管子智能生產(chǎn)線工序設計

鄭曉勛，吳玉榮，張 雷，吳紅根

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

管子生產(chǎn)是船舶制造的重要環(huán)節(jié)，直接影響一艘船的生產(chǎn)進度。由于船用管子的多樣性，不同的工藝要求需要安排不同的生產(chǎn)線，這就考驗車間管理部門安排計劃的合理性。管子車間柔性資源有限，平衡安排各工序之間的產(chǎn)能對于縮短制造周期具有重要意義。

實踐證明，管子的產(chǎn)量和進度由生產(chǎn)現(xiàn)代化水平?jīng)Q定，而生產(chǎn)現(xiàn)代化不是光靠先進的設備，而是要在管理、工藝技術、過程控制上進行先進改造，才能達到管件高效生產(chǎn)的目標。現(xiàn)代船舶企業(yè)都特別強調(diào)管子的生產(chǎn)技術，優(yōu)化流程、節(jié)約成本、縮短加工周期是提高管子加工能力的重點。實踐證明，船舶管件族加工流程優(yōu)化將提高船廠信息化應用的集成水平，優(yōu)化船廠的資源配置，提高數(shù)字化創(chuàng)新能力和設計、管理水平[1]。

1 研究背景

1.1 行業(yè)背景

近年來，許多船舶企業(yè)認識到數(shù)字化技術在船舶管子加工中的重要性，船舶企業(yè)開始探索應用計算機輔助軟件進行管子制造流程管理，如PLM、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）、PDMS等管理系統(tǒng)。雖然我國具備一定的自動化生產(chǎn)線和加工設備，生產(chǎn)效率較之前有了較大提升，但是與國外先進管子加工技術相比，仍然存在一定差距，主要體現(xiàn)在技術的先進性、工作的系統(tǒng)性和管理復雜性之間沒有達到信息百分百傳遞，主要原因是現(xiàn)代船舶管件族制造雖然摒棄了傳統(tǒng)管件族制造中效率低下的加工工藝，投入了不少資金在數(shù)字化自動化應用上，但設計、制造、管理數(shù)字化集成度還比較低，管子生產(chǎn)車間與設計部、物資管理部等相關部門仍存在脫節(jié)[2]。

1.2 傳統(tǒng)管子生產(chǎn)線存在的問題

傳統(tǒng)管子生產(chǎn)線流程人工量大，排程不清晰，整體管控粗放，以人工管控為主，效率方面無法保證。還有以下要求：

1）需要根據(jù)項目計劃、中日程計劃、發(fā)圖計劃編制圖紙分解計劃和生產(chǎn)完工計劃；

2）技術管材需根據(jù)圖紙分解計劃進行套料；

3）現(xiàn)場需要手工拆分小票圖和核對技術中心下料數(shù)據(jù)；

4）通過人工篩選圖紙，把不能做的圖紙都剔除，出圖的圖紙按大小管徑分盤，多個批量分段同時套料出圖的情況需按分段分大小管徑分盤出圖；

5）整體流程管控通過臺賬以及相應的內(nèi)場工作聯(lián)系單進行管控。

管子下料按照套料表進行材料的使用，切割長度等由人工把控，開孔、彎管、支母管等都由人工進行復核尺寸及彎曲角度等，由于整體是人工來把控的，在精度方面完全由每個人員來決定，因此精度方面不準確。隨后將下料管子按照工藝要求進行開坡口以及去除氧化鐵，也是通過傳統(tǒng)人工方式進行，費時費力。

傳統(tǒng)管加工大部分校管工作由人工進行，并需要在定位裝配后進行焊前檢驗，再由焊接工進行焊接，焊接的工人分配也由人工進行管理分配，焊好后的管子按照工藝要求進行打磨并進行焊后報檢。

綜上可知，傳統(tǒng)的管子生產(chǎn)模式存在一定的缺陷和不足，由于人工量較大，整體管子生產(chǎn)工序流向都由人工進行流向分析，分解工藝，然后進行工序安排。因此在管子加工方面，傳統(tǒng)工藝更加被動，工序流程人工化，需要安排更多的人力花費時間和精力去消化圖紙和安排流程，在質(zhì)量控制方面也需要多次進行精度檢驗來保證制造精度，整體管控和整體流程需要人工安排并排程，對于體量較大、制造工序不統(tǒng)一的管子制造來說，整體效率不高。

