国外舰船数字化研制体系的发展状况与趋势

闻歆

隨着舰船武器装备的复杂程度不断提高，数字化造船技术成为降低研制风险和成本，缩短研制周期的关键要素和有效手段，因此美欧传统海军强国均把数字化造船技术的研究放在战略发展的高度来组织实施，推动了舰船数字化设计制造技术的快速发展和应用，并且取得了显著成效。以美国海军装备研制为例：

1.三维设计技术已成为舰船武器装备研制的基本手段，三维可视化技术广泛应用于各型舰船设计建造的各个环节，如美国“福特”级航母的首舰“福特”号（CVN78）成为第一艘完整的在三维设计系统中完成设计的航空母舰。

2.随着美国海军的“基于仿真的舰船设计”、“基于仿真的采办”等项目的推进，虚拟仿真技术已成为降低舰船武器装备研制风险和成本的重要手段，并广泛应用于新型舰船武器装备的研制，如美国“圣安东尼奥”LPD17两栖船坞运输舰是第一个在虚拟仿真环境下设计的舰船，在生产前设计工作已完成了80%以上，而采用传统设计技术的舰船在生产开始时设计工作最多只能完成20%～30%；在CVN78新型航母研制中大量采用计算机辅助虚拟环境工具（CAVE）对设计方案的合理性进行校验，极大提高了设计的效率。

3.在产品数据管理方面，舰船产品数据管理技术已达到相当高的水平，贯穿于舰船设计、建造和全寿期支持的整个过程。美、欧等海军强国通过“一体化产品数据环境（IPDE）”的建设，从根本上解决了舰船数字化制造各应用系统间的数据交互问题，实现了舰船产品在设计、测试和建造等环节上的高度集成，并在美国最新研制的CVN78航母、DDG1000驱逐舰、LCS濒海战斗舰以及英国的TYPE45型驱逐舰和CVF航母上得到广泛应用。此外，美国最新研制的LCS濒海战斗舰和DDG1000驱逐舰，都采用了智能产品模型（SPM）系统，通过对所有有关设计数据和分析数据进行统一管理，提供关于舰船系统行为和交叉功能相互关系的模型，从而实现舰船模型的动态调整，支持舰船产品的异地协同设计。

4.美国2007年在NSRP ASE项目中，进行了一项旨在提升美国海军舰船设计建造过程中信息可交换能力的项目——集成造船环境（ISE，Integrated shipbuilding environment）。ISE通过实现海军与舰船承包商之间的实时数字互联，提升设计建造过程中相关CAD数据和CAE数据等信息的管理和交换能力，来提高舰船设计建造的协同工作能力，从而降低舰船的设计建造成本和周期。

5.在数字化制造方面，美、欧、日、韩等国的舰船数字化生产设计系统已延伸到加工设备层，由数控切割、数控弯板及管加工设备构成的自动化生产线，极大地提高了船厂舰船建造的效率和快速反应能力。

6.在舰船产品协同研制方面，国外军事发达国家武器装备研制中广泛采用以信息技术应用为核心，广泛采用并行工程、虚拟制造、敏捷制造、供应链管理等先进制造技术，运用系统工程的理论与方法，不断地进行建造模式的转换和体系重构，持续地提高舰船的协同研制能力和适应性。

美国海军首先通过两栖船坞运输舰LPD17项目建立了基于集成产品团队（IPT，Integrated Product Team）合作的集成产品和过程研发概念，形成了协同研制的基础；通过弗吉尼亚核潜艇研制不断完善协同研制体系；随着数字化平台集成优化和在全行业内联合开发成本的提高，通用动力电船公司以及诺斯罗普格鲁曼等军工巨头开始对协同研制体系进行进一步深化改进，这一阶段以CAD/CAE/CAM数字化集成为主的工具间协同以及以舰船全供应链协同为主的管理协同为发展重点，核心代表是以产品模型数据交换标准STEP研究为核心的集成造船环境项目。

可见，美国海军协同研制体系及其数字化平台的发展经历了从无到有、从零散到完整、从分散到集成的阶段，其三大核心要素分别包括系统工程管理模式，即集成产品与过程开发方法（IPPD）]；研发团队组织模式，即矩阵形式的集成产品小组（IPT）；数字化支撑基础平台集成产品数据环境（IPDE）。美国舰船工业在协同研制体系及其数字化平台建设上的发展路线是我国大型水面舰船协同研制平台建设的重要借鉴，在协同平台建设中的开发经验以及相关的技术规范文档为我国大型水面舰船协同研制平台项目的实施提供了重要的技术参考。