基于準時化生產方式的船廠下料車間排產系統

張 巖，楊艷彬

（哈爾濱工業大學（威海）船舶與海洋工程學院，山東威海 264209）

0 引言

準時化生產方式是為彌補企業資源計劃即ERP(Enterprise Resource Planning)在生產計劃自動排產部分的空白和解決生產資源約束對計劃的影響而產生的生產方式，其科學性和高效性成為制造產業亮點之一[1]。同時，準時化生產方式作為一種新穎、先進的管理思想，在制造業引起了一場意識革命[2]，對其內涵真正理解，才能發揮其特有的作用。

國內在排產系統理論研究方面起步不晚[3]，準時化理論被引入到生產計劃研究中[4,5]，準時化生產方式也在某些制造業中進行了應用[6-10]，并取得了一定的成果。但船舶制造業的準時化生產管理系統一直是空白，粗獷的生產管理方式決定了把理論變成實際可用的系統還有很多工作要做[11-14]。當前在船舶制造領域還是以傳統計劃制作方式為主，無法多項目計劃互動聯調、迅速生成計劃。

下料是船舶制造中最重要的工序之一，如果能建立下料車間的設備能力數據庫及標準化的工序定額工時，用科學的工作方法解決下料車間的自動排產和生產管理問題，則可大大提高排產效率和準確性，提高車間生產快速反應能力，極大的提高生產效率，縮短建造周期[15]。

1 基于準時化生產方式的船廠下料車間虛擬生產線的制定

1.1 下料車間各工序的時間控制方法

首先找到項目完成的時間節點Tlim，然后統計每道工序所用的時間Ti，依次往前推可得項目的開始時間Tst，最后所有目的開始時間就可以確定，其原理如圖1。

圖1 時間控制

1.2 虛擬生產線各工序時間計算方法

1）能量化的量化處理，各工序的時間計算依附于生產各工序用到的機器設備，工序的時間就是機器的工作效率。比如焊接、刨邊、打磨等工序。只需統計船廠的機器設備的工作效率V，結構在此工序需要的工作量U，即可推算出本工序的實際時間T=U/V。

例如：在某船廠中W11NC-30*12500型數控水平下調式船用三輥卷板機，最大板髖12500mm，最大板厚30mm，卷板速度3m/min。可以推測出一個9m長的鋼板彎板時間為3min，加上前期準備時間就可以得到這個彎板工序的總時間。

2）不能量化的統計處理，比如鉚接，有些工序不能計算出準確的時間，只能通過數理學統計處理。例如要統計一個工件的運輸時間必須得統計：T1=操作最短時間、T2=平均操作時間、T3=操作最長時間，才能得出這個工序的操作時間T，用統計學處理得公式(1)[16]。

3）特殊工序定量處理，外協加工的工序，受到運輸、財務、外協廠條件的影響，還有比如探傷、熱處理、特殊壓型等特殊工藝，有的按照外協合同時間執行，有的受模具、設備使用條件影響，需要安排一個指定的時間執行，所以使用特定起始點的固定時間。

1.3 工藝路線和生產計劃的編制方法

實際生產中，工藝路線受到實際生產條件的制約，在計劃上會產生很多情況，不論現場情況如何，均可以歸結為以下四種類型。在編制計劃時，將四種類型的工藝路線組合在一起，按照一定算法分布到車間生產能力上，即得到需要的生產計劃。

1）順序完成、無條件約束的工藝路線

當船體部件或分段由若干工序依次制造產生，則總制造時間M由公式(2)計算。

式中：T0、T1…Tn為各工序時間。

船體焊接是典型的順序無約束工序，在編制計劃時，將工序的時間順序排列即可。

2）有重疊周期的工藝路線

當船體部件或分段由若干工序依次制造產生，其中某個工序1是在工序0開工后的第2天開工，則總制造時間M由公式(3)計算。

鉚接、定型、表面處理等工序是有重疊周期的工序，在安排生產計劃上，需要把相互重疊的工序合并考慮。

3）有分支的工藝路線

當船體部件或分段由若干工序依次制造產生，其中工序1由三個并行工序K1、K2、K3組成，工序1中K3的制造時間最長，則總制造時間M由公式(4)計算。

式中：K3為工序1中的最長制造時間。

零件安裝、組立等工序會存在并行的工序，在安排計劃時按照最長時間路徑排產。

4）有日期約束的工藝路線

當船體部件或分段由若干工序依次制造產生，其中某個工序1因為資源約束，必須在指定的某日開始或者結束，則總制造時間M由公式(5)計算。

式中：X為工序1的特定時間周期。

熱處理、下料、外協加工、設備安裝固定等特殊工序都可能發生有日期約束的情況，遇到這種工序必須按照實際日期排產。

2 船廠下料車間排產系統的設計與實現

2.1 系統主要功能模塊

2.1.1 基礎信息設置

基礎數據采集方面，目前企業中較大的一個問題是，工時工期等建造過程的基礎數據往往是由工作人員的經驗數據給出，缺乏合理的統計分析工具，因此企業熱切希望系統中能夠對歷史數據進行收集統計，得出科學的基礎數據，指導今后的生產過程。

船舶建造數據采集主要分為兩部分：船舶產品數據和船舶生產數據。本系統將對數據采集進行指導。參照某船廠基礎數據，本系統中工序信息（見圖2）是虛擬的單元，表示生產中需要控制的工藝或者人員設備，是虛擬流水線的核心組成部分。

2.1.2 產品工藝路線設置

在系統中手工輸入產品信息物料清單即BOM（Bill of Material）、各工序的先后次序、制造時間周期、工序并行情況（見圖3和圖4），以此作為排產的依據。

2.1.3 程序生成生產計劃

根據車間產能情況，將工藝路線上的工序按管理原則合理分布到車間產能上，程序依據以下3項管理原則自動生成計劃（見圖5）：

圖2 工序信息

圖3 BOM信息

圖4 小工序工時和工藝路線

1）指定的開始時間或結束時間；

2）減掉已排產的計劃對生產能力的占用（可改成忽略其他項目占用生產能力）；

3）工序前推原則，將工序優先分派到空余的時間上，使時間最短。

圖5 生產計劃

2.1.4 車間產能負荷分析

程序可以橫向統計出某個時段中多個生產項目對車間生產能力的占用情況，作為編制生產計劃的依據，同時也可以為管理決策提供參考（見圖6）。

圖6 生產能力平衡分析

2.2 項目排產實例

本文將以某船廠曾經建造的28400t多用途集裝箱船作為實例，利用排產系統，對其在下料車間的生產進行系統化排產。

2.2.1 建立BOM表和虛擬工藝路線

根據技術設計和工藝設計，在系統中輸入產品的技術數據和制造數據（見圖7）。

2.2.2 生成生產計劃

輸入生產項目名稱、開工日期，選擇BOM，程序會自動生成生產計劃（見圖8）。

圖7 工序數據錄入

圖8 制作計劃

2.2.3 項目計劃導出及顯示

3 結論

本文針對某船廠下料車間計劃管理需求，引入準時化生產方式作為排產系統項目計劃管理方法，設計并且實現了其下料車間的排產系統。主要成果如下：

1）根據xx船廠項目計劃管理現狀和功能需求將準時化生產方式引入其項目計劃管理中，提出了新的排產系統管理方法。

2）依據基于準時化生產方式的船舶建造項目計劃管理系統的設計，采用適當的實現技術，從軟件類實現、數據庫實現和主要功能模塊等角度完成了系統的實現。

表1 部分排產計劃顯示

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