船舶建造敏捷策略

陳大偉， 柳存根

(上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院， 上海 200240)

0 引 言

隨著造船產(chǎn)業(yè)發(fā)展和航運(yùn)市場的不斷變化，船舶建造企業(yè)必須面對(duì)不斷更新的船舶產(chǎn)品建造需求和產(chǎn)量需求。這些市場需求不可能圍繞企業(yè)固有的生產(chǎn)要素資源來提出，而是企業(yè)必須按照市場的需求來調(diào)整。眾所周知，船舶企業(yè)基建工程量大、周期長、改造提升空間小，在去產(chǎn)能的政策指導(dǎo)下，當(dāng)前基本不會(huì)出現(xiàn)投資改變企業(yè)固有生產(chǎn)要素資源的狀況。因此，對(duì)于不斷變化和提高的市場需求，生產(chǎn)要素資源總是有限的。對(duì)于新老船舶企業(yè)，或早或晚都要面臨在建造流程的某些階段出現(xiàn)生產(chǎn)要素資源制約計(jì)劃執(zhí)行的現(xiàn)象。船舶企業(yè)的生產(chǎn)管理工作必須優(yōu)化資源配置，在優(yōu)化計(jì)劃的基礎(chǔ)上必須形成自己的計(jì)劃落地執(zhí)行措施文化，敏捷應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過程中的變化，抓重點(diǎn)環(huán)節(jié)，及時(shí)調(diào)整，形成動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)組織和計(jì)劃優(yōu)化模型，滿足企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈最終客戶的生產(chǎn)組織需求，實(shí)現(xiàn)整體效益的提升優(yōu)化。

1 船舶總段制造階段是敏捷制造落地的關(guān)鍵階段

1.1 船塢和碼頭是企業(yè)的核心資源

船塢和碼頭是船舶產(chǎn)品成型和完成的施工區(qū)域，決定了企業(yè)建造完工船舶的數(shù)量和交付能力。在船舶建造流程中通過生產(chǎn)制造形成許多中間產(chǎn)品，這些中間產(chǎn)品最終流向船塢和碼頭。同時(shí)，船塢的大小和碼頭的長度很難在后期再度開發(fā)。因此，對(duì)大多數(shù)船舶企業(yè)而言，船塢和碼頭是企業(yè)的核心資源。

1.2 提高核心資源利用效率

縮短船塢和碼頭周期是提高核心資源利用率的有效方法。從產(chǎn)出指標(biāo)方面分析，假設(shè)當(dāng)年船塢建造的船舶條數(shù)為n，造價(jià)為Qi，船塢面積為A，則可得出船塢面積產(chǎn)出O的公式表達(dá)為

(1)

同理，人均產(chǎn)值、碼頭長度產(chǎn)出、總噸工時(shí)產(chǎn)出也可以使用類似公式表達(dá)。

由式(1)分析可知：在企業(yè)接單明確的情況下，必須縮短在船塢和碼頭的制造周期，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出指標(biāo)上升。

船塢作業(yè)量向總段制造階段前移和碼頭作業(yè)量向船塢前移是實(shí)現(xiàn)船塢和碼頭作業(yè)量下降、提高企業(yè)生產(chǎn)效率、降低周期失控風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。船塢和碼頭的施工環(huán)境趨于封閉，施工作業(yè)需要花費(fèi)的作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間(如作業(yè)能源皮帶拉設(shè)回收、輔助作業(yè)工裝設(shè)置等)、施工作業(yè)的監(jiān)護(hù)要求等都會(huì)導(dǎo)致施工成本上升和勞動(dòng)效率下降。在這2個(gè)階段完成相同作業(yè)量往往需要花費(fèi)數(shù)倍于前面幾個(gè)作業(yè)階段的成本和時(shí)間。從企業(yè)的內(nèi)部生產(chǎn)管理來講，在生產(chǎn)組織過程中：一方面要在這2個(gè)階段合理組織生產(chǎn)，有序地、有節(jié)奏地投入物量和相互協(xié)作，不出現(xiàn)讓工、等工、返工等有礙生產(chǎn)推進(jìn)的情況；另一方面要求碼頭的物量向船塢轉(zhuǎn)移、船塢的物量向總段制造轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)在施工環(huán)境好、可用技術(shù)手段多、安全質(zhì)量管理投入要求低的場所和施工階段完成施工的物量。

