船舶工业是典型的技术、资金、劳动密集型产业，其产业关联度大、带动性强，对促进就业、发展进出口贸易具有重要意义。推荐阅读：“2023船舶工业数字化转型发展论坛成功在南通举办”。

船舶制造是典型的离散型生产，产品结构复杂、中间产品种类多样、物理尺寸差异大、非标件数量多，以单件小批量订单为主；制造环节多、工艺流程复杂、工程变更频繁、建造周期相对较长；船厂作业区域面积大、场地种类多、金属遮蔽环境和有限空间分布广，作业环境相对恶劣。

一、船舶行业智能化改造数字化转型现状

随着科学技术的飞速发展，现代造船技术正朝着高度机械化、自动化、集成化、模块化、智能化方向发展。人工智能、物联网、云计算、大数据技术等新一代信息技术快速走向成熟，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船舶行业智能化改造数字化转型步伐，推进数字化、自动化和网络化升级，开展硬件设施和生产线的智能化改造、全链条软件系统的集成应用，提升船舶制造效率和质量。

21 世纪以来，我国船舶工业实现了快速发展，骨干船舶与海洋工程装备制造企业建立起以中间产品为导向、组织区域生产为特征的现代总装造船模式，并且不同程度开展了数字化造船技术应用尝试，取得了一定成效，船舶总装建造效率、产品质量、生产周期、建造成本等关键指标显著进步。

但是，总体上我国船舶工业仍处于数字化制造起步阶段和智能化制造探索阶段，重点环节的制造技术应用与国际先进水平相比仍然差距明显，“大而不强”依然是行业共识。

存在的突出问题包括:

①三维数字化工艺设计能力严重不足；

②关键制造环节仍以机械化、半自动化装备为主，生产制造数字化水平较低，分段总组率不高；

③基础数据缺乏积累；

④信息集成水平低，设计、制造与生产管理一体化水平较低，全生命周期管理能力薄弱；

⑤制造过程仿真等先进手段缺失。

二、船舶企业研发设计环节存在的主要问题

01、工艺设计主要依靠经验

目前，船舶制造企业工艺设计普遍采用基于 AutoCAD为主的二维技术手段，无法直接应用上游三维 CAD设计结果，只能输出图文工艺方案，不能向下游各类数字化制造软件提供单一数据源支持，无法起到衔接设计、生产、管理一体化集成的纽带作用；

工艺设计过程完全依赖人员经验，设计结果缺少仿真验证，工艺设计效率与质量难以提高，在沉重工作负荷和设计时间有限的压力之下，不得不对工艺设计内容简化，无法给出像其他离散制造行业一样详尽的工序操作步骤与生产资源清单，不可避免地造成现场生产的随意性、粗放性和不确定性，使得作业标准化难以实现，管理精细化也无从保证。

02、缺少产品全生命周期数据管理

船舶建造是典型的按订单生产模式，每条船舶产品都由设计生成产品唯一模型数据。设计结果优劣直接决定着船舶建造质量、成本与效率，在造船全生命周期工作重心不断向设计阶段前移的背景下，船舶制造企业现有基于文件系统和办公自动化系统的设计管理模式，无法满足高效、敏捷、集成的数字化设计制造要求；版本控制、BOM转换、设计分工、变更管理、设计数据重用、多专业协同等工作只能依靠人工完成，事务性、重复性、冲突无效性工作占据了设计人员大量时间，三维模型应用价值被极大限制，亟需弥补产品数据管理技术应用短板，推动船舶设计的数字化转型。

03、研发设计多阶段重复建模

船舶设计过程数字模型断层各阶段重复创建数字三维模型，严重降低了设计效率和质量。目前，基本设计、详细设计、生产设计、工艺工法各阶段均需单独建立数字模型来应对设计性能验证需求，比如典型的NAPAITRIBONAM 之间的模型数据均是单独创建的，没有信息和数据的传递和直接应用，缺乏数字模型全流程一致性。

三、船舶企业研发设计环节数字化解决方案

01、数字化工艺设计与仿真系统

以船舶企业既有产线、资源为基础，从业务和系统两方面分析数字化工艺设计与上下游环节集成需求，基于设计部门提供的 3D 模型及装配计划，对船舶中间产品建造工艺进行规划并仿真，通过系统应用，实现基于中间产品 3D 模型的 MBOM定义、工艺规划、单工位工时定义及分析、资源分配与分析、负荷分析、装配仿真；输出生产过程中各工位 3D 作业指导书，将三维装配工艺信息完整的传递到车间现场，让作业人员以更直观的方式理解各级中间产品的制造工艺流程，消除异议，提高工作的准确度和效率。

