船舶建造企業精益管理思考與改善措施

張懷宇，畢堅裔

(1.中遠海運重工有限公司，上海 200120；2.渤海船舶重工有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125005)

0 引言

精益生產管理是一種以客戶需求為拉動，以消滅浪費和不斷改善生產流程為核心，以小的投入換取效益改善的生產管理模式，是小批量產品的最優生產方式，因此在航運業不景氣，船舶制造企業面臨嚴重的競爭壓力的情況下，精益管理越來越得到重視。本文結合某大型國有船舶制造企業精益生產管理的實際經驗，探索具有自身企業文化特點的生產管理方法與體系。

1 船廠精益管理的特點

(1)采用拉動式的生產方式，以最終用戶的需求為生產起點，通過中間產品為對象的工序流程的組織。

(2)質量是生產出來的。通過生產過程中各工序對質量的檢驗與控制時刻進行，使產品的質量保證最終落實到質量管理的各個檢測過程。

(3)團隊氛圍是信任。沒有每一步工作的稽核，注重長期監督控制。

(4)團隊成員一專多能，熟悉彼此工作內容，協調補位順利。

(5)通過設計、工藝一體化，將產品開發的設計與設計概念、產品結構、工藝流程有機結合，最終形成滿足企業施工需求的建造圖紙和確保施工質量要求的作業指導文件。

2 船舶建造企業目前的生產現狀

(1)與最終用戶的需求差異較大。船東要求是船舶建造的時間、性能、操作性、舒適性和質量等方面，而船舶企業內部則是在中間產品需求的完整性、建造質量和供應納期等方面。

(2)生產過程中不斷地交驗、報驗，浪費大量待檢和檢驗工時。

(3)管理團隊層層稽核，人盯人監督管理，浪費管理資源，延長反饋時間。

(4)工人技能單一，單工種均衡生產困難，工種間無法協調補位。

(5)產品設計與施工各階段脫節，缺乏各階段施工工藝指導，使得產品建造難度和質量的權衡不能總體把控。

3 改善船舶制造企業精益管理的措施

(1)高層管理人員簡政放權，調動員工積極性主動性，上下一心同舟共濟。

(2)規范管理流程，全面制定管理、施工標準，依據律典管理、操作和報驗。

(3)實行“一目了然”的目視管理，以保證不會因人而異的判斷速度和結果，讓員工自主地完全理解、接受、執行各項工作。

(4)嚴肅計劃執行，由生產和需求直接對接計劃，消除過早、過量的投入，以減少庫存。

(5)組建一專多能施工隊伍，以便工種間協調補位均衡用工。

(6)合理組織產品生產過程中的工藝流程與物流過程。

(7)把生產方式的改善和企業文化的演變結合起來，持續改善。

上述7項措施中，第1、2、4項是管理制度的改革；第3項則是建立在企業生產的大數據挖掘上的對生產計劃的有效管理；第5項也是建立在對生產組織過程中的大數據挖掘；第6項則是生產工藝與生產物流的精益重組，它與生產過程的船體分段建造場地與建造時間緊密相關，是建立在第3、5項基礎之上的精益計劃在船體建造過程中的客觀體現，也是實現船舶企業精益化管理的核心；第7項是企業管理與企業文化建設的同步化改進。

4 船體分段建造時間估算與現場物流管理

4.1 船體分段建造時間估算

要實現船舶企業的精益管理，必須制定完整的船舶建造生產計劃。對整個生產節點中工量與時間信息準確把握，它需要企業通過多年的生產數據積累，而不是現有的噸鋼工時量這種粗放的管理形式。以某船體小分段制造過程的埋弧焊為例，其裝配過程包括構件加工、部件裝焊、分段裝焊等一系列焊接裝配建造過程。因此，對于船舶建造這種多任務的離散生產過程的計劃制定，必須收集并掌握準確建造工量、設備產能等，從而獲取特定產品生產中的工時與工量。

埋弧焊標準作業時間，通過工步時間計算匯總得出[1]。分段焊接中，人的動態活動范圍較大，動作是全身性的，某些工作完成進度與操作工人掌握技術的熟練程度或現場施工的偶然因素有關，因此，僅用特定的模特法操作計時無法準確地確定生產中的工作時間，需要通過大量樣本的實測結果統計，對模特法操作中未定義的動作時間進行修正，從而獲得作業中無法定義的工作內容、動作次數的完成時間，得出焊接所有工作單元的完整時間。埋弧焊工步時間標準見表1[2]。

表1 埋弧焊工步時間標準

表1中的模特法把生產實際中操作的動作歸納為21種，使用身體不同部位動作時，其動作所用的時間值互成比例(如模特法中，手的動作是手指動作的2倍，小臂的動作是手指動作的3倍)，因此可以根據手指一次動作時間單位的量值，直接計算其他不同身體部位動作的時間值。模特法的21種動作都以手指動一次(移動約2.5 cm)的時間消耗值為基準進行試驗、比較，來確定各動作的時間值。G3表示復雜的抓取動作，M3表示小臂的移動，在模特法中用M3G3表示為小臂的移動(M3)、復雜的抓取(G3)，M3G3表示為時間值是6 MOD(其中M3為3 MOD，G3為3 MOD)。采用模特法不需測時，亦不要進行評比，就能根據其動作決定正常時間。因此，使用它來分析動作、評價工作方法、制定標準時間、平衡流水線，都比其他既定時間標準設定法容易(Predetermined Time Standards，PTS)，且見效快。根據身體部位表現出的動作時間的差異，將MOD法的PTS時間值按照移動動作、終結動作、結合動作(其他動作)分解成21個動作和8個時間值，記為MODAPTS，見圖1、圖2，其中，d/0.7為獲取物料或搬運設備距離遠近的修正值，d為距離長度。

