船舶建造企業(yè)精益管理思考與改善措施

張懷宇，畢堅(jiān)裔

(1.中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，上海 200120；2.渤海船舶重工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125005)

0 引言

精益生產(chǎn)管理是一種以客戶需求為拉動(dòng)，以消滅浪費(fèi)和不斷改善生產(chǎn)流程為核心，以小的投入換取效益改善的生產(chǎn)管理模式，是小批量產(chǎn)品的最優(yōu)生產(chǎn)方式，因此在航運(yùn)業(yè)不景氣，船舶制造企業(yè)面臨嚴(yán)重的競(jìng)爭(zhēng)壓力的情況下，精益管理越來(lái)越得到重視。本文結(jié)合某大型國(guó)有船舶制造企業(yè)精益生產(chǎn)管理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，探索具有自身企業(yè)文化特點(diǎn)的生產(chǎn)管理方法與體系。

1 船廠精益管理的特點(diǎn)

(1)采用拉動(dòng)式的生產(chǎn)方式，以最終用戶的需求為生產(chǎn)起點(diǎn)，通過(guò)中間產(chǎn)品為對(duì)象的工序流程的組織。

(2)質(zhì)量是生產(chǎn)出來(lái)的。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中各工序?qū)|(zhì)量的檢驗(yàn)與控制時(shí)刻進(jìn)行，使產(chǎn)品的質(zhì)量保證最終落實(shí)到質(zhì)量管理的各個(gè)檢測(cè)過(guò)程。

(3)團(tuán)隊(duì)氛圍是信任。沒(méi)有每一步工作的稽核，注重長(zhǎng)期監(jiān)督控制。

(4)團(tuán)隊(duì)成員一專多能，熟悉彼此工作內(nèi)容，協(xié)調(diào)補(bǔ)位順利。

(5)通過(guò)設(shè)計(jì)、工藝一體化，將產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)概念、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程有機(jī)結(jié)合，最終形成滿足企業(yè)施工需求的建造圖紙和確保施工質(zhì)量要求的作業(yè)指導(dǎo)文件。

2 船舶建造企業(yè)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀

(1)與最終用戶的需求差異較大。船東要求是船舶建造的時(shí)間、性能、操作性、舒適性和質(zhì)量等方面，而船舶企業(yè)內(nèi)部則是在中間產(chǎn)品需求的完整性、建造質(zhì)量和供應(yīng)納期等方面。

(2)生產(chǎn)過(guò)程中不斷地交驗(yàn)、報(bào)驗(yàn)，浪費(fèi)大量待檢和檢驗(yàn)工時(shí)。

(3)管理團(tuán)隊(duì)層層稽核，人盯人監(jiān)督管理，浪費(fèi)管理資源，延長(zhǎng)反饋時(shí)間。

(4)工人技能單一，單工種均衡生產(chǎn)困難，工種間無(wú)法協(xié)調(diào)補(bǔ)位。

(5)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與施工各階段脫節(jié)，缺乏各階段施工工藝指導(dǎo)，使得產(chǎn)品建造難度和質(zhì)量的權(quán)衡不能總體把控。

3 改善船舶制造企業(yè)精益管理的措施

(1)高層管理人員簡(jiǎn)政放權(quán)，調(diào)動(dòng)員工積極性主動(dòng)性，上下一心同舟共濟(jì)。

(2)規(guī)范管理流程，全面制定管理、施工標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)律典管理、操作和報(bào)驗(yàn)。

(3)實(shí)行“一目了然”的目視管理，以保證不會(huì)因人而異的判斷速度和結(jié)果，讓員工自主地完全理解、接受、執(zhí)行各項(xiàng)工作。

(4)嚴(yán)肅計(jì)劃執(zhí)行，由生產(chǎn)和需求直接對(duì)接計(jì)劃，消除過(guò)早、過(guò)量的投入，以減少庫(kù)存。