1.3 船舶總段制造階段的關(guān)鍵作用

在生產(chǎn)要素資源勢(shì)弱時(shí)，船舶生產(chǎn)建造流程需要敏捷的制造管理策略來推動(dòng)。船舶總段制造階段是關(guān)鍵的落實(shí)階段。船舶總段制造階段制造的產(chǎn)品“總段”直接供應(yīng)給船塢生產(chǎn)，是船塢生產(chǎn)的基礎(chǔ)。總段供應(yīng)如供應(yīng)日期、供應(yīng)順序、殼舾涂完整性情況、船塢作業(yè)量前移的程度等都會(huì)對(duì)船塢的生產(chǎn)造成直接的影響，進(jìn)而間接影響到碼頭。船舶總段制造的材料來源是前道的產(chǎn)品“分段”，總段制造階段的生產(chǎn)材料需求最接近于船塢生產(chǎn)需求，能夠?qū)⒋瑝]生產(chǎn)需求的變化傳遞到“分段”制造階段，間接輻射到“加工”階段。

在總段制造階段應(yīng)用敏捷制造策略，能夠及時(shí)地響應(yīng)和傳遞前后道生產(chǎn)階段的變化，在流程中落實(shí)變化，有力地執(zhí)行優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃的落實(shí)，在現(xiàn)代造船模式船舶建造生產(chǎn)流程中起著關(guān)鍵作用。

2 基于敏捷制造理念的船體總段制造流程和響應(yīng)機(jī)制

2.1 建立前后聯(lián)系的計(jì)劃管理體系

根據(jù)敏捷制造理念的特點(diǎn)，在船體總段制造階段工作開展時(shí)，首先必須分析客戶需求和生產(chǎn)資源能力。對(duì)于計(jì)劃，必須系統(tǒng)性地編制、落實(shí)、監(jiān)控分析和反饋(見圖1)。

圖1 一體化計(jì)劃管理模型圖

這項(xiàng)工作首要主動(dòng)分析后行船塢需求，結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)要素資源配置情況，抓主要因素，制定對(duì)策，旨在研究和應(yīng)用船塢生產(chǎn)滿意度高的總段制作方案；監(jiān)控前道生產(chǎn)情況及供應(yīng)日期數(shù)據(jù)，提前發(fā)現(xiàn)影響項(xiàng)目計(jì)劃的關(guān)鍵問題，及時(shí)糾正計(jì)劃偏差，應(yīng)急響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)按照船塢需求和施工資源配置組織的合拍生產(chǎn)。

2.2 基于系統(tǒng)計(jì)劃管理的響應(yīng)機(jī)制

基于敏捷制造理念，從客戶需求、及時(shí)制造的角度，對(duì)于生產(chǎn)流程中發(fā)生的變化，圖1表述的計(jì)劃管理流程可以形成如下敏捷的動(dòng)態(tài)平衡優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃管理和落實(shí)的虛擬決策流程(見圖2)。

圖2 船體總段敏捷制造模型圖

通過該決策流程，對(duì)建造流程中的變化形成動(dòng)態(tài)響應(yīng)的管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)3個(gè)層面的計(jì)劃優(yōu)化和生產(chǎn)組織優(yōu)化：

(1) 分段供應(yīng)計(jì)劃和總段胎位計(jì)劃動(dòng)態(tài)平衡，結(jié)合船塢生產(chǎn)作業(yè)量需求，調(diào)整船塢搭載計(jì)劃。有計(jì)劃有節(jié)奏地開展搭載吊裝工作，根據(jù)可用勞動(dòng)力資源情況，及時(shí)調(diào)整吊裝的節(jié)奏，提高勞動(dòng)力投入量，控制和減少負(fù)荷高峰峰值，實(shí)現(xiàn)船塢大節(jié)點(diǎn)計(jì)劃并提高船舶下水時(shí)的完整性。