2 管子智能生產(chǎn)線工序設計

2.1 船舶管件族制造過程

管子在設計和制造過程中會有共同特征，將這些特征應用成組技術原理分類成組或族，按族組織生產(chǎn)，以形成足夠的批量制造。這一方法稱為管件族制造法。

管子零件按工藝設計、計劃安排和制造過程的不同組成族，避免單件生產(chǎn)。族內(nèi)各種管子合理地分布在分道作業(yè)線中的同一機器和工夾具進行加工，其優(yōu)點是提高設備利用率，簡化分道作業(yè)中各工序間的搬運。管子在分道作業(yè)線中按工序有節(jié)奏地移動，生產(chǎn)管理效率大幅改善。按工序進行分類作業(yè)可使流程從一條作業(yè)線轉(zhuǎn)換到另一條作業(yè)線時，仍然能控制好生產(chǎn)進度和節(jié)奏。

2.2 設計內(nèi)容

針對現(xiàn)有管子制造工序的不足，結(jié)合新的自動化管子制3R流水線，將管子和人工線結(jié)合起來，整體集配并進行過程管控，通過軟件計算優(yōu)化管子制造過程，減少人工用量，優(yōu)化制造精度，以管子族制造法來進行管件排程和生產(chǎn)，優(yōu)化整體管子制造工序。

2.2.1 主要功能

1）設計準備。設計軟件將設計以及模型信息導入ISO系統(tǒng)并確認生產(chǎn)信息是否準確。

2）生產(chǎn)排程。根據(jù)目前的自動化車間設備布置和生產(chǎn)工序流程，將自動生產(chǎn)管線分成不同的自動化生產(chǎn)線路：管材立庫-拋丸沖砂機-鋸切機-坡口機-法蘭焊接-彎管機-長管自動化對焊機-緩存區(qū)-人工裝配區(qū)。生產(chǎn)線工序圖見圖1。總體工序設計流程圖見圖2。

圖1 生產(chǎn)線工序圖

圖2 總體工序設計流程圖

3）生產(chǎn)過程分解。RAMP生產(chǎn)系統(tǒng)會根據(jù)每根管件的特點對管子生產(chǎn)過程進行分解，并將其分配到對應的管子工位線上[3]，如圖3所示。

4）自動排程。通過RAMP系統(tǒng)進行管件制造工序識別并劃分到相應的流水線上，同時通過RAMP系統(tǒng)的自動排程功能，優(yōu)化產(chǎn)線負荷，最后將流水線生產(chǎn)的管子零件集配到每個相應工位進行最后組裝。工位組裝圖見圖4。

2.2.2 技術特點

本設計的主要技術特點[4]如下：

圖3 生產(chǎn)過程分解圖

圖4 工位組裝圖

1）結(jié)合現(xiàn)代化自動生產(chǎn)線技術，優(yōu)化管子制作工序，減少人工量，提高效率。通過軟件的自動識別分解技術，改變了傳統(tǒng)的以管段形式生產(chǎn)的生產(chǎn)方式。將管段分解成更小的部件，以管子零件族方式進行生產(chǎn)，減少人工定位和焊接的工作量，提高生產(chǎn)制造效率。由于切割指令由自動化切割機發(fā)出，管材立體庫自動將管子出庫，通過物流系統(tǒng)進行管子運送，減少人工核對搬運的工作量。

2）自動化設備和配備的自動化計算軟件，提高整體制造精度，減少誤差，減少校管的工作量。通過軟件直接控制切割和焊接指令，減少誤差；彎管采用先焊后彎的方式進行，由軟件自動計算切割量，保證精度。由于采用了自動切割、法蘭焊接設備以及TIG/MAG自動化焊機等一系列自動化設備，省去焊前報檢工作，在精度方面也有了大幅提高，在整個生產(chǎn)工序方面將自動化生產(chǎn)工藝流程與人工結(jié)合，做到高效率高精度生產(chǎn)。

3 結(jié)論

本文設計的高效管子智能生產(chǎn)線工序，采用管子族制造法，應用于管子整體制造流程，與企業(yè)ERP系統(tǒng)、船舶中日程計劃排程系統(tǒng)、供應鏈系統(tǒng)以及一整套管子智能生產(chǎn)線數(shù)字化管理系統(tǒng)結(jié)合應用，配合先進的生產(chǎn)設備和合理的生產(chǎn)線布置，實踐證明，該設計有效提高車間的生產(chǎn)效率，使管子智能化生產(chǎn)車間成為最佳示范車間。