基于仿真的船舶分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度

王津劍　杜吉旺　范秀敏,2　何其昌,2

1.上海交通大學(xué),上海,200240　2.上海市網(wǎng)絡(luò)化制造與企業(yè)信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海,200240

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基于仿真的船舶分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度

王津劍1杜吉旺1范秀敏1,2何其昌1,2

1.上海交通大學(xué),上海,2002402.上海市網(wǎng)絡(luò)化制造與企業(yè)信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海,200240

為縮小船舶分段空間調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際作業(yè)安排之間的差別，提出了一種基于仿真的船舶分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度方法。針對(duì)分段建造的不同階段，在分析影響因素的影響形式基礎(chǔ)上提出了動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，包括定位延時(shí)策略、進(jìn)度控制策略和吊運(yùn)等待策略，調(diào)整分段建造過程以適應(yīng)影響因素的作用。構(gòu)建了船舶分段建造仿真模型，實(shí)現(xiàn)了分段建造在影響因素作用下動(dòng)態(tài)空間調(diào)度的仿真。以實(shí)際數(shù)據(jù)為輸入進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，該方法制定的調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際作業(yè)情況接近，且能夠?yàn)榉侄紊a(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化調(diào)整提供指導(dǎo)。

船舶分段;空間調(diào)度;仿真;優(yōu)化

0　引言

按照現(xiàn)代造船模式的要求,船舶建造以分段為單元,制定計(jì)劃并組織生產(chǎn)。調(diào)度計(jì)劃人員需要按照生產(chǎn)計(jì)劃制定分段調(diào)度計(jì)劃，即安排分段的開工時(shí)間和作業(yè)位置。制定分段調(diào)度計(jì)劃，就是在滿足調(diào)度約束條件下獲得最優(yōu)的分段空間布局,這是一類資源受限的空間調(diào)度問題[1-2]。文獻(xiàn)[3-4]采用分段空間調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)了分段布局的優(yōu)化，比較好地解決了空間調(diào)度問題。但是分段建造除受場(chǎng)地資源約束外,還受多種因素影響，分段生產(chǎn)難以嚴(yán)格按照生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行，這導(dǎo)致理想的調(diào)度計(jì)劃與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)差別很大，不能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

為了縮小調(diào)度計(jì)劃與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況之間的差別，有學(xué)者開始研究動(dòng)態(tài)空間調(diào)度方法。Li等[5]提出了一種動(dòng)態(tài)調(diào)度方法,采用預(yù)計(jì)劃算法對(duì)分段進(jìn)行預(yù)調(diào)度,然后使用遺傳算法對(duì)分段進(jìn)行空間排列。Li等[6]提出了虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法,并通過分析動(dòng)態(tài)事件的局部影響制定自適應(yīng)措施。張志英等[7]考慮調(diào)度過程中存在的不確定因素,針對(duì)不同的分段影響事件提出了不同的調(diào)整和響應(yīng)措施。趙明華等[8]針對(duì)曲面分段作業(yè)中出現(xiàn)的異常提出了自動(dòng)調(diào)整算法,實(shí)現(xiàn)了分段作業(yè)計(jì)劃的調(diào)整。也有學(xué)者采用仿真技術(shù)分析生產(chǎn)系統(tǒng)不確定因素，或使用仿真預(yù)測(cè)的方式對(duì)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。朱琳等[9]建立了車間物流仿真模型獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù),用于物料擺放的布局優(yōu)化,但是沒有考慮生產(chǎn)影響因素。劉建鋒等[10]根據(jù)國內(nèi)船廠的生產(chǎn)實(shí)際,構(gòu)造排序函數(shù)和分段布局規(guī)則,對(duì)船舶分段制造計(jì)劃的場(chǎng)地安排進(jìn)行了模擬和優(yōu)化,同樣沒有考慮分段建造影響因素。王岳等[11]建立了船舶平面分段仿真模型，對(duì)計(jì)劃執(zhí)行情況進(jìn)行仿真，并對(duì)計(jì)劃變動(dòng)進(jìn)行快速評(píng)估。Cha等[12]設(shè)計(jì)了離散事件仿真系統(tǒng)，模擬分段建造物料吊運(yùn)過程生產(chǎn)中的不確定因素。張光發(fā)等[13]構(gòu)造了船舶建造仿真系統(tǒng),對(duì)船舶制造中的不確定因素進(jìn)行模擬,實(shí)現(xiàn)了船舶建造計(jì)劃的仿真,但是并沒有針對(duì)分段布局進(jìn)行優(yōu)化。Liu等[14-15]提出了基于仿真的混合空間調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)了長期調(diào)度計(jì)劃的制定,但是仿真中考慮的不確定因素?cái)?shù)量偏少，而且是采用平均分布來描述的,誤差較大。

