數字孿生賦能船舶建造智能化升級

近日，又有4家公司加入了由全球領先的船舶設計、運營海事軟件和數據服務提供商NAPA牽頭的跨行業協作的數字孿生項目。該項目旨在建立一個造船廠和數字孿生賦能船舶建造智能化升級船東之間的安全數據共享框架，以推動數字孿生在船舶整個生命周期中的使用，為提高運營效率和安全性做出貢獻。

數字孿生技術是船舶智能化發展的關鍵技術之一，可通過高精度虛擬模型實時映射物理船舶的全生命周期。在船舶建造和生產階段，該技術可實現船體模型的虛擬構建與優化，模擬施工流程，提前發現潛在問題。此外，還可通過創建設備的數字孿生模型，實時監控設備運行狀態，預測故障，優化生產流程，提高生產效率和質量，助力船廠的智能化升級。

建造過程動態映射及優化

通過數字孿生技術構建高精度的虛擬三維模型，將設計、工藝、生產等多環節數據深度集成，實現建造過程的實時動態映射與可視化管理。在此基礎上，借助先進的數據分析和仿真優化算法，對生產流程、資源分配、設備運行等關鍵要素進行精準優化，從而顯著提升建造效率、降低成本、提高質量，為船舶制造業的智能化轉型提供強大支撐。

首先，利用數字孿生技術可以構建船廠的虛擬三維模型，真實還原船廠的設施、設備、建筑和空間布局。通過高精度的三維建模，船廠可以直觀地展示船廠的整體布局和各個區域的功能劃分。例如在達索系統公司的數字孿生技術的支持下，智能船廠基于模型的方法為項目各階段的資源和運營管理提供了一致的綜合視圖。它還為整個船廠生態系統(如工程、生產、供應商和船級社)提供反饋。將整個造船廠的生產流程整合到制造運營管理解決方案中，是提高全球造船廠首制正確率的關鍵。

第二，在通過數字孿生技術構建的虛擬三維模型基礎上，可以對船廠內的運輸工具移動路線、建材堆垛布局等進行優化模擬，從而確定最優的設備布局方案。例如，韓國大宇造船海洋(DSME)與Unity合作開發的智能船廠數字孿生平臺，通過虛擬三維模型真實還原船廠的車間、船塢、碼頭等設施，為后續的布局優化提供了基礎。

第三，數字孿生技術可以復現船廠內的各種生產流程，如焊接車間、空壓站等關鍵區域的生產流程。通過對這些流程的仿真優化，減少無效工時，提高生產效率。此外，基于孿生數據還可模擬不同生產排程方案，進而優化物料配送路徑和工位負載均衡，這將有效縮短等待時間，提升周轉率。例如HD現代重工構建了基于數字孿生的智能船廠，實現了從設計到生產的全鏈條數字化管理。通過數字孿生技術，船廠能夠提前驗證建造流程的合理性，優化工藝參數，減少設計變更率，縮短建造周期。

第四，利用數字孿生技術構建船舶的三維虛擬模型，并將設計數據與工藝數據集成，實現從設計到建造的無縫對接，通過虛擬仿真，驗證建造流程的合理性，優化工藝參數。例如，江南造船廠對船舶建造過程進行虛擬驗證和優化。通過虛擬仿真提前對分段吊裝、合攏等關鍵工序進行模擬，優化吊裝路徑和工藝流程，減少實際建造中的返工和調整時間。這種虛擬驗證方式不僅提高了吊裝效率，還顯著縮短了船舶建造的工期。此外，荷蘭達門造船利用數字孿生技術構建船舶的三維虛擬模型，實現設計、生產、運維全流程智能協同。通過該平臺，達門造船能夠更早地規劃制造流程，更好地與供應商合作，按時和在預算內交付船舶。

資源管理與優化

通過數字孿生技術構建虛擬模型，可實時映射船廠內設備、人員、物料等資源狀態，進而實現資源的可視化管理�；�于數據分析與智能算法，精準調度資源，優化配置，提高利用率，降低成本，顯著提升生產效率與建造質量，推動船舶制造業向智能化、高效化發展。

首先，通過數字孿生技術，船廠內的設備、人員、物料等資源狀態可實時映射到數字孿生模型中。管理人員可以通過數字孿生平臺實時掌握資源的使用情況、位置信息和運行狀態。通過數字孿生模型實時監控資源狀態，利用智能算法和數據分析，可實現資源的合理調度和優化配置。如此，便可根據生產任務的需求，自動分配設備、人員和物料，減少等待時間和資源浪費。例如，紐波特紐斯船廠通過數字孿生技術實時監控船廠內的設備狀態和人員分布，實現了資源分配的優化，提高了生產效率。

其次，通過數字孿生模型，船廠可以實時掌握設備、人員、物料等資源狀態，實現資源的合理調度和優化配置，以適應生產需求的變化。例如，當船廠訂單增加或生產任務調整時，可以通過數字孿生模型快速調整設備布局，優化生產流程。

