中小型船廠的建造計(jì)劃管理及優(yōu)化方法研究

陳 寧 曲 浩

江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003

中小型船廠的建造計(jì)劃管理及優(yōu)化方法研究

陳 寧 曲 浩

江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003

針對(duì)中小型船廠，以加強(qiáng)建造計(jì)劃管理為目的，分析船舶建造計(jì)劃管理中涉及的相關(guān)問題，詳述設(shè)計(jì)計(jì)劃與生產(chǎn)計(jì)劃建立的過程及彼此的關(guān)系，利用累計(jì)負(fù)荷和PERT網(wǎng)絡(luò)方法給出對(duì)計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制與合理優(yōu)化相應(yīng)的結(jié)果。研究表明，建造計(jì)劃管理從整體上可控制船舶的建造節(jié)奏，使復(fù)雜過程以系統(tǒng)和有序的方式進(jìn)行。

船舶建造；計(jì)劃管理；動(dòng)態(tài)控制

1 引言

隨著世界造船市場(chǎng)需求量的增加和我國政府對(duì)船舶行業(yè)的支持和推動(dòng)，國內(nèi)建起了大批的中小型船廠。對(duì)于這類船廠，由于經(jīng)驗(yàn)上的缺乏，在船舶建造的管理上非?；靵y，生產(chǎn)效率極低，造成大量人力和財(cái)力資源的浪費(fèi)。計(jì)劃管理是船舶建造管理的核心，通過建立合適的計(jì)劃，將復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程和生產(chǎn)活動(dòng)有序地聯(lián)系在一起，能夠有效地降低成本，縮短工期［1，2，3］。但是一個(gè)優(yōu)秀的計(jì)劃體系，必須要與船廠的實(shí)際情況相吻合，雖然一些大的船廠能花費(fèi)巨資建立自己的計(jì)劃體系，但對(duì)于中小型船廠來說，這種計(jì)劃體系不適合自己的生產(chǎn)和運(yùn)作方式，顯然不能進(jìn)行生搬硬套，必須在探索中建立起適合自己的計(jì)劃體系。本文依據(jù)筆者近年來在中小型船廠進(jìn)行船舶監(jiān)造過程中所了解的國內(nèi)中小型船廠的建造情況，圍繞中小型船廠計(jì)劃建立過程中的船舶建造標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間估計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、物資需求計(jì)劃的建立以及計(jì)劃的動(dòng)態(tài)控制方法進(jìn)行分析，給出了中小型船廠編制建造計(jì)劃的優(yōu)化方法。

2 計(jì)劃的建立

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)劃的建立

1）技術(shù)部門組織結(jié)構(gòu)的劃分和人員的配置

對(duì)于中小型船廠來說，初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)通常都由其他專業(yè)的設(shè)計(jì)公司來完成，而企業(yè)只進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)，可以把設(shè)計(jì)部門由原來按照專業(yè)設(shè)置的船、機(jī)、電體制改為按區(qū)域設(shè)置，對(duì)每個(gè)大的區(qū)域配置相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員，按照區(qū)域進(jìn)場(chǎng)施工的先后順序排列出圖計(jì)劃。同時(shí)由于設(shè)計(jì)人員的流動(dòng)性，對(duì)許多中小型船廠來說，新的設(shè)計(jì)人員的比例非常高，因此對(duì)熟練的設(shè)計(jì)人員和新手要進(jìn)行合理的搭配，在工作的分配上也要考慮工作的復(fù)雜程度和難易情況，進(jìn)行合理的分配。

2）設(shè)計(jì)計(jì)劃的建立

設(shè)計(jì)計(jì)劃的建立要依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃中各個(gè)分段在場(chǎng)地施工的先后順序，早進(jìn)場(chǎng)的分段，在出圖計(jì)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(chǎn)設(shè)計(jì)開始的前提必須是詳細(xì)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成并且通過船東和船級(jí)社的認(rèn)可，在通常的情況下設(shè)計(jì)圖紙的認(rèn)可需要相應(yīng)的時(shí)間，不同的船級(jí)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(jí)社的溝通來獲得相應(yīng)的信息。對(duì)于一個(gè)區(qū)域來說，要根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)荷以及設(shè)計(jì)的合理順序進(jìn)行工作的分配，首先應(yīng)當(dāng)完成的是船體結(jié)構(gòu)的套料圖和施工圖，然后在管路系統(tǒng)原理圖和電氣原理圖完成的情況下，可以進(jìn)行管系和電纜托架的放樣工作，但管系放樣的另一個(gè)前提是設(shè)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(gè)區(qū)域的范圍內(nèi)進(jìn)行整體的協(xié)調(diào)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(chǎn)計(jì)劃的建立