上述研究主要從兩個(gè)方面展開：一是分析分段建造影響因素，研究動(dòng)態(tài)空間調(diào)度調(diào)整策略，但調(diào)整是在突發(fā)事件已經(jīng)發(fā)生的情況下進(jìn)行的，并沒有考慮到生產(chǎn)計(jì)劃自身存在的問題。二是采用仿真技術(shù)模擬分段建造過程，獲取調(diào)度計(jì)劃或者實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的驗(yàn)證，但是在仿真過程中不是缺乏考慮影響因素，就是缺乏分段布局調(diào)整。上述研究大多將空間調(diào)度和仿真割裂開來，沒有統(tǒng)一進(jìn)行研究。

本文針對(duì)船舶分段空間調(diào)度和分段建造仿真中存在的問題，提出了基于仿真的船舶分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度方法。在分析分段建造過程的基礎(chǔ)上考慮影響因素的作用，設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的調(diào)整策略，形成動(dòng)態(tài)空間調(diào)度；構(gòu)造了船舶分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度仿真模型，預(yù)測(cè)調(diào)度過程中影響因素所造成的影響，實(shí)現(xiàn)了分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度仿真。采用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，輸出分段的動(dòng)態(tài)布局、分段按時(shí)完工率、場(chǎng)地利用率等數(shù)據(jù)，通過對(duì)比其他方式獲取的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了方法的可行性，同時(shí)指導(dǎo)了分段生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化調(diào)整。

1　問題描述

1.1裝焊工場(chǎng)和分段數(shù)學(xué)描述

動(dòng)態(tài)空間調(diào)度仿真框架如圖1所示。分段在裝焊工場(chǎng)中進(jìn)行建造，裝焊工場(chǎng)由若干個(gè)跨組成，如圖2所示，每個(gè)跨上裝配有焊接、吊運(yùn)設(shè)備等。建造完成的分段從安全通道中運(yùn)走。

圖1　動(dòng)態(tài)空間調(diào)度仿真框架

圖2　裝焊工場(chǎng)、跨、分段示意圖

裝焊工場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型如下：

Jj:LjBjj=1,2,…,M

(1)

其中,Jj表示跨j,Lj、Bj分別表示跨j的長度和寬度,M表示跨的數(shù)量。

一旦分段在裝焊工場(chǎng)確定位置，那么直到分段建造完成，分段的位置都不能移動(dòng),其所占據(jù)的空間也不能被其他分段占據(jù)。分段在裝焊工場(chǎng)的占用區(qū)域?yàn)?/p>

Di={(xi,yi,Ji),Si,hi}i=1,2,…,N

(2)

其中,Di是分段i在裝焊工場(chǎng)的投影占據(jù)的區(qū)域;(xi,yi,Ji)是分段i的投影參考點(diǎn)坐標(biāo),參考點(diǎn)取分段左下點(diǎn),如圖2中分段所示,Ji是分段i所在跨的編號(hào),xi、yi表示參考點(diǎn)在跨Ji上的坐標(biāo);Si是分段i的形狀;hi是分段i的高度。

按照生產(chǎn)計(jì)劃，分段建造需要在其時(shí)間窗內(nèi)完成，即在最早開工時(shí)間E和最晚完工時(shí)間F之間開工并完成。分段建造時(shí)間窗和分段開工時(shí)間T、建造周期P滿足下式：

(3)

1.2動(dòng)態(tài)空間調(diào)度數(shù)學(xué)模型

動(dòng)態(tài)空間調(diào)度數(shù)學(xué)模型如下：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

如果分段空間調(diào)度時(shí)能夠考慮停工影響,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)分段完工時(shí)間Tf、移出時(shí)間Tm，那么分段調(diào)度計(jì)劃與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的差別將大大縮小。此時(shí)的空間調(diào)度則需要依據(jù)分段建造過程、影響因素和分段高度等因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，是動(dòng)態(tài)的空間調(diào)度。

1.3分段建造主要影響因素分析

要實(shí)現(xiàn)分段動(dòng)態(tài)空間調(diào)度，首先要分析分段建造的影響因素。以上海某造船企業(yè)為例，對(duì)分段的主要影響因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1　分段建造主要影響因素

