中小型船廠的建造計劃管理及優化方法研究

陳 寧 曲 浩

江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，江蘇鎮江212003

中小型船廠的建造計劃管理及優化方法研究

陳 寧 曲 浩

江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，江蘇鎮江212003

針對中小型船廠，以加強建造計劃管理為目的，分析船舶建造計劃管理中涉及的相關問題，詳述設計計劃與生產計劃建立的過程及彼此的關系，利用累計負荷和PERT網絡方法給出對計劃進行動態控制與合理優化相應的結果。研究表明，建造計劃管理從整體上可控制船舶的建造節奏，使復雜過程以系統和有序的方式進行。

船舶建造；計劃管理；動態控制

1 引言

隨著世界造船市場需求量的增加和我國政府對船舶行業的支持和推動，國內建起了大批的中小型船廠。對于這類船廠，由于經驗上的缺乏，在船舶建造的管理上非常混亂，生產效率極低，造成大量人力和財力資源的浪費。計劃管理是船舶建造管理的核心，通過建立合適的計劃，將復雜的設計過程和生產活動有序地聯系在一起，能夠有效地降低成本，縮短工期［1，2，3］。但是一個優秀的計劃體系，必須要與船廠的實際情況相吻合，雖然一些大的船廠能花費巨資建立自己的計劃體系，但對于中小型船廠來說，這種計劃體系不適合自己的生產和運作方式，顯然不能進行生搬硬套，必須在探索中建立起適合自己的計劃體系。本文依據筆者近年來在中小型船廠進行船舶監造過程中所了解的國內中小型船廠的建造情況，圍繞中小型船廠計劃建立過程中的船舶建造標準時間估計、設計計劃、生產計劃、物資需求計劃的建立以及計劃的動態控制方法進行分析，給出了中小型船廠編制建造計劃的優化方法。

2 計劃的建立

2.1 設計計劃的建立

1）技術部門組織結構的劃分和人員的配置

對于中小型船廠來說，初步設計和詳細設計通常都由其他專業的設計公司來完成，而企業只進行生產設計，借鑒國外的經驗，可以把設計部門由原來按照專業設置的船、機、電體制改為按區域設置，對每個大的區域配置相應的設計人員，按照區域進場施工的先后順序排列出圖計劃。同時由于設計人員的流動性，對許多中小型船廠來說，新的設計人員的比例非常高，因此對熟練的設計人員和新手要進行合理的搭配，在工作的分配上也要考慮工作的復雜程度和難易情況，進行合理的分配。

2）設計計劃的建立

設計計劃的建立要依據生產計劃中各個分段在場地施工的先后順序，早進場的分段，在出圖計劃上也要提前，并且要盡量保證施工的完整性，減少分段合攏后的工作量。生產設計開始的前提必須是詳細設計已經完成并且通過船東和船級社的認可，在通常的情況下設計圖紙的認可需要相應的時間，不同的船級社和船東有不同的要求，審圖的周期也不盡相同，這些可以通過與船東和船級社的溝通來獲得相應的信息。對于一個區域來說，要根據生產計劃的時間節點和設計人員的工作負荷以及設計的合理順序進行工作的分配，首先應當完成的是船體結構的套料圖和施工圖，然后在管路系統原理圖和電氣原理圖完成的情況下，可以進行管系和電纜托架的放樣工作，但管系放樣的另一個前提是設備和附件的樣本要及早的提供，而且管系和電纜托架放樣要在整個區域的范圍內進行整體的協調后，在沒有互相的干涉，布置也比較合理的情況下才能出圖。

2.2 生產計劃的建立

1）分段場地的安排原則

分段場地的安排與建造計劃直接相關，中小型船廠由于場地的限制，不可能一下子就將所有的分段同時開始建造，只能根據場地的實際情況，進行有計劃的安排。國內很多船廠制造場地安排非常混亂，降低了場地的利用率，也很難管理。分段場地的安排要充分考慮分段的具體形狀，采用梯形的布置可以更有效地利用場地的面積，對于單層的分段，占用與分段投影面積相當的場地就足夠，而對于雙層的分段要給予兩倍的面積用于上下兩層鋼板在平面上的拼板和組裝小構件。同時還要考慮分段進場的順序、分段堆放的場地、分段的合攏順序，分段的吊裝等等，對于先進場的分段在設計計劃上也要先設計。

2）建造區域的劃分

船體制造區域的劃分，要結合船廠實際的能力，不能一概而論。總體來說船舶區域劃分主要是根據船體的基本結構形式、分段劃分和總段組裝的范圍及綜合考慮舾裝件的密集程度、設計工作量、勞動力的分配、設計出圖計劃、生產程序等要素后制定出來的，它與計劃的建立直接相關。對1艘萬噸左右的油船來說，大區域的劃分通常為機艙區域、泵艙區域、艏部區域、艉部區域、上層建筑區域、貨艙區域。為了設計工作和生產管理的平衡，還要將大區域劃分為小的區域。泵艙和艏艉部區域一般較小，可以同時作為獨立的小區域，而機艙區域和上層建筑區域通常以層為單位進行劃分，貨艙可根據油艙數量分為左右對稱的幾個區域以及雙層底和邊艙區域。

