船舶分段建造工序優(yōu)化研究

吳璇璇，于功志

1. 大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116000；2. 渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105

2015 年5 月，國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》作為未來10 年全面提升中國制造業(yè)國際競爭力的指導(dǎo)性文件。 《中國制造2025》 把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶列入國家發(fā)展戰(zhàn)略，引導(dǎo)我國船舶工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效[1]。現(xiàn)在的船舶市場形勢復(fù)雜，訂單毛利低，提升船舶建造效率，成為船舶企業(yè)發(fā)展求存的關(guān)鍵，是實現(xiàn)自我突破的迫切要求，同時也是適應(yīng)船舶行業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展的必然要求。隨著我國市場經(jīng)濟與現(xiàn)代企業(yè)制度的逐步建立和完善，企業(yè)間的競爭日趨激烈，現(xiàn)代企業(yè)提高核心競爭力的有效措施仍是在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率[2]。

1 船舶分段車間生產(chǎn)現(xiàn)狀

科技的進步和先進生產(chǎn)理念的應(yīng)用為船舶生產(chǎn)模式帶來了全新的思路，也為船舶企業(yè)帶來了全新的挑戰(zhàn)；船舶分段生產(chǎn)的龐雜性決定了其整體的流暢程度遠低于汽車制造業(yè)等機械行業(yè)。傳統(tǒng)的船舶生產(chǎn)是依靠經(jīng)驗編制粗線條計劃，通過開調(diào)度會與現(xiàn)場協(xié)調(diào)的方式來推進各類生產(chǎn)活動[3]。生產(chǎn)計劃包括生產(chǎn)現(xiàn)場工作內(nèi)容及工作時間，缺少工藝規(guī)程與準(zhǔn)確工位，向現(xiàn)場下達生產(chǎn)指令，而不是計劃，指令不等于計劃，只按指令指揮生產(chǎn)，沒有設(shè)備、場地、勞動力等資源配置計劃做支撐，生產(chǎn)任務(wù)無法按期完成[4]。

已經(jīng)使用軟件進行管理的企業(yè)，普遍存在的問題是管理系統(tǒng)與生產(chǎn)一線調(diào)度人員脫節(jié)。車間或者生產(chǎn)線上的生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)過程的調(diào)度和管理更多是憑借經(jīng)驗，加上少量的以EXCEL為工具的報表運算，軟件與企業(yè)最關(guān)鍵的實際運轉(zhuǎn)過程發(fā)生了斷層，衍生出最突出的問題是：生產(chǎn)調(diào)度要求統(tǒng)籌安排基礎(chǔ)生產(chǎn)資源，但在生產(chǎn)作業(yè)過程中執(zhí)行不徹底，生產(chǎn)管理系統(tǒng)運行過程中并沒有考慮場內(nèi)資源及產(chǎn)能。

2 研究對象界定

船舶分段建造過程中整個生產(chǎn)車間每天都有大量的工件進出，各個工種的工人工作量巨大，從表象上看繁雜無章。但是，船舶建造的過渡產(chǎn)品分段結(jié)構(gòu)依靠車間內(nèi)的吊車進行各類裝配作業(yè)，吊車是否被占用決定了生產(chǎn)計劃是否能夠執(zhí)行，如何合理安排分段車間吊車的使用已成為制約分段建造過程效率提高的關(guān)鍵因素之一[5]。本文研究對象以吊車工作覆蓋的作業(yè)范圍為區(qū)間，通過分析吊車使用頻率曲線能夠合理規(guī)劃吊車使用的方法。分段建造車間吊車覆蓋區(qū)域內(nèi)有序施工的涵義是：首先把胎上所有分段工程分解，依據(jù)吊車使用計劃表生成吊車使用頻率曲線；然后利用曲線圖分析生產(chǎn)資源中吊車的利用情況，評估勞動負荷，以此為核心帶動工序內(nèi)其他生產(chǎn)要素，規(guī)范工序內(nèi)過渡產(chǎn)品的加工順序，從而實現(xiàn)工序生產(chǎn)的優(yōu)化。

3 分段吊車使用優(yōu)化

3.1 胎上分段吊車優(yōu)化原則

進行分段建造的車間吊車使用優(yōu)化前，首先理清分段制作時施工過程中的先后順序、依賴關(guān)系，以及運行中的規(guī)律。其次確定生產(chǎn)資源的主次關(guān)系：分段裝配車間的主要作業(yè)對象為分段結(jié)構(gòu)的裝配作業(yè)，由于船體分段噸位較重且結(jié)構(gòu)外觀大，在分段車間裝配作業(yè)過程中高度依賴吊裝設(shè)備；吊裝設(shè)備作為分段車間的場地設(shè)備配置之一，具備固定配置的唯一性，在開始投產(chǎn)的車間內(nèi)資源配置情況是一類固定參數(shù)。如果吊車因故障停臺，那么就會造成停產(chǎn)，所以吊車資源應(yīng)該為分段車間資源配置的“主要因素”，是制約深沉進程的核心資源之一；而焊接設(shè)備、裝配工具和人力等資源是可以移動、增減的，所以定義為“次要因素”。最后，分析分段施工過程先后順序：首先制作胎架、吊裝上胎板、吊裝縱向及橫向構(gòu)件、吊裝列板、吊裝子分段，然后交驗、焊接、打磨穿插作業(yè)。施工過程中都是吊車工作為主要作業(yè)，所有的工作都依賴于吊車的配合。所以，吊車的合理使用和占吊時間頻率的均衡性，是影響船舶分段車間施工合理化的核心元素。

