数字技术如何服务船舶全生命周期?

一艘船从最初的设计方案,到真正驶向大海,再到多年后退役拆解,要花多久?对大型船舶来说,这个过程往往长达数十年。设计、建造、试航、运营维护和报废回收,看着是几个分开的阶段,背后却有一条看不见的线始终串着——数据。

过去,各阶段的信息往往散落在设计单位、船厂、船东和维修企业手里。随着数字技术发展,这些原本彼此独立的信息开始连起来。从第一份设计模型开始,一条船就慢慢有了自己的“数字档案”,并随着建造和使用不断更新。

·        在钢板切割之前,先造一艘“数字船”

船的生命从设计开始,可今天的设计,早就不只是画图纸了。

借助计算机辅助设计和三维建模,设计人员能在电脑里搭起船体结构,布置机舱、管路、电缆和各种设备。许多过去要等到施工才暴露的问题,现在在数字模型里就能提前查出来。

比如:两根管路会不会打架?设备装上后还留没留出检修空间?船体结构扛不扛得住预期载荷?再通过计算和仿真,还能进一步分析结构强度、航行阻力这些性能。

所以,真正切下第一块钢板之前,船已经在数字世界里先“预演”过一轮。这一阶段形成的模型、参数和设备信息,也成了船舶全生命周期数据的起点。

·        船开始建造,数据也进入船厂

设计完成后,电脑里的船开始变成现实中的船。

造船牵扯钢板加工、焊接、分段制造、涂装、设备安装等一大堆工序。设计数据告诉船厂“该怎么造”,建造现场则不断记下“实际是怎么造的”。

拿一台船用设备来说,设计阶段就定好了它的位置和主要参数;真正安装时,又会多出型号、安装时间、检测结果等新信息。借助数字化生产管理系统,以及二维码、射频识别等技术,这些信息能与具体的设备和零部件一一对上。

这样一来,数据并没有在设计结束后停下,而是继续流进生产现场。设计数据指导建造,实际建造记录又反过来补充船舶的数字档案。船一点点成形,与它对应的数据也越来越完整。

·        试航,让计算结果接受真实海况的检验

船建好了,还要经过试航才能正式投入使用。

设计阶段,船的许多性能靠计算和仿真得来;到了试航,终于能用真实数据检验这些结果。航速、转速、推进功率、振动以及主要设备的运行状态,都可以通过船上的传感器和数据采集系统记录下来。

实测数据和设计预测基本对得上,说明相关设计得到了实船验证;要是偏差明显,工程人员就得分析原因,做必要的检查和调整。

这么看,试航不只是新船交付前的一场“考试”,也是数字模型与真船的一次集中对照。经此一役,船舶的数字档案里第一次装进了大量真实航行环境的数据。

·        船在航行,数据也在持续积累

船舶交付之后,真正漫长的运营阶段才刚刚开始。

主机、发电机、推进装置在运行中,会不断产生温度、压力、转速、振动等数据。单看某一次测量,只知道设备当时的状态;要是连续记录、彼此比对,一些不易察觉的变化就有机会浮出来。

比如某台设备的振动值还在允许范围内,可几个月来一直在慢慢上升——这种变化就能提示工作人员做进一步检查。和完全照固定周期维护相比,用长期运行数据来安排维护,更贴近设备的实际状态。

数字孪生就建立在这样的联系之上。它不是简单地在电脑里复制一条外形相同的船,而是让数字模型持续拿到真船的数据。船的状态一变,模型里的相关信息也跟着更新。

把传感器看作船舶感知自身状态的“神经末梢”,那长期积累的数据就像一份不断更新的“健康记录”,帮船员和岸基人员更清楚地了解船和设备的运行情况。

·        船退役了,数据还没有完成使命

船终有结束运营的一天,但全生命周期并没有就此打住。

一艘大船含着大量钢材、电缆、机械设备和其他材料,有些能回收利用,有些则要按专门要求处理。到了拆解阶段,摆在面前的都是很实际的问题:船上有什么材料和设备?在哪儿?哪些能回收?哪些得特殊处理?

这时候,多年前攒下的数据又能派上用场。设计阶段记了材料信息,建造阶段存了实际安装资料,运营中又及时更新了设备维修和更换记录——这些信息就能给拆解和材料分类当参考。

也就是说,几十年前设计这条船时留下的数据,有可能一直服务到它生命的最后阶段。

·        数据,陪伴船舶走完一生

把这些阶段连起来看就会发现,数字技术的价值,并不只在某一套软件、某一种传感器或某一个智能系统上。

设计数据流进船厂,建造记录补上实际情况;试航数据检验设计结果,运营数据持续记录船的状态;到了退役阶段,多年保存下来的信息,又能为拆解和回收提供依据。

船从图纸变成实体,从新船变成跑了多年的老船,相关数据也在不断新增、修正和更新。只有让这些数据真正跨越各个阶段、被持续利用,设计、建造、试航、运营维护和报废回收才能串成一条完整的数字链条。

从电脑里的第一份模型,到驶向大海的万吨巨轮,再到多年后的拆解回收,数字技术记下的不只是一串孤立的数据点,而是一条船从诞生、成长、服役到退役的完整历程。


(科技责编:李主编 )