舾裝安裝順序智能化設(shè)計(jì)技術(shù)

楊振,龔建東,胡小才

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

在船舶建造過程中船舶舾裝貫穿船舶整個(gè)建造過程，舾裝作業(yè)面廣，工程量大，舾裝工程量通常占船舶建造總工程量的50%～60%，對復(fù)雜船型和特種船甚至更高[1]，船舶舾裝的效率和質(zhì)量，直接決定了船舶的生產(chǎn)周期和運(yùn)行成本[2]。目前國內(nèi)的舾裝率已經(jīng)達(dá)到較高水準(zhǔn)，但舾裝設(shè)計(jì)仍存在一定問題，主要體現(xiàn)在預(yù)舾裝托盤以分段為單位進(jìn)行劃分，托盤劃分不夠精細(xì)，且對現(xiàn)場施工工序考慮不足，導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)時(shí)會在一個(gè)大的托盤內(nèi)來回翻找物資，影響現(xiàn)場施工效率。為解決此問題，通過調(diào)研相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、船裝等部門，掌握舾裝作業(yè)特點(diǎn)，以機(jī)艙分段為對象，分析舾裝作業(yè)分解的原則和方法，研究船舶舾裝安裝順序(DOP)智能化設(shè)計(jì)方法，改變船廠粗放的預(yù)舾裝作業(yè)現(xiàn)狀，完成舾裝托盤精細(xì)劃分，達(dá)到精細(xì)化作業(yè)的目標(biāo)，提高舾裝效率。

1 舾裝作業(yè)基本原則

1)作業(yè)工序前移。實(shí)施單元舾裝、區(qū)域舾裝、分總段預(yù)舾裝等作業(yè)，充分提升每一作業(yè)階段的預(yù)舾裝率及完整性，碼頭作業(yè)船塢做、船塢作業(yè)平臺做、平臺作業(yè)內(nèi)場做，這樣既能有效改善施工條件,又能提高生產(chǎn)效率,縮短舾裝作業(yè)周期。

2)作業(yè)環(huán)境優(yōu)化。充分考慮作業(yè)人員安全、生產(chǎn)效率、施工環(huán)境等因素,將一些在密閉的、狹小的、高空的、不安全區(qū)域的舾裝作業(yè)通過工序優(yōu)化、作業(yè)分解等手段放置到敞開的、寬敞的、低空的、安全的施工階段和位置進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)對舾裝作業(yè)環(huán)境及施工工況的優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)及高效作業(yè)。

3)平衡托盤物量。合理考慮每一個(gè)工作包(托盤)的物量，盡量做到物量均衡、工序合理、物資齊全，確保生產(chǎn)節(jié)拍均衡連續(xù)，盡可能避免等工、等料而導(dǎo)致的勞動(dòng)力浪費(fèi)、生產(chǎn)節(jié)拍不穩(wěn)定等情形的出現(xiàn)。

2 基于物量及工序劃分的舾裝設(shè)計(jì)

2.1 面向作業(yè)對象的舾裝托盤劃分原則

現(xiàn)代造船是以托盤為主線,合理、有效地組織整個(gè)造船生產(chǎn)全過程,并以達(dá)到控制現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)度為目的[3-4]。按生產(chǎn)設(shè)計(jì)生成的各類托盤不僅包含了安裝作業(yè)用的施工圖紙,還包括了該區(qū)域內(nèi)安裝物量和作業(yè)信息在內(nèi)的托盤表。所謂托盤舾裝,是把舾裝件、 舾裝區(qū)域、舾裝階段和生產(chǎn)管理一一相互對應(yīng)。即確定以每一個(gè)作業(yè)小組在同一作業(yè)場所，使用同一張工作圖，在同一作業(yè)階段中完成一個(gè)小單位的舾裝工作量，它是將物量、日程、使用的工具設(shè)備、作業(yè)人員、信息集成在一起的作業(yè)單元[5]。