(2) 分段供應(yīng)計(jì)劃和船塢搭載計(jì)劃動(dòng)態(tài)平衡，優(yōu)化總組資源的使用效率需求，編制落實(shí)總段胎位計(jì)劃。在滿足船塢施工時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求的前提下，策劃總段制作的方案和控制場地占用的周期，提高總段制造率和完整性程度，實(shí)現(xiàn)效率提升。

(3) 船塢計(jì)劃和總段胎位計(jì)劃動(dòng)態(tài)平衡優(yōu)化，指導(dǎo)分段按需供應(yīng)。船塢生產(chǎn)搭載吊裝方案的變化和總段制作方案及場地占用的周期變化必然帶來分段需求的變化，及時(shí)跟蹤分段制作信息和反饋需求信息，可以提高分段供需日期的對(duì)應(yīng)率，并幫助分段制作優(yōu)化資源分配。

3 船體總段制造敏捷應(yīng)變的方法

3.1 生產(chǎn)過程變化監(jiān)控方法

分段供應(yīng)日期是影響總段制作的計(jì)劃和產(chǎn)品完成狀態(tài)的關(guān)鍵因素，因此控制計(jì)劃的變動(dòng)應(yīng)從分段制作階段抓起。需要較早發(fā)現(xiàn)對(duì)整體影響較大的關(guān)鍵分段并監(jiān)控重點(diǎn)，根據(jù)分段的即時(shí)生產(chǎn)供應(yīng)狀態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算建立可視化的總段供應(yīng)預(yù)測(cè)看板來識(shí)別關(guān)鍵分段。如圖3所示，在全船結(jié)構(gòu)總段連續(xù)供應(yīng)看板中，通過對(duì)相鄰總段中顯示的色階出現(xiàn)突變的總段構(gòu)成進(jìn)行分析，影響最大的分段就是關(guān)鍵分段(因此也稱分段供應(yīng)狀態(tài)即時(shí)跟蹤分析看板)。通過對(duì)關(guān)鍵分段的重點(diǎn)跟蹤，在流程中重點(diǎn)組織施工資源，逐步消除影響，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的控制。

圖3 分段供應(yīng)狀態(tài)即時(shí)跟蹤分析看板

在總段制作過程中，同樣需要跟蹤施工狀態(tài)，優(yōu)化資源配置，滿足船塢生產(chǎn)需求，如圖4所示。

圖4 總段準(zhǔn)備過程看板

3.2 建立總段制作的動(dòng)態(tài)制造聯(lián)盟

合理的總段中間產(chǎn)品儲(chǔ)備量和完整性水平，對(duì)滿足船塢和碼頭客戶需求具有非常重大的意義。這項(xiàng)工作的落實(shí)對(duì)總段制作場地資源、吊車資源的起重能力和運(yùn)輸資源能力都有較高要求。在生產(chǎn)要素資源不具備時(shí)，必須建立有效的動(dòng)態(tài)制造聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)。

在現(xiàn)代運(yùn)輸技術(shù)的支持下，可以采用2種動(dòng)態(tài)生產(chǎn)聯(lián)盟模式：異地總組(見圖5)和本地總組-異地舾涂(見圖6)。通過協(xié)作施工，形成廣域的虛擬組織流程，落實(shí)總段制作工作，實(shí)現(xiàn)總段中間產(chǎn)品儲(chǔ)備量和完整性水平的提升，滿足船塢和碼頭的生產(chǎn)需求。

3.3 建立靈活的總段組成方案

在關(guān)鍵分段生產(chǎn)監(jiān)控過程中如果出現(xiàn)在分段制作階段無法消除的計(jì)劃供應(yīng)問題，這就需要在總段制造階段進(jìn)行控制，減少對(duì)船塢生產(chǎn)計(jì)劃的影響；在控制中需要不斷地創(chuàng)造機(jī)會(huì)將船塢的工作物量向總段制造階段前移，使船塢和碼頭作業(yè)量下降；在胎位資源不足時(shí)，需要充分利用場地資源，提高總段施工完整性程度。這些需求可以通過在總段制造階段對(duì)制造總段的分段構(gòu)成進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)每一輪次實(shí)際船塢生產(chǎn)狀況和分段制作供應(yīng)條件，選擇適合的總段組成方案進(jìn)行總段制造，從而打破單一的總段制造模式。