3）生產計劃的建立

生產計劃建立要根據合同中規定的交船日期，確定幾個大的節點，包括交船計劃、碼頭試驗和試航計劃、碼頭舾裝計劃、船臺大合攏計劃、區域建造計劃。其中船臺大合攏計劃是整個生產計劃的關鍵，而船臺大合攏計劃的準確性主要依靠區域建造計劃。區域建造計劃的建立可以采用下文中介紹的工期和費用優化的方法，將區域建造所涉及到的工程進行分解，估計相應的工作的標準時間（方法見第3節）和費用率，建立PERT網絡［4］，運用相應的優化方法，在保證工期的情況下將費用盡可能地降低。生產計劃的安排要做到細致有序，對施工的各個環節也要考慮周到，保證工藝的正確性，避免施工的重復和失誤。

2.3 物資需求計劃

船舶在建造過程中需要大量的物資，大到主機發電機，小到螺栓，這些物資的及時到位，是保證生產連續性的關鍵因素之一。物資需求計劃必須充分運用托盤集配管理，由設計部門按照區域建造的方式編制托盤信息，交給采購部門進行訂購，以保證生產計劃中每個區域建造的時間節點。物質需求計劃的建立要注意以下幾點［5］：

1）對于一些高強度的特殊材料鋼材，由于工藝制造上的難度，很多國內的鋼廠沒有能力生產出來，而國外的鋼廠訂貨、生產周期、運輸的過程都要花費很長的時間，所以在設計之初就應當仔細查看詳細設計中圖紙的要求，及早訂貨。

2）一些重要設備，如主機、發電機、控制臺、軸系、舵槳等，對于不同船舶的用途，船東經常提出一些特殊的要求，一般都需要生產廠單獨設計，這種設備生產周期通常也都很長，也需要及早訂貨以保證及時供貨。

3）對于普通的舾裝件和標準件，由于需求量比較大，而且需要在生產設計完成后才能有準確的數量，所以這些材料的訂貨可以分批次訂購。

物資需求計劃要進行嚴格的控制，尤其是對于嚴重影響后續工作的一些重要物資的供貨情況，要對生產廠進行有效跟蹤，建立納期預警機制，以防范可能導致的對生產的延期。

3 船舶設計和建造時間的估計

對于設計和建造時間的估計可以采用負荷法積累原始數據［5，6］，通過建立設計和建造的標準時間來確立設計和建造計劃。即將一定時間段設計部門或建造部門的所有設計人員或建造人員的勞動力負荷（以工時量為單位）相加后求平均值，所求得的值稱為“算術平均負荷”（TLm）。

其計算按下式進行：

力的算術平均負荷；TLi為一定時期內設計或建造人員i的計劃勞動力負荷；n為該設計或建造部門的設計或建造人員個數。

作為設計或建造計劃的制定和管理者，關注的往往不是計劃或建造負荷而是設計或建造人員的實際負荷，因此就需要計算設計或建造部門勞動力的加權平均負荷（TLmw）。

其計算按下式進行：

TLmw為勞動力的加權平均負荷；TLi為一定時期內設計或建造人員i的計劃勞動力負荷；TOi為設計或建造人員i的勞動力負荷權值，由設計部門根據以往的設計或建造負荷統計得到，TOi=。TOi＜1表示該設計或建造人員的設計或建造效率高于設計或建造部門的平均水平；TOi＞1表示低于設計或建造部門的平均水平；TOi＝1則表示該設計或建造人員的設計或建造效率與該工作中心的平均水平相等，TOi隨著設計或建造人員的熟練程度和設計或建造部門的平均熟練程度的改變而改變。

當所有設計或建造任務都編制了進度計劃以后，以工作部門為單位編制負荷圖。

1）計算工作部門負荷。首先對每個工作部門，按一定的周期將各設計或建造任務所需的負荷定額工時累加，獲得各工作部門各周期的計劃負荷需求。

例：工作部門1有A、B、C、D、E、F共6個工作人員，其各個周期的設計或建造負荷已確定，根據累計負荷的方式按周期累加其負荷如表1所示。

表1 累計負荷表（工作部門1計劃負荷）

除按計劃產生的計劃負荷工時外，還應考慮計劃外實際已下達設計或建造任務產生的工作部門負荷。二者之和為工作部門總負荷。

2）計算工作部門可用能力。每周期工作部門可用能力可用下式計算 （假設設計或建造人員的勞動力負荷權值均為1）：

可用能力＝每周期內可用天數×每天可用工時（假設以1天8 h工作制，即×8）×工作部門人數

此例中：可用能力＝5×8×6＝240 h。

4 計劃的動態控制與優化

4.1 計劃的動態控制

由于船舶建造過程中存在著大量影響施工的不確定性因素，以及管理上的失誤，施工的網絡計劃會不斷地發生變化，這就使計劃的動態控制顯得尤為重要。計劃的動態控制主要依靠工程進度數據的收集、施工進度的檢查和分析。船舶建造過程中通常都以1周的時間作為周期來了解工程的實際進展情況，形成報表上報給上層管理部門，同時也要與最初計劃的工期進行比較，分析實際進度與計劃進度的偏差，以便采取控制措施。對于偏離了計劃的進度，要找到相應的原因進行分析，避免類似事件的發生，同時尋求補救措施，如增加工人的人數或加班等，確保計劃的準確實施。

