基于工程分解的船體生產物流管理研究

肖文軍吳 娜

（1.上海交通大學 上海 200030；2.上海外高橋造船有限公司 上海 200137）

基于工程分解的船體生產物流管理研究

肖文軍1吳 娜2

（1.上海交通大學 上海 200030；2.上海外高橋造船有限公司 上海 200137）

船舶建造的物流特點表現為：物流量大、周期長且具有動態性。零件生產能力不足、理料效率低下和配送困難是國內造船企業在實施精益造船、建立現代造船模式的過程中普遍遇到的船體結構建造問題。通過對某船廠的生產布局進行分析，運用工程分解的理論對船體生產物流管理模式進行深入探討，并提出新的結構流向設計原則，以期提高管理的精細化與數字化，最終形成規范的物流管理體系。

工程分解；船體生產物流管理；中間產品；船體分道建造技術

引 言

綜觀造船技術發展的過程，可以將其分為五個等級：碼頭舾裝與船臺散裝、預舾裝與分段建造、區域舾裝與分道建造、殼舾涂一體化、設計制造一體化。作為我國自主建設規模最大的現代化船廠，上海外高橋造船有限公司（以下簡稱“SWS”）目標定位是世界一流的總裝化船廠，公司全面建立現代造船模式：以統籌優化理論為指導，應用成組技術原理，以中間產品為導向，按區域組織生產，殼（船體建造）、舾（舾裝）、涂（涂裝）作業在空間上分道，時間上有序，實現設計、生產、管理一體化，均衡連續總裝造船。

自1999年建廠以來，SWS在探索總裝造船模式的過程中，形成了一套適合自身特點的生產物流管理模式，建立以中間產品為導向的生產作業體系，分段成品化的思路已經形成；同時，面對生產過程中暴露出的諸多問題，我們越來越清楚地認識到推行精細化管理對企業發展的重要性。基于工程分解的船體生產物流管理研究，對提高管理的精細化與數字化具有重要意義，很有必要進行深入探討。

1 現代船舶工程分解結構

WBS（Work Breakdown Structure）工作（任務）分解結構，簡單來說，就是將工程項目的各項目內容按其相關關系逐層進行分解，直到工作內容單一、便于組織管理的單項工作為止，再把各單項工作在整個項目中的地位、相對關系用樹形結構圖或鋸齒列表的形式直觀地表示出來的方法［1］。

20世紀70年代美國海軍提出了船舶工程分解結構（Ship Work Breakdown Structure，SWBS）的概念。當時的SWBS按照船舶的功能系統進行分解，最頂層是整個產品——船舶，下一層把整個船舶分成七大子系統，即船體結構、推進系統、電氣系統、輔助系統、附屬設施、武器系統、船臺輔助系統；再把每一部分進行分解細化，形成船舶工程分解結構。由于船舶建造技術的發展，區域建造、中間產品、殼舾涂一體化概念的提出，這種分解方式已不適合當前的船舶建造實際需求［2］。

為了適應現代造船模式，現代船舶工程分解結構將全部生產作業的加工對象分為分段、區域、系統三大類。開工到上船臺所有作業的加工對象都是分段；上船臺至下水期間的舾裝作業、區域涂裝以及所有舾裝件加工與配套作業的作業對象是區域；下水至交船階段所有作業的工作對象為系統與區域［3］。

2 SWS船體生產物流現狀

2.1 SWS 生產布局及生產物流管控特點

SWS規劃占地面積500萬平方米，岸線總長度超過4 km，共有4個船舶舾裝碼頭、480 m×106 m×12 m和540 m×76 m×14 m干船塢各一座，建有集配中心、加工中心、曲面中心、平直中心、涂裝中心和總組平臺，造船生產線整體布局呈“U”字形，現場的生產物流總體也呈“U”字形（如下頁圖1）。

“U”型生產線是精益生產的核心模塊，以減少人力、物力的浪費為主要目標，生產線“U”型布局必須把生產投入點與產品取出點的位置盡可能靠近，以避免出現反復作業，達到節省人力、順暢物流、消除浪費的效果。