(5)組建一專多能施工隊(duì)伍，以便工種間協(xié)調(diào)補(bǔ)位均衡用工。

(6)合理組織產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的工藝流程與物流過(guò)程。

(7)把生產(chǎn)方式的改善和企業(yè)文化的演變結(jié)合起來(lái)，持續(xù)改善。

上述7項(xiàng)措施中，第1、2、4項(xiàng)是管理制度的改革；第3項(xiàng)則是建立在企業(yè)生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)挖掘上的對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的有效管理；第5項(xiàng)也是建立在對(duì)生產(chǎn)組織過(guò)程中的大數(shù)據(jù)挖掘；第6項(xiàng)則是生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)物流的精益重組，它與生產(chǎn)過(guò)程的船體分段建造場(chǎng)地與建造時(shí)間緊密相關(guān)，是建立在第3、5項(xiàng)基礎(chǔ)之上的精益計(jì)劃在船體建造過(guò)程中的客觀體現(xiàn)，也是實(shí)現(xiàn)船舶企業(yè)精益化管理的核心；第7項(xiàng)是企業(yè)管理與企業(yè)文化建設(shè)的同步化改進(jìn)。

4 船體分段建造時(shí)間估算與現(xiàn)場(chǎng)物流管理

4.1 船體分段建造時(shí)間估算

要實(shí)現(xiàn)船舶企業(yè)的精益管理，必須制定完整的船舶建造生產(chǎn)計(jì)劃。對(duì)整個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)中工量與時(shí)間信息準(zhǔn)確把握，它需要企業(yè)通過(guò)多年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)積累，而不是現(xiàn)有的噸鋼工時(shí)量這種粗放的管理形式。以某船體小分段制造過(guò)程的埋弧焊為例，其裝配過(guò)程包括構(gòu)件加工、部件裝焊、分段裝焊等一系列焊接裝配建造過(guò)程。因此，對(duì)于船舶建造這種多任務(wù)的離散生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)劃制定，必須收集并掌握準(zhǔn)確建造工量、設(shè)備產(chǎn)能等，從而獲取特定產(chǎn)品生產(chǎn)中的工時(shí)與工量。

埋弧焊標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間，通過(guò)工步時(shí)間計(jì)算匯總得出[1]。分段焊接中，人的動(dòng)態(tài)活動(dòng)范圍較大，動(dòng)作是全身性的，某些工作完成進(jìn)度與操作工人掌握技術(shù)的熟練程度或現(xiàn)場(chǎng)施工的偶然因素有關(guān)，因此，僅用特定的模特法操作計(jì)時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確地確定生產(chǎn)中的工作時(shí)間，需要通過(guò)大量樣本的實(shí)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，對(duì)模特法操作中未定義的動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行修正，從而獲得作業(yè)中無(wú)法定義的工作內(nèi)容、動(dòng)作次數(shù)的完成時(shí)間，得出焊接所有工作單元的完整時(shí)間。埋弧焊工步時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[2]。

表1 埋弧焊工步時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)

表1中的模特法把生產(chǎn)實(shí)際中操作的動(dòng)作歸納為21種，使用身體不同部位動(dòng)作時(shí)，其動(dòng)作所用的時(shí)間值互成比例(如模特法中，手的動(dòng)作是手指動(dòng)作的2倍，小臂的動(dòng)作是手指動(dòng)作的3倍)，因此可以根據(jù)手指一次動(dòng)作時(shí)間單位的量值，直接計(jì)算其他不同身體部位動(dòng)作的時(shí)間值。模特法的21種動(dòng)作都以手指動(dòng)一次(移動(dòng)約2.5 cm)的時(shí)間消耗值為基準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)、比較，來(lái)確定各動(dòng)作的時(shí)間值。G3表示復(fù)雜的抓取動(dòng)作，M3表示小臂的移動(dòng)，在模特法中用M3G3表示為小臂的移動(dòng)(M3)、復(fù)雜的抓取(G3)，M3G3表示為時(shí)間值是6 MOD(其中M3為3 MOD，G3為3 MOD)。采用模特法不需測(cè)時(shí)，亦不要進(jìn)行評(píng)比，就能根據(jù)其動(dòng)作決定正常時(shí)間。因此，使用它來(lái)分析動(dòng)作、評(píng)價(jià)工作方法、制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、平衡流水線，都比其他既定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定法容易(Predetermined Time Standards，PTS)，且見(jiàn)效快。根據(jù)身體部位表現(xiàn)出的動(dòng)作時(shí)間的差異，將MOD法的PTS時(shí)間值按照移動(dòng)動(dòng)作、終結(jié)動(dòng)作、結(jié)合動(dòng)作(其他動(dòng)作)分解成21個(gè)動(dòng)作和8個(gè)時(shí)間值，記為MODAPTS，見(jiàn)圖1、圖2，其中，d/0.7為獲取物料或搬運(yùn)設(shè)備距離遠(yuǎn)近的修正值，d為距離長(zhǎng)度。

