基于三維模型的涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計技術(shù)

賈恒濤， 葉宏慧， 高 杰

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海200129)

基于三維模型的涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計技術(shù)

賈恒濤， 葉宏慧， 高 杰

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海200129)

為了提高涂裝生產(chǎn)效率，通過船舶產(chǎn)品設(shè)計(Ship Product Design, SPD)、涂裝管理系統(tǒng)(Painting Management System, PMS)及企業(yè)資源計劃 (Enterprise Resource Planning, ERP)3大系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)格式的兼容性，形成設(shè)計、生產(chǎn)、管理一體化的計算機(jī)信息集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計，取得最佳生產(chǎn)秩序和效率。

涂裝；生產(chǎn)管理信息；完整性；設(shè)計

0 引 言

涂裝工程貫穿于造船過程的始終，與殼、舾各工種、各道工序既相互聯(lián)系、又相互影響。國內(nèi)外船東和船廠對船舶的涂裝極為重視，這不僅是因為涂裝直接反應(yīng)了船舶營運(yùn)中的外觀質(zhì)量，而且由于涂裝與船舶日后的使用壽命、維修費(fèi)用有著密切的關(guān)系，所以船東越來越重視涂裝質(zhì)量，要求也越來越高。

國際上先進(jìn)的造船國家和地區(qū)(如日、韓及西歐等)，在20世紀(jì)的最后20年間，進(jìn)行了大規(guī)模的船舶制造技術(shù)革新改造，并已形成一個能夠有機(jī)結(jié)合和協(xié)調(diào)運(yùn)行的集成系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、管理一體化，提高生產(chǎn)與管理的效率和質(zhì)量，達(dá)到造船質(zhì)量、周期、成本綜合目標(biāo)。

國內(nèi)的船廠一般缺少涂裝生產(chǎn)管理信息的一體化體系，一些大型造船廠各自雖有一套自己的設(shè)計、生產(chǎn)、管理軟件，但是這些軟件之間往往各自獨(dú)立，沒有形成有機(jī)結(jié)合，使得設(shè)計和生產(chǎn)之間沒有得到很好的連接，不能通過設(shè)計進(jìn)行精確化派工，不能準(zhǔn)確地預(yù)測生產(chǎn)計劃所需材料和勞動力負(fù)荷，在生產(chǎn)過程中不能按中間產(chǎn)品的要求進(jìn)行全船材料定額、實(shí)耗和訂貨數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計，增加設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，降低工作效率。為實(shí)現(xiàn)“高速造船”和涂裝設(shè)計、生產(chǎn)、管理一體化，需要一個集成化的涂裝信息管理系統(tǒng)[1-3]。

1 完整性設(shè)計定義和流程

涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計技術(shù)是通過船舶產(chǎn)品設(shè)計(Ship Product Design, SPD)、涂裝管理系統(tǒng)(Painting Management System, PMS)及企業(yè)資源計劃 (Enterprise Resource Planning, ERP)3大系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)格式和基本信息單元的兼容性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間數(shù)字化“無縫”對接，共享三維產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，達(dá)到功能的集成優(yōu)化(包括功能交互、信息共享及數(shù)據(jù)通信3方面的控制和管理),形成設(shè)計、生產(chǎn)、管理一體化的計算機(jī)信息集成系統(tǒng)，達(dá)到真正的“一體化”。

