基于虚拟仿真技术的船舶建造管理教学方案探索

摘  要：虚拟仿真技术与船舶建造管理的结合对于提升船舶建造效率、降低船舶建造成本、优化船厂资源配置、提高造船安全性和促进技术创新等方面都具有十分重要的意义。该文阐述船舶建造管理的重要性，分析教学中引入虚拟仿真技术的优势，构建基于虚拟仿真技术的船舶建造管理教学方案，通过教学案例阐述虚拟仿真技术与船舶建造管理的融合应用，为高等院校培养企业需要的具有卓越管理能力的专业创新人才提供参考借鉴。

关键词：船舶建造；虚拟仿真技术；项目管理；教学改革；造船安全性

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）07-0023-04

Abstract： The integration of virtual simulation technology and Shipbuilding Management is of great significance in enhancing shipbuilding efficiency， reducing shipbuilding costs， optimizing shipyard resource allocation， improving shipbuilding safety and promoting technological innovation. In this paper， the importance of shipbuilding management and the advantages of introducing virtual simulation technology into teaching are elaborated. A teaching plan for Shipbuilding Management based on virtual simulation technology has been constructed. The integrated application of virtual simulation technology and Shipbuilding Management is illustrated through teaching cases. This paper aims to provide references for higher education institutions to cultivate professional and innovative talents with outstanding management capabilities who are in demand by enterprises.

Keywords： shipbuilding; virtual simulation technology; project management; teaching reform; shipbuilding safety

《中国制造2025》指出“突破豪华邮轮设计建造技术，全面提升液化天然气船等高技术船舶国际竞争力，掌握重点配套设备集成化、智能化、模块化设计制造核心技术”[1]。《推进船舶总装建造智能化转型行动计划 （2019—2021年）》明确提出了加快新一代信息通信技术与先进造船技术深度融合，推动了船舶设计、建造、管理与服务全生命周期的数字化、网络化、智能化[2]。船舶是海洋活动的重要载体，船舶建造技术的提升是现代海洋战略的重要基石，先进的船舶建造技术能够制造出性能卓越、适应性强的各类船舶，从而增强国家在海洋资源开发、海上运输、海上安全维护等方面的能力，提升国家海洋实力和国际竞争力。船舶建造过程中的管理机制同样不容忽视，其对于确保船舶质量、安全性能、按时交付及成本控制至关重要，是保障船舶建造过程高效、合规、可持续运行的核心环节。

船舶建造工艺是高等院校船舶与海洋工程专业的本科必修教学内容，主要涉及造船工艺流程，包括船体放样与号料、船体钢料加工、船体装配、船舶舾装与涂装、船舶下水等[3]。船舶建造工艺的教学内容实践性非常强，涉及船厂生产的各个部门，若仅限于教材内容的讲授，教师将面临难以生动再现船厂复杂生产场景的挑战，而学生则可能因缺乏直观体验而感到困惑不解，仿佛置身于“理论脱离实践”的境地，学习体验趋于单调乏味[4]。同时，学生仅对船舶建造过程中的工艺流程了解比较深入，但对各工艺步骤需要的时间、成本、设备等管理内容知之甚少。目前，高校学生培养的实践环节主要包括认识实习和生产实习，采取到船舶企业一线参观学习的方式。基于对学生的安全保护和船厂的保密要求，学生学习的时间有限、地点有限，难以看到系统、完整的船舶建造过程。另外，船舶建造系统的管理过程难以再现，学生很难理解全面管理过程中的关键问题。

随着信息技术的迅猛发展，新媒体技术正日益渗透到各个行业之中，其中具有代表性的虚拟仿真技术已经构建起了一个相对完善的体系，并在多个领域实现了深度应用。在高等教育领域，虚拟仿真技术正发挥着不可替代的作用，它不仅能够为学生提供高度仿真的学习环境和实验平台，使学习过程更加直观、生动，还能够帮助教师创新教学模式，提升教学质量[5]。融合船舶建造管理与虚拟仿真技术，为学生创造沉浸式学习环境，学生可直观体验从设计到建造的整个工艺及管理过程，模拟管理决策，培养学生专业技能和管理思维，为未来职业生涯奠定坚实基础。

