船體分段車間制造過程數據分類

李楊梅, 陳從周， 甄希金， 王 浩， 周 清

(1.上海船舶工藝研究所， 上海 200032； 2.上海外高橋造船有限公司， 上海 200137；3.上海申博信息系統工程有限公司， 上海 200032)

0 引 言

近年來，我國船舶工業取得迅猛發展，行業面貌發生根本性的變化，我國已經能夠建造質量優良的各種滿足船級規范的船只，年造船總量居世界前茅。盡管我國船舶產品的技術水平和質量有了顯著提高，與其他先進造船國家的造船水平相比仍有差距，其中表現之一是船舶生產建造信息化水平的差距。國內缺乏符合生產實際的信息規范標準，而車間建造過程數據的規范化、結構化是相關車間信息管理系統實現信息共享、系統集成的必要保證，是所有與過程數據相關的信息管理系統能夠正常運行的前提[1]。因此，構建船體分段車間制造過程數據模型，建立船體車間相關信息數據庫，是進行船體分段車間智能管控決策的重要基礎。

1 船體分段車間過程數據規范化現狀

在船體分段的設計和建造過程中，車間管理者及作業者須面對大量多源異構、分布獨立存儲、紛繁復雜的資源、工藝、人員等數據信息，這些信息之間存在著內在的、天生的聯系，若僅通過簡單的數據共享和透明化，所表達出來的管理信息非常有限，不能充分發揮數據的潛在價值。目前存在的主要問題如下。

(1) 數據冗余、雜亂，存在很多無用數據。無論是在單數據源中還是在多數據源中，都存在著不完整、不一致的臟數據，須對搜集的原始數據進行數據規范化處理，生成精確、穩定、高質量的可用數據。

(2) 數據太多而表達的信息太少，規范化程度不夠。分段制造過程中各部門、各階段、各工位產生的表格中堆砌了大量數據，各級管理者無法仔細看過每1個數據，難以直觀地判斷數據所表達的內容和趨勢。

(3) 數據之間難以自由交叉組合分析數據，以獲得不同維度的信息。目前，船體分段車間使用的管理系統只能提供常規使用的報表，若要根據數據獲取問題產生的緣由，還須對數據進行組合分析，或者尋找新的改善方向。現有的船體分段車間管理系統中提供的報表難以對各種對象數據進行交叉組合分析，難以從現有的海量數據中挖掘潛在規律。

對于決策者來說，挖掘出數據越深層的規律，對于決策支持的價值越大，挖掘難度也越大，因此，須建立船體分段車間制造過程數據模型，從不同的角度和維度出發，對各種對象數據進行梳理、整合、規范，為后續數據的轉換、融合、分析奠定基礎，有助于進一步發揮數據的深層次價值。

2 船體分段車間制造數據范圍

實行船體分段車間的自動化、智能化生產和管控，必須實現車間實物流和信息流的統一。本文以船體分段制造企業的實物流為主線，通過多家大型船舶制造企業調研，確定船體分段車間的實物流為從原材料(含外購成品)到中間產品(小組立、零部件等)再到車間的最終產品，各產品加工過程中的工裝、環境、人員、設備、工藝類型和工藝設計信息組成了船體分段制造過程數據，如圖1所示。

圖1 船體分段制造過程數據范圍

3 船體分段車間數據類型分析

從數據來源類型分析，船體分段車間制造過程數據可進一步分為人員信息、設備信息(包含工裝)、場地信息、外部資源信息等內容。具體如下。

人員信息包含人員基本屬性信息、管理屬性信息、技能屬性信息和狀態屬性信息。每一個人員在企業中有不同的分工，從生產角度講，可以分為生產人員、工程技術人員、管理人員、服務人員、學徒及其他人員等6大類。對于生產人員講，又可以按工作性質分成各種操作工，如裝配工、焊接工、機械操作工、技術工人、普通工人等(按各企業的情況而定)。在生產操作人員組合上可以是單獨工作的(如焊接工)，可以是某幾個人組合工作的(如裝配工)，也可以是生產班組的人員集合(如對分段的裝配)。在組織上可按部門、班組劃分，便于統一管理及統計。因此在人員信息模型中，應按不同管理部門的信息需求，給予統籌考慮，人員信息模型應該建立在人事管理的基礎上，實現部分資源共享，為業務管理提供實時的正確信息，如圖2所示。

圖2 人員信息框架

設備信息包含設備基本屬性信息、管理屬性信息、技術屬性信息、使用屬性信息、維護屬性信息和狀態屬性信息。設備從用途上可分為生產用與非生產用等2種。從生產使用上可分為主要設備、次要設備及輔助設備；從設備分類上分，不僅包含具體的生產裝備(大型的吊機、壓力機、彎板機、焊機、切割機、機床等生產工具)，還應包含房屋(車間、場地)、檢測裝備、轉運(運輸)設備、工裝設備等；在企業資產方面，大部分的設備屬于企業的固定資產，與企業的成本核算有關。企業的設備在使用上從屬于各部門，在管理維修上(生產設備與檢測裝備)又從屬于另外的不同部門。因此，在設備信息模型中，也應按不同部門的信息需求給予統籌考慮，設備信息模型必須建立在設備管理的基礎上，實現資源共享，為業務管理提供實時的正確信息，如圖3所示。

