从“二维”到“三维”，少的不仅是一卡车图纸

本刊记者 胥苗苗

在数字化、网络化、智能化的智能制造已日益成为世界船舶工业发展的重要方向的当下,该大型航标船的下水标志着中国在数字化造船方向上正不断取得新突破。

日前，中船集团所属的江南造船(集团)有限责任公司为交通运输部东海航海保障中心建造的大型航标船下水。该船是全球首艘采用三维体验平台实现全船大规模三维设计交付物(三维“图纸”)建造的大型钢质船舶。在数字化、网络化、智能化的智能制造已日益成为世界船舶工业发展的重要方向的当下，该大型航标船的下水标志着中国在数字化造船方向上正不断取得新突破。

全球首艘

2019年3月22日， 总 长73.34米，型宽14.00米，型深6.20米，最大排水量2300吨，入级中国船级社(CCS)的大型航标船正式下水，该船是中船集团所属江南造船(集团)有限责任公司为交通运输部东海航海保障中心建造的大型航标船。

这艘大型航标船由中船集团第七〇八研究所设计，满足中国远海航区要求，能够在轻度冰况区域正常航行，设双主机、双可调桨主推进系统、艏部侧推器和动力定位系统，主要用于对东海海区各港口航道的灯浮标和助航设施进行布设、撤除、检查和维护工作，并能兼顾海上防污染和无线电导航信号监测等任务。

值得一提的是，这是世界首艘全专业、全要素使用CATIA软件设计建造、实现全船大规模三维设计交付物工程应用的新一代大型航标船。2015年底，江南造船正式引进三维体验平台和CATIA设计软件。此前，虽然该软件平台在其他行业有成熟的案例，也有国外造船厂将其应用在船舶建造的部分环节，但江南造船的这艘大型航标船首次实现了生产、设计、全流程、全专业、全要素、全三维交付。该大型航标船是江南造船实施“创新引领”和“转型升级”的重要平台。基于“单一数字模型”核心理念，在设计上，江南造船运用三维体验平台进行数字化设计和VR建造模拟，提前进行空间可达性、设备可操作性和可维护性评估，从源头上提升设计质量、增强用户体验；在建造上，江南造船按建造阶段创造性地提出了三维交付物的方案，即通过智能生产终端以三维模型直接指导生产建造与管理，无纸化建造的新模式逐渐成形。

随着新一代信息通信技术的快速发展，数字化、网络化、智能化日益成为未来制造业发展的主要趋势，世界主要造船国家纷纷加快智能制造步伐。作为国家战略性装备制造业的代表，我国船舶工业已形成了较强国际竞争力的基础优势，数字化造船技术的运用将大幅提升技术水平和竞争优势、促进我国船舶工业又好又快发展。

2019年伊始，随着《推进船舶总装建造智能化转型行动计划(2019—2021年)》(以下简称《转型行动计划》)和《智能船舶发展行动计划(2019—2021年)》(以下简称《发展行动计划》)的相继印发，为我国船舶工业发展指明了清晰的路线，“船舶智能化+船厂数字化”已经成为我国造船业高质量发展的必然方向。

“推行现代造船模式，最重要的基础就是数字化。”业内专家常说的“傻瓜造船”指的是让一线工人的操作尽量转为“傻瓜式”的简单劳动，而在分解过程中依靠强大的数字化手段和三维设计能力实现高度智能。推进数字造船是我国造船企业增强竞争力的重要选择。此次中船集团所属江南造船(集团)有限责任公司建造的大型航标船可以说是开启了我国数字化造船和智能制造的新局面。

三维设计平台提速增效

这是世界首艘使用CATIA软件设计建造、实现全船大规模三维设计交付物工程应用的新一代大型航标船。据江南造船该艘大型航标船的总建造师周学坤介绍，原来CATIA软件主要应用在航空、汽车制造等领域，2015年底，江南造船正式引进三维体验平台，此次江南造船的这艘大型航标船首次实现了生产、设计、全流程、全专业、全要素、全三维交付，不仅是国内首例，也可以算是全球首例。

