新模式下的船舶管件生產方法研究

，

(1.南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005；2.南通威和船用配件有限公司，江蘇 南通 226002)

現代鋼質船舶的管件使用量非常大，據統計，一艘30萬t級油船的管根數超過14 000根，一艘5.5萬t的散貨船的管根數也達7 000根以上。舾裝件生產中管件的生產模式、設計優劣，往往會涉及到后期生產能力的高低，以及現場安裝是否便利。因此，管件的設計和生產是船企生產環節中很重要的一環，往往會與船塢一樣成為制約船企生產的瓶頸。

1 管件生產概念

1.1 管件生產現狀

1)工藝落后，采用先彎后焊工藝，效率低。

2)大量用手工弧焊，影響焊接效率和質量。

3)兩次劃線，導致費工、費時、浪費材料。

4)車間內設備以機群方式布置，各工序之間負荷不平衡。拼接管、支管多，極易造成焊接工位阻塞，很難保持生產的連續性和穩定性。

5)工序太多，管子運輸量大，不僅浪費工時，而且增加勞動強度。

雖然通過技改，各大船廠的管子產能有一定提高，工藝進一步優化，但是在船舶制造技術的不斷發展、新管理技術的不斷提升、計算機技術不斷深化的形勢下，新的生產方式呼之欲出[1-4]。

1.2 基于虛擬設計技術的優化生產

現代化的管路生產設計與傳統方法的根本區別在于設計方法從僅僅提供管路形狀和簡單加工數據發展到按管材質、加工工藝流程等進行區分。基于現代化虛擬技術的生產設計從一開始就按區域、交貨時間及加工方法等將管件這一中間產品的所有后續加工和流程全部規定下來。管件加工效率、精確度等大大提高。以30萬t油船為例，優化后的加工效率可達1.2根/h，單根管件的精確度可以控制在5 mm以內。同時，管件的托盤管理系統也在這一時期逐步地建立起來，基本上理順了管件的設計、生產和現場領用流程，強化了管件生產計劃。

1.3 管件生產的特點

1)最終產品嚴格采用訂貨型的生產組織模式。由于船舶管件的特殊性強、針對性強、90%以上管件不重復，因此嚴格按每張圖紙組織生產，在產品一級不考慮預測，不進行存貨生產。

2)產品分類后可實現初加工的批量生產。管件常常可分為有限的系列，同一系列的產品具有很強的相似性，加之在每批都有會有大量同類訂單按順序生產，因此對這部分零部件在初加工階段有條件合并批量，利用成組技術批量生產。

3)工藝流程錯綜復雜，各生產環節間的協調至關重要。由于管件形狀復雜，各生產環節之間互相制約，各環節內部的管理對象和管理方法各不相同，而且不同的管件各有特點，加之各生產環節對資源的需求量大且集中，因此生產計劃的重點是如何妥善協調各生產環節在資源(如關鍵設備、關鍵工種等)需求方而的沖突，使有限的資源能夠發揮最大效益，保證產品按期交貨。

4)不同口徑管件的加工量和加工周期成為關鍵路徑。因為不同口徑管件的單船加工量和單根管加工周期均不一樣(有些大口徑管的加工時間是小口徑管的十幾倍)，它們的加工進度基本上決定著整個后期工序、整個托盤的進度。同時也需要平衡大設備，使得在滿足所有產品交貨期的前提下總成本最小，供求平衡。

