基于精益造船制造资源数据库的研究

造船技术　２０１２年第１期（总第３０５期）　基于精益造船制造资源数据库的研究　张沪俊，马晓平　（江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江２１２００３）　提要针对目前我国正处于深化精益造船模式转变的关键时期，提出建立制造资源数据库，对生产过程　中的各种制造资源进行合理配置。利用该数据库，现场计划管理部门可以进行小日程工序计划的编制，提高整　体计划的实施效率，使造船流程更加顺畅，为实现精益造船均衡连续准时生产提供切实可行的保证。　关键词　精益造船中图分类号制造资源　工序计划　负荷测算　文献标识码Ａ　ＴＰ３９　Ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｄａｔａｂａｓｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｌｅａｎ　Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ＺＨＡＮＧ　Ｈｕ－ｊｕｎ，ＭＡ　Ｘｉａｏ—ｐｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎａｖａｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｏｃｅａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈａｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１２００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｗｈｉｃｈ　ｔｏ　ｒｅａ—　ｓｏｎａｂｌｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ　ｌｅａｎ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｃｈａｎｇｅ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｄａｔａｂａｓｅ，ｓｉｔｅ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｄｒａｗ　ｕｐ　ｓｍａｌｌ　ａｇｅｎｄａ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｎ，ｍａｋｅ　ｓｈｉｐ—　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍｏｒｅ　ｆｌｕｅｎｔ，ｆｏｒ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｌｅａｎ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｊ　ｕｓｔ—ｉｎ－ｔｉｍｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｌｅａｎ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｌａｎ　Ｌｏａｄ　ｍｅａｓｕｒｅ—　ｍｅｎｔ　１　前言　精益造船模式的出发点是通过消除造船过程中　的无效时间（不增值部分）来减少资源浪费、提高资　程，使计划的编制尽量减少主观因素，尽快建立完善　的工序计划编制体系，是保证工程协调实施的前提。　２数据库的实施　２．１　目标　源利用率，从而获得缩短造船周期、降低造船成本、　扩大造船产量和提高造船效益的结果。　造船工程是一项复杂的系统工程，涉及到多工　种、多专业，作业量多，由于外部条件如设备、材料、　造船制造资源数据库的目标是，利用现代信息　技术，将船舶制造过程中的不同制造资源进行整合，　并配置为造船企业不同的生产部门合理安排工作，　作业工人的技术水平、各生产资源的负荷均衡性等　的不确定性，使得整个造船过程也充满了不确定性。　