澳大利亞海軍SEA 5000型未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦項(xiàng)目計(jì)劃于2018年底前，在納凡蒂亞公司F-100型護(hù)衛(wèi)艦、芬坎蒂尼公司的改進(jìn)型歐洲多用途護(hù)衛(wèi)艦和BAE公司26型全球戰(zhàn)斗艦改型之間做出選擇。2017年9月，BAE系統(tǒng)公司宣布，如果該公司的方案在澳海軍未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦項(xiàng)目中勝出，則將花費(fèi)1億美元在澳大利亞阿德萊德興建一座數(shù)字化船廠。
近年來(lái)，世界各大船企都在積極布局“智能化”制造模式，，利用豐富的數(shù)據(jù)來(lái)提高設(shè)計(jì)和建造流程的效率，以擺脫傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，以及過時(shí)且同步性差的生產(chǎn)場(chǎng)所。目前，隨著各國(guó)海軍預(yù)算壓力的加大和國(guó)防開支普遍受到前所未有的審查，這些數(shù)字化舉措已獲得更多的需求牽引，更好，更快，更便宜地建造軍艦已成為船舶工業(yè)的共識(shí)。
數(shù)字化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的下一代船廠不僅應(yīng)能更便宜和更高效地進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，而且還應(yīng)有效降低艦船的全壽期成本。其關(guān)鍵就在于創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字化流程，一個(gè)包含整個(gè)供應(yīng)鏈的信息同步體系，并構(gòu)建“統(tǒng)一數(shù)據(jù)”，以管理概念設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)、施工，以及艦船整個(gè)服役期內(nèi)升級(jí)和改進(jìn)所涉及到的一切。
造船4.0：自動(dòng)化和數(shù)據(jù)交換革命
在傳統(tǒng)的造船模式下，每天工作面對(duì)的是孤立和離散的單元工作流，整體設(shè)計(jì)被分解為一系列單獨(dú)的任務(wù)區(qū)域，每個(gè)任務(wù)區(qū)域都與下一個(gè)無(wú)關(guān)，基本上沒有任何層級(jí)的直接交互。隨著工程的推進(jìn)，各個(gè)團(tuán)隊(duì)間的計(jì)劃會(huì)前后調(diào)整，以被動(dòng)適應(yīng)變化，這顯然會(huì)延長(zhǎng)建造周期，同時(shí)還增加了錯(cuò)誤或遺漏的可能性。此外，這一模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)直接協(xié)作，不同團(tuán)隊(duì)之間很難進(jìn)行思路和想法方面的交流。
造船4.0指采用了“工業(yè)4.0”自動(dòng)化和數(shù)據(jù)交換革命成果的造船模式，這種革命正在橫掃整個(gè)制造業(yè)，以上提出的問題正在成為過去時(shí)。數(shù)字化船廠將使用最先進(jìn)的一體化計(jì)劃工具，以及實(shí)時(shí)更新的，任何人都能接入使用的，統(tǒng)一的通用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，以取代陳舊的、孤立的、交互性差的技術(shù)平臺(tái)及其分散的數(shù)據(jù)。
基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)的成本控制：涵蓋整個(gè)供應(yīng)鏈
將以上工業(yè)4.0設(shè)想擴(kuò)展到包含整個(gè)供應(yīng)鏈和整個(gè)項(xiàng)目所有相關(guān)利益方，則可在艦船全壽命周期中提供中心化、易訪問的“統(tǒng)一數(shù)據(jù)”，這意味著船舶設(shè)計(jì)和建造成本將顯著降低。
負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建造美國(guó)海軍航空母艦的紐波特紐斯船廠總裁Matt Mulherin表示，即將建造的美國(guó)海軍“企業(yè)”號(hào)航母（CVN-80）項(xiàng)目將節(jié)省超過15％的成本。對(duì)于“更好，更快，更便宜”口號(hào)的信徒而言，這是美妙的音樂，但對(duì)于船企來(lái)說(shuō)意義更為重大。
3D建模：最合適的解決方案和“統(tǒng)一數(shù)據(jù)”模擬