1）分段場(chǎng)地的安排原則

分段場(chǎng)地的安排與建造計(jì)劃直接相關(guān)，中小型船廠由于場(chǎng)地的限制，不可能一下子就將所有的分段同時(shí)開始建造，只能根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況，進(jìn)行有計(jì)劃的安排。國內(nèi)很多船廠制造場(chǎng)地安排非?；靵y，降低了場(chǎng)地的利用率，也很難管理。分段場(chǎng)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(chǎng)地的面積，對(duì)于單層的分段，占用與分段投影面積相當(dāng)?shù)膱?chǎng)地就足夠，而對(duì)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(gòu)件。同時(shí)還要考慮分段進(jìn)場(chǎng)的順序、分段堆放的場(chǎng)地、分段的合攏順序，分段的吊裝等等，對(duì)于先進(jìn)場(chǎng)的分段在設(shè)計(jì)計(jì)劃上也要先設(shè)計(jì)。

2）建造區(qū)域的劃分

船體制造區(qū)域的劃分，要結(jié)合船廠實(shí)際的能力，不能一概而論?？傮w來說船舶區(qū)域劃分主要是根據(jù)船體的基本結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)工作量、勞動(dòng)力的分配、設(shè)計(jì)出圖計(jì)劃、生產(chǎn)程序等要素后制定出來的，它與計(jì)劃的建立直接相關(guān)。對(duì)1艘萬噸左右的油船來說，大區(qū)域的劃分通常為機(jī)艙區(qū)域、泵艙區(qū)域、艏部區(qū)域、艉部區(qū)域、上層建筑區(qū)域、貨艙區(qū)域。為了設(shè)計(jì)工作和生產(chǎn)管理的平衡，還要將大區(qū)域劃分為小的區(qū)域。泵艙和艏艉部區(qū)域一般較小，可以同時(shí)作為獨(dú)立的小區(qū)域，而機(jī)艙區(qū)域和上層建筑區(qū)域通常以層為單位進(jìn)行劃分，貨艙可根據(jù)油艙數(shù)量分為左右對(duì)稱的幾個(gè)區(qū)域以及雙層底和邊艙區(qū)域。

3）生產(chǎn)計(jì)劃的建立

生產(chǎn)計(jì)劃建立要根據(jù)合同中規(guī)定的交船日期，確定幾個(gè)大的節(jié)點(diǎn)，包括交船計(jì)劃、碼頭試驗(yàn)和試航計(jì)劃、碼頭舾裝計(jì)劃、船臺(tái)大合攏計(jì)劃、區(qū)域建造計(jì)劃。其中船臺(tái)大合攏計(jì)劃是整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的關(guān)鍵，而船臺(tái)大合攏計(jì)劃的準(zhǔn)確性主要依靠區(qū)域建造計(jì)劃。區(qū)域建造計(jì)劃的建立可以采用下文中介紹的工期和費(fèi)用優(yōu)化的方法，將區(qū)域建造所涉及到的工程進(jìn)行分解，估計(jì)相應(yīng)的工作的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（方法見第3節(jié)）和費(fèi)用率，建立PERT網(wǎng)絡(luò)［4］，運(yùn)用相應(yīng)的優(yōu)化方法，在保證工期的情況下將費(fèi)用盡可能地降低。生產(chǎn)計(jì)劃的安排要做到細(xì)致有序，對(duì)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)也要考慮周到，保證工藝的正確性，避免施工的重復(fù)和失誤。

2.3 物資需求計(jì)劃

船舶在建造過程中需要大量的物資，大到主機(jī)發(fā)電機(jī)，小到螺栓，這些物資的及時(shí)到位，是保證生產(chǎn)連續(xù)性的關(guān)鍵因素之一。物資需求計(jì)劃必須充分運(yùn)用托盤集配管理，由設(shè)計(jì)部門按照區(qū)域建造的方式編制托盤信息，交給采購部門進(jìn)行訂購，以保證生產(chǎn)計(jì)劃中每個(gè)區(qū)域建造的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。物質(zhì)需求計(jì)劃的建立要注意以下幾點(diǎn)［5］：

1）對(duì)于一些高強(qiáng)度的特殊材料鋼材，由于工藝制造上的難度，很多國內(nèi)的鋼廠沒有能力生產(chǎn)出來，而國外的鋼廠訂貨、生產(chǎn)周期、運(yùn)輸?shù)倪^程都要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，所以在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)仔細(xì)查看詳細(xì)設(shè)計(jì)中圖紙的要求，及早訂貨。

