基于数字化技术的大型船舶企业生产工艺创新研究

当前，全球航运市场逐渐复苏，大型船舶的需求量猛增，船舶企业之间的竞争也日趋激烈。在此背景下，为争夺新造船舶订单，全球各大船舶企业积极探索运用数字化技术创新生产工艺的路径，以控制生产成本，提高新造船舶质量。本文简要介绍了船舶生产工艺数字化的概念，分析了传统船舶生产工艺存在的问题以及基于数字化技术创新船舶生产工艺的可行性，并提出了有针对性的创新策略，以期为大型船舶企业创新生产工艺提供参考。

一、船舶生产工艺数字化的概念

在生产过程中，由于不同船舶企业使用的生产材料和生产工艺不同，因此生产成本也存在较大差异。目前，部分大型船舶企业仍然沿用传统的生产工艺，导致生产成本控制效果不佳，难以实现精细化成本管理目标。因此，大型船舶企业应加速融入现代企业数字化转型浪潮。具体来说，大型船舶企业可以通过不断收集、整理生产数据，利用大数据分析模型仿真模拟不同生产工艺下船舶的生产过程，并分析相应的生产成本、生产质量等关键数据，从而在保证船舶生产质量的前提下，有效控制生产成本。大型船舶企业运用数字化技术创新船舶生产工艺，不仅可以大幅度提高船舶的生产效率，还可以在一定程度上消除船舶生产过程中存在的安全隐患，从而增强自身的核心竞争力。

二、传统船舶生产工艺存在的问题

通常，在生产船舶时，大型船舶企业需要严格遵循相应的生产工艺要求，而不同的生产工艺不仅会影响船舶的生产成本与生产效率，还存有不同程度的安全生产隐患。目前，传统的船舶生产工艺主要存在以下问题。

（一）生产效率低

由于大型船舶企业的船台、船坞、码头等生产平台数量有限，因此，保持较高的生产效率可以实现短周期轮转，为大型船舶企业争取更大的盈利空间。但是，部分大型船舶企业仍然沿用传统的船舶生产工艺。在船舶吨位、结构布局、装备类型等方面都发生明显改变的情况下，传统船舶生产工艺的局限性更加凸显。同时，传统船舶生产工艺的生产顺序不够合理，船舶生产过程中不同工艺流程之间可能会相互干扰，导致船舶生产效率较低。

（二）生产成本高

在市场竞争日益激烈的背景下，大型船舶企业面临的成本控制问题更加严重。然而，传统的船舶生产工艺受到定额成本及标准成本的制约，难以对材料、人工、周期等成本进行控制。以分段合拢为例，在分段焊接过程中，技术人员一般会采用传统的坡口切割工艺，通过手工对接口进行切割、打磨。为了满足接口的精度要求，技术人员需要多次返工，反复打磨。在这一过程中，大量材料和时间被浪费，进而增加材料、人工和时间等方面的成本，严重削弱了大型船舶企业在成本控制方面的优势。

（三）存在安全隐患

船舶的生产过程较为复杂，传统的生产工艺存在安全隐患，可能会对员工的生命安全和财产安全造成威胁。例如，船舶在生产过程中，需要使用诸多设备，如切割机、钻床等，如果技术人员操作不合理，就容易造成事故。再如，船舶在生产过程中，电焊作业广泛分布，传统的焊接方式容易对技术人员造成伤害。因此，大型船舶企业需要通过创新生产工艺、规范生产操作流程等方式，以最大限度地减少安全隐患。

三、基于数字化技术创新船舶生产工艺的可行性

数字化转型是大型船舶企业创新生产工艺的必然要求。目前，许多大型船舶企业开始重视并应用数字孪生、智慧工厂等数字化技术来创新生产工艺，并逐渐完善生产数据的采集、分析与处理流程。在细致分析内外部影响因素的基础上，笔者认为大型船舶企业基于数字化技术创新生产工艺具有较强的可行性。

首先，员工的成本控制意识逐渐增强。随着市场竞争的日益激烈，大型船舶企业必须通过有效控制成本来增强自身的市场竞争力，并突出员工的主体地位。目前，大型船舶企业员工的受教育程度普遍较高，能够认识到成本控制的重要性，因此基于数字化技术的生产工艺创新具备良好的人员条件。随着现代企业管理制度的日益完善，大型船舶企业也建立了分红、绩效等多种奖励机制。因此，为了获得更高利益，其员工在降低生产成本方面的诉求更加迫切，这也在一定程度上推动了大型船舶企业生产工艺的创新。

其次，核心技术不断取得突破。近年来，工业互联网、孪生工厂、智能工厂等相关领域的核心技术取得了突破性进展，且相关技术的使用成本也显著降低。因此，大型船舶企业具备生产工艺数字化转型的技术条件，其基于数字化技术创新生产工艺的可行性较高。与此同时，大型船舶企业创新生产工艺的技术选择范围更加广泛，生产工艺的优化路径也更加多元化。

最后，企业数字化改革不断深入。近年来，许多大型船舶企业已基本完成了采购、研发、生产、维修等各环节的全面数字化，为创新船舶生产工艺提供了有力的数据支撑。在数据类型不断完善、数据库规模不断扩大的同时，与生产工艺相关的模型算法也更加精准，能够最大限度地保证生产工艺创新的科学性、有效性和可行性。