4.2 計劃的優化方法

最初的網絡計劃可能總是存在著很多問題，如時間超過了規定的期限，制造成本過高等。對于船舶建造這樣復雜的工程項目來說，耗資巨大，人們總是希望在有限的造船周期內成本盡可能低，這就要求對網絡計劃進行工期和費用的優化。近年發展起來的遺傳算法是模擬生物在自然環境中的遺傳和進化過程而形成的一種自適應及全局優化概率搜索方法，由于它直接以目標函數值作為搜索信息，同時使用多個搜索點進行搜索，且這種概率搜索始終遍及整個解空間，能達到幾乎全局最優解［7-9］，因此在多目標優化方面具有廣泛的應用價值。本文以遺傳算法為例，對某廠建造的1艘7 000 t油船貨油區域分段建造的PERT網絡計劃進行優化。

4.2.1 模型的建立

式中，δi－j為工作i－j的方差，Ci－j為單位時間直接壓縮費用；xi－j為工作i－j的壓縮時間；xi－j，tg－k分別為關鍵線路上的i－k的壓縮時間和平均持續時間；xg－k和teg－k分別為非關鍵線路上的i－k的壓縮時間和平均持續時間；λat為a水平下的第i個閉合圈上的常數。

4.2.2 優化實例

利用上文中提到的計算標準時間的方法，分別得出to，tm，tp的時間如表3，規定工期為44天，建立該分段PERT網絡如圖1所示。

表3 to，tm，tp的時間表

選取初始種群為80，交叉概率為0.4，變異概率為0.06，迭代次數為100次，代入編制好的遺傳算法程序中，選擇其中較理想的解為：

相應的最低的費用為C＝25.00萬元，同時工期為44天，在選取種群規模較小和迭代次數也較少的情況下，計算機在幾分鐘之內就會得到較理想的解，很方便中小型船廠進行網絡計劃的優化。

圖1 分段建造的PERT網絡

5 結語

船舶建造的計劃管理涉及到船舶建造的方方面面，從整體的角度控制了建造的節奏，使復雜的過程以系統和有序的方式進行。對于中小型船廠必須擺脫盲目生產的習慣，用科學的方法建立起對自身適用的計劃體系，將設計、生產、采購等環節相互聯系起來，從而確保每個過程都在可控制的范圍內。只有通過不斷地尋求最優化的計劃管理，才能在資源約束的條件下，實現人力的最佳安排，實現作業順序的最佳組合，從而取得最好的生產效益。

［1］現代造船工程［M］.“現代造船工程”編寫組.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，1998.

［2］劉建峰，應長春.船體分段制造日程計劃的模擬與優化［J］.中國造船，2000，41（4）：13-21.

［3］陳強.生產中心造船模式的研究與應用 ［J］.造船技術，2000（3）：5-7.

［4］曹吉鳴，徐偉.網絡計劃技術與施工組織設計［M］.同濟大學出版社，2000.

［5］陳寧，潘徐杰.利用蒙特卡洛法對納期風險進行仿真評估［J］.計算機仿真，2007，24（7）：276-279.

［6］陳寧，張亞，曲浩.船舶生產設計的勞動力負荷問題研究［J］.造船技術，2007（2）：4-8.

［7］周明，孫樹棟.遺傳算法原理及應用［M］.北京：國防工業出版社，1999.

［8］田軍，寇紀淞，李敏強.利用遺傳算法優化施工網絡計劃［J］.系統工程理論與實踐，1999，19（5）：78-82，109.

［9］張亞，陳寧.船舶生產設計日程管理系統研究［J］.江蘇科技大學學報，2006，20（2）：17-21.

［10］陳寧，王軍，高霆，等.船舶生產設計與制造過程中決策協同方法的研究［J］.造船技術，2005（3）：6-7，37.

Management and Optimization of Building Program for Medium／Small Size Shipyards

Chen Ning Qu Hao
School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Jiangsu Univ.of Sci.and Tech.，Zhenjiang 212003，China

With the aim to improving planned management for the small and medium size shipyard，this paper has a target to build a program，analyzes the problems concerned with shipbuilding planned management，elaborates the planning－making process，and relationship of each other，using cumulative load and PERT net gives the corresponding ways to control dynamically and optimize the planning，this study shows that the program of planning optimzation can make the complex process running in an orderly and systematic way.

shipbuilding；planning management；dynamic control

U673.2

：A

：1673－3185（2009）01－77－04

2008－11－12

江蘇省教育廳基金資助項目（蘇科教［2004］12號）

陳 寧（1963－），男，副教授，碩士。研究方向：船舶動力系統設計與虛擬建造技術。E-mail：ecsi_chen@163.com