撰文/朱輝杰

培養(yǎng)數(shù)字化造船人才，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)作

撰文/朱輝杰

寫在“華中科技大學(xué)-西門子工業(yè)軟件數(shù)字化造船聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”成立兩周年之際

從2012年開始，我國(guó)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)增速下行的“新常態(tài)”階段，航運(yùn)和造船業(yè)在經(jīng)過連續(xù)多年的高速發(fā)展之后，面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，開始進(jìn)入“上下求索”的變革期。其中，“數(shù)字化造船”的呼聲漸高?！笆濉逼陂g，我國(guó)從“造船大國(guó)”向“造船強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變，加快轉(zhuǎn)型升級(jí)、創(chuàng)新和信息化、綠色化發(fā)展，“數(shù)字化造船”進(jìn)程的快慢將起到至關(guān)重要的作用，而培養(yǎng)面向未來的數(shù)字化造船人才，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)造船業(yè)“十三五”規(guī)劃目標(biāo)的核心。

2014年8月28日，“華中科技大學(xué)-西門子工業(yè)軟件數(shù)字化造船聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”在華科大的船舶與海洋工程學(xué)院正式揭牌，西門子工業(yè)軟件部門向船舶與海洋工程學(xué)院授予了PLM軟件。常務(wù)副校長(zhǎng)羅俊院士、西門子工業(yè)軟件（Siemens PLM Software）全球副總裁Bob Haubrock先生等出席了揭牌儀式。作為西門子工業(yè)軟件在中國(guó)高校船舶專業(yè)領(lǐng)域建立的第一個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，其負(fù)擔(dān)著培養(yǎng)數(shù)字化造船人才、協(xié)同研發(fā)本地化造船軟件和拓展產(chǎn)學(xué)研合作模式的艱巨任務(wù)。

時(shí)隔兩年，記者走訪了華科大聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的主任劉敬喜教授，探尋這次雙方協(xié)作結(jié)出了怎樣的果實(shí)。

攜手科研，共同培養(yǎng)數(shù)字化造船人才

在中國(guó)船舶與海洋工程專業(yè)高端人才培養(yǎng)領(lǐng)域，華科大船舶與海洋工程學(xué)院（下簡(jiǎn)稱“船海學(xué)院”）學(xué)科特色鮮明，專業(yè)特點(diǎn)突出。其前身始源于華中工學(xué)院造船系，于1959年4月18日，由我國(guó)海防部門委托華中工學(xué)院設(shè)置“潛艇設(shè)計(jì)與制造”專業(yè)，同時(shí)成立造船系。時(shí)任華中工學(xué)院黨委書記、副院長(zhǎng)朱九思同志是學(xué)院的創(chuàng)始人。兼任首任系主任，在將近60年的辦學(xué)過程中，船海學(xué)院在學(xué)科建設(shè)、基地建設(shè)、人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)研究等方面取得了優(yōu)異的成績(jī)，獲得了包括國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)及教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)在內(nèi)的眾多科研成果。

其實(shí)，國(guó)內(nèi)海工和船舶專業(yè)院校眾多，西門子工業(yè)軟件為什么選擇華科大船海學(xué)院呢？

首先，華科大的船海學(xué)院在水動(dòng)力性能分析，艦船前沿設(shè)計(jì)理論和方法，工程結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析和優(yōu)化，艦船機(jī)電控制技術(shù)等領(lǐng)域有突出的優(yōu)勢(shì)，對(duì)數(shù)字化技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用有著十分強(qiáng)烈的渴求。其次，船海學(xué)院地處武漢，比鄰長(zhǎng)江，長(zhǎng)期與武漢本地的兩大船舶研究所保持密切的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，需要利用數(shù)字化技術(shù)輔助科研協(xié)作和實(shí)踐教學(xué)，并輔助科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。這正是華科大船舶與海洋工程學(xué)院與西門子工業(yè)軟件的合作基礎(chǔ)。

