船舶分段建造工序優(yōu)化研究

吳璇璇，于功志

1. 大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116000；2. 渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105

2015 年5 月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造2025》作為未來(lái)10 年全面提升中國(guó)制造業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的指導(dǎo)性文件。 《中國(guó)制造2025》 把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，引導(dǎo)我國(guó)船舶工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效[1]?，F(xiàn)在的船舶市場(chǎng)形勢(shì)復(fù)雜，訂單毛利低，提升船舶建造效率，成為船舶企業(yè)發(fā)展求存的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)自我突破的迫切要求，同時(shí)也是適應(yīng)船舶行業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展的必然要求。隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)代企業(yè)制度的逐步建立和完善，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，現(xiàn)代企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效措施仍是在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率[2]。

1 船舶分段車間生產(chǎn)現(xiàn)狀

科技的進(jìn)步和先進(jìn)生產(chǎn)理念的應(yīng)用為船舶生產(chǎn)模式帶來(lái)了全新的思路，也為船舶企業(yè)帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)；船舶分段生產(chǎn)的龐雜性決定了其整體的流暢程度遠(yuǎn)低于汽車制造業(yè)等機(jī)械行業(yè)。傳統(tǒng)的船舶生產(chǎn)是依靠經(jīng)驗(yàn)編制粗線條計(jì)劃，通過(guò)開(kāi)調(diào)度會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)的方式來(lái)推進(jìn)各類生產(chǎn)活動(dòng)[3]。生產(chǎn)計(jì)劃包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作內(nèi)容及工作時(shí)間，缺少工藝規(guī)程與準(zhǔn)確工位，向現(xiàn)場(chǎng)下達(dá)生產(chǎn)指令，而不是計(jì)劃，指令不等于計(jì)劃，只按指令指揮生產(chǎn)，沒(méi)有設(shè)備、場(chǎng)地、勞動(dòng)力等資源配置計(jì)劃做支撐，生產(chǎn)任務(wù)無(wú)法按期完成[4]。

已經(jīng)使用軟件進(jìn)行管理的企業(yè)，普遍存在的問(wèn)題是管理系統(tǒng)與生產(chǎn)一線調(diào)度人員脫節(jié)。車間或者生產(chǎn)線上的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度和管理更多是憑借經(jīng)驗(yàn)，加上少量的以EXCEL為工具的報(bào)表運(yùn)算，軟件與企業(yè)最關(guān)鍵的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程發(fā)生了斷層，衍生出最突出的問(wèn)題是：生產(chǎn)調(diào)度要求統(tǒng)籌安排基礎(chǔ)生產(chǎn)資源，但在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中執(zhí)行不徹底，生產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中并沒(méi)有考慮場(chǎng)內(nèi)資源及產(chǎn)能。

2 研究對(duì)象界定

船舶分段建造過(guò)程中整個(gè)生產(chǎn)車間每天都有大量的工件進(jìn)出，各個(gè)工種的工人工作量巨大，從表象上看繁雜無(wú)章。但是，船舶建造的過(guò)渡產(chǎn)品分段結(jié)構(gòu)依靠車間內(nèi)的吊車進(jìn)行各類裝配作業(yè)，吊車是否被占用決定了生產(chǎn)計(jì)劃是否能夠執(zhí)行，如何合理安排分段車間吊車的使用已成為制約分段建造過(guò)程效率提高的關(guān)鍵因素之一[5]。本文研究對(duì)象以吊車工作覆蓋的作業(yè)范圍為區(qū)間，通過(guò)分析吊車使用頻率曲線能夠合理規(guī)劃吊車使用的方法。分段建造車間吊車覆蓋區(qū)域內(nèi)有序施工的涵義是：首先把胎上所有分段工程分解，依據(jù)吊車使用計(jì)劃表生成吊車使用頻率曲線；然后利用曲線圖分析生產(chǎn)資源中吊車的利用情況，評(píng)估勞動(dòng)負(fù)荷，以此為核心帶動(dòng)工序內(nèi)其他生產(chǎn)要素，規(guī)范工序內(nèi)過(guò)渡產(chǎn)品的加工順序，從而實(shí)現(xiàn)工序生產(chǎn)的優(yōu)化。

