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7 一体化设计，生产和供应链
造船过程的集成实质上在于确保在工程，设计，计划和生产过程的各个阶段之间信息流的减少漏洞的运行，如图2所示。本节要考虑的一些重要问题是：
bull;基础设计与细节设计的结合
bull;将详细设计与生产设计和计划结合
bull;将详细设计与生产活动（例如切割，成型和焊接）和自动化设备的编程相结合
bull;将生产计划与供应和外包（分包服务和设备采购）控制相结合
在理想情况下，我们可以设想一种计算机系统，该计算机系统将实现图2所示的完整流程图。在实践中，它意味着各种专用计算机程序（CAD，CAE，物流等）的集成（或只是端口）。
在欧洲主要造船厂中，“装配”船厂的概念已成为现实。 在该方案中，船厂将装配工作的主要部分分包，就像不同船舱的交货。这些甚至可以是机舱或大客舱区域或餐厅。 在这些地区，除钢结构工作外，其他所有工作均由分包公司完成。这仅将协调角色留给了船厂。
这一事实对设计系统，材料和项目管理系统提出了新要求。有效的协调是成功建造新建筑的关键因素。
实际上，没有可用的通用或特定工具和方法，可以在不同的设计和工程阶段使用它们。 即使在每个阶段内，也会使用许多不同的系统，通常没有适当的链接和协调。
在造船厂和行业内，通常有几种计算机系统为船舶和造船厂提供服务。但是，它们通常是量身定制的系统，缺乏集成。产品数据在没有通用产品模型的情况下分散在不同的系统和公司之间； 因此，每个系统中的数据都只活在自己的系统中。协调需要时间，在大多数情况下，协调仅在构建和安装阶段有效，有时会导致成本很高的解决方案。
7.1 基础设计与细节设计的结合
在基本设计中，精确定义了新建筑的所有主要特征，例如房间布置，系统图等。规格说明清楚，详细设计应包括哪些内容。今天，个别设计师从基本设计图纸中提取这些信息。因此，结果取决于每个人阅读文献的细心和技巧。
今天，在某些3D设计系统中，可以创建智能系统方案，其中将有关电枢，材料和种类数据的信息存储到数据库中，以供详细设计阶段使用。这样可以消除大部分的人为错误。
所有这些还必须与材料的采购和处理联系在一起。这是一个复杂的方案，因为基本设计需要设备信息，而另一方面需要采购决策。与建筑理念相比，采购需要材料的技术处理和交付时间，从而决定了采购日程。考虑到船舶价格的主要部分是物料账单，因此很显然，这对于未来的系统开发将至关重要。
7.2 细节设计与生产作业的结合
设计与生产机械的结合已经成为当今的实际。3D设计为生产机械提供了处理各种几何或材料数据的可能性。如今，通常情况下，板的切割信息，管道长度方向上的切割和弯曲信息是通过电线直接馈送到生产单元的。
7.3 生产计划的整合
生产计划的功能是确保满足成功制造船舶的所有条件。这意味着将在适当的时间在适当的位置提供建筑空间，足够的人力资源，工具，材料和制造图纸。这还包括和外包商的协调。
造船厂目前正在使用各种生产管理系统，但其中大多数都存在诸如外包合同或项目跟踪工具等一样的缺陷。
物流的协调也是生产计划中的主要任务之一。 当主要船舶设备（如主机）被定好时，这种协调在船舶合同之前就已经开始了。这个过程反映了生产计划，也反映了设计计划的方式。交船也属于这一类。特别是，分包商的后续工作应与船厂自己的管理系统紧密联系。
船舶的建造是一个巨大的生产网，其中不同任务之间的依存关系既庞大又复杂。然而，这是一个尽管从船与船之间的差异很大，但从新船到新船之间大体保持相同的过程。
有充分的理由可以合理地认为，为了开发合适的软件，能够对其进行充足准确的描述。
虚拟船厂（模拟建造过程）可以成为将来集成和管理实际船厂的工具。类似的工具已经在车辆工程中使用。该船厂模型应与船舶产品模型结合起来，后者应该在同一数据库中包含所有与船舶相关的信息。这两者的结合应提供强大的工具来协调这个供应商，外包商和船厂资源形成的网络。
7.4 产品模型
在当今市场形势下，船厂和船舶公司都将精力集中在他们的业绩和提供服务功能的外包业务上。这有助于降低成本并平衡波动的市场中的使用量。大量使用顾问，分包商和供应商是造船业的典型情况。