設(shè)備因素主要考慮設(shè)備無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致分段建造過程受到影響。每個(gè)分段在建造中會(huì)使用到若干臺(tái)焊機(jī)，焊機(jī)故障會(huì)導(dǎo)致分段建造進(jìn)度減緩。裝焊工場(chǎng)中，每個(gè)跨有若干臺(tái)吊運(yùn)設(shè)備，吊運(yùn)設(shè)備服務(wù)于跨間的不同區(qū)域。按照規(guī)程，吊運(yùn)設(shè)備運(yùn)行若干時(shí)間段后需要進(jìn)行保養(yǎng)，保養(yǎng)期間，其所服務(wù)區(qū)域內(nèi)的分段建造、吊運(yùn)作業(yè)停止。

人員因素和氣候因素導(dǎo)致生產(chǎn)工作時(shí)間發(fā)生變化，使分段建造進(jìn)度受到影響。假期期間，分段建造的一切工作將停止。加班是在標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的基礎(chǔ)上，增加工作時(shí)間。當(dāng)最高氣溫達(dá)到法定高溫(36℃)時(shí)，將減少當(dāng)天標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。

生產(chǎn)變動(dòng)因素主要是分段的建造周期發(fā)生變化，導(dǎo)致分段完工時(shí)間發(fā)生變化。檢驗(yàn)不合格分段需要進(jìn)行若干天的修整，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，分段才算是建造完成。

2　船舶分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度

分段建造按照不同的過程設(shè)計(jì)了不同的調(diào)度策略：待開工分段進(jìn)行空間定位，如果處于停工階段或分段放置不下,則采用定位延遲策略；已定位分段進(jìn)行建造，采用進(jìn)度控制策略；完工分段進(jìn)行吊運(yùn)移出，如果處在停工階段、吊運(yùn)設(shè)備保養(yǎng)階段或分段周圍存在高度干涉，則采用吊運(yùn)等待策略。

2.1分段空間定位

分段空間定位就是采用空間調(diào)度算法,計(jì)算分段的最優(yōu)布局。分段最優(yōu)布局計(jì)算分為兩個(gè)步驟:首先是對(duì)開工的分段進(jìn)行序列優(yōu)化,采用遺傳算法[3]等智能算法;然后按照優(yōu)化后的序列計(jì)算分段的最優(yōu)位置,采用啟發(fā)式定位規(guī)則[4]計(jì)算分段二維位置。

空間定位時(shí)，只考慮假期因素造成停工，此時(shí)執(zhí)行定位延遲策略，將分段定位延遲到下一個(gè)調(diào)度時(shí)間。沒有空間放置的分段，也執(zhí)行定位推遲策略。分段空間定位的流程如圖3所示。

圖3　分段空間定位流程

2.2分段建造完工預(yù)測(cè)

分段建造采用進(jìn)度控制策略，預(yù)測(cè)分段的完工時(shí)間Tf。建造進(jìn)度與影響因素的影響形式有很大的關(guān)系，將主要影響因素的影響形式分為四種：一是停止分段建造活動(dòng)，如吊運(yùn)設(shè)備保養(yǎng)、假期；二是直接減緩分段建造進(jìn)度，如焊機(jī)故障；三是改變工作時(shí)間，從而間接改變分段建造進(jìn)度，如加班、高溫；四是直接增加分段的建造周期，如完工檢驗(yàn)不合格。

分段的建造過程主要是將零部件吊運(yùn)到指定位置,然后采用焊接設(shè)備將零部件焊裝在一起。以該主要過程為基礎(chǔ),為便于分析，默認(rèn)分段不在受影響因素作用下每天建造進(jìn)度是相同的。針對(duì)前三種影響因素，設(shè)計(jì)分段的建造進(jìn)度預(yù)測(cè)模型：分段以1天為單位進(jìn)行建造進(jìn)度預(yù)測(cè)，分段i在t天的建造進(jìn)度是前t-1天進(jìn)度與t天新增進(jìn)度之和：

Pro(Di,t)=Pro(Di,t-1)+

(9)

i=1,2,…,N

其中,Xi(t)是分段建造活動(dòng)狀態(tài),由吊運(yùn)設(shè)備保養(yǎng)和假期共同控制,Xi(t)=0或1;Y是焊接設(shè)備總數(shù),Yi(t)是正常工作的焊機(jī)設(shè)備數(shù)量;Z是標(biāo)準(zhǔn)工時(shí),Zi(t)是實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間，主要由加班和高溫因素控制;Wi是分段每天標(biāo)準(zhǔn)建造進(jìn)度，滿足WiPi=1。