四、基于数字化技术创新船舶生产工艺的策略

一直以来，虽然大型船舶企业对生产成本的控制较为关注，但是其沿用的传统生产工艺不仅生产成本高、生产效率低，还存在安全生产隐患。因此，大型船舶企业需要利用数字化技术来升级改造生产工艺，提高船舶生产质量。同时，数字化管理平台能够综合评估不同生产工艺对生产成本、产品质量、生产周期等方面的影响，为大型船舶企业的数字化改革提供技术支持。

持续创新生产工艺是大型船舶企业保持市场竞争力的前提。在生产工艺创新方面，数字化技术发挥了不可替代的作用。笔者结合虚拟现实、数字孪生、三维可视化等数字化技术的特点，针对大型船舶传统生产工艺存在的问题，从提高生产效率、降低生产成本、落实安全生产等方面提出了创新生产工艺的策略。

（一）加强生产数据管理，提高生产效率

大型船舶企业在创新生产工艺时需要综合考虑多种影响因素，如材料采购、施工难度、环境保护等，并反复探讨不同影响因素下生产工艺与生产效率之间的关系，从而加快生产工艺创新的步伐。

大型船舶企业可以依托数字化管理平台，通过网络接口获取创新生产工艺所需的相关数据，如采购成本、人员成本等，并通过建模分析不同生产工艺所需的环境条件，确定作业难度，从而最大限度地缩短生产工艺创新的周期。在数字化背景下，大型船舶企业创新生产工艺的关键在于采集与处理相关数据，加强数据管理，提高数据关联分析的准确度，尤其需要评估数据的真实性、有效性，以加快生产工艺创新的速度，提高生产效率。

以船舶分段建造工艺为例，为保证各分段顺利合拢，大型船舶企业不仅要确保生产工艺的科学性与合理性，还要提高各分段的生产效率。大型船舶企业可以动态获取采购、生产等部门的电子单据，并通过建模分析来实时掌握不同分段的建造速度，预测不同分段的完工日期。此外，针对数据分析中存在的问题，大型船舶企业还可以利用已经完成的分段建模来仿真生产工艺，为分段建造方案的制订提供参考，在高效解决问题的同时实现对生产流程的精准控制。

（二）完善生产工艺模型，降低生产成本

大型船舶企业可以借助虚拟仿真、大数据等技术，并通过数字建模的方式实现生产工艺的创新。在此背景下，技术人员可以利用相对成熟的虚拟仿真技术来搭建虚拟船舶生产平台，仿真各种生产工艺流程，完善生产工艺模型，降低生产成本。同时，技术人员可以利用后台数据统计不同生产工艺下的材料成本、人工成本等，并结合采购部门、人力资源部门提交的电子单据，更加清晰地掌握生产工艺的成本结构。以虚拟船舶生产平台为代表的生产工艺模型可以保证船舶生产成本的合理性，凸显大型船舶企业在成本控制方面的优势。

以大型装备的安装流程为例，早期安装大型装备时经常采用的是垂直吊装工艺。虽然垂直吊装的难度较低，但是平面分割后的力学空间被破坏，特别是纵向和横向上的应力变化容易对船体结构造成影响，从而导致后期的结构修复成本增加。通过借助虚拟船舶生产平台，技术人员可以细致分析大型装备不同位置的结构数据，并采用侧向开孔、分段安装的工艺避免结构损伤，从而有效控制材料成本及后期修复成本。

需要注意的是，创新生产工艺不得以牺牲生产质量为代价。完善的生产工艺模型虽然能够在一定程度上帮助大型船舶企业控制成本，但是从实际效果来看，过度的成本控制将不可避免地对生产质量造成影响。

（三）仿真生产流程，落实安全生产

仿真船舶生产流程是指利用数字化技术对船舶生产过程中的相关工艺流程进行虚拟再现。大型船舶企业可以利用虚拟现实、数字孪生等技术全面仿真生产流程，打造沉浸式的操作环境，科学、合理地设计生产流程。同时，大型船舶企业在仿真生产流程时可以与安全管理平台进行数据交互，将仿真生产过程中出现的安全问题及时上报至安全管理平台。此举也有助于技术人员优化生产工艺，落实安全生产。

例如，密闭空间焊接工艺对焊接方法、环境控制等提出了较高要求。因此，焊接流程中的环境变化会对人员、装备的安全造成一定威胁。大型船舶企业可以利用仿真技术分析不同焊接工艺的氧气消耗量、废气中有毒气体的含量、焊接材料消耗量、鼓风机送风量等数据，以及时应对可能出现的安全生产问题，并保障人身安全与焊接质量。同时，不同的焊接工艺对环境的要求也不同，大型船舶企业在仿真生产流程时需要动态分析环境因素并评估焊接质量，从而进一步确保密闭空间焊接工艺的可行性与有效性。

总之，在仿真生产流程时，大型船舶企业各部门之间需要相互协同，综合考虑各种因素带来的影响。同时，大型船舶企业需要认识到，数字化技术不能完全消除生产工艺中存在的安全隐患，其在生产过程中依然需要采取有针对性的安全防护措施。

五、结语

大型船舶企业需要加快数字化转型进程，利用数字化技术创新船舶生产工艺，有效解决传统船舶生产工艺效率低、成本高、安全性差等问题，从而进一步降低生产成本，提高生产效率，减少安全隐患，确保安全生产，实现自身高质量、可持续发展。

[作者单位：沪东中华造船（集团）有限公司]