在船舶建造領域，該布局下的生產物流管控特點如下：

（1）船體生產物流應以鋼材加工到分段大組的作業階段為重點進行管控；

（2）舾裝生產作業階段與船體建造作業階段相對應，但舾裝物流應以總組到碼頭舾裝的作業階段為重點進行管控；

（3）涂裝生產物流依托船體和舾裝，在分段到碼頭的作業階段進行管控。

2.2 SWS 船體生產物流框架

SWS 船體生產物流框架，如下頁圖2所示。

2.3 船體生產物流管控現狀及主要問題

船舶工業是典型的制造型產業，其生產過程等同于“物料的流通”。長期以來，我國制造業一直重生產、輕流通，造船行業也不例外，忽略了被稱為企業“第三利潤源泉”的物流。在整個生產過程中，到處都存在大量的庫存，大量的流動資金被“物流黑洞”所吞噬［4］。總結SWS多年建造經驗，以分段為導向進行船體物流配送的管控模式，在生產過程中暴露出的主要問題如下：

圖1 SWS 生產線“U”型布局下的生產物流示意圖

圖2 SWS船體生產物流框架

（1）零部件大量積壓。由于同一分段的不同零件加工階段和加工周期各不相同、部件裝配周期、后道裝配需求也不盡相同，導致零件切割后，相當一部分零部件因需求不同步而積壓，形成大量無序庫存。

（2）切割、裝配節拍不平衡。不被需求的零件提前切割、部件提前裝配，導致資源被占用，真正需求的零部件不能及時供應，造成后道胎位及設備的空置待工，生產節拍不平衡。

（3）增加多次理料無效工序。同一分段零件無序積壓，會導致配送的二次理料，而以分段為需求單位進行零件配送模式，將導致后道需求部門在使用材料時再次（甚至多次）理料，形成多道無效工序，浪費大量人力、物力和場地等資源。

（4）零部件材料丟失。材料積壓及零件配送混亂，導致部分庫存零件極易丟失，缺料又導致后道工序偷工減料等現象，既造成材料浪費，又影響生產效率。

以上問題，都將導致生產物流的不順暢并影響生產效率和建造質量。

3 SWS船體生產物流管理研究和實施的過程

針對生產過程中暴露出的問題，SWS多年前已成立研究課題，通過學習日、韓先進船廠在船體生產物流管理方面的經驗，探索適合自身發展條件的方法，并逐步付諸實施。研究過程分為以下三個階段。

3.1 以場地編碼為核心的組立流向分道設計

2007～2008年，通過研究韓國先進船廠船體生產物流管理模式，結合SWS船廠布局、場地配比及設備設施情況，確定了適合SWS的組立流向設計思想，形成了以場地編碼為核心的四位組立流向代碼體系。根據船廠的場地安排、場地設備的起重能力、分段的建造工藝等，進行組立劃分、零件分類，組立流向和裝配場地編碼設置。

3.2 基于組立流向設計思想開展零件分道套料

及托盤化配送研究

2009～2011年，基于組立流向設計思想，開展零件分道套料及托盤化配送研究及應用，分析切割、加工、零件等特點，確定分道套料及零件托盤劃分及拆分原則，并進行配送工裝開發等研究及應用。

3.3 基于工程分解的船體生產物流分線配送

管理模式研究

2014年，基于組立流向設計及零部件分道思想，開展工程分解下的船體生產物流分線配送管理模式研究及應用，以實現零部件分線分道托盤化配送及船體生產管理的組織優化，同時形成完整的設計、管理編碼體系，實現船體生產物流管理的數字化。

本文將通過介紹第三階段的研究內容來解讀新的船體生產物流管理模式。

4 中間產品導向型工程分解

任何系統都是層次分明、排列有序的結構系統，通過層層分解可揭示其有序結構的內在規律。工程分解就是把一個復雜系統的總目標分解成特定任務的具體目標，把一個大空間工程分解為若干小空間工程，把一個長周期工程分解為若干短周期工程，把一個復雜問題分解成若干粗淺簡單的問題，通過逐一解決簡單問題，達到解決復雜問題的目的［5］。

船舶建造過程涉及船體建造、舾裝作業和涂裝作業三大作業，以船體建造為主線，舾裝與涂裝作業穿插其中，作業階段之間有大量交叉［6］。船體生產物流以鋼材加工到分段大組結束的作業階段為重點進行管控，詳細分析這一作業階段，以分段作為船舶建造的典型中間產品，對其建造過程進行以中間產品為導向的工程再分解，進一步細化作業過程，可以將船體生產建造過程清晰表達，見表1。

