马尾造船应用CAD/CAM技术提升企业竞争力

福建省马尾造船股份有限公司(以下简称“马尾造船”)是在原马尾造船厂(创办于1866年，时称“福建船政”，是中国最早建立的造船企业)基础上，结合“债转股”整体改制，于2001年12月，由多元投资主体共同发起成立的股份有限公司。

　　公司拥有3.5、1.5万吨级船台各一座，2万吨级干船坞一座，具有设计、建造5万吨级以下船舶的技术能力，年产万吨级系列船舶5～8艘。利用现有场地、设施和设备进行规划改造，可实现年造船10～12艘/20～25万综合吨，产值20亿元人民币。马尾造船在国内地方船厂中，首家承造挂德国旗船舶，在开拓国际市场上取得了一定的成绩。

　　一、CAD/CAM技术应用的发展历程

　　马尾造船于70年代就开始了计算机技术应用的尝试，初期仅简单应用于企业管理方面;1983年配置了第一台大型数控切割机后，才开始把计算机技术应用到生产中。

　　到了80年代，船舶市场比较萧条，造船行业竞争激烈。马尾造船厂虽然是一个老厂，但是造船技术水平落后，仍然采用传统的手工方式进行绘图设计，船舶建造质量也不能适应市场需要。为了解决船体线型光顺、手工放样效率低和放样台不够用等问题，以及满足建造出口船舶经营报价的需要，马尾造船开始应用微机CAD系统进行船舶报价方案的图面处理，以及船舶线型放样和钢材数控切割等工作。

　　进入90年代，船舶市场的竞争日趋激烈，造船定单的条件要求越来越高，由于建造技术相对落后，建造周期较长，在国际船舶市场的招投标中，失去了竞争优势，企业面临生存危机。面对严峻的局面，厂领导班子决定进行技术改造，投入大量资金兴建船舶CAD工作网络，进一步推广计算机辅助设计、辅助建造技术，实现设计工作微机化。

　　1991年，船厂开始承造出口德国的高技术、高附加值的7300吨多用途集装箱货船。要建造出口船并不容易，首先交船期很紧，从签订合同到交船只有20个月的时间，而且国外船东对前期提供设计图纸以及建造质量的要求都很高。由于我们使用了CAD/CAM技术，能够有效满足客户要求，获得了国外船东的好评。自此以后，马尾造船顺利地承接、设计、建造、销售了一系列出口欧洲市场的船舶。

　　90年代末，国际船舶市场进入低谷，众多造船厂竞相压价，竞争更加激烈，而且由于国内其它造船企业技术上的进步，马尾造船在CAD/CAM技术应用方面的领先优势已经不复存在。在这种情况下，我们必须不断学习和引进更加先进的造船技术，转换造船模式，努力实现马尾造船在新世纪的又一次腾飞。

　　二、CAD/CAM技术应用的现状

　　到目前为止，马尾造船的CAD/CAM技术应用已经具有一定的规模，建立了以WINDOW 2003为操作系统的局域网络，形成了CAD基本应用环境，肩负着全公司的船舶详细设计和生产设计工作。船舶设计工程师们高效应用CAD软件，缩短了设计周期。设计图纸和生产建造图纸质量的提高，以及CAM技术的应用，使得船舶建造质量得到很大的提高。参见图1：马尾造船生产过程中的CAD/CAM应用

 

图1　马尾造船公司生产过程中的CAD/CAM应用

　　(一)硬件配置状况

　　目前全公司有计算机120多台，HP-A0喷墨绘图仪3台，扫描仪2台，各种打印机共20多台，每个设计人员都配有1台计算机，各专业室配有一部打印机，构成CAD辅助设计网络，满足了现代造船企业实现计算机辅助设计的需要。船体内、外业工段拥有钢板数控切割机4台、等离子切割机2台，钢管加工工段拥有数控切割机1台，除仓库及较为分散的部门外，大部分办公处所已接入局域网。硬件设施建设基本完成。

