1. 船舶制造现状与痛点
船舶属于典型的离散型制造行业，数字化、网络化、智能化水平与其他制造行业相比存在较大差距，生产现场仍以劳动力要素投入为主，生产过程产生的核心数据和关键信息并未被充分采集和有效利用，导致现有数据对船舶制造过程所涉及的生产执行、协同优化、生产监控等环节的支撑不够，因此亟需借助新一代信息技术，提升船舶制造车间智能化水平。
2. 数字孪生技术应用于船舶制造工厂
数字孪生作为实现智能制造的重要使能技术与手段，是新一代信息技术的重要组成部分，主要通过数据、模型、软件等不同方式建立物理空间与虚拟空间交互的桥梁，将物理空间中的要素、行为和规则实时映射到虚拟空间中，进而直观有效地对物理空间描述、分析与预测。
数字孪生技术应用于船舶制造，通过数字孪生技术对涉及生产的全要素进行数字化建模，再集成融合现有的多源异构数据，帮助管理人员一方面可实现对制造现场的实时监控、数字化管理和工艺优化及时有效地定位设备故障，调整生产流程；另一方面可基于历史数据及虚拟车间，在产品生产之前进行全流程仿真，及时发现并解决可能遇到的问题，在一定程度上缩短了产品制造时间，加快了车间制造效率，进而提高了企业明对复杂产品制造的竞争力。
3. 船舶制造工厂数字孪生建模
船舶制造工厂数字孪生建模，主要借助数字孪生技术对船舶制造物理车间所包含的生产要素、行为和规则，在虚拟空间中对应构建1:1数字化孪生映射，通过对虚拟环境中的数字孪生体进行相应的操作，进而实现对物理车间快捷优化的目的。船舶数字孪生车间建模内容主要包括生产要素建模、生产计划建模及生产过程建模。
3.1 生产要素建模
生产要素模型是数字孪生技术在船舶制造工厂应用的基础，它是物理产线在孪生空间的完整映射。一方面，可将自身产生的数据传输到虚拟车间，为生产的仿真以及决策的制定提供依据；另一方面，可接收虚拟空间的指令，对现有生产活动进行调整，形成虚实交互联动。
根据船舶制造工厂实际生产情况和用途，将工厂生产要素分为有形生产要素和无形生产要素。
3.1.1 有形生产要素主要包括物料（原材料、零部件、半成品、成品和外购件）、人（管理人员、操作人员）、设备（传感器、监控器、加工设备）及其他涉及车间工位、托盘、地点等。
3.1.2 无形生产要素包括制造过程中所需的领域知识、规则和经验等。
3.2 生产计划建模
为了提高船舶制造工厂信息化、智能化水平，基于数字孪生技术，还需要对实际生产过程中的计划进行建模仿真处理。船舶制造工厂的生产是以计划为导向，并且生产计划管理是以订单为导向，通过对生产计划进行建模，实现船舶制造工厂生产计划的制定、执行、反馈与改进的信息化操作，进而提高生产部门的生产效益。
生产计划建模内容主要包括里程碑计划建模、工作包计划建模、工单计划建模，实现从计划节点的制定到工单完成的完整闭环。
3.2.1 里程碑计划建模是按订单生成的需求，对重要节点计划进行建模；
3.2.3 工作包计划建模根据导入的业务数据，依托定制化的工作包算法、工时算法等，并借助计划管理的需求时间节点进行建模；
3.2.3 工单计划建模是对具体执行层的建模，依托计划管理或者工作包管理生成工单计划，并对工单的领、派、完、反馈进行建模。
3.3 生产过程建模
在船舶制造工厂中，除了对要素及计划进行建模外，还需要对要素实际行为进行数字孪生建模，而这些行为就是在工厂生产过程中产生的过程数据，主要包括工况数据、工艺数据、生产进度数据等。
3.3.1 工况数据建模
船舶制造车间在产品生产过程中，需要众多设备的参与，为了能优化产品生产过程，提高生产效率，需要运用数字孪生技术，对车间设备运行产生的工况数据进行建模，并在虚拟车间形成实时的生产过程工况数据映射，通过虚拟车间对物理空间中的制造资源进行管控，实时获取设备的状态信息。
3.3.2 工艺数据建模
船舶制造过程分为船体建造、舾装和涂装3大工艺流程。在船舶制造过程中，不同的工艺流程将会产生不同的数据，针对主要的船舶建造工艺，构建工艺数据模型，对建造过程涉及的每一个工艺属性都进行分类建模存储，形成统一的工艺过程数据模型，满足虚拟空间对工艺加工过程数据流转的需求，为后期工艺流程优化提供支撑。
工艺数据模型将船厂生产制造的全过程分为多个工艺节点数据，工艺节点之间有严格的顺序逻辑关系。工艺节点包含多个工艺流程，工艺流程由多个工序组成。
3.3.3 生产进度数据建模
船舶制造车间中，要想对生产过程进行完整把控与建模，需要对产品的生产进度进行监控，同时对生产进度数据进行建模管理，主要包括对工单领工、工单派工、工单维护、工单反馈、工单统计、计划进度等生产进度数据进行建模。
