数字孪生技术在船舶海工建造全流程管控中的应用实践

关键词：数字孪生；船舶建造；智能制造在全球海洋装备智能化升级 “双碳 ”目标推动下，船舶海工建造正在经历从传统模式向数字化、智能化的深度转型，船舶结构日益复杂化，订单个性化需求持续上升。传统管理方式在数据割裂、协同低效、动态响应不足等方面暴露出明显短板，数字孪生技术凭借构建物理实体与虚拟模型之间实时映射体系，为打破建造流程中信息孤岛、提升全周期管控精度提供新思路。

一、数字孪生在船舶海工建造流程中的价值体现（一）打通设计制造数据链路提高集成效率

船舶海工建造过程牵涉很多跨专业，多阶段的数据交互，传统设计和制造之间传递信息常常会滞后或者断开，影响到整体效率和产品质量。维数字模型，做到设计数据同制造信息的即时对应和同步，把设把结构，系统，设备等参数设置好之后。制造单位就可以工艺流程和调配资源，不用二次分解或者中间转换，大大提高了协同效率，模型里的每个构件都有唯一的标识和即时的状态，保证了信息在各个系统之间可以无缝对接，削减了人为录入的错误和重复的工作。

（二）构建虚实同步模型提升建造透明化管理水平

船舶海工项目规模庞大、系统复杂，施工过程中包含很多动态变化因素，管理者很难随时把握真实施工状况及偏差。数字孪生技术把建造现场当作对象，利用传感器，物联网设备持续收集施工现场的重要数据，涵盖构件装配进度，焊接品质，设备情况等。然后立刻反馈给虚拟模型之中，达成物理现场同数字模型的同步映射，管理者通过数字界面远端监视建造进程，找出延误节点和异常状态并作出及时调整，防止因为信息滞后而造成协调失误，虚实同步模型还可以执行多维度的数据可视化表现，帮助剖析项目进度，资源布局等。让项目透明化管理由静态报表转变为动态实时决策，明显改进了管理效率和风险防范水平，为精细，可视化的建造过程控制赋予了强大的技术支持。

（三）促进设计变更的快速响应与智能化决策

船舶海工项目在建造期间经常会遇到设计更改的需求，传统变更流程时间过长且信息传达不顺畅，容易引发施工延迟及资源浪费现象。数字施状况数据，创建统一模型平台。赋予设计变更即时感知与智能分或者布局方案之后，系统就能自动评判这些改动对建造进出各种应对路径供选择。施工单位借助模型更新可以马上得到最新的设计指令，和返工问题，这种机制既缩减了变更反应时延，又改进了变更方案的可行性和系统协调性，促使项目在变动环境下持续前进。

二、数字孪生技术应用的实施路径与优化策略（一）基于全生命周期的数字孪生模型架构构建

搭建起涵盖船舶海工装备全生命周期的数字孪生模型架构，这是达成智能建造和高效管理的重要途径，这个模型不仅要包含最初的创建能力。这样才能在制造，调试，运作，维修直至回收等各个阶段都能持化和可重构的特性，这样就能方便各个阶段快速接入对应场景化的估等等。还要跟实际系统形成持续的反馈循环，模型搭建之初就要据和系统属性，从而做到设计一体化表现，在建造期间就要加入实际监测的数据来不断调整模型状态，保证虚拟映射的准确度。

（二）集成智能算法的建造过程状态预测与控制实现孪生系统里加入智能算法成为加强建造过程感知及调控能力的关键支撑部分，利用神经网络，法，模糊逻辑控制等技术手段，做到对多源数据实施及时分析处理，创建工序进度，质量风险，资源调配等状态预估模型，系统按照过往项目建造曲线以及即时采集信息执行比较剖析，自动找出差异走向并发出警报，从而给管理层给予细致化的干预意见，在现场具体操作过程中，算法模型可以辅助改变作业顺序和资源安排情况，优化不同区间之间的耦合联系，防止工序出现冲突或者堆积成堆的现象。而且，状态预估的结果还能回馈到设计和采购环节当中去，达成循环式的调整，促使建造组织方式由计划引导向数据引导转变。

（三）促进多专业协同设计平台与数据标准的统一

数字孪生系统要落地，就需建立在高效协同设计的基础之上，打破传统船舶设计里各个专业之间存在的信息壁垒，促使形成统一的数据标准以及协作平台，这个平台包含船体，舾装，轮机，电气等全部设计专业，做到建模环境，数据接口，版本控制的一致性。借助这种集成化的平台，不同专业团队可在同一数据环境下完成各自的设计任务，系统可自动识别模型之间的干涉与矛盾，从而提升设计的一致性和整体性，数据标准的统一从属性定义，编码体系，文件结构等角度来规范，保证模型在设计，制造，运维各阶段都具备可识别性，可追溯性以及可复用性，标准化的数据结构还能给AI 算法，仿真计算，建模校核赋予结构性支撑，削减二次建模和重复性的人工处理。

（四）构建实时数据采集与可视化反馈体系

高效的数据采集机制是数字孪生系统实施动态映射的基本条件，RFID 标签、传感器网络、图像识别设备等智能感知终端被部署之后，就能对建造过程中的关键参数，像进度节点、构件状态、设备运作等信息做到持续采集，采集系统要有边缘计算能力。在数据源头就执行初步筛选和处理，这样可以改善反馈的及时性和精确度，采集来的数据通过无线通信和数据总线传到孪生平台以后，系统就会自动把它们匹配映射到对应的虚拟构件上，并且立即更新模型状态。

（五）强化人才培育与组织协同保障系统落地效果

数字孪生系统很复杂，它的推行不能缺少跨专业、跨部门的高效率组织和合作运转，企业要创建起由信息技术人员，造船工程专家，数据科学家，运维人员等复合型人才组成的孪生系统推行队伍，清楚各自的责任和接口边界，促使专业知识同系统工具紧密结合，在组织上应当形成数字孪生管理中心，协调各部分的需求对接。

三、结束语

数字孪生属于智能制造的重要基础技术，在船舶和海工建造全流程中有着明显的集成价值和应用潜力，它可以把设计，建造，监控，运维等环节全部打通，从而提高质量。而且给管理方式转型给予技术支持，国内船企要抓住产业转型升级的机会，不断加强数字孪生技术的研发能力和场景落地能力，完善基础设施创建和人才培养体系，形成可持续发展的能力。

参考文献：

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