所謂涂裝生產(chǎn)管理信息完整性，包括：(1)設(shè)計策劃。根據(jù)船舶建造特點(diǎn)進(jìn)行船舶建造策劃，再結(jié)合涂裝要求來編制涂裝明細(xì)表進(jìn)行涂裝策劃，以策劃為基準(zhǔn)進(jìn)行涂裝生產(chǎn)設(shè)計工作。(2)設(shè)計建模。利用SPD，按照要求對所有涂裝部位進(jìn)行編碼，在涂裝模塊中對全船各個部位進(jìn)行區(qū)域劃分，然后以準(zhǔn)確的船體模型為背景并根據(jù)區(qū)域劃分精確計算每一個分段各區(qū)域面積，計算結(jié)果保存至SPD設(shè)計軟件數(shù)據(jù)庫[4]。(3)生產(chǎn)設(shè)計出圖。利用船舶涂裝管理系統(tǒng)，以船舶產(chǎn)品三維建模、建立以產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫為中心，按船舶建造中間產(chǎn)品的要求，進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計出圖，生產(chǎn)設(shè)計圖紙包括分段涂裝管理圖(內(nèi)含分段涂裝示意圖)、總段涂裝管理圖和區(qū)域涂裝管理圖。(4)派工單輸出。利用船舶涂裝管理系統(tǒng)進(jìn)行派工和結(jié)算，實(shí)現(xiàn)班組的精細(xì)化管理。(5)材料定額。利用涂裝管理系統(tǒng)，現(xiàn)場施工部門對涂裝的生產(chǎn)、工料的定額等方面進(jìn)行管理，包括對涂裝生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)進(jìn)度的管理，進(jìn)行工時和材料的預(yù)測預(yù)估、材料和工時定額和實(shí)耗的統(tǒng)計分析。(6)訂貨管理。通過ERP可以讀取涂裝管理系統(tǒng)中計算的油漆定額量，自動轉(zhuǎn)換成各類油漆的訂貨量，物資采購部門憑該數(shù)據(jù)進(jìn)行油漆采購。統(tǒng)計各油漆的實(shí)際領(lǐng)用情況，對施工精細(xì)化管理做到實(shí)時監(jiān)控，也可以此為依據(jù)計算各施工人員的施工效率。圖1為涂裝生產(chǎn)設(shè)計流程圖。

圖1 涂裝生產(chǎn)設(shè)計流程圖

2 涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計技術(shù)

2.1設(shè)計策劃

(1) 參考外專業(yè)圖紙。整理和收集船舶總布置圖、艙容圖、機(jī)艙設(shè)備布置圖、防火分隔圖、絕緣布置圖、甲板敷料布置圖、艙室尺寸圖及封板圖、污水井及通風(fēng)布置圖、吃水標(biāo)記圖等，為后續(xù)生產(chǎn)設(shè)計做準(zhǔn)備。

(2) 涂裝詳細(xì)設(shè)計準(zhǔn)備。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書、涂料廠商的產(chǎn)品說明書，依據(jù)每種涂料間的復(fù)涂間隔以及全船各部位的實(shí)際施工情況來編制涂裝明細(xì)表。涂裝明細(xì)表包括涂裝部位、涂裝配套和涂裝階段等信息。

2.2設(shè)計建模研究

利用SPD、PMS以及ERP 3大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，能有效做到在SPD軟件中以準(zhǔn)確的船體模型為背景進(jìn)行部位區(qū)分和面積計算，并在涂裝管理系統(tǒng)中生成各類涂料、材料的定額和派工單，定額數(shù)據(jù)又能實(shí)時轉(zhuǎn)換為ERP訂貨的采購量。

(1) 涂裝部位代碼定義。根據(jù)涂裝說明書，相同涂裝區(qū)域采用相同油漆配套的要求，如全船壓載艙應(yīng)采用相同的油漆配套，根據(jù)公司標(biāo)準(zhǔn)《船舶涂裝區(qū)域代碼標(biāo)準(zhǔn)》，全船采用6位字母和數(shù)字表示涂裝區(qū)域，BWT定義為壓載艙，1#、2#壓載艙定義01、02，左舷定義P，右舷定義S，如：BWT01P代表1#壓載艙(左)，全船按此規(guī)則進(jìn)行區(qū)域代碼編制。

涂裝的部位代碼是為了表示全船區(qū)域名稱的唯一性，定義的區(qū)域名稱可以在多個分段內(nèi)得以體現(xiàn)，因此通過“分段名稱+區(qū)域名稱”的方式就可以保證此次計算出的區(qū)域面積的唯一性。SPD工程數(shù)據(jù)管理可在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中添加或更改標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以達(dá)到正確定義區(qū)域名稱的目的。