圖3 設備信息框架

場地信息包含場地基本屬性信息、管理屬性信息、技術屬性信息、使用屬性信息和維護屬性信息。分段的制造僅僅是船舶制造企業中的一個部門(或中心)。在場地內又可分割成若干大的場地(如流水線、輔助堆場等)，而流水線可以按工藝要求再分割成若干工作區域，每個區域又按工藝或工作要求布置必備的若干臺設備(人員)等，這樣每個區域形成基本的生產能力，是中小日程安排的依據。同樣，制造場地在下屬區域的能力基礎上形成分段制造的能力是大日程安排的依據，船體分段制造的場地布置所形成的制造能力是影響生產周期的因素之一。因此，場地也是資源的一部分，而且類同設備的信息，與一般設備一樣，它必須有唯一的標識號，這一標識號必須能反映其功能及類型，從大到小逐級分類，也可按樹型結構方法劃分，如圖4所示。

圖4 場地信息框架

外部資源信息包含資源基本屬性信息、管理屬性信息和財務結算屬性信息等內容。凡是能為本企業提供物料、生產設備(檢測裝備)、人員的一切外單位的供應商及外協加工提供商等，統稱為外部資源。外部資源包含幾種類型：能為企業提供原材料、標準件、零部件、產品的供應商或供應廠家；能接受企業委托加工的外協單位；提供設備/人員的租賃公司等。外部資源類型是多樣性的，它可以是單位，也可以是供應商、經紀人；它可以是本地的，也可以是外地的或國外的。不同外部資源對于其屬性的描述方式可以有所不同，但是以上屬性能反映出外部資源的基本信息、管理信息等，并在供應商提供資源的過程中反映出供應能力等。在此信息模型中，反映了外部資源的分類屬性，還反映了供貨商的供應能力。由于企業的物料需求是根據生產計劃內的要求而提出的，當有了物料需求后，形成采購、外協加工、人員或生產設備等要求，通過外部資源得到物料、設備及人員，對于物料的采購、零部件的外協加工等都是有數量、時間等要求的，所以，每一個外部資源對應有提供資源的供應能力及結算方式等屬性，如圖5所示。

圖5 外部資源信息框架

4 船體分段關鍵生產線的信息流向

根據各作業工序加工的邏輯順序和加工對象的相似性，船體分段車間生產流程可劃分為材料預處理、下料加工、集中裝配(配盤)、組立生產幾大部分，考慮加工設備的相似性和工序的復雜性，本文提取鋼材切割、型材加工、小組立加工等3條具有代表性的加工生產線，分析加工過程中相關人員和設備的狀態信息、工藝信息以及信息流向[2～3]，如圖6～圖8所示。

本文將車間管控系統分為4層結構：業務層、執行層、控制層和數據層。業務層指車間管理系統的主要功能業務；執行層指為實現上層業務所做的數據計算、統計、對比等具體操作；控制層指包括對車間設備、人員狀態、屬性數據進行采集并發送控制指令；數據層包含存儲各種數據的數據庫。將船體分段車間生產線采集的過程數據信息輸送至車間管理系統，分類后存儲進入車間管理數據庫中，然后進行分析、統計，在系統應用終端實現用戶交互，為車間的實時進度、質量、精度等管控提供必要的數據支持。

圖6 鋼材切割生產線信息流

圖7 型材加工生產線信息流

圖8 小組立生產線信息流

5 結 論

本文以船體分段車間為研究對象，基于船體分段建造過程中的實物流，確定建造過程數據信息的范圍。在此基礎上將過程數據信息分為人員信息、設備信息、場地信息和外部資源信息幾大類，進行詳細分解，建立過程數據信息結構模型，為船舶企業實施信息化管理、建立船體分段車間管理數據庫奠定基礎。同時，本文選取船體分段建造過程中鋼材切割、型材加工、小組立加工的3條關鍵生產線，梳理生產加工過程中的數據流向，明確過程數據信息傳輸的關鍵節點和車間管控中的主要信息處理內容，有助于企業車間信息管控系統的開發和實施。

[1] 王偉，吳超，劉俊.航空制造企業基礎數據規范化研究[J].航空標準化與質量，2013(3):39-42.

[2] 李奇楠.船舶智能制造標準體系構建[J].造船技術，2017(3):8-14.

[3] 張玉奎,張宜群.船舶智能制造技術頂層研究[J].應用科技，2017,44(1):5-8.