产品定义对于造船厂，船东，船级社和外包商而言至关重要。标准的合同文件最初可能足够对船坞使用，但重要的是将船上的所有主要设备和空间分包给适当的人员，如果他不重要就应尽早充分定义船舶。各方之间的协调必须流畅且有效，以保持进度，当然，各方都应按照船东的原始计划，以相同的方式接受最终产品。但是，当涉及多方不同的参与并且最终产品与原订的不完全相同时，这都将非常困难。
为了能够服务于从最初对于委托书的构想和构想的否定到其运营和退休这样的船舶开发过程，需要一个包括完整造船过程的所有必要信息的产品模型。不难理解，时间是一个包含在模型中的最后导出4D产品模型的必要参数。
DELTAMARIN Ltd与一家主攻的CAD供应商合作已经有两年多的时间了，带着一个这样的想法，就是在尽可能最早的设计阶段就引入4D模型[44]，使其尽可能通用，以适合在造船过程中的会遇到的所有不同的任务。虚拟现实（VR）成为造船过程中的重要组成部分，今天我们谈到4D虚拟模型，其中第4维是项目/进程时间。
第一批VR船模型是在1998年春夏之交准备的，用于客轮巡航项目纲要。第一个测试案例比预期的要好，并且船厂要求准备一个完整的VR模型，包括外部，所有公共区域，示例客舱和选定的服务区域。主要问题是让外观和公共区域的设计可视化。在项目会议和演示中，每个人都很容易理解例如非对称锥形大厅，前舱壁乘客包厢布置等的个别特殊特征。有趣的是，在演示过程中看到如何轻松快捷地准备和比较替代解决方案。下面的图7是典型的早期项目阶段模型的图示。
今天已经可以得出几个结论：
bull;准备虚拟模型所需的工时数量不超过准备典型布置图所需的工时数量。 图形可以直接从4D模型中提取。
bull;任何新的想法，空间或布置的视觉呈现都比图纸，渲染图或甚至卡通模型更容易且效率更高。
bull;与业主，造船厂，建筑师，顾问，分包商等进行的演示和普通会议都大大简化了。在会议中根据需要进行的虚拟船的漫游和穿行都是可行的。
bull;不同的选择可以同时展示，并且环绕飞和飞进可以同时进行。bull;在会议上现场可以就颜色，灯光，器具以及布置，结构，设备，器械等次要要素进行更改。重大更改可能需要“整夜”工作。
bull;可视化改变和替代方案会立即生效；决策变得更容易，更可靠。
bull;通过使用有效的仿真解决方案在虚拟模型中进行性能仿真，可以轻松检查空间的功能。这些可以是滚装甲板作业，也可以是任何种类的船货操作，人员流动和逃生模拟，行李搬运，厨房，食物搬运等。
此外，该模型可以与一个虚拟航行模拟器相连接，该模拟器具有任何所需港口的模型以及船舶操纵性的数学模型。
所有这些都可以在签订造船合同之前就已经完成，并且只要有一个产品模型。这种独特模型的一致性和协调性更新可以在最早的阶段避免许多典型的误解和错误。
作为新船的合同文件（光盘），一个详细的，定义明确的虚拟现实产品模型可在合同签订后立即快速启动协调，设计，采购和计划阶段。
理想情况下，同一模型可用于技术设计，作为建造设计的基础，查询规范（或其一部分）以及船厂建造过程规划的模型。这样减少了修进的风险，可以节省工时，尤其节省了交货时间。
基本的结构设计可以在同一模型中完成，并且可以与全员共享信息。也可以在模型中准备系统流程图，包括系统特性以及用于导管，管道和电缆架的重要空间预留。该模型包括管道，导管，电缆架，主要组件，设备和系统，构成了总包合同，详细生产计划和车间图纸的基础。
DELTAMARIN为皇家加勒比国际“ Vantage”级船舶准备了第一个完整设计的协调模型（图8）。稍后详细介绍了航行驾驶室（图9）和机舱（图11）的协调模型，其中也包括虚拟现实模型。
7.5 进程模拟
虚拟船舶模型还可以作为进程，安全性，滚装和对一个特定项目必需的任何种类的模拟的基础。
例如，可以对造船厂进行建模，并且建造流程包括分段装配，分段和大型分段以及干船坞建造阶段都能被模拟，检查关键阶段，区域，物流等。
模拟将需要以下步骤：
bull;在基本设计阶段，将一个完整的4D虚拟产品模型（包括结构，主管道，导管，电缆架和主要构件）划分为船体分段，分段和主要建造阶段。
bull;模拟一个虚拟的船厂，其中包括所有生产线，起重设备、,舾装区域等。
bull;模拟建造过程。
进程仿真的优点包括：
bull;可以在透明模式中研究变动。
bull;所有相关方都可以快速了解该过程及其特定部分。
bull;可以很容易地演示分段装配效果，所需的装配区域，模块化结构的使用和全部物资。