涂裝部位的定義技術(shù)為涂裝生產(chǎn)和管理的信息自動化輸出奠定了基礎(chǔ)。

該編碼的優(yōu)點(diǎn)在于：① 編碼是SPD船舶設(shè)計軟件和涂裝管理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的媒介。兩個系統(tǒng)通過該編碼，能自動將彼此系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換、整合、匯總，大幅提高工作效率。② 通過編碼定義能對船體部位面積計算進(jìn)行拆分、合并。涂裝部位編碼的靈活性和全覆蓋性可以針對每種船舶的不同特點(diǎn)，對較大的涂裝部位進(jìn)行分解，每個分解的小部位可以單獨(dú)編碼，也可對多個涂裝配套、工藝相同的船體部位進(jìn)行整合，大幅提高現(xiàn)場施工部門派工的靈活性。③ 涂裝編碼可以在統(tǒng)計總段、區(qū)域涂裝面積和油漆定額時迅速識別同一總段、區(qū)域的所有涂裝部位，做到部位不遺漏，自動化統(tǒng)計。

(2) 涂裝面積計算。通過SPD可以方便快捷地計算出不同涂裝部位的涂裝面積。根據(jù)涂裝詳細(xì)設(shè)計圖紙、總布置圖、艙容圖及公司涂裝區(qū)域代碼標(biāo)準(zhǔn)等資料在SPD設(shè)計軟件涂裝模塊中對全船各個部位進(jìn)行區(qū)域劃分，并根據(jù)區(qū)域劃分分別計算分段各區(qū)域面積，計算結(jié)果保存至SPD設(shè)計軟件數(shù)據(jù)庫。

(3) 涂裝配套建模研究。將涂裝配套寫入涂裝管理系統(tǒng)。

(4) 涂裝消耗系數(shù)定義研究。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，以中間產(chǎn)品為基礎(chǔ)，明確涂裝各階段的涂裝消耗系數(shù)和修補(bǔ)率，深度優(yōu)化的精細(xì)化設(shè)計為生產(chǎn)部門的精細(xì)化派工提供重要依據(jù)。各分段、總段、區(qū)域的材料定額生成，使得生產(chǎn)管理部門可以精細(xì)化考核現(xiàn)場生產(chǎn)部門的生產(chǎn)效率，順利解決生產(chǎn)場地多元化帶來的管理問題，對提高涂裝效率、降低涂料消耗具有極大的促進(jìn)作用。

2.3涂裝管理系統(tǒng)

為了滿足船舶建造“殼、舾、涂一體化”的生產(chǎn)要求，滬東中華造船(集團(tuán))有限公司于1998年提出了以船舶產(chǎn)品三維建模和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫為中心，集設(shè)計、制造、管理一體化的解決方案。涂裝管理系統(tǒng)在船體三維模型的基礎(chǔ)上，按照涂裝工藝要求，生成所需涂裝的區(qū)域、分段、艙室的三維模型，通過交互設(shè)計確定所需涂裝的各類板材、型材零件，而后進(jìn)行面積計算，生成整個涂裝區(qū)域的涂裝面積。然后按工藝要求生成涂裝工作圖、涂裝工藝要求及分段、船臺、碼頭各工藝階段打磨、涂裝所需工時定額表以及涂料、輔料等材料定額表，滿足各工藝階段及“殼、舾、涂一體化”生產(chǎn)的要求。

2.3.1 研究對象

(1)系統(tǒng)定義。涂裝管理系統(tǒng)是現(xiàn)場施工部門對涂裝的生產(chǎn)、工料的定額等方面進(jìn)行管理的工具，包括對涂裝生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)進(jìn)度的管理，進(jìn)行工時和材料的預(yù)測預(yù)估、派工單和領(lǐng)料單的自動生成、材料和工時的定額和實(shí)耗的統(tǒng)計分析以及施工質(zhì)量的跟蹤管理，做到既保證施工質(zhì)量，又不造成工時、材料的浪費(fèi)。

(2) 系統(tǒng)所要解決的主要問題。① 生產(chǎn)計劃所需材料和勞動力負(fù)荷的預(yù)測。② 工料定額的一致性、準(zhǔn)確性和可追溯性。③ 質(zhì)量跟蹤管理的可追溯性。

2.3.2 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)按照功能區(qū)分主要劃分為6大模塊，包括：計劃管理模塊、工時管理模塊、涂料管理模塊、質(zhì)量管理模塊、設(shè)備管理模塊、工藝管理模塊。