當(dāng)Pro(Di,t)=1時(shí),考慮第四種影響形式。對(duì)分段進(jìn)行合格檢驗(yàn)，檢驗(yàn)不合格的分段將要進(jìn)行mi天的修整,使得分段達(dá)到合格，合格的分段才是建造完工的分段。

2.3完工分段吊運(yùn)移出

完工分段移出采取吊運(yùn)等待策略，來獲得移出時(shí)間Tm。當(dāng)處在吊運(yùn)設(shè)備保養(yǎng)、假期等階段時(shí)，吊運(yùn)活動(dòng)停止，此時(shí)執(zhí)行吊運(yùn)等待策略，等待下一個(gè)調(diào)度時(shí)刻。完工的分段使用吊運(yùn)設(shè)備將其吊運(yùn)出去,當(dāng)分段周圍存在過高的分段，阻擋分段吊運(yùn)時(shí)，同樣執(zhí)行調(diào)度等待策略。

如圖4所示，分段112周圍有分段，吊運(yùn)時(shí)需要判斷是否存在高度干涉。假設(shè)最大吊運(yùn)高度是Hm，待吊運(yùn)分段的高度是H，分段之間的安全距離是Hs,待吊運(yùn)分段在Y軸兩側(cè)移出方向上其他分段的最高位置分別是H1、H2。如果分段能夠從跨中吊運(yùn)出去，則存在i=1或2，滿足：

H+Hi+Hs≤Hm

(10)

圖4　分段吊運(yùn)仿真示意圖

對(duì)于不能調(diào)運(yùn)的分段,將其一直放置在原地,直到能夠滿足式(10),過程就是執(zhí)行吊運(yùn)等待策略。在建造過程中，分段的高度是依據(jù)分段的建造進(jìn)度不斷變化的，需要實(shí)時(shí)更新分段的高度。

3　船舶分段建造仿真模型

船舶分段建造的不同過程可以看成若干個(gè)離散的事件,采用離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)，構(gòu)建船舶分段建造仿真模型，實(shí)現(xiàn)分段建造的動(dòng)態(tài)空間調(diào)度仿真。

3.1仿真模型架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)造仿真模型，模型對(duì)象如圖5所示。

圖5　仿真模型對(duì)象

仿真模型共有兩組對(duì)象：仿真引擎對(duì)象和動(dòng)態(tài)空間調(diào)度對(duì)象。仿真引擎對(duì)象是離散事件系統(tǒng)仿真模型中必不可少的：仿真控制器是模型的核心，其主要功能是控制仿真流程，使得仿真朝著預(yù)定的流程執(zhí)行；統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器用來統(tǒng)計(jì)仿真過程中數(shù)據(jù)；隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成隨機(jī)數(shù)，通過數(shù)學(xué)變換生成其他的隨機(jī)分布；仿真時(shí)鐘控制仿真時(shí)鐘的推進(jìn)。動(dòng)態(tài)空間調(diào)度對(duì)象是仿真中主要的執(zhí)行體：調(diào)度執(zhí)行對(duì)象的作用是生成事件列表，并針對(duì)不同建造過程對(duì)象處理不同的事件；調(diào)度事件列表記錄調(diào)度時(shí)刻的分段及其類型，包括開工的分段、建造的分段和完工的分段；建造過程對(duì)象是用來處理不同類型分段的方法，包括空間定位對(duì)象、分段建造對(duì)象和吊運(yùn)移出對(duì)象；影響因素對(duì)象的作用是獲取主要影響因素的狀態(tài)數(shù)據(jù)(例如是否加班、損壞焊機(jī)維修時(shí)間等)，實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

圖6　影響因素狀態(tài)數(shù)據(jù)獲取流程

使用封裝技術(shù)將對(duì)象中的功能封裝成類。采用繼承多態(tài)的方式，實(shí)現(xiàn)分段建造影響因素對(duì)象和三種建造對(duì)象的功能及其調(diào)整策略。仿真模型的UML類圖如圖7所示，通過構(gòu)造這些類來實(shí)現(xiàn)仿真模型。

圖7　仿真模型的UML類圖

3.2仿真模型實(shí)現(xiàn)流程

在仿真控制器Simulator控制下，仿真模型執(zhí)行流程如圖8所示。

仿真開始前,輸入仿真信息，包括裝焊工場(chǎng)跨的數(shù)量、尺寸,分段的尺寸和生產(chǎn)計(jì)劃，主要影響因素?cái)?shù)據(jù)。然后對(duì)仿真主控進(jìn)行初始化，對(duì)影響因素進(jìn)行建模。

