数字化造船摘要面对经济全球化下的激烈市场竞争，中国造船行业需要实现数字化造船，以提高行业的核心竞争力，为行业的发展提供有力的支撑。

数字化造船需要信息技术的支持，但是信息技术总是在飞速发展变化着，造船行业应该细心规划信息技术在数字化造船中的应用。

本文首先说明选题的作用与意义，然后对数字化造船进行系统化的介绍。

其中包括数字造船国内外的发展状况，以及介绍了数字化造船其中的三个方面：数据集成平台技术，CIMS技术，虚拟现实技术。

关键词：数字化造船；CIMS技术；数据集成平台技术；虚拟现实技术1.引言现代造船是一项复杂的系统工程，船舶制造过程涉及到多工种、多工况和多专业，工作面展开大，交叉作业量多，加上外界条件的变化，如材料和设备的纳期、作业人员的技术能力、天气水文条件、各工种生产负荷的非均衡性等因素，使得其极不稳定，影响生产效率。

要实现现代造船模式所要求的以中间产品为导向，按区域组织生产及生产作业的空间分道，时间有序，仅仅靠预期经验或现场调度来管理企业的方法已远远不能适应。

开展数字化造船生产设计的目的就是通过虚拟仿真方法模拟实际生产组织、管理过程，在虚拟的环境中解决生产组织、计划、设备等资源的综合协调，使生产能够均衡有序的开展。

但在数字化生产设计开展的过程中，除了要考虑各生产环节不同专业的技术水平、装备能力等因素外，前期初步设计、详细设计的变更都会对数字化造船生产设计产生影响。

因此，分析研究数字化造船生产设计过程控制方法，对有效开展数字化造船生产设计具有重要意义。

2.数字化造船纵观世界造船业，船舶制造技术的发展历程同时也是信息技术的发展历程。

以世界造船强国韩国和日本为例，韩国造船业最早是从外国引进设计图纸，在国外船级社和船东技术代表的监造下进行生产，本国企业在生产实践中进行探索学习，逐渐形成自主的研发能力。

随着信息技术和高新科技的发展，韩国造船业开始发展自己的基础设计能力、研发自己的发动机和核心机电设备，同时不断学习日本等国家的先进经验，改造其生产工艺和管理，使造船业向着高度机械化、自动化、集成化、模块化的方向发展，并步入了世界造船强国。

日本造船业是在第一次世界大战之后迅速发展起来的，1955年超过英国成为世界上第一造船大国，迄今为止一直保持领先地位。

日本造船业最早也是从国外引进先进技术，如CAD／CAM，在保证产品质量与性能的同时采取精度管理，大大提高生产效率，降低成本。

同时日本很重视船舶技术的研发，在引进国外软件的基础上，借助于信息化技术高速发展的机遇，日本政府制定综合性研究计划开发，将国家级船舶技术研究院和民间造船公司的研究部门集中起来，以技术力量雄厚的企业研究力量为核心，进行产、学、官三方联合开发，这种措施大力的推进了日本造船业的发展。

日本造船业通过不断探索，积极改进，采取了很多措施来保持在业界的领先地位，如集中技术力量研发高科技、高附加值船舶，提高产业的科技竞争力；改进生产设备和工作环境，大力推进船舶工业制品规格化和标准化以应对多样化的市场需求；积极参与国际合作，加强与中国和韩国交流合作，在竞争中提升自己。

图1 数字化造船体系架构在信息化高速发展的今天，要与韩国、日本造船业相抗衡，必须进行改革。

因此近年来我国调整人才结构，加大人才培养力度，提升人才队伍素质，推动机械创新，提升造船业科技水平和自主创新能力，走技术引进、消化吸收和自主研发三位一体的跨越式发展道路，在造船产量和造船质量上同步提升竞争力。

2.1 数字化造船的定义和特点数字化造船技术是以造船过程中的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息化技术、先进数字化制造技术、先进造船技术和现代造船模式，综合应用在船舶设计、制造、测试、试验和管理维护等全部生命周期的各个阶段和各个方面。

数字化造船技术主要包括五方面：船舶设计数字化、船舶建造数字化、管理控制数字化、经营决策数字化、船舶维护数字化口引。

船舶设计数字化：利用各种设计软件，如CAD、Tribon、Sb3ds、Catia等，结合虚拟现实等技术，在船舶设计手段和设计过程上实现数字化。

船舶建造数字化：在船舶生产制造过程中利用自动化等高新信息技术，实现生产制造过程的自动化和智能化。

管理控制数字化：在internet的基础上利用电子商务等方法，对企业内外的资源进行信息化系统管理。

经营决策数字化：企业运用信息化技术在设置经营目标和战略决策时进行资源的综合分析，利用科技手段做出企业的经营决策。

船舶维护数字化：运用计算机、网络技术和信息库等手段，通过建立船舶设备数据信息库，实现船舶和计算机之间信息的传递和共享，实现对船舶营运状态和设备进行有效的监控。

不管是民用船还是海军用船，数字化造船技术不仅在船舶设计方法和工具上还是船舶的生产制造和企业的管理模式上都有着独到的作用，尤其在提高质量、减低成本和缩短交付时间方面表现出强大的功效，未来的造船业是属于数字化造船技术的，它在一定程度上决定着造船企业变革的成败。

