基于船舶建造工藝特征的物流管理方法

2黃永文劉建峰

(1.上海外高橋造船有限公司,上海 200137;2.江蘇通州灣港口發展有限公司,江蘇 南通 226000)

船廠是典型的離散型制造企業，從鋼板預處理、零件切割與加工、組立、涂裝、總組、搭載、碼頭舾裝、系泊試驗和試航等全工藝流程，都貫穿著生產物流活動。對工藝特征和相應的物流特征進行研究，建立反映工藝階段的特征，以對應工藝階段的特征來充分表征工藝階段的作業量、物流、人力和工裝需求，可以實現在生產過程中實時監控物料流向、生產進度，發現各類物資配送制約的瓶頸，促進精細化管理[1-3]。本文重點分析分段生產物流，梳理分段從脫胎后到總組完成、搭載之前分段物流的全過程，從中提煉出工藝過程的特征，為實現分段物流的智能調度提供依據。

1 階段工藝特征分析

船體建造過程從原材料到小組立、中組立直至形成分段、總段、出塢、系泊試驗和試航交船，每個階段都有工藝特征，分析工藝特征，剔除冗余信息，提取對分段生產工藝中具有決定性作用的特征參數。根據圖1，分析工藝階段的特征數據，提取關鍵的工藝，形成建造工藝特征集，由此形成標準工程圖。據此分析分段之間的關系，對分段堆放位置的拓撲關系進行優化，防止堆放場地出現路徑干涉，減少分段移動次數，提高分段堆放場地的周轉效率。

圖1 造船主流程

1.1 中小組立階段

中小組立階段包括零件的裝配，不同組立依據DAP的工藝分解，形成分段的裝配樹，各級分支即對應中小組立，同時也反映相互關系。根據組立流向形成托盤，分別流向平直、曲面和外場，部分組立直送搭載。

1.2 大組立階段

大組立階段即形成分段的階段，根據分段類型，包括平直分段、曲面分段；根據制作場地分為平直內場、曲面車間、外場。部分分段在單一胎位即可完成；部分分段需要先行制作旁板組立，再到曲面車間或外場完成大組立；部分分段需要在平直車間完成片狀小分段，上下合攏完成大組立。

1.3 分段舾裝階段

分段舾裝工作根據分段舾裝的復雜程度需要在不同的場地完成。機艙分段由于其包含大量的舾裝工作必須在獨立的舾裝作業場地完成；雙層底等分段舾裝工作內容少且需要的輔助起重設備要求低，可以選擇在要求較低的獨立場地完成；部分分段，如油船泵艙以上結構分段由于正反面均包含大量的管子舾裝工作，同時還與結構的安裝相互交叉，因此，其涉及兩次翻身舾裝工作。

1.4 總組階段

在總組階段，各分段總組工藝順序按照策劃要求進行。不同分段在總組過程中有先后的工藝順序，前后有周期間隔。部分分段需要翻身后總組，部分分段需要進行預總組形成預總段，在此基礎上翻身后繼續總組形成總段。總組階段也包含舾裝作業，部分舾裝在總組完成后進行；部分舾裝必須在上層分段吊裝之前預埋，形成封艙件；部分舾裝預先在內場預制形成單元，總組時整體吊上總段。

1.5 船塢階段

船塢階段，整船的建造依據搭載網絡的策劃要求完成。通常船塢階段采用半串聯式建造，也有采用環段建造法和多島建造。不同的建造方法，分段或總段的搭載順序不同。相同船型由于在不同吊裝能力的船臺或船塢搭載其總組方式也不同，因此其對應的分段之間、總段之間的相互拓撲關系也不同。

基于以上分析，收集并組成一系列工藝過程的特征集，分析從船體零件到中小組立直至形成分段，分段從脫胎后到總組，以及船塢(船臺)搭載之前的工藝全過程，為每一個作業制定相應的標準周期和計劃，形成物流。直觀看來，車間或堆場上的每一個零件、中小組立、分段之間沒有特定的關系，是孤立存在的。但如果對其工藝特征和作業計劃等方面進行研究，就可得出不同分段之間的存在相似性和規律性，并對他們實施分道管理，便于對物流進行實時控制。

2 物流流通量與工藝特征的關系

2.1 流通量和工藝特征的關系模型

2.2 分段流通量模型

分段流通量是以時間為變量的函數，將其對時間積分得到特定時間區間內特定場地的流入量和流出量。

將分段物流方法的數值分析推廣至全工藝過程就可以得到全工藝工程的庫存矩陣。

3 典型工藝階段物流流程

對于船舶建造整個過程，分段階段是最為最典型的階段[4-7]。分段脫胎之后到總組之前的分段生產標準工藝流程見圖2。

圖2 分段物流標準工藝流程

分析分段物流工藝流程，對分段預舾裝、涂裝和搭載的標準周期進行分析，使進行流程分析產生的各種數據更加貼近實際，并通過數據不斷的收集、分析和反饋來改善物流流程、優化作業順序。該技術的突破，可以為分段物流監控管理技術的研究提供最準確的標準和數據，使其以最快的速度響應分段在運輸過程中發生的錯誤，并及時規劃出新的物流方案，實現分段物流的暢通，真正做到無庫存生產。

4 分段物流監控管理模型

分析船舶建造過程中，以分段狀態存在的中間產品在物流方面所使用的關鍵設備、場地資源，并通過物聯網技術，在分段物流相關設備上安裝相應的定位系統、傳感器來監控分段物流的運行狀態，在場地資源方面開發建立仿真地圖，準確顯示分段的移動和擺放狀態。

出于船舶企業智能制造技術應用需求及面向智能化現場管控需要，要研究船舶企業生產物流物聯網感知層、網絡層、應用層三層架構內涵和內容，分析各個層次所涉及的關鍵技術，提出一種適合船舶企業生產物流智能管控的物聯網體系架構。

通過船舶企業生產物流業務流程分析，研究數據在三個層次之間以及與外部應用系統之間的信息交互，建立以事件、任務為驅動的感知層、網絡層、應用層協同工作機制。建立分段物流監控管理模型見圖3。

圖3 分段物流監控管理模型

1)感知層。建立信息獲取、數據存儲等業務模型，建立抽象的感知層服務接口模型，滿足船廠生產物流物聯網系統感知層的可理解性、可擴展性及易用性等。

2)網絡層。分析數據傳輸網絡的管理配置模式、網絡安全機制等，構建生產物流物聯網網絡服務模型，搭建應用層與感知層信息交互橋梁。

3)應用層。針對底層感知數據的分析、處理和決策服務模式，構建現場定位、測量、監控等基礎服務架構，建立抽象的業務集成接口模型，支撐船廠生產物流智能管控需求。

5 結論

通過船舶建造工藝特征研究實現船舶建造流程從定性分析到定量分析，這是船舶建造流程研究方法的創新。對建造流程的工藝特征研究目前僅局限于分段階段，要將船舶建造流程定量分析得更準確，全流程的工藝特征研究有待后續進一步開展。

同時基于分段工藝特征的分段物流監控管理模型的構架目前已形成驗證平臺并已應用于船舶生產實踐，但能夠完全指導生產的工程化平臺還需進一步完善。