2）一些重要設(shè)備，如主機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制臺(tái)、軸系、舵槳等，對(duì)于不同船舶的用途，船東經(jīng)常提出一些特殊的要求，一般都需要生產(chǎn)廠單獨(dú)設(shè)計(jì)，這種設(shè)備生產(chǎn)周期通常也都很長(zhǎng)，也需要及早訂貨以保證及時(shí)供貨。

3）對(duì)于普通的舾裝件和標(biāo)準(zhǔn)件，由于需求量比較大，而且需要在生產(chǎn)設(shè)計(jì)完成后才能有準(zhǔn)確的數(shù)量，所以這些材料的訂貨可以分批次訂購。

物資需求計(jì)劃要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，尤其是對(duì)于嚴(yán)重影響后續(xù)工作的一些重要物資的供貨情況，要對(duì)生產(chǎn)廠進(jìn)行有效跟蹤，建立納期預(yù)警機(jī)制，以防范可能導(dǎo)致的對(duì)生產(chǎn)的延期。

3 船舶設(shè)計(jì)和建造時(shí)間的估計(jì)

對(duì)于設(shè)計(jì)和建造時(shí)間的估計(jì)可以采用負(fù)荷法積累原始數(shù)據(jù)［5，6］，通過建立設(shè)計(jì)和建造的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間來確立設(shè)計(jì)和建造計(jì)劃。即將一定時(shí)間段設(shè)計(jì)部門或建造部門的所有設(shè)計(jì)人員或建造人員的勞動(dòng)力負(fù)荷（以工時(shí)量為單位）相加后求平均值，所求得的值稱為“算術(shù)平均負(fù)荷”（TLm）。

其計(jì)算按下式進(jìn)行：

力的算術(shù)平均負(fù)荷；TLi為一定時(shí)期內(nèi)設(shè)計(jì)或建造人員i的計(jì)劃勞動(dòng)力負(fù)荷；n為該設(shè)計(jì)或建造部門的設(shè)計(jì)或建造人員個(gè)數(shù)。

作為設(shè)計(jì)或建造計(jì)劃的制定和管理者，關(guān)注的往往不是計(jì)劃或建造負(fù)荷而是設(shè)計(jì)或建造人員的實(shí)際負(fù)荷，因此就需要計(jì)算設(shè)計(jì)或建造部門勞動(dòng)力的加權(quán)平均負(fù)荷（TLmw）。

其計(jì)算按下式進(jìn)行：

TLmw為勞動(dòng)力的加權(quán)平均負(fù)荷；TLi為一定時(shí)期內(nèi)設(shè)計(jì)或建造人員i的計(jì)劃勞動(dòng)力負(fù)荷；TOi為設(shè)計(jì)或建造人員i的勞動(dòng)力負(fù)荷權(quán)值，由設(shè)計(jì)部門根據(jù)以往的設(shè)計(jì)或建造負(fù)荷統(tǒng)計(jì)得到，TOi=。TOi＜1表示該設(shè)計(jì)或建造人員的設(shè)計(jì)或建造效率高于設(shè)計(jì)或建造部門的平均水平；TOi＞1表示低于設(shè)計(jì)或建造部門的平均水平；TOi＝1則表示該設(shè)計(jì)或建造人員的設(shè)計(jì)或建造效率與該工作中心的平均水平相等，TOi隨著設(shè)計(jì)或建造人員的熟練程度和設(shè)計(jì)或建造部門的平均熟練程度的改變而改變。

當(dāng)所有設(shè)計(jì)或建造任務(wù)都編制了進(jìn)度計(jì)劃以后，以工作部門為單位編制負(fù)荷圖。

1）計(jì)算工作部門負(fù)荷。首先對(duì)每個(gè)工作部門，按一定的周期將各設(shè)計(jì)或建造任務(wù)所需的負(fù)荷定額工時(shí)累加，獲得各工作部門各周期的計(jì)劃負(fù)荷需求。

例：工作部門1有A、B、C、D、E、F共6個(gè)工作人員，其各個(gè)周期的設(shè)計(jì)或建造負(fù)荷已確定，根據(jù)累計(jì)負(fù)荷的方式按周期累加其負(fù)荷如表1所示。