2.2 数字化造船的国内外发展现状20 世纪70 年代中期，计算机技术被应用到船舶数学放样和数控切割2 个领域，船舶设计建造的数字化从此起步；80 年代计算机技术的应用逐渐向着辅助船舶设计/ 制造/ 分析（CAD/ CAM/ CA ）领域拓展；90 年代至今，先进的造船国家纷纷将计算机集成信息管理系统（ CIIM）、计算机集成制造系统（CIMS）以及船舶虚拟设计和制造仿真作为重要的研究方向，逐渐“虚拟”企业，开发造船数据的连续搜集与全生命周期支持系统CALS（Continuous Acquisition and Life - cycle Support）。

美国在1992 年进行了下一代船舶设计系统SBD（ Simulation Based Design）的项目研究，目标是要建立一个能预先进行船舶设计、制造、运行和评价的虚拟环境，即在计算机上实现虚拟设计和建造船舶；2000 年，全美6 大造船公司又率先联合建成基于信息技术的造船虚拟企业（动态联盟—联合了造船的分包商、供应商和船舶使用、检验、研究部门），采用能交互的、一致性定义的设计、建造过程控制方法，基本实现了造船CALS 系统。

近年来，日本各大造船企业在引进计算机先进技术、提高船舶三维自动化设计方面狠下工夫。

三菱重工引进TRIBON 公司船舶自动化设计系统的同时，又引进并开发了MAT S 系统；IHI 联合造船开发了名为“紫阳花”的设计信息自动化系统；三井造船开发了MACISS 设计自动化系统。

川崎造船在TRIBON 系统的基础上，采用川崎造船独有的专利技术，开发了新的智能化的K - KARDS 自动化设计系统。

韩国引进了日本的造船技术和管理模式，建立了CIMS，随后又引进CALS 系统，大力开展了有关敏捷制造和电子商务等方面的研究，力争建立起“虚拟造船企业”。

2002 年，韩国三星重工正式启动“数字化造船”系统的发展计划，该系统汇集了目前的造船经验和数字化信息技术，可在虚拟环境下模拟和检查整个造船过程；现代重工正在新建因特网采购系统HIPRO，利用因特网将现代重工、现代尾浦造船公司、三湖重工的采购集中于一个采购系统之中。

90 年代中后期，我国大型船厂通过引进国外先进的设计、管理软件系统（如TRIBON、CADDS5等），并结合自身情况进行深层次辅助（或自主）开发等方式，使造船数字化进程有了较大的发展。

上海沪东中华提出了“数字沪东”的口号，企业在多年CAD/ CAM/ MIS 开发应用的基础上，引进瑞典造船TRIBON 系统，以自我研发为主，建立了企业信息化系HDS - CIMS，同时正在继续开发后续模块；外高桥船厂于2004 年2 月开始进行全面实施CIMS 系统的一期项目，其中包括购买l 套由HANA - IT 公司开发的CIMS 系统；广船国际已在使用l 套由前国家经贸委的支持下开发的GSI - SCMIS 一期系统，目前正在实施以SPDM 为核心的GSI - SCMIS 二期系统；江南船厂正着手开发与实施名为“ e 江南”（eJN）的企业信息化系统，2003 年6 月已完成一期工程并启用。

从整体上来看，“中船”、“中重”两大集团所属的大型船厂在“数字化造船”方面仍落后于世界先进水平，处于“跟随”发展的阶段。

3.数据集成平台技术船舶平台信息集成系统是进行数据交换和业务系统运行的平台，它规范了信息交换和系统运行标准及接口定义等，为业务应用系统提供良好的系统接口、稳定的运行环境和严格的管理界面。

船舶信息系统的结构如图2所示，其中处理机、智能传感器和带有数字化接口的设备物理地分布于船匕的各个部位，各自独立运行，它们通过网络设备连接，构成一个分布式系统。

该系统又是通过集成支撑环境将各个独立的系统连通集成进行信息交换和消息传递，形成一个有机的整体。

船舶平台信息集成系统负责除指控系统外其他所有信息的共享与交换。

资源管理中心、控制中心、信息管理中心和操控台之间的信息传输和消息传递统一通过船舶平台信息集成系统控制完成。

图2船舶信息系统的结构船舶平台信息集成系统的核心是任务管理调度子系统和数据访问中间件两大部分，平台本身也是作为中间件以通用组件的形式对应用要求的功能提供支持，包括流程调度与控制、权限控制和数据访问等支持。

系统的最底层是各类分布的异构数据库管理系统。

船舶平台信息集成系统的体系结构，任务管理调度子系统通过传递消息控制应用系统中模块的运行演程、数据访问中间件通过发送和接收数据控制应用系统的数据流程。

权限控制子系统、任务与信息监控子系统通过对数据流和控制流的监控和控制完成自身的功能。

4.CIMS技术CIMS全称(Contemporary Integrated Manufacturing System)中文名叫现代集成制造系统，是计算机集成制造系统新的发展阶段，在继承计算机集成制造系统优秀成果的基础上。

它不断吸收先进制造技术中的相关思想的精华，从信息集成、过程集成向企业集成方向迅速发展，在先进制造技术中处于核心地位。

具体地说．它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统[程技术进行有机的结合．通过计算机技术使企业产品在全生命周期中有关的组织、经营、管理和技术有机集成和优化运行，在企业产品全生命周期中实现信息化、智能化、集成优化，达到产品上市快、服务好、质量优、成本低的目的，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。

从集成的角度看。

早期的计算机集成制造系统侧重于信息集成，而现代集成制造系统的集成概念在广度和深度卜都有了极大的扩展．除了信息集成外还实现了企业产品全生命周期中的各种业务过程的整体优化，即过程集成，并发展到企业优势互补的企业之间的集成阶段。