为了降低造船计划的随意性，增加其可操控性，必须　对支持计划实施的因素进行一个全面细致的了解。　积极开展造船过程中制造资源的研究，理顺造船流　作者简介：张沪俊（１９８６一），男，硕士。　平衡生产负荷，理顺造船流程，缩短造船周期，在编　制计划的过程中减少主观因素，做到精确计划，从而　提高计划的实施效率。　２．２数据库工作流程　首先，由生产计划管理部门根据企业以往的生　产情况建立一套标准的基础数据，根据基础数据确　定总工时及工时的分配。　张沪俊，等：　基于精益造船制造资源数据库的研究　其次，现场施工单位计划人员根据本作业阶段　的特点和本作业阶段分配的工时以及工序计划的安　排进行人员、设备、场地的分配并进行负荷测算，根　据生产负荷和实际进行情况调整计划，再由生产计　划管理部门负责监控计划的实施。　最后，由现场施工单位根据计划组织生产，并将　生产过程中产生的基础数据以及计划执行情况反馈　给现场施工单位计划人员，以便计划管理部门调整　工序计划。造船生产资源管理数据库应用结构如图　１所示。　誊蠢　Ｈ　Ｈ现场施工单位　人员　躲簿　　］一晕　————一　测　｝　Ｉ）进行计划算　｛　饕Ｈ篓　图１　制造资源数据库应用结构　２．３数据库的实施　２．３．１基础数据的设定　数据库中的基础数据包括生产设计阶段的焊接　长度的信息，以往统计的不同船型典型分段的工时／　物量的信息、制造资源能力的配置、生产场地的信　息、生产加工单位／人员的信息用户权限设定的信　息，这些都是进行负荷预测的基础数据。　（１）建立船舶分段产品的结构、信息，不同生产　阶段的包工队及人员信息。图２表示创建一个工程　实体。　（２）确定总工时及工时的分配。　船舶的建造过程时间长、跨度大，所产生的工时　和物量都非常大。为了使计划部门分配工时具有参　照性，就要求船舶制造企业在平时对不同的典型船　型进行建造工时的统计。为了符合精益造船模式的　要求除了对总工时进行统计外，还需要对不同船型　的不同分段、不同生产阶段的工时进行细化。再将　它跟生产设计软件ＴＲＩＢＯＮ生成的物量数据——　焊接长度建立关系，这样计划管理部门在对新船进　行分配工时，就可以根据这个关系和焊接长度来确　・５３・　图２创建工程实体　定工时并分配工时。由于样本点比较分散，可采用　多项式回归分析法建立数学模型：　—　ｏ＋　１ｚ＋ａ２ｚ　＋…＋ａ　ｚ　一　：　，ｚ　（是＜　）　ｊ：Ｏ　其中　——工时或因变量；　ｚ——物量或自变量；　ａ　、口。、…　——模型中的回归参数。　为了确定这个多项式，用ＭＡＴＬＡＢ根据给出　的样本点，进行数据曲线拟合，得到关系模型的系　数，由此我们可以得到工时和物量之间的关系。以　５　０００　ＤＷＴ的货舱双层底、顶边舱、底边舱为例，测　算工时／物量之间的关系。它们用ＭＡＴＬＡＢ进行　拟合的曲线分别如图３～图５所示。　图３货舱双层底工时／物量拟合曲线　由于样本点过于离散，关系式不能完整表达，可　将其定义为一个函数，在数据库中调用。利用该函　数为依据，预估下一条同型散货船同类型中问产品　的工时计划，并根据各生产阶段的各工位的生产能　造船技术　２０１２年第１期（总第３０５期）　图４顶边舱工时／物量拟合曲线　图５顶边舱工时／物量拟合曲线　力的配置分配工时。虽然拟合的关系式是多次的，　但仍不可避免的会产生误差，具体原因有：　（１）统计数据本身不够准确，如在生产过程中数　看，虽然统计了十几个样本，但是相对于庞杂的制造　过程这是远远不够的。图６表示根据所得关系式得　到３５　２００　ＤＷＴ的某船建造总工时，并对不同分段、　不同工种进行工时的分配。　据统计的标准不一致。　（２）统计的样本点不够多，从所选中间产品来　图６工时／物量的转换及分配　（３）制造资源的配置。　②设备。设备是指直接或间接应用于生产的设　①人力资源。人力资源也就是劳动力，是直接　或间接从事生产的，例如焊工、气割工、钳工、整理　置，例如压力机、焊接设备、切割机、起重机等。在不　同的生产阶段关注点也不一样，如在零件加工阶段，　就比较关注气割设备和压力机；然而在分段装配阶　段，更注重的却是焊接设备和胎架的周转。