表1 分段建造工程分解列表

各作業階段進行工程再分解后的中間產品類型及特征描述如下：

（1）切割階段中間產品（零件）類型及其特征描述參見表2。

表2 切割階段工程再分解中間產品（零件）列表

表3 加工階段工程再分解作業類型列表

（3）部件制作階段中間產品（部件）類型及其特征描述參見表4。

表4 部件制作階段工程再分解中間產品（部件）列表

（2）加工階段工程再分解作業類型及其特征描述參見表3。

（4）中組建造階段中間產品（中組立）類型及其特征描述參見下頁表5。

（5）大組建造階段中間產品（分段）類型及其特征描述參見下頁表6。

表5 中組建造階段工程再分解中間產品（中組立）列表

5 船體結構流向分道設計

5.1 船體分道建造技術

船體分道建造技術是應用產品導向型工程分解方法，將船體結構分解成零件、小組立、中組立、分段等中間產品后，再按照成組相似性原理，將其分類成組，形成物資托盤，并以托盤為單位安排人員、設備和場地組織生產的造船技術。

目前國內船廠對船體分道建造技術的應用主要體現在分段建造及分段建造之后的作業，如建立上建分段專門化制作中心/工廠、平直分段專門化制作中心/工廠等；而分段建造及分段建造以前各個工藝階段所需物資，仍然以分段為單位進行配備。隨著船舶產品的大型化、復雜化，船體建造主要的中間產品（分段）也趨于大型化、復雜化，其物資的需求和配送日漸繁復，以分段為單位進行船體物流配送的管控模式，在生產過程中暴露其管理上的不適應，導致物流不暢、效率不高等問題。

因此，應用船體分道建造技術，以船體零件、小組立、中組立、分段等分段建造再分解的中間產品為導向，組織船體生產物流分道配送的管理模式已成為優化船體生產物流管理的必然趨勢。

5.2 船體結構流向分道配送模式

船體結構流向分道配送模式，是以分段及分段再分解的中間產品為單位，按分道建造和分道配送原則，結合船廠定置化生產實際，依據頂級中組立及分段大組的結構件流向設計分道物流，以分道編號代替未實現定置生產的場地代碼，進行船體結構流向分道設計，形成以頂級中組立及分段大組為拉動的船體結構（零件、部件、組立）物流配送模式。

船體結構流向分道配送模式的研究和應用主要基于以下原則：

（1）適合SWS分段分道建造特點，滿足組立零部件分道配送需求；

（2）在現行設計、管理模式上進行優化，不額外增加設計、管理、配送工作環節；

（3）流向清晰，可延伸，可擴展；

（4）調整適當，便于設計及系統相關調整實現。

5.3 船體結構流向分道設計

2014年，SWS在原組立流向設計基礎上，通過調整部分代碼含義及組立流向設計原則，實現船體生產物流通過組立流向四位編碼分線設計清晰體現的目的，并在分段建造工程再分解基礎上，以設計分段建造標準工程圖指導生產部門組織分段建造及零、部件托盤分道配送。

船體結構流向分道設計，是以分段及分段再分解產生的中間產品為單位，結合船廠定置化生產實際，設計組立流向代碼，以指導分段結構物流分道配送的物流編碼設計。

5.3.1 船體結構流向分道編碼結構

船體結構流向編碼結構（見圖3）為四位字母、數字組合，由當前結構件類型代碼（字母）、當前分道編號（數字）、上級結構件類型代碼（字母）和上級分道編號（數字）組成，按照頂級中組立和分段大組的零部件流向分道原則進行編碼定義。

5.3.2 船體結構流向分道編碼原則

（1）結構件類型代碼。通過對分段建造的各階段進行工程再分解，將各階段中間產品（主要包括零件、部件、中組立，詳見表1 -表6）按照類型進行分類，根據船廠的編碼原則，選擇合適的代碼代替表達各中間產品，代碼不可重復，盡量表達清晰，并進行標準代碼定義（如：T排部件代碼定義為T、先行部件代碼定義為A、立體中組立代碼定義為H等），形成系統的結構件類型代碼。

圖3 船體結構流向四位編碼的結構及含義

（2）當前結構件和上級結構件按照分段裝配樹進行定義。

（3）分道編號按照以下原則進行編碼：

① 同一分段內，按頂級中組立不重號原則，曲型中組立優先選用偶數分道編號，平型中組立優先選用奇數分道編號；

② 大組分道編號為9；

③ 先行大組分道編號為8；

④ 頂級曲型中組立分道編號：2→4→6→7 →5→3→1（偶數優先）；

⑤ 頂級平型中組立分道編號：1→3→5→7 →6→4→2（奇數優先）；

⑥其他組立隨上級組立取分道編號：1～9。

6 船體結構流向分道應用

6.1 加工零部件托盤配送

SWS加工部是完成船體零部件集配工作的部門，在船體建造中的下料、加工、小組制作等生產環節，負責對小至一件三角板、肘板，大到一個部件、片體的材料進行分道分線的集配和庫存管理，是船體生產物流管理很重要的一環。