圖1 MODAPTS的21個(gè)動(dòng)作分解結(jié)構(gòu)

圖2 MODAPTS基本圖

通過(guò)表1埋弧焊工步標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，可計(jì)算出船體構(gòu)建裝焊作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

(1)焊前耗時(shí)T1

焊接前耗時(shí)定義為T1，等于工作單元3、4、5、6時(shí)間值之和：

T1=77.52+0.9[d/0.7]

(2)焊中耗時(shí)T2

焊中耗時(shí)定義為T2，則

T2=100l/v

式中：l為焊縫長(zhǎng),m；v為焊接速度，cm/s。

(3)焊后耗時(shí)T3

焊后耗時(shí)定義為T3，等于工作單元8的時(shí)間，即：

T3=32.38 s

(4)焊縫的作業(yè)總時(shí)長(zhǎng)T

焊縫的作業(yè)總時(shí)長(zhǎng)定義為T，即：

T=T1+T2+T3=109.90+100l/v+0.90[d/0.7]

考慮工藝改善、作業(yè)條件改進(jìn)、施工環(huán)境及工人熟練度與標(biāo)準(zhǔn)工作定額要求的差異性，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，隨著施工人員操作熟練程度的提高，其工作效率也會(huì)相應(yīng)地提高，工時(shí)也隨著下降至標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)所規(guī)定的范圍指標(biāo)內(nèi)。因此，研究中應(yīng)考慮到差異情況，通過(guò)調(diào)整不同系數(shù)或函數(shù)，合理確定工時(shí)定額。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)物流管理

船體建造物流主要是船體建造過(guò)程中的部件裝配、分段組裝以及分段總裝、船臺(tái)搭載和涂裝等上一道中間產(chǎn)品工序向下一道工序的作業(yè)物流轉(zhuǎn)移。因此，為了更好地完成總裝生產(chǎn)任務(wù)，需要通過(guò)船廠生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacturing Execution System)，為船廠的各制造流程提供包括制造數(shù)據(jù)、計(jì)劃排程、生產(chǎn)調(diào)度、庫(kù)存、質(zhì)量、人力資源、工作中心/設(shè)備、工具/工裝、采購(gòu)、成本、項(xiàng)目看板、生產(chǎn)過(guò)程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為船舶建造企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。通過(guò)系統(tǒng)的托盤生成與轉(zhuǎn)換技術(shù)，生成完整的船舶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，將船體的建造分解成若干模塊分段的裝配包過(guò)程，通過(guò)仿真環(huán)境，提取工序、工步、裝配件等信息，細(xì)化船體、舾裝裝配順序，對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真分析，優(yōu)化船舶中間產(chǎn)品的裝配順序與裝配路徑，并為每個(gè)裝配包分配作業(yè)任務(wù)與制造資源，自動(dòng)生成船體裝配與零件加工生產(chǎn)所需的各類生產(chǎn)信息文件，下達(dá)各工種的作業(yè)任務(wù)指導(dǎo)書，配送各工種的生產(chǎn)資源[3]。

