基于時線分析的艦船維修工序調度方法

原 宗，李 靜

(中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064)

0 前言

隨著艦船技術的飛速發展，電子化、數字化、智能化的高新技術裝備不斷列裝上艦，使得艦船裝備的復雜程度日益提高，科技含量日益增加。但是，在裝備性能不斷提升的同時，也給裝備維修工作帶來了更艱巨的挑戰［1］。對于一部分集成了機械、液壓、電氣、計算機等多專業、多領域技術的復雜裝備系統，其維修工作無法由單一專業的維修人員或班組完成，必須要由多專業的維修人員或班組，甚至多單位之間協同配合和并行操作才能夠完成。因此，除了需要具備相關專業的修理知識和技能，還需要具備科學的維修工序調度，以及合理的修理施工步驟和人員安排，才能保證裝備維修工作有次序的協調開展，最大程度的縮短維修作業時間，提高維修效率，避免資源閑置浪費，達到在最短時間內恢復裝備功能及性能的目標。

1 時線分析

時線分析是一種通過找出工作主要時線以確定完成工作的最短時間的分析方法，并利用時線分析圖來展示作業步驟的先后順序和所需時間。時線分析適用于如下活動:①在一個時間段內需要2個或2個以上的人員同時連續地作業;②在一個時間段內要完成不同性質的工作;③要求操作人員密切協作來減少完成作業的時間［2］。

對于簡單的艦船裝備維修工作，整個維修工作可由一名維修人員獨立完成，其各項作業按順序進行，總工作時間即為各項作業時間之和，無需進行時線分析。但是，對于部分較為復雜，需要多個維修人員協同配合完成和并行進行，且對維修工作時間有較高要求的維修工作，開展時線分析以優化作業步驟是很有必要的。針對裝備維修工作的特點，時線分析的主要步驟如下:①按維修工作要求提出維修方案;②按維修方案提出預計的作業項目和操作人員的數量及其專業;③按邏輯順序排列各項作業，首先應確定每項作業所需的專業人員和作業時間，然后找出主要時線，即必須按邏輯順序進行的最長時線。這一時線確定了工作的總作業時間，其它一些作業可根據相互的關系，與主要時線并行進行，并按作業順序畫出時線分析圖。

2 輔鍋爐維修作業工序調度分析

2.1 問題提出

在使用時線分析方法進行維修作業工序調度分析時，首先需要明確裝備的維修方案，并能按方案提出預計的維修作業項目，以及每個維修作業項目開展時所需維修人員的數量、專業和作業時間［3］，同時還需要明確各作業項目之間的關聯關系。

下文以某型船用輔鍋爐的基地級維修工作為例，通過時線分析以確定最優的維修作業工序和人員安排。輔鍋爐維修作業項目如表1所示。

如表1所示，整個輔鍋爐維修工作共分15個作業項目，所需維修人員及專業分別為:鍋爐工2名，電工2名，管工1名，質檢員1名。如果按順次進行各項維修作業的方法進行調度，則整個輔鍋爐維修作業總時間為:T=144 h，這也是目前艦船裝備修理中普遍采用的維修時間 (工期)計算方法，該方法能夠滿足修期較為寬松的裝備修理要求，具有便于制定修理計劃的優點;但對于修期較為緊湊，對維修時間有一定要求的裝備修理工作，尤其是裝備臨搶修工作，就需要對各項維修作業工序及維修人員進行合理的規劃與安排，以確保能夠在規定的時間完成修理任務，并減少維修資源的閑置浪費。

2.2 分析模型

時線分析法的最終目的是以時線分析表的形式表示該維修方案的主要時線，并確定該方案的總作業時間 (按邏輯順序進行的最長時線)［4］。然而，對于一個復雜的維修工作方案而言，各個維修作業項目之間的邏輯順序相當復雜。如表1所示，受施工工藝、施工部位及安全因素等條件限制，整個輔鍋爐基地級維修工作的15個作業項目之間，存在著復雜的前后相互制約的關系 (表1中用緊前工序表示)，有的作業項目必須在前序數項作業項目均完成的條件下才能夠開展，有的作業項目必須由數個維修人員共同實施或者由不同專業的維修人員協作完成。

如此復雜的邏輯順序關系，如果沒有一個科學的分析模型，是難以直接找出該修理工作的主要時線的，下文將從時序和人力兩方面分別建立時線分析模型。

如圖1時序分析模型所示，各維修作業項目的時序關系可分為順序和并行2類:順序關系指兩作業項目之間必須遵守的前后順序，如作業項目2必須在作業項目1完成之后才能開始實施;并行關系指2個或2個以上的作業項目之間并沒有時序上的制約關系，在其他約束條件不沖突 (如維修人員)的前提下可以并行實施，如作業項目5、作業項目6和作業項目7可以同時實施。