第三，通過集成實時傳感器數據，可將現場數據實時映射到數字孿生模型中，實現對建造進度的可視化監控，通過對比實際建造數據與原計劃模型的差異，可快速識別進度偏差和質量問題，并及時采取糾正措施。例如南通中遠海運川崎船舶工程有限公司利用數字孿生技術實時監測吊裝設備的運行狀態和分段的姿態變化，通過數據分析，優化了吊裝過程中的姿態調整策略，減少了因姿態偏差導致的返工。

第四，在虛擬環境中模擬船體裝配、管道鋪設、電氣系統安裝等環節，可提前識別潛在的裝配沖突和問題，優化裝配方案。通過數字孿生模型，可以直觀地展示裝配過程中的每一個步驟，確保裝配的準確性和高效性。例如德國Meyer船廠開創了“虛擬現實觀察室”，利用虛擬仿真技術模擬郵輪開發建造的全過程，設計團隊在虛擬環境中對郵輪的各個細節進行多次測試和優化，提前發現潛在問題并調整方案。這種創新方式不僅大幅減少了實際建造中的返工和修改，還縮短了建造周期，提高了設計質量和建造效率。

第五，數字孿生技術可以將船廠的生產計劃與供應鏈系統進行深度集成，實現供應鏈的協同優化。通過數字孿生模型，船廠可以實時了解供應商的供貨情況和物流狀態，提前調整生產計劃，確保生產過程的連續性。例如三星重工通過數字孿生技術連接船舶和船廠，利用人工智能實現業務流程的自動化和標準化，以優化船廠內部資源和供應鏈的規劃和運營，進而實現生產方式和生產執行的智能創新。

質量追溯與安全管控

通過數字孿生技術構建虛擬模型，實時采集生產數據，實現質量問題的精準溯源與快速定位。同時，借助虛擬現實與增強現實技術，開展人員安全培訓，模擬復雜場景，提升員工安全意識與應急能力。此外，實時監控生產環境與設備運行狀態，確保生產過程符合安全標準，有效降低事故風險，保障生產安全。

首先，質量缺陷溯源。數字孿生技術通過在船舶建造過程中實時采集大量生產數據，并結合虛擬模型進行仿真分析，能夠快速定位和追溯質量缺陷的源頭。這種技術可以精準識別問題產生的環節，分析缺陷產生的原因，從而為優化工藝參數和改進生產流程提供科學依據。這不僅有助于減少返工和浪費，還能顯著提升船舶建造的整體質量和效率，確保每一艘交付的船舶都符合高標準的質量要求。例如，江南造船廠利用數字孿生技術構建了船舶建造的虛擬模型，通過集成傳感器數據和歷史數據，對建造過程中的質量缺陷進行溯源分析，優化工藝參數，顯著提高了建造質量。此外，Meyer Turku船廠通過虛擬仿真技術優化郵輪建造流程，極大降低了返工比例，進一步提升了質量管控水平。

其次，人員安全培訓。數字孿生技術為船廠人員安全培訓提供了沉浸式的虛擬環境，通過構建高度逼真的虛擬場景，如火災、觸電、高處墜落等緊急情況，受培訓人員能夠在安全且真實的環境中進行反復訓練與演練。這種虛擬培訓方式不僅降低了實際操作中的安全風險，還增強了員工的安全意識和應急反應能力，顯著提升了培訓效果和人員操作的規范性。例如，韓國HD現代重工在其智能船廠中應用了數字孿生技術，開發了基于虛擬現實(VR)和增強現實(AR)的安全培訓系統。通過構建虛擬的生產環境，員工可以在安全的虛擬場景中進行操作演練，熟悉各種設備的操作流程和應急處理方法。這種沉浸式的培訓方式不僅提高了員工的安全意識，還增強了他們在面對真實危險時的應對能力。此外，中國某造船廠利用數字孿生技術構建了智能安全培訓平臺，通過虛擬現實(VR)和增強現實(AR)技術模擬火災、觸電、高處墜落等事故場景。員工可以在虛擬環境中進行沉浸式培訓，提前熟悉應對措施，提升安全意識和應急反應能力。這種創新的培訓方式有效突破了傳統安全教育的局限，推動了從“要我安全”向“我要安全”的轉變。

第三，合規性驗證。數字孿生技術通過實時監控和虛擬仿真，對船舶建造過程進行全方位的建造標準核查和自動校驗，確保各項操作符合行業標準和規范。在建造過程中，數字孿生系統能夠實時采集和分析生產數據，自動比對設計圖紙與實際建造情況，及時發現偏差并預警。同時，系統通過虛擬仿真模擬不同建造場景，提前驗證工藝流程的合規性，為調整優化提供依據，從而有效保障船舶建造過程的標準化和規范化，降低因違規操作帶來的風險和成本，提升建造質量和安全性。例如，江南造船廠通過數字孿生技術構建了船體合攏區智能防碰撞仿真平臺，實時監測交叉作業風險和設備狀態，確保建造過程的安全性和合規性。此外，某些船廠還利用數字孿生技術對建造過程中的工藝參數進行優化和監控，確保每一步驟都符合設計要求。