一  船舶建造管理的重要性

在船舶建造的复杂过程中，船厂需紧密结合自身实际情况，构建一套科学高效的计划管理体系。这一体系旨在将繁琐的设计流程与精细的生产环节无缝对接，通过优化资源配置与流程管理，有效降低企业的运营成本，显著提升工程项目的推进速度，确保船舶建造任务按时保质保量完成[6]。当前，我国船舶制造业正处于迈向制造强国的关键转型期，其核心策略除造船技术的提升外，深化管理效能，以高效管理激发创新活力同样重要。在这一背景下，船舶与海洋工程专业的教育与培养需紧密围绕企业需求，致力于塑造能够胜任船企高中级管理岗位的未来领袖，不仅要注重船舶建造知识的传授，更要强调船舶建造管理能力的培养，培育出既精通船舶建造技术，又具备船舶建造卓越管理能力的复合型人才，为企业的长远发展注入源源不断的创新与管理动能。

二  引入虚拟仿真技术的优势

虚拟仿真技术深度融合了计算机图形渲染、用户与机器的无缝交互以及复杂的物理过程模拟等多学科精髓，为体验者打造一场深度沉浸式的感官盛宴。自2018年教育部公布首批国家虚拟仿真实验教学项目至2023年，教育部已认定了1 200门虚拟仿真实验教学国家级一流本科课程，利用虚拟仿真技术作为新的教学手段成为了教育领域的新亮点[7-8]。虚拟仿真技术的引入，为学生带来沉浸式体验，使学生能够全方位、多角度地探索和理解船舶构造的复杂性与建造的精细性，还通过高度互动的环境设计，促使学生主动思考与解决建造过程中可能遇到的实际管理问题，通过尝试不同的解决方法，提升学生的船舶建造管理能力。虚拟仿真技术的引入突破了传统教学的时空限制，使得学生能够随时随地进行学习与实践，大大提升了学习效率与效果。同时，虚拟仿真技术的高安全性与低成本性，为学生提供了多次尝试与犯错的机会，让他们在实践中积累经验，提升技能，为将来进入船舶建造行业打下坚实的基础。虚拟仿真技术与传统课堂授课相结合，促进了理论知识与实践经验的深度融合，培养了学生的创新思维与解决问题的能力。学生在虚拟环境中进行的每一次决策与操作，都是对船舶建造管理理论的深刻理解与灵活应用，从而实现了从“知”到“行”的跨越。

虚拟仿真技术不仅在高等教育教学中应用广泛，并且正逐步深入到造船企业的实际应用中[9-10]。虚拟仿真技术在现代造船业中的应用，极大地革新了产品开发与生产流程，实现了从预测到优化的无缝衔接。通过虚拟仿真技术可以提前洞察并预测船舶建造过程可能遭遇的问题与挑战，加速传统制造模式的进化，促使生产过程逐渐摆脱对过往经验的过度依赖，迈向更加科学、高效的道路[11]。虚拟仿真技术以其独特的优势，正在深刻改变着船舶建造行业的面貌，推动其向更加智能化、协同化、高效化的方向发展。在高等教育教学中融入虚拟仿真技术，锻炼学生利用虚拟仿真技术的能力，可为其今后的职业生涯奠定基础。

三  基于虚拟仿真技术的船舶建造管理教学方案

（一）  教学策略

突破传统的教学方法，采用虚拟仿真技术再现船舶建造过程，应用大数据原理预埋、统计、分析、处理和储存相关数据，运用随机理论与PERT技术开展船舶建造进度与成本管理，仿真再现船舶建造与管理全过程，使学生切身参与其中，化被动为主动，加深学生对船舶建造过程的认知，培养学生的组织管理能力。