表1 累計(jì)負(fù)荷表（工作部門1計(jì)劃負(fù)荷）

除按計(jì)劃產(chǎn)生的計(jì)劃負(fù)荷工時(shí)外，還應(yīng)考慮計(jì)劃外實(shí)際已下達(dá)設(shè)計(jì)或建造任務(wù)產(chǎn)生的工作部門負(fù)荷。二者之和為工作部門總負(fù)荷。

2）計(jì)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(jì)算 （假設(shè)設(shè)計(jì)或建造人員的勞動(dòng)力負(fù)荷權(quán)值均為1）：

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

此例中：可用能力＝5×8×6＝240 h。

4 計(jì)劃的動(dòng)態(tài)控制與優(yōu)化

4.1 計(jì)劃的動(dòng)態(tài)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(wǎng)絡(luò)計(jì)劃會(huì)不斷地發(fā)生變化，這就使計(jì)劃的動(dòng)態(tài)控制顯得尤為重要。計(jì)劃的動(dòng)態(tài)控制主要依靠工程進(jìn)度數(shù)據(jù)的收集、施工進(jìn)度的檢查和分析。船舶建造過程中通常都以1周的時(shí)間作為周期來了解工程的實(shí)際進(jìn)展情況，形成報(bào)表上報(bào)給上層管理部門，同時(shí)也要與最初計(jì)劃的工期進(jìn)行比較，分析實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的偏差，以便采取控制措施。對(duì)于偏離了計(jì)劃的進(jìn)度，要找到相應(yīng)的原因進(jìn)行分析，避免類似事件的發(fā)生，同時(shí)尋求補(bǔ)救措施，如增加工人的人數(shù)或加班等，確保計(jì)劃的準(zhǔn)確實(shí)施。

4.2 計(jì)劃的優(yōu)化方法

最初的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃可能總是存在著很多問題，如時(shí)間超過了規(guī)定的期限，制造成本過高等。對(duì)于船舶建造這樣復(fù)雜的工程項(xiàng)目來說，耗資巨大，人們總是希望在有限的造船周期內(nèi)成本盡可能低，這就要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃進(jìn)行工期和費(fèi)用的優(yōu)化。近年發(fā)展起來的遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種自適應(yīng)及全局優(yōu)化概率搜索方法，由于它直接以目標(biāo)函數(shù)值作為搜索信息，同時(shí)使用多個(gè)搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索，且這種概率搜索始終遍及整個(gè)解空間，能達(dá)到幾乎全局最優(yōu)解［7-9］，因此在多目標(biāo)優(yōu)化方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文以遺傳算法為例，對(duì)某廠建造的1艘7 000 t油船貨油區(qū)域分段建造的PERT網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)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(shí)間直接壓縮費(fèi)用；xi－j為工作i－j的壓縮時(shí)間；xi－j，tg－k分別為關(guān)鍵線路上的i－k的壓縮時(shí)間和平均持續(xù)時(shí)間；xg－k和teg－k分別為非關(guān)鍵線路上的i－k的壓縮時(shí)間和平均持續(xù)時(shí)間；λat為a水平下的第i個(gè)閉合圈上的常數(shù)。

4.2.2 優(yōu)化實(shí)例

利用上文中提到的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的方法，分別得出to，tm，tp的時(shí)間如表3，規(guī)定工期為44天，建立該分段PERT網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

表3 to，tm，tp的時(shí)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(shù)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(yīng)的最低的費(fèi)用為C＝25.00萬元，同時(shí)工期為44天，在選取種群規(guī)模較小和迭代次數(shù)也較少的情況下，計(jì)算機(jī)在幾分鐘之內(nèi)就會(huì)得到較理想的解，很方便中小型船廠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的優(yōu)化。

圖1 分段建造的PERT網(wǎng)絡(luò)

5 結(jié)語

船舶建造的計(jì)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(jié)奏，使復(fù)雜的過程以系統(tǒng)和有序的方式進(jìn)行。對(duì)于中小型船廠必須擺脫盲目生產(chǎn)的習(xí)慣，用科學(xué)的方法建立起對(duì)自身適用的計(jì)劃體系，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購等環(huán)節(jié)相互聯(lián)系起來，從而確保每個(gè)過程都在可控制的范圍內(nèi)。只有通過不斷地尋求最優(yōu)化的計(jì)劃管理，才能在資源約束的條件下，實(shí)現(xiàn)人力的最佳安排，實(shí)現(xiàn)作業(yè)順序的最佳組合，從而取得最好的生產(chǎn)效益。

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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(xiàng)目（蘇科教［2004］12號(hào)）

陳 寧（1963－），男，副教授，碩士。研究方向：船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與虛擬建造技術(shù)。E-mail：ecsi_chen@163.com