造船線表計劃編制及負荷評估軟件研究

鄒定付

(揚州中遠海運重工有限公司，江蘇 揚州 225200)

0 引言

精益造船計劃管理體系中，線表計劃是造船企業(yè)最高層級的計劃，是用來指導經(jīng)營和生產(chǎn)的綱領性文件[1]。線表直接反映了造船企業(yè)的訂單及生產(chǎn)負荷[2]。由于造船項目周期長(>1 a)，線表需要包含3～5 a的訂單基本信息及項目重點節(jié)點時間，并以月為時間單位用甘特圖形式直接繪制出切割、鋪底、下水、試航、交付等主要節(jié)點及各生產(chǎn)階段的時間跨度。然而制約接單量的因素主要包括船舶企業(yè)的財務狀況和生產(chǎn)能力(重點設備、場地和勞力等關鍵資源)。編制線表時需要考慮的因素包括船舶市場情況、企業(yè)已有訂單、未來企業(yè)主打產(chǎn)品類型等。由于造船項目設計和生產(chǎn)過程復雜，各工序產(chǎn)能受自身場地、設備、勞力、天氣等因素制約，同時船舶產(chǎn)品類型不同以致各工序工作量不同等因素交織在一起，導致線表的可行性評估成為困擾船舶企業(yè)的難題。

對生產(chǎn)管理而言，線表的可執(zhí)行性具體體現(xiàn)到每個工序的最大生產(chǎn)能力，因此線表負荷評估需將線表的內(nèi)容具體分解到每個工序或者關鍵資源(設備、場地、勞力等)負荷，再對其進行負荷平衡[3]。本文研發(fā)的軟件將線表編制及負荷評估集成于一體，以負荷柱狀圖和詳細數(shù)據(jù)的形式將各工序工作量、關鍵資源負荷等評價指標實時展現(xiàn)出來，為線表編制者提供決策數(shù)據(jù)支撐。

1 線表計劃編制的基礎數(shù)據(jù)

(1)工廠各關鍵資源的能力值，包括切割能力(張/月)、定盤能力(面/日)、噴涂能力(m2/月)、塢臺面積及承載能力、碼頭長度及靠泊能力。

(2)項目需評估的指標量,包括鋼板張數(shù)、切割長度、面目數(shù)、噴涂面積等。

(3)未完成生產(chǎn)設計的項目需要參照本企業(yè)或者國內(nèi)同類型船物量數(shù)據(jù)用于預算。

(4)工廠各工位工時效率。

2 線表計劃編制及負荷評估的工作流程

(1)整理工廠現(xiàn)有訂單，并整理已完成的同系列的項目詳細生產(chǎn)周期及實際工時統(tǒng)計[4]。

(2)整理新訂單(擬承接訂單)，將同類型的項目的生產(chǎn)周期和實際工時，以修正總噸為基準進行估算。如本企業(yè)無此數(shù)據(jù)，則以國內(nèi)同類船的數(shù)據(jù)作為基礎進行估算。

(3)將船型的基本信息和需要評估的物量信息輸入船型數(shù)據(jù)表，根據(jù)已完成項目各工序?qū)嶋H工時統(tǒng)計，整理出各工序的相對于大節(jié)點的起始時間，并按時間分階段進行工作量分配。

(4)整理線表涉及年份的工廠長假(春節(jié)、高溫假)起止時間，填入系統(tǒng)設定表。

(5)根據(jù)工廠實際整理勞力的每月實際有效工時，填入系統(tǒng)設定表。

(6)整理工廠各工序需評估的指標及相應的工廠能力限值，填入系統(tǒng)設定表。

(7)在軟件中界面表格輸入訂單信息，填入項目各節(jié)點時間，生成相應的圖形。

(8)查看柱狀圖，檢查各工序的物量是否超過工廠能力值，以及負荷是否均衡。

(9)在線表中圖形中調(diào)整項目節(jié)點時間，或者在表格中修改節(jié)點時間。

(10)重復執(zhí)行第8、9步，直到柱狀圖上得到較滿意的結(jié)果。

(11)檢查線表、負荷明細表中的數(shù)據(jù)，確認信息正確、完整。

(12)針對線表及評估結(jié)果，撰寫相應的分析報告，提出應對措施。

3 軟件架構(gòu)和計算原理及開發(fā)環(huán)境

3.1 軟件架構(gòu)

基于UI-后臺分離原則按功能耦合緊密程度進行劃分，主要模塊如下：

(1)線表項目信息數(shù)據(jù)表格控件(DataGrid)：用于船舶項目文字信息交互操作。

(2)線表項目數(shù)據(jù)集(DataSet)：用于船舶項目信息的后臺存儲和數(shù)據(jù)管理。

(3)線表圖形控件(Chart)：用于圖形化顯示船舶項目信息和交互操作。

(4)窗口負荷顯示控件(Load Display)：用于線表負荷結(jié)果顯示。

(5)線表評估計算模塊(Load Calculate):根據(jù)線表項目數(shù)據(jù)集進行負荷計算。

(6)EXCEL功能代理模塊(ExcelProxy)：負責代理操作EXCEL，獲得系統(tǒng)配置、項目信息。

(7)文件讀寫模塊(EXCEL)：提供EXCEL文件讀寫服務。

3.2 數(shù)據(jù)流向

數(shù)據(jù)流向見圖1。圖中，第1項數(shù)據(jù)以手工輸入，第2、3、7項數(shù)據(jù)以EXCEL表儲存，第4、5、8項為軟件本體。