劉敬喜教授表示：“西門子的NX和Teamcenter軟件，不僅在建模和數(shù)據(jù)管理方面有強(qiáng)大的功能，而且具備開放的特點(diǎn)，基于此，可以進(jìn)行二次開發(fā)和模塊的定制化工作，能更好地服務(wù)于本土化的船舶研發(fā)工作?！?/p>

據(jù)了解，從2014年9月開始，西門子工業(yè)軟件的技術(shù)研發(fā)人員與華科大船海學(xué)院的教授們相互協(xié)作，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的船舶行業(yè)定制化研發(fā)工作。華科大的教授基于我國(guó)海工和船舶設(shè)備的設(shè)計(jì)和建造特點(diǎn)，提出數(shù)字化研發(fā)的個(gè)性化需求，西門子工業(yè)軟件的科研人員負(fù)責(zé)調(diào)整功能和優(yōu)化軟件。例如，船舶結(jié)構(gòu)中需要特定形式的開孔，西門子的工程師就針對(duì)性地優(yōu)化開孔功能。調(diào)整和優(yōu)化后的西門子數(shù)字化船舶軟件，更適于船海學(xué)院在教學(xué)中開展數(shù)字化實(shí)踐，更貼合中國(guó)造船企業(yè)的流程特點(diǎn)和實(shí)際需求。

據(jù)劉教授介紹，最近兩年來，除了日常的大學(xué)本科專業(yè)課程外，在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室通過了深度教學(xué)和培訓(xùn)的畢業(yè)生超過60名，他們掌握了基于NX軟件較為完整的船舶數(shù)字化研發(fā)技術(shù)，對(duì)全三維船舶設(shè)計(jì)環(huán)境非常熟悉，使其就業(yè)后可以快速融入造船企業(yè)的數(shù)字化工作流程。

提高設(shè)計(jì)效率，輔助教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)

與飛機(jī)、汽車等產(chǎn)品一樣，海工和船舶產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力同樣體現(xiàn)在研發(fā)周期、成本、質(zhì)量和服務(wù)等幾個(gè)方面。在航空航天和汽車領(lǐng)域，世界知名制造廠商都在大力采用數(shù)字化技術(shù)改造企業(yè)。例如，美國(guó)某汽車公司應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)后，將新轎車的研發(fā)周期由原來的48個(gè)月縮短到24個(gè)月，碰撞試驗(yàn)的次數(shù)由幾百次降低到幾十次。

相對(duì)而言，船舶制造的數(shù)字化應(yīng)用比汽車、飛機(jī)制造業(yè)要落后很多。但是，船舶制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配套更復(fù)雜，生產(chǎn)管理頭緒更多，協(xié)作化程度更高，產(chǎn)品使用壽命更長(zhǎng)。因而，采用數(shù)字化技術(shù)的迫切性和潛力也更大。

華中科技大學(xué)-西門子工業(yè)軟件數(shù)字化造船聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的成立，讓華科大船海學(xué)院的師生能夠體驗(yàn)和實(shí)踐船舶產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化，包括基于NX的數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真優(yōu)化，以及基于Teamcenter的數(shù)據(jù)管理。

首部整體模型

板和加強(qiáng)筋

錨鏈艙和上甲板

側(cè)推筒加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

船底骨架

劉敬喜教授說：“船舶業(yè)很多還在延續(xù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括二維審圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，效率很低，也難以避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和反復(fù)修改的問題。而且，一些比較傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)軟件功能較為封閉，執(zhí)行效率也比較低，影響了設(shè)計(jì)效率的提高?；谖鏖T子的NX軟件，全三維的設(shè)計(jì)環(huán)境使設(shè)計(jì)所見即所得，能在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)問題，避免后期工作的反復(fù)。同時(shí)，對(duì)于大型、復(fù)雜船體結(jié)構(gòu)的數(shù)字化建模，西門子軟件的性能也有明顯的改善，顯著提高了設(shè)計(jì)效率。”

實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)