3 分段吊車使用優(yōu)化

3.1 胎上分段吊車優(yōu)化原則

進(jìn)行分段建造的車間吊車使用優(yōu)化前，首先理清分段制作時(shí)施工過(guò)程中的先后順序、依賴關(guān)系，以及運(yùn)行中的規(guī)律。其次確定生產(chǎn)資源的主次關(guān)系：分段裝配車間的主要作業(yè)對(duì)象為分段結(jié)構(gòu)的裝配作業(yè)，由于船體分段噸位較重且結(jié)構(gòu)外觀大，在分段車間裝配作業(yè)過(guò)程中高度依賴吊裝設(shè)備；吊裝設(shè)備作為分段車間的場(chǎng)地設(shè)備配置之一，具備固定配置的唯一性，在開(kāi)始投產(chǎn)的車間內(nèi)資源配置情況是一類固定參數(shù)。如果吊車因故障停臺(tái)，那么就會(huì)造成停產(chǎn)，所以吊車資源應(yīng)該為分段車間資源配置的“主要因素”，是制約深沉進(jìn)程的核心資源之一；而焊接設(shè)備、裝配工具和人力等資源是可以移動(dòng)、增減的，所以定義為“次要因素”。最后，分析分段施工過(guò)程先后順序：首先制作胎架、吊裝上胎板、吊裝縱向及橫向構(gòu)件、吊裝列板、吊裝子分段，然后交驗(yàn)、焊接、打磨穿插作業(yè)。施工過(guò)程中都是吊車工作為主要作業(yè)，所有的工作都依賴于吊車的配合。所以，吊車的合理使用和占吊時(shí)間頻率的均衡性，是影響船舶分段車間施工合理化的核心元素。

3.2 胎上分段吊車使用計(jì)劃

根據(jù)21 萬(wàn)噸散貨船分段車間胎上作業(yè)情況，用工程分解的方法，將分段裝配作業(yè)過(guò)程中的場(chǎng)地設(shè)備約束中的吊車設(shè)備配置作為主要研究對(duì)象，以船舶結(jié)構(gòu)分段244 為例，分析分段244 裝配作業(yè)的吊車使用情況，分析內(nèi)容包含吊車使用日期、占吊時(shí)間和吊車配置類型。

3.3 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線圖繪制

根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)分段車間裝配作業(yè)吊車使用情況表，繪制吊車工作頻率曲線圖，分析吊車設(shè)備在這段時(shí)間的運(yùn)行規(guī)律。圖1 為根據(jù)分段車間吊車使用計(jì)劃繪制的從7 月27 日到8 月30 日之間20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率對(duì)比曲線圖。

圖1 20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率對(duì)比曲線圖

圖中的橫坐標(biāo)定義為吊車作業(yè)日期，縱坐標(biāo)定義為作業(yè)時(shí)長(zhǎng)。觀察圖中1 號(hào)20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線可知，該吊車占吊時(shí)間總和為73 小時(shí)，每日正常工作時(shí)間為8 小時(shí)，共有4天超出8 小時(shí)工作時(shí)間，共有24 天吊車空閑；觀察圖中2 號(hào)20 t 吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線可知，該吊車的占吊時(shí)間總和為142 小時(shí)，每日正常工作時(shí)間為8 小時(shí)，共有9 天超出8 小時(shí)工作時(shí)間，還有17 天吊車沒(méi)有工作。

