硬件编程视野下的船舶企业数字化转型

引言

在数字化转型的浪潮里，船舶企业碰上前所未有的机遇与挑战。物联网，大数据，云计算这些技术渐渐成熟，硬件编程成为连接物理世界和数字世界的桥梁，它的重要性慢慢凸显出来。尤其在船舶这个传统又复杂的工业领域，硬件编程的应用既能促使船舶设备变得智能，又能优化生产流程，改善运维效率，给船舶企业的数字化转型增添新的动力。

1 数字化转型的定义与内涵

数字化转型不是简单的把传统业务流程搬到数字平台，而是通过数字技术与业务场景的深度融合，对企业生产模式、管理体系、价值创造方式等进行全方位的重构，从而达到提高效率、降低成本、重塑竞争力的目的。其本质是以数据作为核心生产要素，利用数字技术打破信息孤岛，推动业务流程智能化、协同化、柔性化。从本质上讲，数字化转型是企业由“经验驱动”向“数据驱动”的转型，涉及技术架构、组织管理、文化理念等多个方面。在这一过程中，硬件充当了数字技术落地的物理载体，硬件的性能和功能直接关系到数字化转型的效果，而硬件编程是给硬件赋予智能化能力的关键步骤，通过编写代码来设定硬件的运作流程，数据处理办法以及互动形式，使硬件设备由被动接受指令的工具变成主动察觉，剖析并作出判断的智能单元，从而给企业数字化转型给予底层技术支撑。

2 船舶企业数字化转型的挑战

2.1 技术挑战

船舶企业的生产具有产品定制化程度高、生产周期长、供应链复杂等特点，这些特点使得其数字化转型面临着独特技术难题。第一，船舶制造包含船体建造、设备安装、系统集成等众多环节，各个环节所用到的硬件设备（数控切割机床、焊接机器人、船舶动力测试设备等）大多来自不同的厂商，硬件接口、数据格式不一致，硬件编程标准有差异，因此设备之间数据互通、协同控制难度大，很难形成一套完整的数字生产体系。第二，船舶产品复杂度高，硬件设备需要具备高精度、高可靠性的运行能力，而硬件编程要兼顾设备性能和运行稳定性，既要利用复杂的算法提高设备加工精度，达到船舶建造的高标准要求，又要防止程序漏洞引发设备故障，影响生产进度。船舶企业数字化转型还要面对数据安全风险，硬件设备在采集、传输、处理生产数据时，可能会遭遇数据泄露、恶意攻击等状况，怎样依靠硬件编程来创建起安全防范体系，保证数据的完整性和可用性，这成了急需攻克的技术难题。

2.2 管理挑战

船舶企业数字化转型不仅仅是技术上的升级，更是一种管理模式的改变，在这种变化中存在很多管理上的难题。一方面，传统的船舶企业多是采用层级式的管理方式，各部门之间的分工很明确，但是缺少协同合作，而数字化转型则要求打破部门间的壁垒，实现跨部门、跨流程的协同管理，然而一些管理人员对于数字化转型认识不够，依然习惯于传统的管理模式，对于基于硬件编程的智能设备以及数据驱动的管理方法持保守态度，使得数字化管理体系推进缓慢。另一方面，数字化转型需要复合型的人才，即懂船舶制造工艺又会硬件编程以及数据分析的人才，而目前船舶企业的这类人才储备严重不足，现有员工的数字技能无法满足转型需求，人才培养与引进的滞后性也制约了转型。而且船舶企业生产流程繁杂，数字化转型牵扯大量硬件设备更新、软件系统部署以及流程重构，需耗费巨资，而且转型成果存在长期性、不确定性，怎样协调短期投入与长期收益，拟定恰当的转型规划及资源分配方案，这是管理层碰到的重大决策难题。

