基于準時化生產(chǎn)方式的船廠下料車間排產(chǎn)系統(tǒng)

張 巖，楊艷彬

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

國內在排產(chǎn)系統(tǒng)理論研究方面起步不晚[3]，準時化理論被引入到生產(chǎn)計劃研究中[4,5]，準時化生產(chǎn)方式也在某些制造業(yè)中進行了應用[6-10]，并取得了一定的成果。但船舶制造業(yè)的準時化生產(chǎn)管理系統(tǒng)一直是空白，粗獷的生產(chǎn)管理方式?jīng)Q定了把理論變成實際可用的系統(tǒng)還有很多工作要做[11-14]。當前在船舶制造領域還是以傳統(tǒng)計劃制作方式為主，無法多項目計劃互動聯(lián)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(shù)據(jù)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(chǎn)和生產(chǎn)管理問題，則可大大提高排產(chǎn)效率和準確性，提高車間生產(chǎn)快速反應能力，極大的提高生產(chǎn)效率，縮短建造周期[15]。

1 基于準時化生產(chǎn)方式的船廠下料車間虛擬生產(chǎn)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(jié)點Tlim，然后統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)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(shù)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?？梢酝茰y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(tǒng)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(shù)理學統(tǒng)計處理。例如要統(tǒng)計一個工件的運輸時間必須得統(tǒng)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(tǒng)計學處理得公式(1)[16]。

3）特殊工序定量處理，外協(xié)加工的工序，受到運輸、財務、外協(xié)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(xié)合同時間執(zhí)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(zhí)行，所以使用特定起始點的固定時間。

1.3 工藝路線和生產(chǎn)計劃的編制方法

實際生產(chǎn)中，工藝路線受到實際生產(chǎn)條件的制約，在計劃上會產(chǎn)生很多情況，不論現(xiàn)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(chǎn)能力上，即得到需要的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)。

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(chǎn)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(xié)加工、設備安裝固定等特殊工序都可能發(fā)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(chǎn)。

2 船廠下料車間排產(chǎn)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主要功能模塊

2.1.1 基礎信息設置

基礎數(shù)據(jù)采集方面，目前企業(yè)中較大的一個問題是，工時工期等建造過程的基礎數(shù)據(jù)往往是由工作人員的經(jīng)驗數(shù)據(jù)給出，缺乏合理的統(tǒng)計分析工具，因此企業(yè)熱切希望系統(tǒng)中能夠對歷史數(shù)據(jù)進行收集統(tǒng)計，得出科學的基礎數(shù)據(jù)，指導今后的生產(chǎn)過程。

船舶建造數(shù)據(jù)采集主要分為兩部分：船舶產(chǎn)品數(shù)據(jù)和船舶生產(chǎn)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)將對數(shù)據(jù)采集進行指導。參照某船廠基礎數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)中工序信息（見圖2）是虛擬的單元，表示生產(chǎn)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(chǎn)品工藝路線設置

在系統(tǒng)中手工輸入產(chǎn)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(chǎn)的依據(jù)。

2.1.3 程序生成生產(chǎn)計劃

根據(jù)車間產(chǎn)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(chǎn)能上，程序依據(jù)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(chǎn)的計劃對生產(chǎn)能力的占用（可改成忽略其他項目占用生產(chǎn)能力）；

3）工序前推原則，將工序優(yōu)先分派到空余的時間上，使時間最短。

圖5 生產(chǎn)計劃

2.1.4 車間產(chǎn)能負荷分析

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

圖6 生產(chǎn)能力平衡分析

2.2 項目排產(chǎn)實例

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

2.2.1 建立BOM表和虛擬工藝路線

根據(jù)技術設計和工藝設計，在系統(tǒng)中輸入產(chǎn)品的技術數(shù)據(jù)和制造數(shù)據(jù)（見圖7）。

2.2.2 生成生產(chǎn)計劃

輸入生產(chǎn)項目名稱、開工日期，選擇BOM，程序會自動生成生產(chǎn)計劃（見圖8）。

圖7 工序數(shù)據(jù)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(chǎn)方式作為排產(chǎn)系統(tǒng)項目計劃管理方法，設計并且實現(xiàn)了其下料車間的排產(chǎn)系統(tǒng)。主要成果如下：

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

2）依據(jù)基于準時化生產(chǎn)方式的船舶建造項目計劃管理系統(tǒng)的設計，采用適當?shù)膶崿F(xiàn)技術，從軟件類實現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)和主要功能模塊等角度完成了系統(tǒng)的實現(xiàn)。

表1 部分排產(chǎn)計劃顯示

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