2.1.1 基本原則

1)按專業(yè)進(jìn)行劃分，一般分為：機(jī)裝管系、機(jī)裝鐵舾、電氣、船裝管系、船裝鐵舾，以及上建。

2)按作業(yè)階段進(jìn)行劃分，一般舾裝作業(yè)階段分為C(組立)、B(分段)、P(總段)、D(區(qū)域)、U(單元)。

3)按施工部門進(jìn)行劃分，一般分為機(jī)調(diào)部和船裝部。

4)按產(chǎn)品來源進(jìn)行劃分，如管子(自制)和支架(采購)。

5)按施工工種進(jìn)行劃分，如鐵舾件(裝配工)和基座(鉗工)。

2.1.2 特殊原則

1)按物資數(shù)量進(jìn)行劃分，主要考慮托盤內(nèi)物資防止被壓壞，如機(jī)艙管子安裝托盤的劃分原則：除上述總原則之外，另要求60根左右管子劃分一個(gè)安裝托盤表，且一個(gè)系統(tǒng)的管子必須在一個(gè)安裝托盤內(nèi)。

2)按材料進(jìn)行劃分，主要考慮不同材料之間的保護(hù)。如上建管子安裝托盤的劃分原則：除上述總原則之外，另要求管子材料劃分安裝托盤表。

3)按物資類別進(jìn)行劃分，主要考慮細(xì)分托盤內(nèi)的物資，如民船管舾安裝托盤的劃分原則：除上述總原則之外，另要求物資類別劃分安裝托盤表。再如，海工電舾裝件按照扁鋼、托架、貫通件和基座等劃分安裝托盤。

2.2 基于托盤物量設(shè)置的舾裝安裝順序

根據(jù)目前作業(yè)工時(shí)、物量信息統(tǒng)計(jì)情況、現(xiàn)場作業(yè)順序調(diào)研等，確定舾裝安裝順序基本原則如下。

1)施工班組人數(shù)固定,安裝和焊接占比7:3，管舾件安裝6～7 d，焊接2～3 d(以上時(shí)間是指同時(shí)開工時(shí)間)。

2)單個(gè)分段舾裝作業(yè)一般分配給單個(gè)班組。

3)舾裝基本順序：①電舾件(電纜托架、扁鋼、基座等)；②管舾件(先支架后管系)；③通風(fēng)鐵舾件(先支架后風(fēng)管)。

4)施工人員按照先銅工后電焊工的順序工作，預(yù)舾裝屬于實(shí)物量承包，人員由班組自行分配。

其中以管舾件安裝最為復(fù)雜與典型，管舾件的安裝現(xiàn)狀如下。

1)預(yù)舾裝作業(yè)區(qū)主要涉及2個(gè)工種：銅工(屬于復(fù)合工種)和電焊工，銅工主要負(fù)責(zé)以上舾裝件的安裝和點(diǎn)焊，電焊工主要負(fù)責(zé)以上舾裝件的焊接。

2)典型機(jī)艙分段的管系安裝標(biāo)準(zhǔn)周期一般設(shè)置為10 d。管舾件安裝6～7 d，焊接2～3 d(以上時(shí)間是指同時(shí)開工時(shí)間)。

2.3 面向現(xiàn)場的舾裝工序優(yōu)化

船舶上的舾裝件種類繁多，且數(shù)量巨大。按專業(yè)分，可分為管舾件、鐵舾件和電舾件；按物資種類分，可分為欄桿、直梯、斜梯、風(fēng)管支架、管支架、管子、風(fēng)管、電纜托架、電纜扁鋼等。其中最為典型的是機(jī)艙內(nèi)的舾裝件，現(xiàn)場的施工需要按照一定的工序進(jìn)行安裝施工，即安裝需要有先后順序，否則就會出現(xiàn)舾裝難以安裝或是無法安裝的情況。

目前，國內(nèi)船廠預(yù)舾裝作業(yè)區(qū)的一般作業(yè)工序?qū)哟我妶D1。

圖1 舾裝安裝順序分層

現(xiàn)場預(yù)舾裝安裝，一般應(yīng)按照先冷后熱、先大管后小管、從難到易、從下至上的原則。根據(jù)此基本原則，對現(xiàn)行的分段舾裝工序進(jìn)行拆解分析，優(yōu)化舾裝工作分層和打包工序，形成面向現(xiàn)場的舾裝工序優(yōu)化。

1)以分段為單位，1個(gè)班組負(fù)責(zé)1個(gè)分段的預(yù)舾裝。設(shè)計(jì)在劃分托盤的時(shí)候應(yīng)以分段為單位將管子、支架、閥附件、管附件等放在對應(yīng)的托盤里。分段較大管段較多時(shí)，將管子盡量平分到幾個(gè)托盤里。避免出現(xiàn)由于管子數(shù)量較大，現(xiàn)場的安裝工人在1個(gè)較大的托盤里很難找到需要的管子，而把一個(gè)托盤里的管子平鋪在地上的情形。