因此，在　对设备进行配置时要根据制造阶段不同侧重不同的　工、装配工、材料管理员、运输工等。相对于其他制　造资源，人力资源更具有柔性，编制计划时为人员定　置相对困难。又由于人力成本的提升，造船企业为　了节约成本就必须有足够而不多余的人力资源。在　精益造船模式下，就要求工人一专多能。　设备，其中更重要的是为各个设备的生产能力加以　考虑，如表１、表２所示。　张沪俊，等：　基于精益造船制造资源数据库的研究　表１　喷漆机和干燥室的规格及加工能力　项目　内容　形式　卧式高压无气双面喷漆机　钢板：长６　０００￣２５　Ｏ００ｍｍ，　喷　适用钢材尺寸　宽１　０００￣４　５００ｍｍ，　漆　厚６～６０ｍｍ，　机　型钢：１５０￣６００ｍｍ　有效喷涂宽度　４　５ＯＯｍｍ　输送速度　２．０——８．Ｏｍ／ｍ　形式　热风干燥室　干　燃料　重油　燥　室　室内输送速度　５ｍ／ｍ　排气方式　用排气风机排气　表２钢材加工阶段主要设备生产能力　机械设备　机械设备　生产能力　备注　名称　能力　板长　电印号料　ｌ６　Ｏ００ｍｍ　６５张／ｄ　作业人数　装置　宽４　Ｏ００ｍｍ，　Ｉ　６００张／月　５人　板厚３．２—５Ｏ　板长　电印号料　ｌ６　Ｏ００ｍｍ　６５张／ｄ　作业人数　切割机　宽４　Ｏ００ｍｍ，　ｉ　６００张／月　２８人　板厚３．２—５Ｏ　长１８　Ｏ００ｍｍ　数控　宽４　Ｏ００ｍｍ　作业人员８人：　切割机　台数４台　１５张／ａ　操纵机器４人，　（同时切割　辅助工４人　一张）　长１２　Ｏ００ｍｍ　１２张／ｄ　门式切割机　４张　３００张／月　作业人员２人　宽６　５００ｍｍ　３００张／ｄ　辊平机　以５～ｌＯｍ　／３—ｍ送料　５张／ｈ　辊弯机　以２～４ｍ　／３—ｍ送料　５张／ｈ　压力机　弯短折边时　５～３Ｏ张／ｈ　肋骨冷弯机　１—３根／ｈ　③场地。场地是指直接用于存放中间产品或分　段装配车间所需要的胎架（平台）。一些小型船舶制　造企业由于场地的，必须关注场地的利用率。　场地的面积是由装配作业范围的大小、装配作　业量以及内容等决定的。装配平台面积占包括有零　・５５・　部件堆场在内的装配区域总面积的１５～２５％。装　配平台的生产能力，一般平台周转率加以考虑，也就　是探讨每１　００２平台一天的生产量。由于这个数值　的变动幅度很大，所以一般都采用平均值，表３表示　某两船厂平台面积的对比。虽然装配平台的面积越　大越好，但于受到设备投资的，因而应考虑尽量　提高平台周转率。在编制计划时，对场地的配置须　考虑从加工车间到船台之间的各工序对零部件或分　段处理能力的不同情况。　平台周转率一　［Ｉ骊霜　装配平台面积（ｍ。）×工作天数（日）ｌ］　Ｘ　ＩＯ０　…　安排好场地后，进行场地负荷测算，生产计划管　理人员根据场地负荷、建造日程、起吊能力来编制工　序计划，决定开工时间。　表３装配平台面积的对比　＼　Ａ躲ｒ　Ｂ船厂　、＼　造船厂　项目　＼　＼　面积　占疑ｒ　面积　占船厂　（ｎ　）　总面积　（ｎ　）　总面移　＼　（　）　（％）　部件装配前零件堆场　１　２７０　７．３　３　５２Ｏ　８．７　固定平台　３　２００　１８．４　５　８００　１４．３　部件装配平台　输送平台　３１Ｏ　１．８　０　Ｏ　分段装配前零部件堆场　１　５４０　８．９　ｌ５　０００　３７。０　专　平面分段　３　５８Ｏ　２Ｏ．６　Ｏ　０　固　用　定　平　立体分段　３　９６０　２２．８　３　９７０　１Ｏ．Ｏ　平　台　△　口　上层建筑　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　分段　非专用平台　２　５８Ｏ　１４．９　１４．８Ｏ　３．４　装配　平台　专　平面分段　Ｏ　Ｏ　０　０　输　用　送　亚　立体分段　Ｏ　Ｏ　１０　８００　２６．６　平　厶　台　口　上层建筑　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　非专用平台　９１Ｏ　５．３　Ｏ　Ｏ　总计　１７　３５０　ｌＯＯ　４０　５７０　１ＯＯ　２．３．２工序计划的负荷测算　随着大型船舶建造量的增加，建造过程也随之　复杂，前道工序的推迟将对后续工序产生显著影响，　甚至影响整个造船计划，故工序与工序之间的衔接　就非常重要。