　　(二)软件使用情况

　　在计算机辅助设计软件方面，我们除了拥有AutoCAD绘图平台软件，还有船舶线型光顺、船舶静水力计算、船舶装载计算、轴系计算、管子辅助设计、钢板数控切割等专用软件外，公司还自行开发一些应用软件。例如，舾装生产设计室根据生产设计过程中的实际情况，自行进行计算机辅助管子生产设计系统(MW/CAPD)的开发，并且获得成功。现在，该软件已经很好地应用于舾装管子放样设计工作中，有效地减少了管子生产设计的差错，提高了图纸质量，减轻了设计人员的劳动强度，缩短了设计周期，受到员工的欢迎。

　　(三)引进CAD三维设计系统，向现代化造船模式转变

　　马尾造船生产过程中的CAD/CAM应用，以往是采用CAD进行二维平面设计，各专业之间以及同专业内部的沟通和协调完全靠图纸，各专业的设计工作难以平行展开，为此，公司于2004年上半年引进瑞典TRIBON公司的Tribon船舶设计软件系统，开展CAD三维数字化设计，为转变企业造船模式创造条件。技术中心已分批派专业人员赴上海培训学习，目前正应用于7300吨新船的设计中。

　　(四)人员培训

　　CAD/CAM技术要求全员应用，即每一个设计人员都必须熟练使用计算机工作。为了使新来的员工能尽快地掌握使用技巧，我们采取举办短期培训班和以老带新的方法，边学边用;同时，对于新的技术和设备，我们安排专业人员到上海、深圳等地甚至国外进行必要的技术交流、学习和培训。使绝大部分的设计人员都能够很快掌握CAD/CAM技术。目前在全公司的船舶设计工作中，计算机应用的普及率已达100%。

　　三、CAD/CAM技术应用的效益

　　应用计算机辅助设计、辅助制造缩短了船舶建造周期，降低了成本，提高了质量。

　　(一)电脑出图速度较过去提高五十倍以上，通过电脑改图也明显提高，电脑出图取代手工描图，不但图面美观，而且出图速度快、精度高、无误差。一张复杂的A0图纸，手工描图至少需要两天，而电脑出图最多不超过十分钟。外板展开图(参见图2)如用于手工描图难度可想而知。

 

图2　手工描图的外板展开图

　　在船舶设计工作中，应用计算机的出图率可以达到97%以上。以10500吨多用途集装箱货船为例，全船共出图纸约900平方米，其中应用计算机绘制的图纸就有870平方米。船舶设计实现计算机化之后，一艘万吨级船舶的整船设计周期可缩短2-3个月，这就使公司的船舶产品开发能力大为提高。随着几年来实施计算机辅助船舶设计、制造，我们不仅积累了丰富的经验，使设计图纸更加标准化，而且形成了一套较完整的船舶资料库和设计图纸库，这就为我们在以后的设计同类型船舶时提供了参考，使得船舶设计的质量和效率得到进一步提高。

　　(二)船舶线型的光顺，传统做法是靠人工处理，周期长、精度低、劳动强度大;采用CAD/CAM技术处理，不但减轻人员的劳动强度，提高线型精度，缩短生产周期，而且还少占用放样台的面积。两者比较，提高效率8～20倍。

　　(三)船体的生产建造采用CAD/CAM技术，实现了由计算机自动生成零件的线型，自动套料，然后通过等数控切割机完成船体零件的复杂曲线切割，不仅加快了切割速度，节省了钢料，而且还提高了钢板的利用率。使一艘万吨级船舶的建造周期缩短3—4个月。全面应用CAD/CAM对缩短生产周期的作用更为突出：

　　CAD/CAM应用状况 生产周期(单船)

