了船舶企业制造资源配置计划和造船物流管理技术的研究和应用工作。
    在企业网建设领域，发展更是迅速。 如CSSC总部建立了连接北京、上海、广州、九江四地的中船企业网和集团公司视频会议系统，建立了基于国际互联网，面向国内外船舶行业的服务性网站——中国造船网。各骨干造船企业计算机网络建设方面初具规模，计算机辅助设计制造与生产管理的软硬件平台初步建立，已为建立数字化船舶企业提供了扎实的硬件基础。
    船舶工业的信息化建设使我国船舶产品制造能力和水平得到较大的提升，我国开始进入世界第三造船大国地位，在2003年船舶产量占国际市场比例从常年的6~8%首次突破10%。 
    我国“数字化造船”水平仍与国际先进水平有较大差距，难以满足船舶制造业实现跨越式发展的要求 
    我国数字化造船技术应用取得了很大成绩，但与造船强国相比存在如下问题：
    （1）数字化应用的重点仍集中在解决技术与工程问题上，没有与企业的业务流程、运营模式和管理变革有效结合，尚未有效地促进体制创新、管理创新，往往有了先进的造船信息系统和装备，却以传统的观念和模式来运行，难以发展数字化应有的效益。
    （2）产品设计、制造、管理信息一体化的集成度较低，数字化设计、制造、管理生产线各主线尚未贯通，数字化制造技术效能远未发挥。
    （3）有些重要数字化技术领域的应用尚为空白或刚起步，如船舶数字化测试、虚拟设计、虚拟建造和产品数据管理等技术，因此产品先期研制水平低、周期长，数字化管理缺乏完整信息资源。
    （4）船舶制造资源优化配置技术的应用处于较低水平，企业的生产管理和协调仍以现场调度型为主，满足精细管理要求的造船管理信息系统研究和应用尚处于初级阶段，管理基本还处于粗放型。
    （5）满足船舶产品成本预算、核算、控制的成本管理集成信息系统尚处于起步阶段，船舶企业成本失控现象时有发生。
    （6）实现船舶产品生命周期的现代物流信息系统刚起步。
    （7）船舶制造装备自动化程度较低，造船机器人的应用基本处于空白。
    （8）船舶核心软件基本从国外引进，将难以掌握数字化造船主动权。 
   
    “数字化造船”工程的主要内容
    “数字化造船”工程的总体思路
    贯彻“以信息化带动工业化”的方针，以市场为导向，以厂所为主体，吸取国内外发展数字化制造技术的成功经验，充分利用现有物质、技术和人才条件，以技术创新和管理创新为根本，以数字样船为核心，以产品数字化设计、制造、试验与管理过程数字化为重点，以数字化标准规范和数据库建设为基础，以典型船舶产品为试验验证对象，全面推进产品开发、设计、生产、管理的数字化，并促进相关软件的产业化，为现代造船模式的推行提供技术支撑，使我国船舶工业达到敏捷、高效、绿色、强壮的世界造船发达国家的先进水平。 
    “数字化造船”工程的总体目标
    “数字化造船”工程的总体目标概括起来为“建立一个平台，打通一条主线，建立四个体系”，具体如下： 通过“数字化造船”工程的实施，全面建立船舶产品的数字化开发、设计、制造、测试与试验、管理集成平台环境；打通船舶数字化设计、制造、管理生产线主线；应用“壳、舾、涂一体化”数字化样船技术，推行模块化造船和产品虚拟建造，建立船舶精益建造体系；以数字技术为纽带促进体制和机制创新，推行船舶制造资源优化配置技术、现代物流技术，建立造船精细化管理体系；应用敏捷制造技术和虚拟企业原理，实现设计、制造和管理向现代信息集成、过程集成和企业间集成的跨越，建立以数字化造船总装厂为核心的现代造船协同设计和协同制造体系；进行数字造船人才和标准规范体系建设，建立“数字化造船”工程实施保障体系，完成我国造船模式向数字化模式的转换，使造船企业全面实现“数字化造船”和建立“数字化造船企业”。 
   