装配工序是分段建造中的关键工序，　流经装配工序的钢材重量占整个船体重量的９Ｏ　以上，其所花费几乎接近整个船体建造总工时的一　・５６　・　半，随着分段的大型化，其所占不同比例还将越来越　大。再从与其他工序的关系来看，钢材预处理、零件　加工、预舾装等很多工序都与装配工序有关，也就是　说装配工序管理的好坏是决定整个工厂生产效率、　建造成本的重要问题。工序计划制定完成以后，数　据库会自动生成各各工种的负荷柱状图，生产计划　管理人员再根据负荷柱状图、设备、场地等资源来调　整工序计划。图７为内业阶段各工种负荷柱状图。　图７内业阶段各工种负荷图　２．３．３计划实施的反馈　计划编制完成以后下发各生产单位，由生产单　位组织人员进行生产。每天都必须将计划进行反馈　计划管理等，使其便于掌握计划完成的效率和进度。　３数据库特点　船舶制造是相关技术和活动的集合，具体包括　船型设计、设备和材料的采购、生产计划、生产加工、　质量检验、生产管理和市场销售等一系列相关活动，　这是一个复杂的系统工程，交叉作业多，再加上一些　外部条件的影响，使其生产过程中充满了不确定性。　考虑到这些因素，数据库具有以下特点。　（１）提高计划的实施效率。靠经验来管理的传　统方法已经不能满足现代造船模式的要求。要建立　流畅的生产秩序和管理秩序，保证生产过程高效率　地组织运行，完善设备、场地和人力的均衡配置，提　高工时利用率，就必须建立一套完整的、严肃的计　划、协调、控制体系。必须对可能影响生产过程的各　种因素进行细化，特别是制造资源，包括劳动力组　织、设备场地的负荷、区域的划分、任务包的确定，建　造船技术　２０１２年第１期（总第３０５期）　立物量与工时之间的关系，为今后实现造船的信息　化提供基础数据，才可以有足够的物量负荷、场地负　荷、劳动力负荷用以指导生产。　（２）工时的统计更加细化。船舶的建造过程时　间长、跨度大，所产生的工时和物量都非常大，这就　需要把各个生产阶段的工时进行细化，这样才能及　时发现问题，并当场解决。　（３）根据生产资源的特点对设备的加工能力进　行统计。生产资源的复杂性，由于造船过程的庞大　并且影响因素的众多，在整个过程当中所涉及的生　产资源繁杂量巨且设计范围广，很难界定。生产资　源的不确定性，由于编制计划的局限性导致了生产　资源可用时间的不确定性和可用数量的不确定性。　根据这些特点，数据库将着重点放在了设备的加工　能力上，从而排除这些影响因素。　本数据库的目的就是为了巩固转模成果，突破　瓶颈，以计划为导向理顺造船流程，节约成本，建立　流畅的生产秩序和管理秩序，保证生产过程高效率　地组织运行，完善设备、场地和人力的均衡配置，提　高工时利用率。　４　总结　从国内外成功的造船企业经验来看，完善的计　划管理体系对船舶质量有着至关重要的作用。本数　据库的实施，将对工序计划管理有很大的推动作用。　本文对船舶生产过程中的生产资源进行了分析，研　究建立了相应的数据库，并根据数据库进行工序计　划的负荷测算。工序计划是船舶生产过程中的现场　实施计划，是完成造船任务的基础，本数据库的应用　将对提高造船速度、节约造船资源起到实质性的　作用。　参考文献　［１］李进，马晓平．我国造船企业信息化现状与对策［Ｊ］．　ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化，２００５，（１）．　［２］　张明华，黄胜．精益造船——日本造船模式研究［Ｊ］．船　舶工程，２００６，（４）．　［３］刘寅东．资源受限的造船生产计划编制专家系统［Ｊ］．　中国造船，２００４，（３）：４５．　［４］游前文．船舶设计计划编制与协同管理系统的研究开　发［Ｍ］．大连：大连理工大学，２００５．　［５］Ａｌｔｉｃ　Ｂ　Ｅ，Ｂｕｒｎｓ　Ｒ　Ｍ，Ｆｏｎｔａｉｎ　Ｂ　Ｊ，Ｓｃｏｔｔ　Ｉ，Ｓｉｌｖｅｉｒａ　Ｊ　Ｌ，Ｓｏｆｔｌｅｙ　Ｊ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｏｕｔｆｉｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，２００３，　（１）．