隨著在艦船建造流程中引入先進(jìn)的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件，造船項(xiàng)目全過程數(shù)據(jù)管理能力獲得了較大提升，而3D數(shù)據(jù)正在給造船工業(yè)帶來(lái)同樣的變化。先進(jìn)的3D建模軟件能夠在構(gòu)建零件，空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之前對(duì)其進(jìn)行檢查，從而使設(shè)計(jì)人員能夠驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)備，管道和布線的布設(shè)，并在它們變成物理現(xiàn)實(shí)之前消除潛在問題和沖突。
這也意味著不同的產(chǎn)品特點(diǎn)，配件和功能可以提前試用，以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)施工過程和未來(lái)維護(hù)過程中涉及到的人體工效學(xué)進(jìn)行優(yōu)化。此外，開發(fā)出的最佳解決方案還會(huì)立即反饋形成“統(tǒng)一數(shù)據(jù)”的組成部分。
3D建模在制造階段也能取得重大收益。數(shù)字3D建模可模擬整個(gè)制造過程，使船廠可以依次檢查每一步工序，從而優(yōu)化整個(gè)裝配過程中的物料流，直至船只離開船塢。
數(shù)字孿生：為優(yōu)化而生
艦船裝備的快速發(fā)展使艦隊(duì)要面對(duì)比以往任何時(shí)候都更加先進(jìn)且復(fù)雜的技術(shù)，現(xiàn)代海軍還要求艦船使用壽命更長(zhǎng)并長(zhǎng)時(shí)間保持技術(shù)先進(jìn)性。為了在長(zhǎng)達(dá)50年的服役期內(nèi)適應(yīng)不斷變化的需求以及適時(shí)變換角色，艦船在使用周期內(nèi)不可避免地會(huì)涉及到升級(jí)和改裝，這可能是數(shù)字孿生概念最初提出的主要誘因。
數(shù)字孿生技術(shù)的用途很廣，基于精確的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)艦船改裝和升級(jí)的工程師可在項(xiàng)目啟動(dòng)之初就看到裝備和配件如何裝配在一起，從而使優(yōu)化和重新設(shè)計(jì)最加容易。更進(jìn)一步，數(shù)字孿生還可以在研究新組件對(duì)船舶結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的產(chǎn)生的持續(xù)影響方面發(fā)揮重要作用，能夠運(yùn)用高度真實(shí)的模擬在一系列假設(shè)情景下研究艦船的整體性能，而不需要冒實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字孿生甚至可以幫助船員在岸上專家的支持下解決海上發(fā)生的嚴(yán)重或意外問題。
未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦的純數(shù)字圖紙
無(wú)論BAE系統(tǒng)公司最終是否能夠贏得澳大利亞海軍9艘新型未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦合同，并在阿德萊德建造他們的數(shù)字化船廠，數(shù)字化造船都將毫無(wú)疑問地成為造船模式的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。亨廷頓英戈?duì)査构I(yè)公司和紐波特紐斯船廠等企業(yè)，已經(jīng)提出在其下一艘航空母艦“企業(yè)”號(hào)的設(shè)計(jì)建造過程中使用純數(shù)字圖紙。目前這些企業(yè)已成功實(shí)施了幾個(gè)試點(diǎn)計(jì)劃，包括在“約翰?肯尼迪”號(hào)（CVN-79）項(xiàng)目中，將超過1,000個(gè)獨(dú)立工作包數(shù)字化，以及利用激光掃描對(duì)“尼米茲”級(jí)航母的內(nèi)部空間進(jìn)行3D成像。
盡管只發(fā)掘使用了數(shù)字化造船應(yīng)用潛力中非常小的一部分能力，但船企發(fā)現(xiàn)這些舉措已經(jīng)在新航母設(shè)計(jì)建造和老航母中期大修中取得了“非常顯著的節(jié)省”效果，而且這僅僅是個(gè)開始。正如BAE系統(tǒng)公司首席執(zhí)行官Glynn Phillips 2017年9月份所說(shuō)的那樣，“數(shù)字化能夠在傳統(tǒng)船舶設(shè)計(jì)和制造計(jì)劃中的每個(gè)要素上實(shí)現(xiàn)重大躍升。”