圖5 異地總段制作組織模型

圖6 本地總組-異地舾涂生產(chǎn)組織模型

如表1所示，相同分段的不同組合方式，都可以實(shí)現(xiàn)總段制作和吊裝，但對(duì)分段的供應(yīng)需求和船塢作業(yè)量前移到總段制造階段的程度不同。根據(jù)場地條件、總段尺寸，選取合適的分段進(jìn)行總組。在同等情況下，優(yōu)先考慮以下2個(gè)特征的分段組合：(1) 在施工場地尺寸許可范圍內(nèi)，提高胎位場地利用率，在場地尺寸許可范圍內(nèi)，場地利用率高，涉及的分段和散裝件數(shù)量越多的分段，可以考慮優(yōu)先總組；(2) 從分段供應(yīng)角度分析，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涂裝周期長的分段要納入總組目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)分段計(jì)劃提前。

表1 總段組成方案列表

3.4 構(gòu)造大型結(jié)構(gòu)環(huán)段移位施工

根據(jù)船體結(jié)構(gòu)搭載吊裝順序，如果先吊裝的分段不能按期供應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)吊裝計(jì)劃的延遲，造成施工作業(yè)量堆積在船塢生產(chǎn)后期的情況。這種狀況不利于生產(chǎn)計(jì)劃的推進(jìn)、不利于生產(chǎn)施工安全的管控、不利于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)。

通過應(yīng)用大型環(huán)段塢內(nèi)移位技術(shù)，打破搭載吊裝順序的限制，在總段制作階段和船塢吊裝階段，暫時(shí)忽略未能按期供應(yīng)的分段，先總組和搭載吊裝處于該分段吊裝順序后期的分段。在船塢內(nèi)形成大型島式結(jié)構(gòu)或環(huán)段結(jié)構(gòu)，再利用該技術(shù)將施工完成的大型島式結(jié)構(gòu)或環(huán)段結(jié)構(gòu)移位到需求的空間位置。

4 船舶建造流程敏捷化的管理落實(shí)路徑

結(jié)合前文內(nèi)容，以船體總段制造階段為控制點(diǎn)，形成船舶建造敏捷策略落實(shí)路徑(見圖7)。

圖7 船體總段敏捷制造措施實(shí)施路徑圖

5 結(jié) 論

船體總段制造階段的供需關(guān)系決定了在船舶先行和后行建造流程中的關(guān)鍵作用。對(duì)船體總段制造階段的相關(guān)敏捷應(yīng)變方法進(jìn)行研究，形成以總段制造生產(chǎn)為聯(lián)系點(diǎn)的一體化計(jì)劃管理方法，通過生產(chǎn)過程監(jiān)控、建立生產(chǎn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、構(gòu)建不同完整程度的總段、大環(huán)段移位技術(shù)等方式，建立船舶建造敏捷化策略路徑管理和實(shí)施模型，解決因生產(chǎn)資源要素變化及其他因素影響導(dǎo)致的供需生產(chǎn)過程中的變化，實(shí)現(xiàn)控制計(jì)劃變化、合理配置資源、提高總段中間產(chǎn)品完整性程度、總段合理供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)有序生產(chǎn)的目標(biāo)，保證船舶建造流程中計(jì)劃執(zhí)行的敏捷性。

隨著時(shí)間的推移，生產(chǎn)要素資源與建造需求的矛盾將是影響企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化的重要因素之一。對(duì)于生產(chǎn)要素資源不滿足生產(chǎn)需求時(shí)的生產(chǎn)管理工作開展方式，將會(huì)是越來越多船舶企業(yè)生產(chǎn)管理優(yōu)化研究的重點(diǎn)。敏捷制造是應(yīng)變處置的有效方法，但也對(duì)生產(chǎn)一線管理人員的計(jì)劃與資源關(guān)系處理能力提出了很高的要求。未來生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化分析將會(huì)是頂層設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)工作，在設(shè)計(jì)階段就須開始考慮生產(chǎn)要素資源的配置與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)。

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