圖1 MODAPTS的21個動作分解結構

圖2 MODAPTS基本圖

通過表1埋弧焊工步標準時間統計，可計算出船體構建裝焊作業的標準時間。

(1)焊前耗時T1

焊接前耗時定義為T1，等于工作單元3、4、5、6時間值之和：

T1=77.52+0.9[d/0.7]

(2)焊中耗時T2

焊中耗時定義為T2，則

T2=100l/v

式中：l為焊縫長,m；v為焊接速度，cm/s。

(3)焊后耗時T3

焊后耗時定義為T3，等于工作單元8的時間，即：

T3=32.38 s

(4)焊縫的作業總時長T

焊縫的作業總時長定義為T，即：

T=T1+T2+T3=109.90+100l/v+0.90[d/0.7]

考慮工藝改善、作業條件改進、施工環境及工人熟練度與標準工作定額要求的差異性，在企業實際生產過程中，隨著施工人員操作熟練程度的提高，其工作效率也會相應地提高，工時也隨著下降至標準工時所規定的范圍指標內。因此，研究中應考慮到差異情況，通過調整不同系數或函數，合理確定工時定額。

4.2 現場物流管理

船體建造物流主要是船體建造過程中的部件裝配、分段組裝以及分段總裝、船臺搭載和涂裝等上一道中間產品工序向下一道工序的作業物流轉移。因此，為了更好地完成總裝生產任務，需要通過船廠生產執行系統MES(Manufacturing Execution System)，為船廠的各制造流程提供包括制造數據、計劃排程、生產調度、庫存、質量、人力資源、工作中心/設備、工具/工裝、采購、成本、項目看板、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為船舶建造企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。通過系統的托盤生成與轉換技術，生成完整的船舶產品結構樹，將船體的建造分解成若干模塊分段的裝配包過程，通過仿真環境，提取工序、工步、裝配件等信息，細化船體、舾裝裝配順序，對裝配過程進行實時仿真分析，優化船舶中間產品的裝配順序與裝配路徑，并為每個裝配包分配作業任務與制造資源，自動生成船體裝配與零件加工生產所需的各類生產信息文件，下達各工種的作業任務指導書，配送各工種的生產資源[3]。

擬定實施計劃和計劃相應的日程，在作業指導書的指導下確定實施方法，將計劃通過看板系統一目了然地公布出來，讓所有的人都知道實施細節，讓相關部門的負責人以及全公司的員工都知道在什么時間內完成什么工作。明確實施方法，并將擬定的大日程計劃作為推行及控制的依據。對企業管理的高層要求按目標下達計劃跟蹤管理，對計劃實施部門則按5S管理計劃任務表依次執行。各部門員工按月、季、年登記管理計劃、管理目標、統計遺留問題，分析問題形成的原因和改善所需的時間及措施。通過計劃反饋、計劃提醒、統計報表等調度管理手段，實現計劃的有效執行。具體來說，生產任務組織按照工藝規程進行，生產對象流入相應的加工單元，通過施工任務生產工具單元的選擇，在生產設備緩沖隊列中，按指定的調度規則，依次有序地在設備上進行加工生產，即先進行設備的優先調度，再進行工件選擇設備或設備選擇工件。

船舶生產調度的歷史數據、仿真數據中均包含有效的調度知識。針對船舶平面分段調度，采用模塊化思想，基于數據挖掘技術設計了智能調度模型，見圖3。

出于數據獲取的難易程度及數據質量方面的考慮，以數學建模優化求解的方式為例展開研究。首先建立研究問題的數學模型求解，進行調度知識模型定義和特征工程；然后訓練決策樹、神經網絡和支持向量機三種機器學習模型，并從中選取最佳模型；最后使用挖掘得到的調度知識進行調度決策。

圖3 平面分段智能調度模型

船廠生產作業計劃通常分為兩個部分。一部分在生產作業計劃系統中，根據工藝計劃要求，將任務包分配給相應的加工單元。另一部分作業計劃系統依據作業計劃進行仿真，通過導入預處理作業包，優化生產作業計劃，根據各加工單元的配置，調整生產作業計劃，并為上個計劃周期中未完成的生產作業計劃解耦，以調度優化資源，仿真生成作業計劃的排序結果；在其基礎上，生成車間運行的計劃指標，如完工時間、平均通過時間、交貨延時等。通常初次仿真作業計劃排序并非最佳排序，這是因為除系統決策規則外，生產運行還受其他模型參數的約束，如加工任務、投料順序、采用的調度規則等[3-4]。因此，要通過作業計劃優化模塊對這些約束參數進行反復優化調整，直至得到既定目標模型參數值，以及作業規劃結果等一系列運行指標值。

5 結語

通過分析船舶建造企業目前的生產現狀，提出船舶制造企業精益管理措施，建立完善的船體分段建造時間估算模型與現場物流管理的計劃執行控制平臺。在資源約束的條件下，實現人、財、物的最佳安排和作業規劃的最佳組合，從而取得最佳的生產效益，提高船舶建造準時性。