02、产品全生命周期数据管理系统

进行船舶产品全生命周期管理，源头是产品模型的设计，设计部门作为船舶企业基础数据发生的核心部门，输出各个部门所需的模型、技术文档、BOM，为船舶企业的采购、仓储、生产、质量、成本等提供标准的、统一的、可靠的共享设计数据。

船舶企业通过建设产品数据管理系统，完成设计图文档的管理、设计计划管理、图纸送退审管理、设计任务管理，并建立与三维设计软件的数据接口，实现直接抽取各类数据及模型，并按需求组成 BOM；产品数据管理系统通过对项目“图纸+模型+BOM”的管理，实现整个项目的数字化交付。

03、船舶数字模型转换系统

不同船舶设计阶段以及不同设计平台软件生成的数字模型结构，构建船舶数字模型转换系统，实现不同结构的数字模型转换：通过对二、三维模型的转换和映射，实现二维驱动三维生成二维的全流程智能化设计，减少数字模型断层和重复建模工作，提高设计效率和质量。

04、船舶产品数据管理系统

通过与各类数字化制造应用集成，确保正确的数据在正确的时间传递给正确的人员及系统，为不同厂商、不同功能的应用软件实施提供统一标准，有效避免企业信息孤岛问题：强大的数据管理能力使过往船舶设计知识得到最大化重用，充分发挥数据资产支持产品创新作用，有效应对不断增长的设计部门工作负荷。

图文档管理：建立完整的数字化图纸库，管理图纸的归档、打印发放等过程，追溯图纸的变更，跟踪图纸的流转；

设计计划管理：基于项目图纸目录，编制基设/详设、设备 TA、生设的计划并跟踪进度，并对接图纸管理和送退审管理，跟踪对图纸归档、送审、退审实际进度以及退审意见的处理情况；

图纸送退审管理：建立连接船东、船级社、供应商和船舶企业的平台，基于统一数据源进行3D送审、退审，跟踪审图意见；

设计任务管理：管理设计任务工时，优化人力资源配置，累计项目设计工时数据，为后续项目投入提供估算数据基础；

产品BOM管理：建立BOM 统一管理平台，对接设计软件，管理以船舶中间产品结构为核心的各类 BOM 数据及其变更，结构化表达产品组成的物料及层次关系、数量关系，保障产品数据在项目全生命周期内的一致性，为下游系统同步提供稳定可靠的数据。

四、某大型企业产品工艺设计数字化案例

由于船舶建造属于典型离散型制造业，产品由大量零件经过一系列并不完全连续的工序加工并最终装配而成，中间过程十分复杂。

智能船厂首先要求建设相应的设计数字化环境，某大型船企已建立完备的CAD/CAE 环境，并已经成熟的应用于船舶设计各个环节。

船舶设计阶段大体分为涉及基本设计、详细设计、工艺设计和生产设计四个阶段。除了通用的AutoCAD、中望CAD和SOLIDWORKS 等常规软件外，在不同的阶段还会大量应用其他专业的工业软件，如强度分析、力学分析等工业有限元分析软件。

详细设计指导生产设计，后续生产设计按照详细设计的图纸进行 3D 建模及出图，详细设计阶段通过电气、管系、结构等工业设计，可以明确造什么样的船舶产品。

生产设计明确了怎么造船，包括船舶生产设计概论、船舶生产设计的准备工作、船舶生产设计编码系统、船体建造工艺符号、船体工作图及管理表、船体辅助性作业的设计、计算机辅助生产设计系统、托盘管理等方面，主要采用 AvevaMarine-船舶设计、萃兴涂装设计 AM辅助涂装、XSuperNest 辅助自动套料、Tribon 后处理系统、CableExpress-电缆清册、CMIH DIGIT PD生产设计大数据分析等软件。

在工艺设计阶段，船企主要应用了锚泊系统三维设计及仿真、吊装仿真分析、虚拟设计评估、FASTcam 数控切割机对TSV分段吊装应力分析等工业软件 。

在数字世界中实现企业资源的配置效率优化，对外部环境的变化快速做出反应。船舶企业实现了资源配置优化和竞争优势重构，面向数字化协同设计、数字化生产制造、数字化运营管理、数字化供应链协同的发展目标，按照全面数字化、深度业务优化、彻底模式转型三个阶段逐步建设和实施，最终实现了产业结构调整、资源优化配置和产业模式转型升级的发展愿景。

机械设备行业处于产业链供应链的上游，为大量的制造企业提供各种类型的设备，是中国制造的基石。在数字化浪潮、可持续发展愿景，以及供应链韧性需求不断提升的颠覆性趋势下，机械设备行业正面临关键转型期。下期《机械设备制造企业如何实现价值增长？》精彩内容不容错过。

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撰稿：成都恒睿

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