表1 輔鍋爐維修作業項目表

圖1 時序分析模型圖

除了時序約束，人力約束也是影響方案總作業時間的重要因素。如圖2人力分析模型所示，對于順序關系的維修作業項目之間，不會出現維修人員沖突情況;但對于并行關系的維修作業項目之間，則很有可能出現維修人員沖突情況，即在某時間段內本可以有兩項作業項目同時開展，但由于維修人員不足只能按順序先后實施的情況，如作業項目6和作業項目7之間本沒有時序上的制約關系，但由于其分別需要2名鍋爐工和1名鍋爐工實施，而鍋爐工總共只有2名，因此只能先完成作業項目6，再進行作業項目7，或者先完成作業項目7，再進行作業項目6。此時，如何調配這些作業項目之間的邏輯順序，是得出時線分析結果的一個難點。

2.3 計算最早完成時間

在第2.2節明確輔鍋爐基地級維修工作時序分析模型和人力分析模型的基礎上，可通過計算找出該維修方案的最早完成時間。下面將以項目預計開始時間為參照點進行正向推算，計算每項維修作業的最早開始時間tES和最早完成時間tEF。

假設整個維修工作的開始時間為0，這就是作業項目1的開始時間，即:tES(1)=0。

由此，作業項目1的最早完成時間:

tES(1)為作業項目1的最早開始時間，tEF(1)為作業項目1的最早完成時間，t(1)為作業項目1所需的實施時間，以下類推。

然后，根據計算最早開始與完成時間的遞推公式:

式中:ji表示活動i的緊前工序。

可以計算出所有作業項目的最早開始時間和最早完成時間，具體如下:

tES(2)=8 h，tEF(2)=12 h

tES(3)=12 h，tEF(3)=16 h

tES(4)=16 h，tEF(4)=24 h

tES(5)=24 h，tEF(5)=40 h

在計算 tES(6)、tEF(6)、tES(7)、tEF(7)時，需要考慮人力約束。作業項目6和作業項目7受鍋爐工人員數量限制，只能順次進行，又因為作業項目8同樣需要1名鍋爐工，此時，先進行作業項目6、后進行作業項目7的順序，可以使作業項目7和作業項目8同時進行，此時的tES(8)比先進行作業項目7、后進行作業項目6的tES(8)小，有利于整個維修工作的進度提前，因此應當先進行作業項目6、后進行作業項目7，因此:

tES(6)=24 h，tEF(6)=32 h

tES(7)=32 h，tEF(7)=40 h

tES(8)=40 h，tEF(8)=56 h

tES(10)=40 h，tEF(10)=52 h

tES(12)=40 h，tEF(12)=56 h

在計算 tES(9)、tEF(9)、tES(11)、tEF(11)時，同樣需要考慮人力約束，作業項目9和作業項目11受鍋爐工人員數量限制，也只能順次進行。由于tEF(8)=56 h＞tEF(10)=52 h，即作業項目10比作業項目8先完成，也就是說作業項目11能夠比作業項目9先開始實施，因此，先進行作業項目11，后進行作業項目9，能夠比先進行作業項目9，后進行作業項目11的工序安排方式縮短4 h工期，因此:

圖2 人力分析模型圖

tES(11)=52 h，tEF(11)=60 h

tES(9)=60 h，tEF(9)=76 h

tES(13)=76 h，tEF(13)=84 h

tES(14)=84 h，tEF(14)=92 h

tES(15)=92 h，tEF(15)=96 h

即整個輔鍋爐基地級維修工作的最早完成時間為96 h。

3 時線分析圖

在上文中，通過時線分析模型建立和各作業項目的起止時間計算，可以得出整個輔鍋爐基地級維修工作的最短總作業時間。但是，該分析計算結果不夠直觀，無法清晰的表現出各作業項目的先后順序和起止時間，不便于維修人員制定具體作業計劃。因此，需要繪制時線分析圖，該圖能夠清楚、直觀的反映各作業項目的作業順序、起始時間、完成時間，以及所需資源等。

4 結束語

艦船裝備的逐步大型化、多樣化、復雜化，決定了其修理工程的工程量越來越大、專業覆蓋面越來越廣、技術深度越來越深，做好計劃管理和工序調度，對于艦船維修工程具有深刻的意義。本文提出的基于時線分析的艦船維修工序調度方法，能夠合理、有效的對維修作業次序進行安排，對維修資源進行分配，達到提高艦船維修工作效率、為部隊提供快速保障的目標。

［1］羅朝暉，董鵬，王威.艦船武器裝備維修項目管理的特點分析［J］.艦船科學技術，2006，28(5):103－107.

［2］徐宗昌.保障性工程［M］.北京:兵器工業出版社，2002.

［3］杰弗里K.賓圖.項目管理［M］.魯耀斌，董圓圓，趙玲，譯.北京:機械工業出版社，2007.

［4］徐宗昌，周健，劉義樂.基于Petri網的時線分析新方法 ［J］.中國機械工程，2006，17(5):464－466.