3.2 胎上分段吊車使用計劃

根據(jù)21 萬噸散貨船分段車間胎上作業(yè)情況，用工程分解的方法，將分段裝配作業(yè)過程中的場地設(shè)備約束中的吊車設(shè)備配置作為主要研究對象，以船舶結(jié)構(gòu)分段244 為例，分析分段244 裝配作業(yè)的吊車使用情況，分析內(nèi)容包含吊車使用日期、占吊時間和吊車配置類型。

3.3 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線圖繪制

根據(jù)一段時間內(nèi)分段車間裝配作業(yè)吊車使用情況表，繪制吊車工作頻率曲線圖，分析吊車設(shè)備在這段時間的運行規(guī)律。圖1 為根據(jù)分段車間吊車使用計劃繪制的從7 月27 日到8 月30 日之間20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率對比曲線圖。

圖1 20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率對比曲線圖

圖中的橫坐標(biāo)定義為吊車作業(yè)日期，縱坐標(biāo)定義為作業(yè)時長。觀察圖中1 號20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線可知，該吊車占吊時間總和為73 小時，每日正常工作時間為8 小時，共有4天超出8 小時工作時間，共有24 天吊車空閑；觀察圖中2 號20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線可知，該吊車的占吊時間總和為142 小時，每日正常工作時間為8 小時，共有9 天超出8 小時工作時間，還有17 天吊車沒有工作。

分析曲線圖規(guī)律得出：曲線的波峰和波谷的落差越大，說明負荷不均衡；吊車工作時間為高峰時，說明裝配作業(yè)任務(wù)多，焊接作業(yè)任務(wù)少或無焊接作業(yè)。吊車不工作的時間段，說明大量的焊接工作正在全力展開。同理繪制百噸吊車覆蓋區(qū)域工作頻率對比曲線圖，分析得出東百噸吊車在該研究的時間段內(nèi)，占吊時間總和為30.5 小時，空置時間為23 天；西百噸吊車占吊時間總和為10 小時，空置時間為29 天。表1 為最終得出的吊車實際使用情況。

表1 吊車實際使用情況表

4 吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負荷分析的意義

經(jīng)過吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負荷分析，依據(jù)曲線波動頻率的高低及平穩(wěn)程度，可以預(yù)先判斷出生產(chǎn)負荷是否均衡，人力和焊接設(shè)備調(diào)配移動是否合理，進而輔助生產(chǎn)計劃的合理安排，解決分段布置場地與船臺搭載需求時間點的平衡問題、上胎時間平衡問題、供料的先后順序問題，最終將新制定的吊車作業(yè)計劃進行頻率曲線繪制，參照原始計劃繪制的頻率曲線圖，驗證新制定的吊車作業(yè)計劃的合理性。頻率曲線是由吊車計劃表生成的，而計劃表形成的基礎(chǔ)是由全船分段工程分解的數(shù)據(jù)模塊組成的。頻率曲線優(yōu)化吊車的使用提供了可以共享的吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線圖的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可以作為分析分段車間吊車使用情況的依據(jù)，為下一次進行吊車作業(yè)計劃的制定提供參考數(shù)據(jù)，有利于進一步優(yōu)化分段車間作業(yè)過程。吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負荷分析具有提供工時結(jié)算依據(jù)的功能。分段制作時裝配工時的核定是最難的，因為其沒有衡量的標(biāo)準(zhǔn)和公認的規(guī)則。然而頻率曲線中的占吊時間長短，理論上代表了裝配工時的多少，也就是工作量的大小，可以為工時結(jié)算提供依據(jù)功能。

船舶制造業(yè)作為國民經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在數(shù)字化大環(huán)境下出現(xiàn)了眾多的服務(wù)于提高船舶分段建造效率的工序優(yōu)化研究，但是針對分段建造對應(yīng)工序作業(yè)優(yōu)化的研究多數(shù)缺乏完整的具備生產(chǎn)資源配置支撐的人、機、料、法、環(huán)等要素的研究。尤其是在分段建造過程中，由于分段結(jié)構(gòu)的龐大，分段結(jié)構(gòu)的裝焊上胎等作業(yè)依賴于車間內(nèi)吊車占用情況，因此車間內(nèi)吊車的使用情況從場地、設(shè)備配置上嚴重制約著分段結(jié)構(gòu)的裝配進度。本文運用工程分解的方法，分析生產(chǎn)案例中的分段車間吊車使用計劃，參照使用日期、占吊時間和吊車配置情況繪制吊車工作頻率曲線圖；根據(jù)分析吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負荷，確定該生產(chǎn)作業(yè)過程的合理性，并將分析結(jié)果運用到新的吊車作業(yè)計劃編制中去，完成船舶分段工序在吊車作業(yè)因素影響下的過程優(yōu)化，進而合理安排人力和焊接設(shè)備如何調(diào)配移動等問題，達到提高分段建造工序生產(chǎn)效率的目的。