2.3.3 涂裝管理系統(tǒng)的應(yīng)用

涂裝管理系統(tǒng)可為生產(chǎn)設(shè)計進(jìn)行輔助出圖。涂裝管理系統(tǒng)還集成了涂裝定額管理、涂裝派工單生成的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

2.4生產(chǎn)設(shè)計出圖研究

涂裝生產(chǎn)設(shè)計圖紙按中間產(chǎn)品的要求，包括分段涂裝管理圖(內(nèi)含分段涂裝示意圖)(見圖2和圖3)、總段涂裝管理圖和區(qū)域涂裝管理圖。

2.5派工單輸出研究

利用涂裝管理系統(tǒng)進(jìn)行派工單輸出(見圖4)，可做到生產(chǎn)計劃所需材料和勞動力負(fù)荷的預(yù)測，工料定額的一致性、準(zhǔn)確性和可追溯性、質(zhì)量跟蹤管理的可追溯性。

2.6材料定額和訂貨管理研究

通過ERP系統(tǒng)可以做到如下功能：

(1) 通過讀取涂裝管理系統(tǒng)中計算的油漆定額量，自動轉(zhuǎn)換成各類油漆的訂貨量，物資部憑該數(shù)據(jù)進(jìn)行油漆采購。

(2) 統(tǒng)計本船的實(shí)際定額量和理論定額量，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對后續(xù)船的油漆用量估算提供重要依據(jù)。

(3) 統(tǒng)計各油漆的實(shí)際領(lǐng)用情況，對施工精細(xì)化管理做到實(shí)時監(jiān)控，也可以此為依據(jù)計算各施工人員的施工效率。

圖2 分段涂裝管理圖

圖3 分段涂裝管理

圖4 涂裝派工單

3 結(jié) 語

本文通過SPD、PMS及ERP 3大系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)格式和基本信息單元的兼容性，系統(tǒng)之間能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化“無縫”對接，形成設(shè)計、生產(chǎn)、管理一體化的計算機(jī)信息集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計，提高涂裝生產(chǎn)效率。

(1) 涂裝生產(chǎn)管理信息完整性設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用可以大幅縮短設(shè)計和建造的周期，使得生產(chǎn)設(shè)計圖紙、涂裝派工單的下發(fā)以及派工結(jié)算更加快速和準(zhǔn)確。

(2) 以分段、總段、區(qū)域涂裝為中間產(chǎn)品的設(shè)計模式使得施工要求、定額派工更加細(xì)化，對加強(qiáng)勞務(wù)隊的考核和提高勞動效率、節(jié)省涂料的消耗起到很大作用。

(3) 涂裝管理系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)的無縫連接可使涂料的使用、定額和庫存得到及時反饋，在保證生產(chǎn)的同時做到零庫存。

[1] 周清，朱蘇，陳立男.涂裝工藝設(shè)計軟件系統(tǒng)概述[C]//中國造船工程學(xué)會CAD/CAM學(xué)術(shù)交流會議，2013.

[2] 陳杰.基于超標(biāo)量指令流水模型的船舶涂裝信息管理系統(tǒng)[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

[3] 汪國平. 我國船舶涂裝的現(xiàn)狀與進(jìn)一步發(fā)展的對策[J].上海涂料，2002(1)：13-15.

[4] 蘇文榮.船舶產(chǎn)品設(shè)計(SPD)系統(tǒng)[J].計算機(jī)輔助工程，2009,18(2)：1-4.

DesignTechnologyofPaintingProductionManagementInformationIntegrityBasedonThree-DimensionalModel

JIA Hengtao, YE Honghui, GAO Jie

(Design Management Department, Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd.,Shanghai 200129， China)

In order to improve the efficiency of painting production ,the data compatibility of three systems of ship product design(SPD), painting management system (PMS) and enterprise resource planning (ERP) is used to complete a computer information integration system of design, production and management. The design integrity of painting production management information is realized and the optimum production sequence and efficiency are obtained.

painting; production management information; integrity; design

賈恒濤(1970-)，男，高級工程師，研究方向為船舶涂裝和防腐蝕設(shè)計

1000-3878(2017)05-0085-05

U662

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