2)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場場地資源和吊車資源。船廠預(yù)舾裝作業(yè)流程，預(yù)舾裝作業(yè)分為劃線、定位、電焊固定、管子安裝和焊接5個(gè)流程。應(yīng)充分考慮現(xiàn)場預(yù)舾裝風(fēng)雨棚空間及起吊能力限制，保證資源負(fù)荷平衡。

3)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場的焊接作業(yè)習(xí)慣?，F(xiàn)場作業(yè)人員按照設(shè)計(jì)提供的施工圖進(jìn)行舾裝件安裝，班組長拿到分段安裝圖后會將安裝圖分頁下發(fā)到各個(gè)安裝工人，工人按照安裝圖中所需要的管子在托盤中尋找所需安裝的管舾件，為了減少翻看圖紙的次數(shù)，工人一般會將一張圖紙上的管子安裝完之后再安裝下1張安裝圖上的管子，因此設(shè)計(jì)階段及托盤劃分階段應(yīng)考慮現(xiàn)場工人操作習(xí)慣，盡量將同1張圖紙上的管系形成一個(gè)工作包。

4)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場管子安裝順序。通常有經(jīng)驗(yàn)的安裝師傅會將安裝圖中的大管徑管子和可能出現(xiàn)遮擋的管子以及穿艙件標(biāo)記出來，工人會優(yōu)先安裝這些管子。安裝管子通常按照先易后難的原則，所以大口徑的管子應(yīng)該先安裝，而且大口徑的管子需要利用吊車吊裝。穿艙件由于需要定位準(zhǔn)確也要先安裝，如果先安裝其他管子由于安裝誤差可能導(dǎo)致穿艙件定位不準(zhǔn)確。其他的管子一般按照自下而上的安裝方式依次安裝，艙壁上的管子如果沒有遮擋，一般最后安裝。

3 典型機(jī)艙分段舾裝安裝順序智能化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

基于以上考慮，以典型分段為例對分段舾裝安裝順序(DOP)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，其托盤劃分和安裝圖出圖見圖2～4。

圖2 舾裝設(shè)計(jì)模型提取主界面

圖3 舾裝安裝順序托盤劃分示意

1)提取分段模型信息、獲取舾裝件信息，提取分段的三維模型信息以及舾裝件的尺寸大小、位置，以及型號等信息，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)分段的劃分考慮制作、吊運(yùn)、安裝工藝、安裝階段的合理性，模塊劃分考慮其結(jié)構(gòu)尺寸、功能，盡量使小的設(shè)備、管子、部件、附件組裝一個(gè)整體，形成功能完整而且獨(dú)立的模塊，簡化系統(tǒng)構(gòu)成。

圖4 管子安裝圖分頁示例

2)將管舾件先按其位置信息進(jìn)行分塊分層，甲板面1 m內(nèi)為的管舾件劃分為第一層，1～2 m內(nèi)的管舾件劃分為第二層，超過2 m的管舾件作為第三層。

3)利用工時(shí)信息計(jì)算出管舾件安裝所需要的定額工時(shí)，對托盤進(jìn)行精細(xì)化劃分，將每個(gè)托盤內(nèi)管舾件安裝的定額工時(shí)控制在2 d以內(nèi)，對于定額工時(shí)超過2天或者不足1天的進(jìn)行重新劃分，直至托盤劃分完畢。

4)托盤劃分完成后將信息導(dǎo)入設(shè)計(jì)軟件內(nèi)，利用托盤劃分信息進(jìn)行安裝圖分頁劃分，使得安裝圖分頁與托盤相對應(yīng)，得到符合詳細(xì)舾裝順序的安裝圖。

利用分段舾裝安裝順序(DOP)智能化設(shè)計(jì)方法所劃分的托盤符合詳細(xì)舾裝順序，托盤內(nèi)管子數(shù)量適中，安裝圖按照托盤內(nèi)的管子分頁，方便現(xiàn)場工人在安裝時(shí)會在托盤內(nèi)找到需要的管子，提高施工效率；雖然不同設(shè)計(jì)人員的出圖習(xí)慣不同，但在軟件條件下所出的安裝圖基本結(jié)構(gòu)相差不大，可減小現(xiàn)場工人的識圖難度，有利于現(xiàn)場施工。