圖8　仿真系統(tǒng)模時(shí)序圖

仿真時(shí)，調(diào)度執(zhí)行類依據(jù)仿真時(shí)間，生成事件列表；對(duì)開工的分段進(jìn)行空間定位，位置計(jì)算成功的分段和已定位的分段進(jìn)行建造進(jìn)度預(yù)測(cè)；對(duì)完工的分段進(jìn)行吊運(yùn)移出操作。將仿真的結(jié)果反饋到統(tǒng)計(jì)分析類,然后設(shè)置下一個(gè)仿真時(shí)刻，進(jìn)入下一輪仿真。

仿真結(jié)束后，輸出分段的建造情況、場(chǎng)地的利用情況和分段動(dòng)態(tài)布局。

4　案例應(yīng)用與分析

以VS2010 MFC軟件作為編程工具，開發(fā)一套船舶分段建造動(dòng)態(tài)調(diào)度仿真系統(tǒng)。輸入分段建造的影響因素、生產(chǎn)計(jì)劃，輸出分段生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，動(dòng)態(tài)布局。

4.1主要影響因素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

以上海某船舶企業(yè)作業(yè)區(qū)間歷史數(shù)據(jù)和2014年高溫出現(xiàn)概率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)(參考2010～2013年上海氣溫),統(tǒng)計(jì)分析得出分段建造主要影響因素的數(shù)據(jù)和設(shè)備配置情況，結(jié)果見表2。

4.2案例仿真驗(yàn)證

分段建造計(jì)劃選取該船廠生產(chǎn)的7.6萬噸散貨船。建造數(shù)量是4，每條船有150個(gè)分段，部分分段建造生產(chǎn)計(jì)劃見表3,表3中,P、h分別表示分段周期和高度。裝焊工場(chǎng)有3個(gè)跨,跨的長度都是275 m,寬度都是25 m。每個(gè)跨上有6臺(tái)吊運(yùn)設(shè)備,最大吊運(yùn)高度是20 m。為便于分析，分段高度按照建造進(jìn)度線性變化。

表2　主要影響因素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

說明：表中略去吊運(yùn)設(shè)備的初次保養(yǎng)時(shí)間；形如x-y表示日期，例如7-1表示7月1日，日期均為2014年。

表3　分段(部分)建造生產(chǎn)計(jì)劃(日期均為2014年)

利用原型系統(tǒng),對(duì)分段建造進(jìn)行10次仿真。由于調(diào)度計(jì)劃難以實(shí)施,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)分段是沿著裝焊工場(chǎng)安全通道的方向進(jìn)行一維空間布局的,對(duì)這樣的布局方式同樣進(jìn)行10次仿真。兩種情況均仿真后，統(tǒng)計(jì)分段完工情況，其結(jié)果見表4。分段移出時(shí)間Tm如果不遲于最晚完工時(shí)間F(Tm≤F),此時(shí)分段就算按時(shí)完工。

將實(shí)際作業(yè)、空間調(diào)度計(jì)算的結(jié)果和上述兩種仿真進(jìn)行對(duì)比,見表5,其中延遲開工指分段開工時(shí)間T大于最早開工時(shí)間E,即T>E。通常,船舶企業(yè)的實(shí)際按時(shí)完工率約75%,實(shí)際作業(yè)調(diào)度方式仿真后的按時(shí)完工率是78.1%,與實(shí)際作業(yè)基本相符。而采用本文方法后,減小了延期開工分段數(shù)，提高了場(chǎng)地利用率，使按時(shí)完工率提高3.5%,達(dá)到81.6%;雖然仿真一次的時(shí)間從2.1 min延長到20.5 min,主要是因?yàn)椴捎昧瞬季謨?yōu)化算法,耗時(shí)比較多,但是在時(shí)間上的損失是值得的?？臻g調(diào)度算法和本文方法耗時(shí)相差不多,主要是分段布局優(yōu)化耗時(shí)比較長，在此算法中分段基本上是按照生產(chǎn)計(jì)劃來生產(chǎn)的,統(tǒng)計(jì)按時(shí)完工率沒有意義。仿真結(jié)果表明,本文方法能夠縮小調(diào)度計(jì)劃與實(shí)際作業(yè)之間的差別,同時(shí)能夠提高場(chǎng)地利用率。采用本文方法仿真輸出的布局如圖9所示,可作為分段調(diào)度計(jì)劃。