圖1 數(shù)據(jù)主流向

3.3 負荷計算基本原理

線表中各種船型設置評估指標為：總工時、鋼加工量、組立數(shù)、涂裝面積、管加工數(shù)，油船項目可增設特涂面積等指標。采用相對線表中的節(jié)點的方式設定工序的起止日期。由線表節(jié)點日期計算出具體的起止日期。對工序周期進行分段，每段進行工作量的分配。在段內(nèi)按自然天進行均分，然后按自然月進行項目工作量的累計，得到最終的負荷評估數(shù)據(jù)。

4 軟件界面

4.1 線表主窗口

主界面包括兩部分：

(1)左側(cè)項目信息區(qū)(DataView控件)：用文字信息顯示船舶項目信息。

(2)右側(cè)線表交互操作區(qū)(Chart控件[5])：用甘特圖顯示項目信息，進行時間節(jié)點交互操作。

4.2 負荷柱狀窗口

負荷柱狀圖根據(jù)系統(tǒng)設定的評價指標實時顯示線表對應的負荷及能力值。其橫軸為時間(月)，縱軸為對應工序物量。此柱狀圖與線表聯(lián)動，實時更新，為操作者調(diào)整項目節(jié)點時間作出反饋。

4.3 EXCEL操作窗口

EXCEL操作窗口可以用來讀取和寫入EXCEL文件，如有必要也可以在其中修改數(shù)據(jù)。EXCEL充當COM SERVER角色。船型信息、軟件配置信息、負荷評估計算的詳細結(jié)果都會以EXCEL格式展示，可方便進一步分析處理數(shù)據(jù)。軟件運行時會打開以下3個工作簿：

4.3.1 系統(tǒng)配置工作簿

(1)系統(tǒng)配置表：保存全局參數(shù)。

(2)船型信息表：船型(系列船)物量信息。

4.3.2 項目信息工作簿

評估模塊輸出的中間文件。評估模塊按線表中項目“船型”列匹配船型信息表的名字，然后復制此表至項目信息工作簿中，并將線表中節(jié)點時間寫入此表節(jié)點時間單元格內(nèi)。各工序起止時間，按照船型信息表中設定的關聯(lián)關系(EXCEL公式)計算出具體時間。此工作簿中工作表數(shù)目應與線表中項目數(shù)一致，且表名和線表中項目名一致。表中內(nèi)容與船型信息表一致，但節(jié)點時間與線表一致。

4.3.3 負荷明細工作簿

(1)每個工序?qū)渲械囊粡埍?，評價內(nèi)容是由系統(tǒng)配置表和船型信息表確定，由軟件動態(tài)生成。

(2)第1行為列名，自第2列開始，用“年-月”標識每個項目工序在此自然月的工作量比率。此時間范圍由線表最早的節(jié)點時間所在自然月及最晚時間所在自然月確定。

(3)數(shù)據(jù)從第2行開始，按項目&自然月輸出工作量比率(本船型總工作量為基準，即為1)。

(4)工序表格最后2列為項目總工時和本工序所占比率(項目總工作量為基準)。如果此工序有多個評價指標，則全部顯示在后面。

(5)軟件會按照工序、自然月累加的方式進行統(tǒng)計，并按工序自然月把統(tǒng)計結(jié)果發(fā)送至負荷柱狀窗口進行圖形化顯示。

(6)此表中數(shù)據(jù)可用EXCEL進行匯總并生成直方圖、餅圖等，作為數(shù)據(jù)支撐用于分析報告中。

5 系統(tǒng)配置

(1)系統(tǒng)配置包括能力評估配置(工廠能力值和項目的物量信息)和線表圖表元素配置。

(2)所有在EXCEL中配置的參數(shù)項，行和列均采用數(shù)字標識，在EXCEL選項的公式設定中，復選“R1C1引用樣式”，EXCEL會以數(shù)字作為列標識。

5.1 評估指標及工廠能力設定(CONF表)

5.1.1 勞力設定

勞力基礎信息用來將工時計算出勞力人數(shù)，包括每月出勤天數(shù)、每天出勤時長、效率數(shù)。

5.1.2 長假設定

長假設定主要是針對春節(jié)和高溫假(大于1周)，能力評估計算時需排除掉，使之更符合實際情況，計算結(jié)果更準確。

5.1.3 專業(yè)(工序)設定

專業(yè)(工序)設定主要包括工廠項目需評估的所有工序，默認評價指標為工時。常用工序包括切割加工、小組、組立、總組、搭載、管預制、分段舾裝、后行管裝、后行機裝等。在此處增加工序?qū)哪芰υu價指標及其工廠能力限額。如：組立除用工時評價外，還需考慮定盤面日數(shù)，因此加入面日數(shù)作為第二評價指標，工廠限值為500面；第三評價指標為加工重量，工廠能力限定為25 000 t/月。所有船型表格中工序及物量的名稱必須與此處設定一致。