1  船舶建造过程中虚拟仿真技术的应用

在船舶工业里面引入虚拟仿真技术，能使敏捷造船、并行工程及数字化造船得以实现，虚拟仿真技术的应用也是我国传统造船模式转向现代化的重要环节之一[12]。船舶建造过程中的虚拟仿真应用包括以下内容。

第一，船厂物流仿真与能力评估。利用虚拟仿真技术构建船厂布局和漫游系统，实现基于建造主流程的船厂布局三维可视化，优化船厂各个车间、堆场、船坞和吊装设备等资源的布置及道路分布，确保物流畅通、设备操作可行性和便利性及提高场地面积使用率；建立船厂的各种资源模型，包括各类车间、道路、起重设备、运输工具和中转场地等，实现各种资源在虚拟环境的整合配置和生产系统的布局；评估船厂资源布置、建造物流、场地利用率、设备能力，提高船舶建造能力[13]。

第二，船舶虚拟设计评估与优化。在船舶详细设计前，利用虚拟仿真技术在虚拟环境下对其总体布置进行仿真，建立船体、舱室、设备和装置等完整的数字化环境；以总体功能发挥最佳效能、装备安装操作空间、安全性、可操纵性、船员逃生和船员舒适性等为评价原则，对船舶总体布置的合理性进行验证和优化；在虚拟环境下，对船舶的设备布置、系统管路与电缆走向、结构开孔等进行总体协调与平衡，确保所有设备、仪表、系统管路、电缆的合理布置和精确定位。

第三，船舶建造工艺仿真与优化。根据船舶产品的具体参数、企业的设备资源、生产计划大节点，对多艘船舶总体建造策略进行虚拟仿真；对舾装、涂装作业过程进行可视化仿真，以大幅度减少建造返工；根据船舶建造工艺方案，以虚拟船厂的资源和建造能力为依据，以典型船舶为载体，突破船舶建造虚拟仿真的共性支撑技术，按分段总组建造法对船舶建造的典型过程进行仿真，具体包括：①典型分段制作过程仿真；②典型总段总组；③典型分段的翻身与吊装过程；④船台/船坞搭载仿真；⑤托盘管理仿真；⑥管系单位制作仿真；⑦特装安装过程仿真。

虚拟仿真技术在船舶建造工艺中的应用涵盖了从设计评估、工艺仿真到船厂布局等多个方面，对于提高船舶建造质量、缩短建造周期、降低建造成本具有重要意义。随着技术的不断发展和完善，虚拟仿真技术在船舶建造领域的应用前景将更加广阔。

2  船舶建造管理仿真模拟

近年来，现代项目管理的理论与技术在船舶建造过程中得到了越来越广泛的应用，部分高校将现代项目管理学也纳入了船舶与海洋工程专业的必修课程，但该课程与船舶建造工艺教学内容的结合仍有待深入。项目管理的核心内容包括：进度管理、成本管理、质量管理和安全管理。其中，进度管理水平是体现企业核心竞争力的重要指标，成本管理是企业获得利润的重要途径。进度管理的成效决定了项目总工期是否满足合同要求，成本管理的成效决定企业获得利润的多少，进度管理与成本管理紧密相关且相互影响，对企业而言是十分重要的管理内容。船舶建造项目具有系统复杂、周期长、多任务并行和资源要求高等特点，对进度与成本管理的技术、方法、能力要求很高。通常，船厂需要组织多艘船舶并行建造，资源制约问题尤其突出，在资源约束的前提条件下，如何协调各项任务之间的资源分配，实现工期目标和成本最优受到了船厂的高度重视。

第一，船舶建造进度管理。计划评审技术（Program Evaluation and Review Technique，PERT）最早由美国海军在计划和控制北极星导弹的研制时发展起来，是一种利用网络分析制订计划及对计划予以评价的技术。它能够协调整个计划的各道工序，合理安排人力、物力、时间和资金，加速计划的完成。在船舶建造领域，PERT技术同样具有广泛的应用前景，应用PERT技术开展船舶建造的进度与成本管理，可以有效提升项目管理的效率和精确度。