3 硬件编程视角下船舶企业数字化转型策略

3.1 创新研发策略

在船舶研发环节，硬件编程能助力研发过程智能化、精准化，推动研发模式革新，给船舶设计软件、仿真测试设备开展硬件编程，可以创建数字化研发平台。做到船舶设计、性能仿真、原型测试一体化流程，在船舶hydrodynamic（水动力）性能研发时，通过编写硬件控制程序，可使水动力测试设备依照设计参数自动调节测试环境（如水流速度，波浪模拟参数），及时搜集船舶模型的受力数据、运动姿态数据、再凭借程序算法及时剖析这些数据、给出性能改良意见，从而缩减研发时延。同时硬件编程支持模块化研发，把船分为动力系统、导航系统、船体结构等模块，为每个模块的测试硬件编写自己的控制程序，实现各个模块独立研发、并行测试，最后用统一的硬件接口程序实现模块之间的协同调试，提高研发效率和产品可靠性。利用硬件编程实现研发数据的标准化采集和存储，建立船舶研发数据库，为后续产品迭代、技术创新提供数据支持，推动研发由“经验试错”向“数据驱动”转变。

3.2 生产管理策略

硬件编程能改变船舶企业的生产管理流程，使生产过程变得智能且灵活，在生产设备管理方面。通过硬件编程对数控加工设备、焊接机器人、物流搬运设备等加以处理，植入智能控制算法与数据采集程序，让这些设备具有自主运行，状态监测以及故障预报警能力——设备会按照生产任务自动调节自身运行参数，随时采集加工精度，运行温度，能耗等数据，并且凭借程序来分析判断设备健康状况，预先警报可能出现的故障，缩减停机时间；在生产流程协同方面，依靠硬件编程把各个生产环节的设备联系起来，形成生产数据闭环，前端的设计软件把生产图纸转变成设备可识别的程序指令，通过硬件接口传送到生产设备上，生产设备在执行任务的时候，会把实时的生产数据。比如说加工进程，合格率等，反馈到中央管理系统里，管理系统再通过硬件编程控制的可视化终端，即时显示生产进程，设备状态，方便管理人员随时调整生产规划，从而做到对生产资源的有效调配。硬件编程还能做到柔性生产，就是说，通过编写可反复利用的设备控制程序模板，一旦生产任务改变，比如船型或者零件规格发生变化的时候，只要改动程序参数就能迅速切换设备的生产模式，不必大幅改变生产线，从而增强生产的灵活性。

3.3 运维服务策略

船舶运维服务环节，硬件编程可以促使运维模式从“被动维修”转变为“主动预测性维护”，提升运维效率和服务质量。把硬件编程嵌入到船舶设备（发动机，导航系统，通信设备）当中，从而达成对设备运行数据的即时采集并远距离传送，模块借助传感器来获取设备转速，温度，振动频率等数据，再由内置程序加以初步分析，之后通过卫星或者无线网络传送到岸上的运维平台，岸上运维平台利用硬件编程开发出的数据分析算法。对设备数据展开深入挖掘，创建设备故障预测模型，预判可能存在的故障风险，进而生成相应的维护计划，引领运维人员及时开展保养或者修理，免除设备突然发生故障而干扰到船舶航行安全。同时硬件编程能够实现远程运维，当船舶设备出现小问题的时候，运维人员可以通过远程访问硬件控制程序，对设备的运行参数进行调整或者修复程序漏洞，实现远程排除故障，节省现场运维成本和时间。基于硬件编程采集的设备全生命周期数据，可以建立船舶运维数据库，为船舶的升级改造、备件管理等提供数据支持，甚至可以根据数据分析结果为客户量身定制运维服务方案，扩大船舶企业的服务价值。

结语

硬件编程视野里的船舶企业数字化转型是个系统工程，技术创新，管理改变，运维模式更新等等都被包含在内。通过深入探究硬件编程在船舶设计，生产，运维这些环节中的应用潜能，船舶企业既能做到生产流程的智能化再造，又能优化产品竞争力，在数字化转型这股大潮里抢得先机，引领行业发展。

参考文献：

[1] 魏 世 海 . 船 舶 企 业 数 字 化 转 型 的 探 索 与 思 考 [J]. 中 国 水运 ,2023,23(24):4-6.

[2] 李秀灵 . 船舶企业数字化船舶档案管理平台的探究 [J]. 机电兵船档案 ,2022,(05):39-40.