与又厚又大、艰涩难懂的二维图纸相比，三维设计交付物仅需使用一台IPad、笔记本电脑或固定终端就能提供包含零件编号、安装部位、材料、工艺、工序等所有生产需要的信息，而且识图时立体直观，大幅缩减了图纸流转、识别、分析及核对的时间；更清晰的三维视角和视图能更高效准确地辅助、指导工人现场作业。周学坤介绍，全方位实现三维体验平台和三维设计交付物出图亮点多多。

三维图纸的差错率大幅降低。二维图纸时代是每人拿一份图纸，各自做各自部分的，容易产生较高的差错率。三维图纸时代则是参建人员都看一份图纸，就一个模型，都以这个图纸为标准，所以差错率就会低很多。从处在制造链上游的设计环节开始采用作为单一数据源的三维模型，也减少了建造流程中各工种人工核对、传递数据所产生的误差，就像人们购买小语种书籍的译本时，倾向于购买从原文直译过来的版本，而非从原著的英译版“二传”过来的一样。同时，单一数据源减少了出错的概率，防止信息在一道道传递中出现疏漏和失误。再加上三维交付物电子档图纸可以只显示关键数据，隐藏其他数据，周学坤解释道，比如如果只需要看A管的数据，那么就可以把B管和不相干专业的数据隐藏起来，也就是说只看需要的那部分数据，把不需要的数据暂时隐藏。这样一来又能减少差错率。差错率最直观的一个体现就是施工更改单显著减少，目前该船五大专业累计改单量不超过500份，在结构制造、预舾装、船台搭载舾装阶段的差错率也大幅降低，综合考虑到该型船总物量较少的因素，其改单量约为同类型船舶的40%，这就相当于整个同量级的同等级的船舶差错率降低了60%以上。

同改单量大幅减少相伴而来的，是工程进度的显著提升，效率大幅提高。基于三维体验平台的新解决方案、新模式大大缩短了施工周期，主船体结构实际搭载时间仅花费了31天，远远低于之前预留的2个月搭载周期。据周学坤介绍，建造该艘大型航标船江南造船还运用了GS数字化造船集成系统。这个系统正好结了CATIA软件一起应用，体现出来的优势很明显。整艘船的所有的管理流程全在这个系统上面推进。从最初的生产设计出图、物资采购订货招标、审价、合同法务、财务等；生产建造过程中的计划管理、工时管理、质量管控等全部实现了在网上流通，实现了电子化审批，原来仅仅走完订货流程的周期可能就需要1到2个星期，现在最快只需要两天就能全部走完。与此同时，整个过程通过无纸化还能随时把握每个节点，实现进度管控。原来都是将施工图纸、工艺文件和计划书等打印出来，发放到各个部门，各个节点流通起来很慢，同时监控也不方便，现在通过这套系统我们随时能够监控到工程全要素进展的情况，及时找准问题所在的节点，从而真正地无纸化、数字化过程管控。

在施工方面，使用三维交付物图纸识图更直观，一目了然。在建造船舶的过程中，以前的工人施工拿着图纸需要花两到三个小时去思考和想象，现在拿着iPad和笔记本电脑点开电子档图纸转一下角度，就会很直观立体的呈现。周学坤进一步解释道，比如，使用二维图纸时，一根管子，不论这根管子多粗多细，在二维图纸上表示都是一根线条。现在使用三维图纸后，这些管子就是一根根实实在在的管子了，设备和阀件也是直观的三维模型，一目了然。江南造船还用该船的三维模型配合VR技术，建立了该船的模拟体验系统，操作者将感受船员在该船上如何行走、操作、维护。“船台还在施工，看不出完工后的效果，通过这套视觉模型，无论是船东还是船员，都可以对本船有直观的了解，也便于培训船内设施的操作。