    “数字化造船”工程的主要功能体系
     主要技术难点与关键技术
     造船过程的建模、重构与优化技术；船舶产品全数字化样船技术；船舶产品虚拟测试与试验、虚拟制造和装配技术技术；面向船舶产品全生命周期分布式产品数据管理技术；船舶产品协同和并行设计、制造、管理平台技术；船舶产品制造的资源优化配置技术；船舶产品协同制造下的物流优化技术；以“中间产品”为导向的船舶产品成本管理技术；船舶产品全生命周期质量管理系统技术；造船机器人应用技术；船舶产品电子商务平台技术；CAX应用系统信息交换和集成技术；船舶产品数字化标准体系技术；船舶产品数字化编码体系技术；网络、数据库及信息安全技术
    
     建议和对策
     尽快设立和启动“数字化造船”工程专项，并用创新思想加强工程管理
     “数字化造船”工程是一个跨专业(设计、试验、制造、管理和软件)、跨部门(集团、研究所、院校、公司)的综合性工程，技术和管理创新点多，协调难度大，多资金渠道，周期相对较长，同时又是需要高度集中统一规划和协调的复杂系统工程，加强工程实施管理尤其必要，需要作为专项进行实施和管理。在管理过程中，应当强化组织管理体系，加强计划管理，推进项目管理模式。 
     加强组织领导, 遵循正确的方法论进行开发与实施
     建议在国家有关部委的统一领导和组织下实施，并以两船舶集团公司组织相关研究院所、企业及高等院校共同参加，成立项目领导小组、项目总体工作小组、技术攻关小组以及相应的专家咨询小组，发挥国家队的整体优势，大力协同，集体攻关，自主创新。
     必须遵循正确的方法论，按照系统分析、系统设计、系统实现、系统测试、系统试运行、系统全面运行等阶段一步一步进行。根据国内船舶业的客观情况和技术现状，并充分考虑我国经济的实际可承受能力，着力做好工程顶层方案和实施方案研究，整体谋划，分步实施。 
     以创新的观念进行数字化体系建设
     数字化造船工程已不再是以前普遍存在的“电算化”和“计算机辅助设计、辅助制造、辅助管理”的观念和概念。实施数字化工程的核心是以数字技术改造传统的模式，建立数字化的生产体系、技术体系和管理体系，实现数字化生产方式的转变，否则难以发挥数字化技术应有的作用和效益。
     密切结合机制创新和体制创新
     实施数字化工程涉及到企业内部业务流程的改革，牵涉船舶总装厂、设计院所、配套厂商，甚至与集团公司的关系。可能触及到企业的深层次问题。因此，必须在企业领导核心的支持和参与下，把数字化造船工程与机制创新和体制创新密切结合，这是工程建设成功的关键。  
     建立船舶制造数字化基础体系
     数字化制造技术以信息数字化的形式实现信息管理、传输、处理和共享，因此必须首先建立数字化的基础体系。
     根据船舶企业的特点从基础标准、数字化设计标准、制造标准、管理标准、数字化试验与评价标准等方面进行研究，制定出符合船舶企业实际以及发展需求的船舶制造数字化标准规范体系；建设相应的基础性和通用性的数据库、知识库和模型库；建立和研究船舶信息集成和数据交换标准和平台，并建立一个通畅、稳定、安全的网络通信平台。 
     吸收国外先进技术加强开发，建立自己的造船软件产业
     目前国内船舶企业的三维设计软件系统基本采用国外引进软件，国外的造船软件在关键的功能范围内均不开放，影响企业数字船舶设计、制造、管理集成平台的建立；引进软件费、实施费、软件维护费不断攀升，已成为企业的负担，影响了企业信息化进程；引进软件在安全性方面有较大的变数，影响国防企业信息安全。 我国经过对引进系统的消化吸收和20多年相关软件的开发研究，完全有能力开发研制具有自主知识产权的造船软件系统，并建立自己的造船软件产业。 
     加快建设“数字化造船”工程保障体系
     建设“数字化造船”工程保障体系首先是培养和建立一支高素质人才队伍。这是实施“数字化造船”工程的重要保障。 此外，必须加快建立我国造船软件系统开发、维护、培训、解决方案咨询产业队伍，将数字化造船技术的主动权掌握到自己的手中，这是最有效的保障。