擬定實(shí)施計(jì)劃和計(jì)劃相應(yīng)的日程，在作業(yè)指導(dǎo)書的指導(dǎo)下確定實(shí)施方法，將計(jì)劃通過(guò)看板系統(tǒng)一目了然地公布出來(lái)，讓所有的人都知道實(shí)施細(xì)節(jié)，讓相關(guān)部門的負(fù)責(zé)人以及全公司的員工都知道在什么時(shí)間內(nèi)完成什么工作。明確實(shí)施方法，并將擬定的大日程計(jì)劃作為推行及控制的依據(jù)。對(duì)企業(yè)管理的高層要求按目標(biāo)下達(dá)計(jì)劃跟蹤管理，對(duì)計(jì)劃實(shí)施部門則按5S管理計(jì)劃任務(wù)表依次執(zhí)行。各部門員工按月、季、年登記管理計(jì)劃、管理目標(biāo)、統(tǒng)計(jì)遺留問(wèn)題，分析問(wèn)題形成的原因和改善所需的時(shí)間及措施。通過(guò)計(jì)劃反饋、計(jì)劃提醒、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等調(diào)度管理手段，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的有效執(zhí)行。具體來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)任務(wù)組織按照工藝規(guī)程進(jìn)行，生產(chǎn)對(duì)象流入相應(yīng)的加工單元，通過(guò)施工任務(wù)生產(chǎn)工具單元的選擇，在生產(chǎn)設(shè)備緩沖隊(duì)列中，按指定的調(diào)度規(guī)則，依次有序地在設(shè)備上進(jìn)行加工生產(chǎn)，即先進(jìn)行設(shè)備的優(yōu)先調(diào)度，再進(jìn)行工件選擇設(shè)備或設(shè)備選擇工件。

船舶生產(chǎn)調(diào)度的歷史數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)中均包含有效的調(diào)度知識(shí)。針對(duì)船舶平面分段調(diào)度，采用模塊化思想，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)設(shè)計(jì)了智能調(diào)度模型，見(jiàn)圖3。

出于數(shù)據(jù)獲取的難易程度及數(shù)據(jù)質(zhì)量方面的考慮，以數(shù)學(xué)建模優(yōu)化求解的方式為例展開研究。首先建立研究問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型求解，進(jìn)行調(diào)度知識(shí)模型定義和特征工程；然后訓(xùn)練決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)三種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并從中選取最佳模型；最后使用挖掘得到的調(diào)度知識(shí)進(jìn)行調(diào)度決策。

圖3 平面分段智能調(diào)度模型

船廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃通常分為兩個(gè)部分。一部分在生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)中，根據(jù)工藝計(jì)劃要求，將任務(wù)包分配給相應(yīng)的加工單元。另一部分作業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)依據(jù)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行仿真，通過(guò)導(dǎo)入預(yù)處理作業(yè)包，優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，根據(jù)各加工單元的配置，調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，并為上個(gè)計(jì)劃周期中未完成的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃解耦，以調(diào)度優(yōu)化資源，仿真生成作業(yè)計(jì)劃的排序結(jié)果；在其基礎(chǔ)上，生成車間運(yùn)行的計(jì)劃指標(biāo)，如完工時(shí)間、平均通過(guò)時(shí)間、交貨延時(shí)等。通常初次仿真作業(yè)計(jì)劃排序并非最佳排序，這是因?yàn)槌到y(tǒng)決策規(guī)則外，生產(chǎn)運(yùn)行還受其他模型參數(shù)的約束，如加工任務(wù)、投料順序、采用的調(diào)度規(guī)則等[3-4]。因此，要通過(guò)作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化模塊對(duì)這些約束參數(shù)進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化調(diào)整，直至得到既定目標(biāo)模型參數(shù)值，以及作業(yè)規(guī)劃結(jié)果等一系列運(yùn)行指標(biāo)值。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析船舶建造企業(yè)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出船舶制造企業(yè)精益管理措施，建立完善的船體分段建造時(shí)間估算模型與現(xiàn)場(chǎng)物流管理的計(jì)劃執(zhí)行控制平臺(tái)。在資源約束的條件下，實(shí)現(xiàn)人、財(cái)、物的最佳安排和作業(yè)規(guī)劃的最佳組合，從而取得最佳的生產(chǎn)效益，提高船舶建造準(zhǔn)時(shí)性。