我国船舶制造数字化及信息化浅谈

张维英，纪明月，侯垚森，董震鹏

（1.大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁 大连 116023；2.上海沪东中华船厂，上海 200120）

我国船舶制造数字化及信息化浅谈

张维英1，纪明月1，侯垚森2，董震鹏1

（1.大连海洋大学航海与船舶工程学院，辽宁 大连 116023；2.上海沪东中华船厂，上海 200120）

传统的船舶制造业正随着信息技术、自动化技术和计算机技术的应用和发展发生着一系列的变化。长期以来，我国船舶制造业仅仅将船舶制造定位于制造工艺,阻碍了我国船舶制造的发展。我国的造船企业虽然在近些年得到了较大程度的发展，但是在生产效率、自动化设施设备等方面，与造船强国的造船行业相比还存在着较大的差距。

计算机技术；信息化；数字化；船舶制造

尽管我国许多船厂很早就提出了“数字船厂”的口号，但事实上数字化在船厂的应用并不乐观。面对“BIGDATA”时代的到来，不扎实的标准和编码等基础工作，以及没有准确齐全的基础数据，我国的船舶制造“软肋”十分明显。现场施工方面，当遇到困难时，如船体结构调整，没有能力通过计算机辅助计算进行“再设计”，而仅仅通过经验进行调整。种种迹象表明，我国船舶制造的数字化、信息化多停留在概念阶段，没有为船厂带来实质性的利益。

1 计算机应用在日韩造船业的发展历史

20世纪50年代中期计算机在日本的船舶制造业得到发展和应用，其主要的应用对象是外板的展开和简单的数值计算。计算机又随着技术的提升被逐渐应用在船舶性能和结构制造的计算中。

80年代中期，受到人力资源老化、国内其他制造产业发展和日元升值的影响，日本造船产业决定开始推行实施计算机信息集成制造计划，其研究范围和内容在长达20多年的时间里不断拓展。现如今，日本的造船企业已经形成了较为完备的计算机集成制造系统，该系统能够满足船型结构开发、产品设计、生产计划以及调度和自动化等方面的要求，在船舶材料设计、加工和装配等生产过程方面具备了各个生产制造阶段的信息集成能力。

20世纪90年代中期CIMS技术在日本的一些大型船厂基本已经实现实用化，1998年开始向各个中型船厂推广应用。CIMS技术使用后，可以缩短工期约20%，节约人工约50%，效果显著。

2 我国与世界造船信息化差距分析

我国造船行业自进入国际船舶市场以来取得了显著的成绩，但一些问题仍然没有得到彻底改变，比如生产效率低、竞争力弱、效益低等。近些年来，国内一些造船企业都在大力推进转换造船模式，从造船的生产作业体系和生产管理体系上实施现代集成造船模式（CIMS），并取得了不小的成效。但一些中小型船舶企业依旧存在问题，如对标准化的重视不够，对信息化建设的重要性认识不足；造船生产的准备工作还不够充分,尤其是当生产进度面临压力时，更是出现边生产、边设计、边修改的造船，为了追求缩短工期严重忽视了造船技术的准备工作，这样做的结果就是造成严重的质量问题和大量的返工，往往会适得其反。

3 船厂需要更多的信息化手段介入

计算机技术以及信息技术的高速发展，对传统制造业的影响是巨大的。20世纪80年代中期日本就已经推广造船领域计算机集成制造系统（CIMS），到90年代已经实用化。

目前我国对先进制造业的理解仍停留在制造工艺的提升。尽管很多船厂很早就提出了“数字船厂”的口号，但是就目前而言，仅是对CIMS中的部分CADCAM计算机辅助设计制造的概念进行了抽取，在船舶制造方面与上世纪90年代的日本仍有差距。

现在的船厂是否可以设计一款可以实时显示分段位置的软件。这种软件不是多么复杂，仅是建立在基本仓储管理系统之上。通过这种方法，可以每天早晨告知船报验项目的详细位置，方便报验，节省时间，节省人力。另外，可以对这种软件进行不断的优化。比如，可以让其显示出项目的大致状态，专检信息，使得一切信息更加直观，方便获取，提高效率。虽然现在船厂的内网有检验平台，但是过于老旧，并不直观，详细显示的过于笼统，实际效果并不理想。

4 有限元分析应用于现场结构修改

全船有限元分析、舱段分析、船舶局部结构强度计算，在船舶与海洋工程领域，已经越来越多被船级社及船主在产品设计中采纳。船级社等机构已越来越多地在规范中要求采用结构的直接计算判断结构强度是否合格，有限元分析更是设计者对于一些新型结构及由新材料建造的船舶设计的重要依据之一。

现在我国的许多船厂没有“再设计”的能力。具体说来，当船主对某一结构产生质疑的时候，往往仅仅依靠过往的经验要求整改。经验不是技术，技术部门没有能力去进行求证，是完全按照船东的意思进行整改，缺少了主动性，没有客观依据。

在丧失主动性的同时，出现了很多因为船主的“心血来潮”而进行的大规模没根据的整改，严重浪费了船厂的物料和人力。现场的技术部门和质检人员，因为缺少相关素质培养，缺乏客观理论根据，只能任由船主“发挥”，不仅难以对船主要求整改的结构进行核实，同时还给船主留下了业务能力不专业的印象。在当下航运业萎靡的时候，这种情况的出现无疑令人担忧。

在对局部船体的有限元分析中，需要克服的问题还有很多。比如，如果想对一个分段单独进行有限元分析，实际操作起来，第一个问题就是当网格划分好以后，如何对这个分段加载荷？有限元分析结果准确与否，主要依据两点：第一是网格的划分，第二是对加载荷的考虑。与普通的钢结构不同，船舶是一个受力很复杂的大型结构体，不仅受自身重力作用，还受风浪载荷以及一系列动载荷，中垂中拱下载荷分部又有变化。就一个单独的分段来说，它的载荷是很难给定的，受力条件太复杂，而且分段的边界条件太多，过多的边界条件的影响使计算过于复杂。比如CCS对入级的大型货船，就采用0.5货仓+1货仓+0.5货仓，以减少边界条件的影响。

针对要分析的分段载荷问题，唯一可行的方案就是先对整体进行有限元分析，观察主要载荷在全船的分部，再单独看这一个需要分析的分段，所受的主要全船载荷有哪些，继而选出主要载荷进行分析。

从大的方向讲，推行类似对现场局部结构的有限元分析，是改变传统陈旧的造船产业的一个小的举措，使以往简单的劳动密集型产业向科技化产业过渡。从眼下小的方面来讲，可以提升有关人员的业务能力，不仅能够为船厂减少不必要的人力物力的浪费，还能够引起船主的注意，从而提升船厂在业内的口碑，益处颇多。

5 结语

面对日新月异的时代发展，我们工作不能过分的依靠以往的经验，为了取得长足的进步，我们必须清醒地认识到，经验不等于技术。船厂通过普及ANSYS概念，不仅可以优化船舶设计，还可以推动船厂信息化进程，益处颇多。船厂应通过更多的信息化手段介入，努力缩短差距。应用有限元分析进行现场结构修改，加强设计与现场的联系，并进行协调，从而提高生产效率和产品质量。通过应用信息化集成系统对船舶产品进行开发设计建造和管理，使船舶产品成为信息化设计产品，从而实现“数字化造船”。

[1]熊志鑫. 船体结构有限元建模与分析[M]. 上海：上海交通大学出版社，2014.

[2]孙丽萍. 船舶结构有限元分析[M]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2004.

TP311.52

A

1671-0711（2017）06（下）-0177-02