近日，又有4家公司加入了由全球領(lǐng)先的船舶設(shè)計、運營海事軟件和數(shù)據(jù)服務(wù)提供商NAPA牽頭的跨行業(yè)協(xié)作的數(shù)字孿生項目。該項目旨在建立一個造船廠和數(shù)字孿生賦能船舶建造智能化升級船東之間的安全數(shù)據(jù)共享框架，以推動數(shù)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(shù)字孿生技術(shù)是船舶智能化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)階段，該技術(shù)可實現(xiàn)船體模型的虛擬構(gòu)建與優(yōu)化，模擬施工流程，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。此外，還可通過創(chuàng)建設(shè)備的數(shù)字孿生模型，實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，預(yù)測故障，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，助力船廠的智能化升級。

建造過程動態(tài)映射及優(yōu)化

通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建高精度的虛擬三維模型，將設(shè)計、工藝、生產(chǎn)等多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)深度集成，實現(xiàn)建造過程的實時動態(tài)映射與可視化管理。在此基礎(chǔ)上，借助先進的數(shù)據(jù)分析和仿真優(yōu)化算法，對生產(chǎn)流程、資源分配、設(shè)備運行等關(guān)鍵要素進行精準優(yōu)化，從而顯著提升建造效率、降低成本、提高質(zhì)量，為船舶制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供強大支撐。

首先，利用數(shù)字孿生技術(shù)可以構(gòu)建船廠的虛擬三維模型，真實還原船廠的設(shè)施、設(shè)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(qū)域的功能劃分。例如在達索系統(tǒng)公司的數(shù)字孿生技術(shù)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(tài)系統(tǒng)(如工程、生產(chǎn)、供應(yīng)商和船級社)提供反饋。將整個造船廠的生產(chǎn)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(guān)鍵。

第二，在通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬三維模型基礎(chǔ)上，可以對船廠內(nèi)的運輸工具移動路線、建材堆垛布局等進行優(yōu)化模擬，從而確定最優(yōu)的設(shè)備布局方案。例如，韓國大宇造船海洋(DSME)與Unity合作開發(fā)的智能船廠數(shù)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(shè)施，為后續(xù)的布局優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。

第三，數(shù)字孿生技術(shù)可以復(fù)現(xiàn)船廠內(nèi)的各種生產(chǎn)流程，如焊接車間、空壓站等關(guān)鍵區(qū)域的生產(chǎn)流程。通過對這些流程的仿真優(yōu)化，減少無效工時，提高生產(chǎn)效率。此外，基于孿生數(shù)據(jù)還可模擬不同生產(chǎn)排程方案，進而優(yōu)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(zhuǎn)率。例如HD現(xiàn)代重工構(gòu)建了基于數(shù)字孿生的智能船廠，實現(xiàn)了從設(shè)計到生產(chǎn)的全鏈條數(shù)字化管理。通過數(shù)字孿生技術(shù)，船廠能夠提前驗證建造流程的合理性，優(yōu)化工藝參數(shù)，減少設(shè)計變更率，縮短建造周期。

第四，利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建船舶的三維虛擬模型，并將設(shè)計數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)從設(shè)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(yōu)化工藝參數(shù)。例如，江南造船廠對船舶建造過程進行虛擬驗證和優(yōu)化。通過虛擬仿真提前對分段吊裝、合攏等關(guān)鍵工序進行模擬，優(yōu)化吊裝路徑和工藝流程，減少實際建造中的返工和調(diào)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(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建船舶的三維虛擬模型，實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、運維全流程智能協(xié)同。通過該平臺，達門造船能夠更早地規(guī)劃制造流程，更好地與供應(yīng)商合作，按時和在預(yù)算內(nèi)交付船舶。

資源管理與優(yōu)化

通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬模型，可實時映射船廠內(nèi)設(shè)備、人員、物料等資源狀態(tài)，進而實現(xiàn)資源的可視化管理。基于數(shù)據(jù)分析與智能算法，精準調(diào)度資源，優(yōu)化配置，提高利用率，降低成本，顯著提升生產(chǎn)效率與建造質(zhì)量，推動船舶制造業(yè)向智能化、高效化發(fā)展。

首先，通過數(shù)字孿生技術(shù)，船廠內(nèi)的設(shè)備、人員、物料等資源狀態(tài)可實時映射到數(shù)字孿生模型中。管理人員可以通過數(shù)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(tài)。通過數(shù)字孿生模型實時監(jiān)控資源狀態(tài)，利用智能算法和數(shù)據(jù)分析，可實現(xiàn)資源的合理調(diào)度和優(yōu)化配置。如此，便可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的需求，自動分配設(shè)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(shù)字孿生技術(shù)實時監(jiān)控船廠內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)和人員分布，實現(xiàn)了資源分配的優(yōu)化，提高了生產(chǎn)效率。

其次，通過數(shù)字孿生模型，船廠可以實時掌握設(shè)備、人員、物料等資源狀態(tài)，實現(xiàn)資源的合理調(diào)度和優(yōu)化配置，以適應(yīng)生產(chǎn)需求的變化。例如，當船廠訂單增加或生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整時，可以通過數(shù)字孿生模型快速調(diào)整設(shè)備布局，優(yōu)化生產(chǎn)流程。