表4　分段按時(shí)完工情況統(tǒng)計(jì)

表5　仿真結(jié)果與實(shí)際調(diào)度對(duì)比

圖9　分段布局動(dòng)態(tài)界面(2014-1-31部分布局)(日期均為2014年)

圖10對(duì)裝焊工場(chǎng)利用率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。圖10中,利用率出現(xiàn)了4處峰值和3處低谷,而且第三個(gè)跨的利用率偏低，這說明單條船的分段建造計(jì)劃相對(duì)集中，而多條船之間的集中建造時(shí)間間隔比較大，裝焊工場(chǎng)利用不充分。如果適當(dāng)縮小多條船的集中建造時(shí)間間隔，在保證按時(shí)完工率的基礎(chǔ)上，可以提高裝焊工場(chǎng)的利用率。

分析圖10中波峰之間的時(shí)間間隔和波峰之間的利用率變化情況，預(yù)測(cè)船號(hào)H2471、H2472、H2473的建造時(shí)間可以分別提前10 d、20 d、30 d。按照預(yù)測(cè)優(yōu)化調(diào)整后的生產(chǎn)計(jì)劃，仿真10次分段建造。統(tǒng)計(jì)分段按時(shí)完工率達(dá)到81.3%，與優(yōu)化前基本保持一致。圖11是裝焊工場(chǎng)場(chǎng)地利用率統(tǒng)計(jì)圖，與圖10相比，利用率曲線明顯平緩，利用率得到了大幅度的提高?？梢?利用本文方法能夠有效地評(píng)估分段生產(chǎn)計(jì)劃、同時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化調(diào)整。

圖10　裝焊工場(chǎng)場(chǎng)地利用率(日期均為2014年)

圖11　生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整后場(chǎng)地利用率(日期均為2014年)

5　結(jié)語

本文針對(duì)船舶分段建造空間調(diào)度過程中存在的問題,在分析分段動(dòng)態(tài)空間調(diào)度數(shù)學(xué)模型和分段建造的主要影響因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度調(diào)整策略，使得分段建造過程能夠按照影響因素的作用進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。采用離散事件仿真技術(shù)，建立了船舶分段動(dòng)態(tài)空間調(diào)度仿真模型，實(shí)現(xiàn)了分段建造動(dòng)態(tài)空間調(diào)度的仿真，并開發(fā)了原型系統(tǒng)。采用實(shí)際數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行仿真，結(jié)果表明,本文方法使調(diào)度計(jì)劃更好地反映實(shí)際作業(yè)情況，并且提高了場(chǎng)地利用率；仿真輸出的布局可以作為調(diào)度計(jì)劃來指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)；仿真結(jié)果可為生產(chǎn)計(jì)劃評(píng)估、優(yōu)化調(diào)整提供指導(dǎo)。但本文提出的動(dòng)態(tài)空間調(diào)度策略中分段進(jìn)度預(yù)測(cè)模型是理想化的,分段高度變化是取線性變化的，今后將考慮實(shí)際變化情況對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

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(編輯陳勇)

Simulation-based Ship Block Building Dynamic Spatial Scheduling

Wang Jinjian1Du Jiwang1Fan Xiumin1,2He Qichang1,2

1.Shanghai Jiaotong University,Shanghai,200240 2.Shanghai Key Lab of Advanced Manufacturing Environment,Shanghai,200240

To reduce the difference among ship block spatial scheduling results and actual working assignments,a simulation-based dynamic spatial scheduling method was proposed.According to different stages of ship-block building and analyzing the influence forms of affecting factors,three dynamic adjustment strategies were put forward,including positioning delay strategy,progress control strategy and swing waiting strategy.With these strategies,the ship-block building processes could be adjusted so as to adapt to affecting factors.A ship block building simulation model was developed to realize the dynamic spatial scheduling simulation under the influence of affecting factors.The simulation results indicate that the proposed method can reduce the difference between the scheduling plan and actual working ones,and can provide guidance to optimize ship-block building production plan.

ship block;dynamic spatial scheduling;simulation;optimization

2014-09-28

國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(A0720133009)

TP391.9DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.14.011

王津劍,男,1989年生。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院碩士研究生。主要研究方向?yàn)樯a(chǎn)系統(tǒng)建模仿真與仿真。杜吉旺,男,1987年生。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博士研究生。范秀敏,女,1971年生。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。何其昌,男,1977年生。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院講師。