5.2 船型設定

5.2.1 船型總體信息

船型總體信息包含船型評估的總體信息，一個船型所有項目信息相同。評估指標與其數(shù)值量需要成對使用，否則此項將被忽略。常用的評估內(nèi)容有總工時、加工重量、鋼板加工張數(shù)、定盤面日數(shù)、管子加工總數(shù)、涂裝面積、總組吊數(shù)、搭載吊數(shù)等船廠關鍵資源。評估項目可以按需增加，如果行列不夠，可以修改CONF表中的配置以滿足要求。

5.2.2 節(jié)點信息

節(jié)點名稱是固定的，包括5個重要節(jié)點：切割開始(SC)、鋪龍骨(KL)、半浮(HF)、下水(LA)、計劃交付(PD)。上述節(jié)點名與線表中一致，以此為標識來傳遞線表中的節(jié)點時間，用于工作量分配。各工序起止時間以節(jié)點為基準加上偏移值作為確定值，按段分配至自然月，匯總后用柱狀圖展現(xiàn)。

5.2.3 船型物量(工時)分配

船型物量按工序按時間段進行工作量分配。

(1)對于評估的工序，需要設置時間起點和終點、所占總工時的占比及時間階段比率(通常一個工序在時間上分布類似一個正態(tài)分布曲線)。

(2)時間起點和終點基于參考節(jié)點及其偏移量(可正負)的計算結(jié)果。

(3)船型物量(工時)占比之間的數(shù)據(jù)設置規(guī)則如下：

①每行(工序)內(nèi) SUM(階段比率)=1；

②SUM(專業(yè)工時占比)=1；工作量分配在階段內(nèi)是按天進行均分的，在自然月內(nèi)按天累加；如遇長假，則為0，將會減掉假期后，按余下天數(shù)均分；

③月工序工時實數(shù)=船型工時總數(shù)×本專業(yè)工時占比×月工序工時占比；

④除工時外：月工序評價指標實數(shù) = 船型評價指標總數(shù)×月工序占比。

工作量分配依據(jù)本企業(yè)已建同系列項目能夠得到準確值，否則只能同類型船估算。

6 軟件交互操作

主操作面板由兩部分構(gòu)成：DataView控件與Chart控件，這兩者是相互聯(lián)動的，即通過鼠標操作右側(cè)線表控件，軟件自動計算其時間并更新左側(cè)日期，反之也可通過鍵盤輸入日期自動更新線表。

6.1 項目信息區(qū)(DataGrid控件)

(1)序號：標識本行數(shù)據(jù)。

(2)項目：基本信息，用于創(chuàng)建計算結(jié)果中的表格名稱，以及評估結(jié)果行標識。

(3)船型：船型信息將與船型配置表的名稱匹配，用于獲取此項目的物量信息，以及各工序的工作量的分配。線表中的節(jié)點時間將被寫入到此表，由各工序起止時間與參考節(jié)點的關聯(lián)關系來計算。此計算由EXCEL公式實現(xiàn)。

(4)切割、進塢、出塢、海試、計劃完工、計劃交船、合同交船：屬于圖形繪制的必要信息。在船型設定中作為各工序起止時間計算的參考節(jié)點。

(5)其他列可空，其中半浮列用于指標圖形繪制的類型。

(6)在列名單單擊，可按此列進行排序。

(7)當輸入一行信息時，所有必要列都被輸入，且數(shù)據(jù)都有效時，圖形即被繪制；所有的項目信息及節(jié)點時間即被發(fā)送到評估模塊，結(jié)果計算出后被顯示到負荷顯示窗口和EXCEL窗口。

6.2 線表操作區(qū)(Chart控件)

Chart控件交互操作如下[2]：

(1)單個節(jié)點的調(diào)整。鼠標右鍵拖動節(jié)點，沿時間軸向前向后拖動節(jié)點。按下鼠標時，必須位于節(jié)點坐標相應范圍，此范圍大小在CONFIG面板中“拖動范圍”確定。釋放鼠標后，線表重新繪制。

(2)單個項目時間整體調(diào)整(各節(jié)點相對時間不變)，此操作將會引起DATASTE數(shù)據(jù)更新，評估模塊將重新計算。

(3)項目之間順序調(diào)整，只修改了顯示順序，對評估結(jié)果無影響。

7 結(jié)語

本文通過規(guī)范編制流程，自定義交互線表控件，數(shù)據(jù)與圖形聯(lián)動，可任意擴展負荷評價指標。通過設定時間分段、長假自動排除、時間分段均分算法等方法，結(jié)合計算機軟件，解決了線表編制及其負荷評價的難題，已成功應用于企業(yè)的線表編制工作中，極大地提高了線表編制效率。