劉敬喜教授講了一個(gè)教學(xué)中的生動(dòng)例子：“過去學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)或課程設(shè)計(jì)中只進(jìn)行簡(jiǎn)單的船舶線型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，不開展更為復(fù)雜的舾裝設(shè)計(jì)。這是因?yàn)橐驗(yàn)轸秆b設(shè)計(jì)工作較繁雜，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以在有限的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，更無法獲得直觀地感受。在采用西門子的NX軟件之后，我們鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行舾裝設(shè)計(jì)，船體上附加的大量管線、樓梯、門等等在三維環(huán)境下變得直觀，正所謂所見即所得，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤也大量減少，教學(xué)效果得到了明顯的改善?！?/p>

舾裝圖片

經(jīng)過兩年多的磨合，在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的推動(dòng)下，華科大船海學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐中，已經(jīng)大規(guī)模采用西門子的NX軟件，從概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)，學(xué)生掌握了三維設(shè)計(jì)技術(shù)的理論和方法，并嘗試在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中部分采用仿真分析技術(shù)。西門子數(shù)字化解決方案的引入，幫助華科大船海學(xué)院的教學(xué)在船體設(shè)計(jì)和建造、船舶舾裝和造船模式等方面，都有了明顯的進(jìn)步。

更上層樓，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)作

在世界造船工業(yè)中，以數(shù)字化技術(shù)為核心的艦艇總段建造和模塊化生產(chǎn)技術(shù)蓬勃發(fā)展，不僅涉及船舶設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的改變，更涉及生產(chǎn)組織和質(zhì)量管理方法的轉(zhuǎn)變。過去按工種的串行作業(yè)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榘纯偠魏湍K的多工種并行作業(yè)方式，大大縮短了建造周期，使得造船業(yè)發(fā)生革命性的發(fā)展。我國(guó)大多數(shù)造船廠的數(shù)字化起始于CAX技術(shù)的應(yīng)用，一些走在前沿的重點(diǎn)企業(yè)開始向全面數(shù)字化造船或虛擬造船等方向進(jìn)發(fā)，致力于實(shí)現(xiàn)船舶產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)、建造、驗(yàn)收、使用和維護(hù)于一體的全生命周期管理。

由于企業(yè)自身的技術(shù)轉(zhuǎn)化和研發(fā)應(yīng)用能力有限，這一過程往往離不開深度的產(chǎn)學(xué)研合作。造船企業(yè)和科研院所、高等學(xué)校之間開展合作，企業(yè)提出技術(shù)需求，科研院所或高等學(xué)校提供技術(shù)服務(wù)，促進(jìn)科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。華科大的船海學(xué)院就長(zhǎng)期與武漢本地的“船舶兩所”開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)作，并積極拓展跨地域的校企合作，華中科技大學(xué)-西門子工業(yè)軟件數(shù)字化造船聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的建立實(shí)際也推動(dòng)和促進(jìn)了這種產(chǎn)學(xué)研協(xié)作的深化。

劉敬喜教授表示：“2017年，華科大船海學(xué)院計(jì)劃申請(qǐng)建立湖北省船舶智能制造工程中心，并與廈門造船廠等企業(yè)開展深入的技術(shù)協(xié)作。在校企協(xié)作中，除了基于NX的船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化外，更重要的是基于Teamcenter的全生命周期數(shù)據(jù)管理，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)字化造船流程?！?/p>

對(duì)于未來聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展規(guī)劃，劉敬喜教授說：“一方面，我們將繼續(xù)利用西門子的系列工業(yè)軟件輔助教學(xué)實(shí)踐和科研工作；同時(shí)隨著教學(xué)和科研工作的深入，希望西門子能幫助華科大船海學(xué)院培訓(xùn)更多掌握數(shù)字化造船技術(shù)的師資力量，從而擴(kuò)大教學(xué)的覆蓋面。另一方面，我們希望在教學(xué)和科研工作中，除了現(xiàn)有的三維船舶設(shè)計(jì)，更多地引入Teamcenter數(shù)據(jù)管理的內(nèi)容，甚至在西門子工業(yè)軟件的幫助下，引入數(shù)字化造船Tecnomatix方面的內(nèi)容，這不僅是當(dāng)前產(chǎn)學(xué)研協(xié)作的迫切需要，也是面向未來數(shù)字化人才培養(yǎng)的重中之重”。