供应商的主要好处是，即使在签订合同之前，他也可以获得足够的技术数据和安装过程说明，从而可以进行适当的计划和详细设计。
可以将正常计划，日程和后续工具与4D虚拟产品模型链接，并将更新日程与模型一起进行。可以使增强的船舶新建项目的系统的方法成为可能。在下面的图12中，展示了由DELTAMARIN Ltd在希腊造船厂进行的滚装船的分段装配过程的第一个仿真模型，[44]。
如今，对于一艘游轮，设计工时的总数可以变化到100,000个工时（左右），取决于基础设计的等级和质量。以美元计算，这将花费500至1000万美元。从项目的第一阶段就正确使用一个虚拟现实产品模型的结果将产生巨大的影响。考虑到设计工作很容易占到新船建造总成本的10％，这代表了巨大的潜在能力，而节省的效果将贯穿于整个建造过程，而不仅仅是设计。
10 结论
10.1 充满挑战的环境
生产能力的过剩，主要是在商船领域，造成了戏剧性的价格急剧下降（比1998年的价格降低了15％至30％），特别是对于某些类型的船（油轮，超大型油轮等）。造船市场的形势加速了欧盟造船厂向建造具有高技术含量和专业知识的船只类型发展的趋势，例如集装箱船，液化天然气和液化石油气船，挖泥船，豪华游轮和渡轮。
船舶复杂性的提高意味着钢铁工作量显著减少（有时低于总成本的20％），而设计，规划和管理方面的重要性也日益提高（可能占现代客船成本的10％以上）。在激烈的竞争和快速发展的市场中，交货时间非常短，这更加强调了对高效设计，计划和管理的需求。
在过去，船厂在造船过程的所有作业中基本上都是自给自足的。但是，如今，不同作业之间的工作量可能有显著的变化，并且某些工作的复杂性要求在有限的时间内有大量高技术人员。由于这个原因，大多数先进的造船厂都广泛使用分包商和总交钥匙交付供应商，从而迅速朝着“装配”船厂的概念发展。
如今，在合作的工程和生产环境中，成功、及时地完成复杂的船舶（例如现代高速船舶或大型客船）为工艺的标准化和一体化提出了新的挑战。船舶行业在技术思维方面相对保守。 无论是参与订购船舶还是购买新的生产技术，投资都是值得考虑的，并且每个人都试图将经济风险降到最低。但是，欧盟主要造船厂已经接受了现代全球市场经济和特定造船市场形势所带来的挑战，并且瞬息万变。
10.2 低优先级要素的进一步自动化
像很高水平的自动化这样在船厂的开发清单中并不是最高的优先级。造船的本质是一种几乎没有批量生产功能的一类产品，因此很难实现高效且具有成本效益的自动化。
钢料加工过程的第一部（号料，切割，2D板块等）已经实现了很好的自动化。3D板块和大型分段装配以及码头吊装很难实现自动化或人工智能。 人工智能技术尚未成熟，还无法提供经济可行的解决方案。
钢结构的减少部分，从技术上讲是最容易实现自动化的目标，这使得对单个产品生产过程的进一步自动化进行投资变得更加成问题。舾装工作仍然在自动化进程的起步阶段。在这里，可能是分包商开发新的生产技术。自动化很可能是为工作车间或分包工作而开发的。
10.3 高优先级要素的一体化
船舶设计效率对造船业至关重要。尽管在各种设计工具和方法上进行了大量投资和开发，但仍有很大的提升空间和实惠的经济回报潜力。设计工作（包括生产计划和管理）不仅构成船舶项目总成本的重要组成部分，而且对其他成本（生产，采购，交货时间等）也有重大影响。
目前，在主要的欧盟船厂已经配置了一系列有效的CAD，CAM，CAE，CIM和ERP工具。与最终产品和生产（包括设计）过程的质量和效率有关的主要问题在于有效的协作工程和生产。
简而言之：在短期内，通过合理化工作阶段划分，良好的计划和一体化而不是自动化可以实现欧盟造船业的主要生产力的提高。最终目标是建立一个虚拟船厂，在一个合作/并行的工程和生产环境中，以及一个专门的接触工具、供应商的网络一起运行。对于上下文的中心观点是4D产品模型的概念。
10.4 技术转换和研发的需要
船厂无法投资，也不能成为像自动化这样的一种造船进程的研发工作的持续驱动力，原因已在前面的部分中讨论过了。然而，为了使船舶制造成为技术密集型而不是劳动密集型工程，必须将乏味，不健康和危险的工作机械化。
欧盟委员会以及国家主管部门和造船商协会必须找到鼓励基础和长期研发的方法，以允许所有必要工艺技术的引进，以使船舶制造中的一种操
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