2 生產流程再造

要實現上述優化的生產方法，必須將即時生產、精密生產、并行生產結合起來，實現流程再造。

2.1 總體流程設定

設置管件加工的總體作業流程,見圖1。

圖1 管件加工作業流程

圖1表明，以管加工圖紙為基礎，制作圖面計劃、加工信息表，并進行加工配材和加工進度跟蹤。

1)圖面計劃。根據實際情況，對計算機按照加工周期和交貨期自動排序出來的管加工數據進行手工微調，并登記加工日期。

2)加工信息表。計算機對每一根管加工圖上的管材、配件進行統計，將每一批加工需要的管材和配件分類進行羅列，形成加工信息表。

3)加工配材。根據加工信息表，調度上料架的管子，同時憑表去倉庫領物。

4)加工。包括裝配、焊接、彎管及涂裝等。

5)進度跟蹤。在管件一投入加工就建立加工進度信息跟蹤制度，跟蹤包括加工開始、一次加工結束、二次加工結束及交貨這4大節點。

3.2 具體流程設定

3.2.1 流程設定原則

1)工藝設定。各工種盡可能細化，使各作業區劃定點定量，相互平衡。盡量設置、采用數控彎管機上的先焊后彎工藝，以達到取消校管工藝，提高管加工精度和質量的目標。

2)流水線設定。根據管子的口徑及加工工藝，對其進行流水線的優化分配。通過成組工藝流程來設置工序、工位，使相同工法的加工相對集中。同時，杜絕分工過細，避免單根管的生產活動環節過多，導致整個過程運作遲緩。

3)管口徑區分設定。將管子按口徑分為3類，分別在3條不同加工能力的流水線上進行加工，但是又可以有一定的交叉加工能力。

①≤50A的為小徑管；

②≥65A，且≤200A的為中徑管；

③≥250A的為大徑管，大徑管沒有彎曲作業，用彎頭進行彎曲連接。

A為銅管口徑國標。

2.2.2 將加工流程定義為加工系列

1)將不同范圍口徑的管按照形狀進行歸類，并確定其在管車間的加工流程。定義一個系列的加工流程為加工系列。

2)每一根管都有、且只有惟一的加工系列。

3)加工系列中的第一位為管種和口徑的區分，非鐵管(如銅管、銅鋁管等)用1開頭，大徑管用3開頭，中小徑管用4開頭。

4)加工系列的第二位為加工方法，見表1。

表1 加工方法區分表

3 車間布局優化

3.1 基本布局

根據以上作業原則，所有生產設備等資源必須優化。其核心是根據生產流程布置各個環節的設備位置、工法等，以減少重復勞動。

1)生產能力能夠滿足企業生產對管件的需求，并且留有一定的應急裕度。

2)所有設備的能力配置要與生產線的能力匹配起來，不能有浪費和瓶頸。

3)生產線的構筑必須保證管件能沿著簡單、特定的線路流動。原則上管件流程不能有更改、交叉、回流等各種現象。

結合加工系列，管工車間主要分布見圖2。

圖2 管工車間分布

以上流程的工位設置中，中小口徑兩條線又分別各設置兩條流水線(一條是彎管流水線、一條是裝配流水線)。其中小徑中最大的一類管件和中徑中最小的一類管件可以相互調整加工流水線，中徑中最大的一類管和大徑中最小的一類管件也可以相互調整加工流水線(彎管除外，因為大徑加工無彎管機)。

3.2 生產線主要特點

1)生產管子通徑范圍為15A及以上，加工量占全船管子量95%以上；

2)大量采用先焊后彎工藝；實現管子料架自動取料，按定長自動套料；實現法蘭自動焊接。

3)充分利用橫向傳遞。

4)基本做到整條線自動生產，從原材料進料到成品完成，流程通暢，無重復勞動，作業流程設定一般不超過5個。

5)生產工人實行復合工種，充分利用勞動力。

6)整個車間采用集成加工管理軟件，管加工過程中從取樣到成品實現全自動化。

4 信息系統建設

上述工藝流程要基于高度信息化的生產流程安排系統，必須以數據信息為媒介，對數據信息進行規范化、有序存儲，并按信息化的要求準確、及時地將生產信息傳遞給所需要的對象[5-7]。通過對整個的生產過程實施有效的管理，來保證生產高效、連續地進行。這就需要建設和以上生產工藝相適應的信息系統[8]。