除此以外，使用三维图纸还可以大大降低成本。“你知道造一艘船，可能需要一卡车的图纸吗？”周学坤表示，“这次在这艘航标船上试水‘全过程无纸化造船’，一张纸质图纸都没有下发，从设计出图、物资采购、生产建造、工程管理到质量检验都是电子文档数字化的。”此次建造的这艘船只是全面应用无纸化造船的一个实验平台，下一步，我们还有一艘86000立方米的LNG船也将继续采用这种方式。但是这艘船的难度系数、物量以及一些关键区域、零件与航标船都不一样，再加上LNG船技术含量更高，因此，在全过程实现三维交付物和无纸化的过程中对我们设计、施工、控制等各方面的要求会更高。

CCS为数字化造船提供强力支撑

江南造船（集团）有限公司为交通运输部中国海事局东海航海保障中心建造的大型航标船由CCS上海分社执行船舶检验。可以说，船厂对该项目采用三维数字生产施工设计应用于船舶生产建造全过程的业务模式对CCS现场检验项目组也带来新的服务要求的挑战。

最直接的是以往纸质化的生产施工图纸由船厂提供的储存在智能终端产品Ipad三维数字图纸代替相关的生产设计图纸零件编号、安装部位、材料、工艺、工序等生产所需的信息，船厂采用的这种生产设计管理模式是一种全面创新，且是第一次全面应用，系统本身还存在些须完善的地方，CCS现场项目组为了配合船厂这种全新生产管理模式在检验过程中的使用，在该项目开工前，两次组织船厂及船东召开三维数字化在船厂建造检验过程中应用的沟通协调会，明确了相关的检验质量控制点及注意事项，确保批准的审图意见全面、实时及有效地覆盖到三维数字图纸中。

在检验过程中，CCS现场检验项目组积极消化二维审批图纸的审图意见要求，对船厂三维数字生产设计图纸进行仔细复核，以确保审批意见全面、及时地落实在三维立体生产施工图纸中；克服了船厂第一次使用该三维交付物数字化图纸，局部尚需完善的情况，充分运用报验项目事前充分准备，事中仔细检查，事后及时通知反馈跟踪的质量控制要求，使船厂在使用数字化图纸带来的直观、便捷的同时又确保CCS规范及审批图纸的要求在船舶建造过程中能得到全面落实。

该船在结构制造和搭载过程中，船体结构板材使用较多薄板，在检验过程中，CCS现场检验项目组在薄板焊接结构强度检验过程中，发现存在钢板变形的情况，检验项目组及时与船厂设计部门及研究院一道分析问题产生原因，确定整改的方案，使得局部区域采取加强的措施图纸及时报审图中心获得批准，及时发现并排除船舶建造过程中结构强度的安全隐患；在该船船台建造过程中关键节点轴舵系拉线照光报验阶段，由于船尾轴管整体由设备厂家精加工好后，到船厂进行精度定位装配后环氧浇注安装，对轴系拉线照光的精度要求很高。CCS现场检验项目组在分析了解了现场碰到实际问题情况后，及时召集船厂技术人员及船东监理，短时间内确定了检验过程中对基准点位置测量的变通的检验测量方法，确保一次重大关键节点检验项目能在满足规范及行业标准的情况下顺利实施检验通过。

在该项目的整个建造过程中，CCS现场项目组精心组织策划，积极与船东、厂方沟通及时解决现场检验发现的问题，在保证船舶的建造满足规范及批准图纸的要求同时减少了不必要的修改返工，缩短了工期，保证船舶下水按计划进行。CCS现场检验项目组自始至终为客户提供高质量的服务，得到了船东监造组和船厂的一致好评。

正如周学坤所说，此次造船过程中，CCS积极适应新的形势，与时俱进，为船厂在该项目中顺利应用三维交付物生产施工图纸献计献策、保驾护航，用实际行动助力我国数字化造船业高质量发展。