第三，通過集成實時傳感器數(shù)據(jù)，可將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時映射到數(shù)字孿生模型中，實現(xiàn)對建造進度的可視化監(jiān)控，通過對比實際建造數(shù)據(jù)與原計劃模型的差異，可快速識別進度偏差和質(zhì)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(shù)字孿生技術(shù)實時監(jiān)測吊裝設(shè)備的運行狀態(tài)和分段的姿態(tài)變化，通過數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化了吊裝過程中的姿態(tài)調(diào)整策略，減少了因姿態(tài)偏差導(dǎo)致的返工。

第四，在虛擬環(huán)境中模擬船體裝配、管道鋪設(shè)、電氣系統(tǒng)安裝等環(huán)節(jié)，可提前識別潛在的裝配沖突和問題，優(yōu)化裝配方案。通過數(shù)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(chuàng)了“虛擬現(xiàn)實觀察室”，利用虛擬仿真技術(shù)模擬郵輪開發(fā)建造的全過程，設(shè)計團隊在虛擬環(huán)境中對郵輪的各個細節(jié)進行多次測試和優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題并調(diào)整方案。這種創(chuàng)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(shè)計質(zhì)量和建造效率。

第五，數(shù)字孿生技術(shù)可以將船廠的生產(chǎn)計劃與供應(yīng)鏈系統(tǒng)進行深度集成，實現(xiàn)供應(yīng)鏈的協(xié)同優(yōu)化。通過數(shù)字孿生模型，船廠可以實時了解供應(yīng)商的供貨情況和物流狀態(tài)，提前調(diào)整生產(chǎn)計劃，確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性。例如三星重工通過數(shù)字孿生技術(shù)連接船舶和船廠，利用人工智能實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動化和標準化，以優(yōu)化船廠內(nèi)部資源和供應(yīng)鏈的規(guī)劃和運營，進而實現(xiàn)生產(chǎn)方式和生產(chǎn)執(zhí)行的智能創(chuàng)新。

質(zhì)量追溯與安全管控

通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬模型，實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)質(zhì)量問題的精準溯源與快速定位。同時，借助虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)，開展人員安全培訓(xùn)，模擬復(fù)雜場景，提升員工安全意識與應(yīng)急能力。此外，實時監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境與設(shè)備運行狀態(tài)，確保生產(chǎn)過程符合安全標準，有效降低事故風險，保障生產(chǎn)安全。

首先，質(zhì)量缺陷溯源。數(shù)字孿生技術(shù)通過在船舶建造過程中實時采集大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合虛擬模型進行仿真分析，能夠快速定位和追溯質(zhì)量缺陷的源頭。這種技術(shù)可以精準識別問題產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，分析缺陷產(chǎn)生的原因，從而為優(yōu)化工藝參數(shù)和改進生產(chǎn)流程提供科學(xué)依據(jù)。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(zhì)量和效率，確保每一艘交付的船舶都符合高標準的質(zhì)量要求。例如，江南造船廠利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建了船舶建造的虛擬模型，通過集成傳感器數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對建造過程中的質(zhì)量缺陷進行溯源分析，優(yōu)化工藝參數(shù)，顯著提高了建造質(zhì)量。此外，Meyer Turku船廠通過虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化郵輪建造流程，極大降低了返工比例，進一步提升了質(zhì)量管控水平。

其次，人員安全培訓(xùn)。數(shù)字孿生技術(shù)為船廠人員安全培訓(xùn)提供了沉浸式的虛擬環(huán)境，通過構(gòu)建高度逼真的虛擬場景，如火災(zāi)、觸電、高處墜落等緊急情況，受培訓(xùn)人員能夠在安全且真實的環(huán)境中進行反復(fù)訓(xùn)練與演練。這種虛擬培訓(xùn)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(yīng)急反應(yīng)能力，顯著提升了培訓(xùn)效果和人員操作的規(guī)范性。例如，韓國HD現(xiàn)代重工在其智能船廠中應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù)，開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)的安全培訓(xùn)系統(tǒng)。通過構(gòu)建虛擬的生產(chǎn)環(huán)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(shè)備的操作流程和應(yīng)急處理方法。這種沉浸式的培訓(xùn)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(yīng)對能力。此外，中國某造船廠利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建了智能安全培訓(xùn)平臺，通過虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)模擬火災(zāi)、觸電、高處墜落等事故場景。員工可以在虛擬環(huán)境中進行沉浸式培訓(xùn)，提前熟悉應(yīng)對措施，提升安全意識和應(yīng)急反應(yīng)能力。這種創(chuàng)新的培訓(xùn)方式有效突破了傳統(tǒng)安全教育的局限，推動了從“要我安全”向“我要安全”的轉(zhuǎn)變。

第三，合規(guī)性驗證。數(shù)字孿生技術(shù)通過實時監(jiān)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(yè)標準和規(guī)范。在建造過程中，數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動比對設(shè)計圖紙與實際建造情況，及時發(fā)現(xiàn)偏差并預(yù)警。同時，系統(tǒng)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(guī)性，為調(diào)整優(yōu)化提供依據(jù)，從而有效保障船舶建造過程的標準化和規(guī)范化，降低因違規(guī)操作帶來的風險和成本，提升建造質(zhì)量和安全性。例如，江南造船廠通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建了船體合攏區(qū)智能防碰撞仿真平臺，實時監(jiān)測交叉作業(yè)風險和設(shè)備狀態(tài)，確保建造過程的安全性和合規(guī)性。此外，某些船廠還利用數(shù)字孿生技術(shù)對建造過程中的工藝參數(shù)進行優(yōu)化和監(jiān)控，確保每一步驟都符合設(shè)計要求。