4.1 系統設計要求

1)能夠與包括管系設計、制造、采購、集配和安裝全過程的數據相銜接。

2)可以具體實現管材管理、加工數據管理和加工進度管理等功能。

3)可以根據不同的船舶項目區分材料領用。不同的工程可使用相同或不同的存儲數據。

4)數據的修改和管理具有可追溯性。

4.2 系統功能

1)圖紙數據集成。首先系統要能把每一張管加工圖紙上的加工數據獨立地抽象出來，(包括管名稱、交貨時間、加工系列、管口徑及管涂裝等)。對信息數據進行處理、存儲及分析，形成相對獨立的數據族。

2)能定期自動將每一圖集數據族所需要的管材清單、管附金物清單傳送給倉庫，將管件生產信息傳遞給車間。

3)通過綜合處理，可以按照管件的交貨時間和生產周期倒推出加工開始時間和管材的需求時間。按照時間順序和各生產線的每天加工能力進行信息排序，并出來每天的加工管件清單和加工數據。生產周期的設定為按照管件的復雜程度、管處理、涂裝等數據進行分類統計，預先設定在程序中。

4)能夠傳送管材清單和管附金物清單給倉庫，要求倉庫按照準備周期，倒推進行配材整理。

5)按照每一根管子(含支管)的材質和切斷長度，預先進行管材套料。切割后的剩余管材能夠有選擇地保留數據，以便下次再用。

6)設有與數據庫的人機直接交互接口，以便人工補充、修正或刪除管數據。

4.2 系統延伸功能

1)由于該系統與倉儲系統相連，如果遇有倉儲系統中材料不足的情況，將自動提醒購買，或顯示已購買但是未到貨的提示信息，并在加工清單中按照時間順序自動替換這根暫時不能加工的管。

2)自動計算出任意形狀管件的原始切斷長。計算依據為預先設定的不同口徑、不同角度彎曲延伸率；彎管機的夾持長度和尺寸限制；不同材質管的性能參數。

3)進行切材計算和存廢。根據倉庫不同管的素材長度、切割后保管材長度、本次的使用長度、及切割損耗進行剩余材長度核算。

4)自動進行管材套料處理。將同材質同口徑的管材使用量進行綜合累加調整，使幾段的累加長度加上切斷消耗量接近單根管材或者庫存管切材的長度。

5 生產作業計劃編制

在信息化的背景下，制定作業計劃不能再憑經驗，提出一種在已實施的信息系統的基礎上，編制生產作業計劃的新方法。見圖4。

圖4 信息系統下的作業計劃編制方法

6 結論

本文提出的新管件生產方法可有效提高生產效率和質量，以下問題有待于進一步研究。

1)由于生產系統的復雜性和系統辨識任務瓶頸等的機械性，實際生產與理想狀態還相差一定的距離。所以在此基礎上還應當根據實際的情況繼續深入調整，開發出適用于本企業的應用系統。

2)假設中設定物料供應及時、充足，機器設備無故障，產品質量穩定。然而實際情況可能并非如此。這有可能成為影響系統的重要因素，需要加以考慮。

3)由于各崗位、各員工的技能水平有區別，所以系統中需要考慮引入人員技能修正系數，以實現人員技能與該生產模式以及任務符合調整的匹配。

[1] 牛 喆.管加工車間生產流程調整改造方案研究和實施[J].管理與技術，2005(4):42-53.

[2] 劉家雄.社區數位學習中心區位規劃與空見需求分析之研究[D].臺灣：中原大學，2003.

[3] 魏嘉宏.應用XML技術建置遊艇產業供應鏈管理系統之研究[D].臺灣：國立成功大學造船暨船舶機械工程研究所，2003.

[4] 胡道元.計算機局域網[M].北京：清華大學出版社，2002.

[5] 陳海龍.制造業配套企業設計制造一體化管理構想[J].科技與管理，2008(5)：17-19.

[6] 曹金學.虛擬制造技術在生產線規劃中的應用研究[D].揚州：揚州大學，2006.

[7] 祝洪宇.網絡化制造系統的協調調度機制研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2006.

[8] 王 征，黃 楠，魏建華.船舶綜合平臺管理系統研究[J].船海工程，2009，38(1)：116-118.