　　没有应用CAD/CAM技术之前 22个月

　　部分应用CAD/CAM技术 16～17个月

　　全面应用CAD/CAM技术 10～12个月

　　(四)CAD/CAM技术的应用为生产提供相应的工作图、胎架图、外板加工图、肋骨弯曲加工图等，既方便了生产管理，又减少了生产过程中的差错和返工，使船体建造质量提高，成本降低。以10500吨多用途集装箱货船(福建省首制万吨船)为例，通过应用CAD/CAM技术，可以提高工效1-2倍，钢材利用率由75%提高到87%，单船能节约大约400吨的钢材，而且节省了许多放样材料，减少了大量劳力，仅船体建造部分，单船节省成本约500万元人民币，最重要的是提高了船体建造质量。

　　(五)作为CAD应用工程的示范单位，公司在CAD应用推广方面同样也取得了很大的成绩。除了公司船舶设计工作之外，马尾造船还进行技术转让，帮助兄弟企业完成了2艘10500吨多用途集装箱货船的设计与制造，直接创造经济效益400多万元人民币。

　　在“八五”、“九五”计划期间，马尾造船承建出口船舶共16艘，创外汇总计约2.3亿美元。通过十年成功地建造出口船舶，使我们在欧洲船舶市场上享有一定的声誉，其中CAD/CAM技术的应用立下了汗马功劳。

　　四、CAD/CAM技术应用的发展前景

　　随着以计算机技术为代表的高新技术的飞速发展，CAD/CAM技术将会应用于更多、更广的领域。现在，作为CAD/CAM技术发展的进步，PDM/ERP/CIMS等技术已被全世界许多企业成功地应用，为企业的进一步发展带来勃勃生机。虽然马尾造船在CAD/CAM技术的应用上已经取得了很大的成功，但是更应该看到，我们与国内外先进的造船企业相比还存在一定的差距。我们必须在现有的基础上，加大投入，引进先进的技术和设备，引入科学的管理思想和现代化的造船模式，进一步推动企业管理信息化，争取更大的进步。

　　(一) 继续加强CAD/CAM技术的应用

　　在现有的基础上，马尾造船要进一步加强对造船CAD基础数据库的建设，提高基础设计能力，并针对造船行业图纸量大的特点，实施先进的图档管理系统。同时，因为造船厂属于制造企业，我们应尽可能地利用现代科学技术特别是CAM技术，提高生产效率和建造质量。例如，引进更先进的等离子数控切割机、数控弯管机、数控金属切削机床等等。在有可能的情况下，还要引进CAPP(产品工艺流程管理)技术，改造公司的工艺流程规划，实现制造工艺的计算机辅助设计和管理。

　　(二)加强TRIBON船舶设计软件系统的消化吸收和二次开发

　　全面应用Tribon船舶设计软件系统后，可预先获取整个建造流程的生产与工艺信息，将实现设计过程由图纸流向信息流转化，船、机、电数据库集成共享，生产工作与设计工作平行作业，实现在计算机上完成模拟建造，即“图纸上造船”，使设计技术水平有了质的飞跃，既缩短设计周期，又提高了设计质量，实现设计、工艺、生产一体化。由于该系统具有自动干涉防碰撞的功能，能自动形成和产生各种数据和图表，大大减少工程的差错率。据有关船厂的调查报告，与采用以绘图为基础的设计系统相比较，使用该系统可缩短设计工时约30%，缩短生产工时约8%。应用Tribon软件设计的船舶外板展开图参见图3。

 

图3 应用Tribon软件设计的船舶外板展开图

　　Tribon船舶设计软件系统功能强大，但其作用能否在公司船舶建造过程中显现，取决于公司对该软件系统的消化吸收和二次开发。我公司拟从消化吸收入手，把二次开发的内容有机地融合于应用中，应用促进开发，开发扩大应用。

　　造船业正面临着向“数字化”造船模式转化的关键阶段。为提高产品质量，缩短造船周期，降低成本，提升企业综合竞争力，我们将在后续工作中进一步开展CAD/CAM技术的深化应用和普及工作，并利用现代信息技术，实现船舶设计、建造、物流、财务、人事、管理等企业资源管理和信息的高度集成，使企业的信息化建设跃上一个新的台阶，把公司建设成为现代化的高科技造船企业。