分析曲線圖規(guī)律得出：曲線的波峰和波谷的落差越大，說(shuō)明負(fù)荷不均衡；吊車工作時(shí)間為高峰時(shí)，說(shuō)明裝配作業(yè)任務(wù)多，焊接作業(yè)任務(wù)少或無(wú)焊接作業(yè)。吊車不工作的時(shí)間段，說(shuō)明大量的焊接工作正在全力展開(kāi)。同理繪制百噸吊車覆蓋區(qū)域工作頻率對(duì)比曲線圖，分析得出東百噸吊車在該研究的時(shí)間段內(nèi)，占吊時(shí)間總和為30.5 小時(shí)，空置時(shí)間為23 天；西百噸吊車占吊時(shí)間總和為10 小時(shí)，空置時(shí)間為29 天。表1 為最終得出的吊車實(shí)際使用情況。

表1 吊車實(shí)際使用情況表

4 吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負(fù)荷分析的意義

經(jīng)過(guò)吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負(fù)荷分析，依據(jù)曲線波動(dòng)頻率的高低及平穩(wěn)程度，可以預(yù)先判斷出生產(chǎn)負(fù)荷是否均衡，人力和焊接設(shè)備調(diào)配移動(dòng)是否合理，進(jìn)而輔助生產(chǎn)計(jì)劃的合理安排，解決分段布置場(chǎng)地與船臺(tái)搭載需求時(shí)間點(diǎn)的平衡問(wèn)題、上胎時(shí)間平衡問(wèn)題、供料的先后順序問(wèn)題，最終將新制定的吊車作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行頻率曲線繪制，參照原始計(jì)劃繪制的頻率曲線圖，驗(yàn)證新制定的吊車作業(yè)計(jì)劃的合理性。頻率曲線是由吊車計(jì)劃表生成的，而計(jì)劃表形成的基礎(chǔ)是由全船分段工程分解的數(shù)據(jù)模塊組成的。頻率曲線優(yōu)化吊車的使用提供了可以共享的吊車覆蓋區(qū)域工作頻率曲線圖的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可以作為分析分段車間吊車使用情況的依據(jù)，為下一次進(jìn)行吊車作業(yè)計(jì)劃的制定提供參考數(shù)據(jù)，有利于進(jìn)一步優(yōu)化分段車間作業(yè)過(guò)程。吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負(fù)荷分析具有提供工時(shí)結(jié)算依據(jù)的功能。分段制作時(shí)裝配工時(shí)的核定是最難的，因?yàn)槠錄](méi)有衡量的標(biāo)準(zhǔn)和公認(rèn)的規(guī)則。然而頻率曲線中的占吊時(shí)間長(zhǎng)短，理論上代表了裝配工時(shí)的多少，也就是工作量的大小，可以為工時(shí)結(jié)算提供依據(jù)功能。

船舶制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在數(shù)字化大環(huán)境下出現(xiàn)了眾多的服務(wù)于提高船舶分段建造效率的工序優(yōu)化研究，但是針對(duì)分段建造對(duì)應(yīng)工序作業(yè)優(yōu)化的研究多數(shù)缺乏完整的具備生產(chǎn)資源配置支撐的人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素的研究。尤其是在分段建造過(guò)程中，由于分段結(jié)構(gòu)的龐大，分段結(jié)構(gòu)的裝焊上胎等作業(yè)依賴于車間內(nèi)吊車占用情況，因此車間內(nèi)吊車的使用情況從場(chǎng)地、設(shè)備配置上嚴(yán)重制約著分段結(jié)構(gòu)的裝配進(jìn)度。本文運(yùn)用工程分解的方法，分析生產(chǎn)案例中的分段車間吊車使用計(jì)劃，參照使用日期、占吊時(shí)間和吊車配置情況繪制吊車工作頻率曲線圖；根據(jù)分析吊車覆蓋區(qū)域生產(chǎn)負(fù)荷，確定該生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程的合理性，并將分析結(jié)果運(yùn)用到新的吊車作業(yè)計(jì)劃編制中去，完成船舶分段工序在吊車作業(yè)因素影響下的過(guò)程優(yōu)化，進(jìn)而合理安排人力和焊接設(shè)備如何調(diào)配移動(dòng)等問(wèn)題，達(dá)到提高分段建造工序生產(chǎn)效率的目的。