加工零部件托盤化分道配送的主要工作內容包括：

（1）依據詳細組立要領（DAP）、組立樹、切割版圖上的分道流向歸集零部件；

（2）根據大小、形狀、加工類型不同，將零部件配進實托盤；

（3）將同一分線零部件托盤集中配送至后道需求作業區。

6.2 管理與實施

SWS組立部是完成船體中組立和分段建造的部門，是船體生產物流管理中主要的需求部門，也是船體結構流向分道思想最主要的執行部門。相比原來的組立（場地）流向設計思想，新的流向分道思想表達的分道分線信息更全面、更流暢、更明確，零部件托盤配送路徑也更加清晰。

分段標準工程圖是新的船體結構流向分道思想形成的產物，是將分段建造工程中所包含的作業內容、作業計劃、工種、工時、配員、物資準備、工裝準備、質量和安全等信息集于一體，用于分段建造工程管理的生產管理指導文件。通過進行分段建造工程分解，將船體結構流向分道設計的思想以標準工程圖的形式表達出來，指導生產部門組織分段建造及零部件托盤分道配送，這種方式使船體生產物流過程更加清晰流暢，可以實現分段建造的有序化和規范化，解決舊管理模式下存在的種種弊端。

6.3 計劃管理

利用零部件屬性及分道流向信息，實現對外部計劃的輸入及平衡，生成生產加工部門計劃，并結合零部件的標準工期等數據信息進行派工計劃的編制，推行精細化派工管理。精細化派工管理將理順生產管理部與各生產部門內部編制的派工單業務關系，使生產部門內部派工單合法化、規范化、統一化，此外，將提高生產部門派工單管理水平，為后續員工質量信息庫、員工績效考核等各項管理工作的開展夯實業務數據基礎。

7 結 論

以場地編碼為核心的組立流向分道設計思路源于韓國船廠的造船模式，國內船廠通過學習和借鑒，也在逐步推廣。然而，這種物流管理模式對船廠各階段生產定置化的要求較高，國內船廠普遍存在分段以前各個階段定置化管理水平不高的問題，由此較明顯暴露該模式的弊端——設計、管理、生產對應率差，調度響應不靈活。

通過分析自身存在的不足，SWS一直在尋求適合自己的生產物流管理模式。本文簡要分析了基于工程分解的船體生產物流管理模式，該模式的推廣還需要進行一段時間的試驗和研究，不斷加以完善與優化，以期提高管理的便捷性和高效性，實現建造生產管理從隨意到規范、由傳統到科學、從粗放到精細的轉變。

［1］ 王占兵. 淺談WBS -工作（任務）分解結構在工程項目管理中的應用［J］.現代經濟信息，2013（14）：92-92.

［2］ 金朝光，林焰. 紀卓尚. 船舶建造的現代工程分解結構［J］.中國造船，2002（4）：85-88.

［3］ 李正華，史恭波，吳衛國. 基于現代船舶工程分解結構的造船工程計劃體系研究［J］.造船技術，2008（6）：8-11.

［4］ 陳節貴，柳存根，楊小波. 造船企業生產物流的組織［J］.船舶工程，2002（5）：69-71.

［5］ 李名來. 相似性原理和工程分解原理在船舶建造中的應用［J］.廣東造船，2010（1）：46-47.

［6］ 任南，劉建一，史恭波. 船舶工程分解結構表達研究［J］.造船技術，2009（3）：28-30.

Research of hull production logistics management based on engineering decomposition

XIAO Wen-jun1WU Na2
(1. Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China; 2. Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co.,Ltd., Shanghai 200137, China)

The logistics of ship construction are characterized by large logistics capacity， long cycle and dynamic state. The domestic shipbuilding enterprises would face to such hull structure construction problems as insuffi cient production capacity， ineffi cient distribution and dispatch diffi culty， which commonly appear in the process of the accurate shipbuilding under the modern shipbuilding mode. This paper thoroughly discusses the logistics management mode of shipbuilding by the engineering decomposition theory based on the analysis of the production layout of a shipyard. And it puts forward the new design principle about the structure transfer direction to improve the refi nement and digitalization of the management， fi nally leading to the standard logistics management system.

engineering decomposition； hull production logistics management； intermediate product； hull process lane construction

U673.2

A

1001-9855（2015）06-0093-08

2015-04-02；

2015-05-18

肖文軍（1984-），男，碩士在讀，工程師，研究方向：船體工藝工法相關工作。吳 娜（1984-），女，工程師，研究方向：船體結構工法相關工作。