中小型船舶平面板架生產(chǎn)線項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

林光裕

（滬東中華（造船）集團(tuán)有限公司，上海 200129）

自上世紀(jì)60 年代開始，國外各船廠已陸續(xù)以建立平面分段流水線作為技術(shù)改造的一個(gè)主要內(nèi)容，國內(nèi)各大船廠的生產(chǎn)線稍晚于歐洲日本，在20 世紀(jì)90 年代之后也陸續(xù)建立，外高橋、江南、大連新廠、廣船國際等均有其平面分段生產(chǎn)流水線，在平面分段生產(chǎn)技術(shù)上不斷取得進(jìn)步[1-2]。與此同時(shí)，國內(nèi)設(shè)計(jì)公司也累積了大量經(jīng)驗(yàn)，對流水線設(shè)計(jì)方案、機(jī)械及設(shè)備配置日趨成熟。然而，由于每個(gè)公司的生產(chǎn)對象不同，因此仍需根據(jù)公司自身產(chǎn)品的特性及生產(chǎn)工藝流程，參與設(shè)計(jì)符合公司情況的生產(chǎn)線，增加生產(chǎn)線和公司產(chǎn)品的契合度，盡可能避免出現(xiàn)生產(chǎn)效率不高的問題[3-4]。

在我司參與設(shè)計(jì)的平面板架生產(chǎn)線項(xiàng)目中，我們以中小型船舶為建造對象，就工位設(shè)計(jì)、工位設(shè)備選型、配套門架及工裝、工位負(fù)荷率的平衡等方面做了策劃研究。本文基于上述研究結(jié)果，對生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡要介紹。

1 平面板架生產(chǎn)線簡介

1.1 平面板架生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)前提

由于項(xiàng)目是在較低費(fèi)用預(yù)算及現(xiàn)有場地上改造的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)前提如下：

（1）相對于國內(nèi)其他生產(chǎn)流水線動(dòng)輒上億的項(xiàng)目投入，本項(xiàng)目預(yù)算資金為一千余萬，設(shè)備選擇局限性較大；

（2）項(xiàng)目在現(xiàn)有車間場地上改造，車間長度156 米，須最大化利用該長度，對工位設(shè)計(jì)的合理性要求高；

（3）生產(chǎn)對象為中小型船舶，生產(chǎn)線須柔性適用于全船各區(qū)域的中、大型平面板架的生產(chǎn)，適用性廣。

1.2 平面板架生成線概況

1.2.1 生產(chǎn)對象

相對于大型船舶，中小型船舶的貨艙區(qū)域占船體總長比例短，平面分段數(shù)量少。在統(tǒng)計(jì)了4000TEU 集裝箱船的板架數(shù)據(jù)后，若設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線僅用于生產(chǎn)貨艙區(qū)域平直分段中的大型板架，則相當(dāng)于只完成該船全船板架數(shù)量的10%，生產(chǎn)線空置率高。

鑒于上述情況，該生產(chǎn)線的生產(chǎn)對象確定為全船各區(qū)域的中、大型平面板架。板架典型示意圖如圖1、圖2 所示，圖1 為平直分段中的大型板架，其特點(diǎn)是板架尺寸大，板縫方向統(tǒng)一，型材較長，且方向基本一致，根據(jù)分段劃分狀況，最大板架尺寸為12m*12m，板縫數(shù)量極值為4 條。圖2 為非規(guī)則平面板架，其特點(diǎn)是板縫方向不一，型材較長，但型材方向一致性較差，最大板架尺寸為12m*12m，板縫縱橫交錯(cuò)，最大縱向板縫數(shù)量4 條。以圖2 作為生產(chǎn)對象時(shí)須在前道將橫向短焊縫完成。

圖1 規(guī)則的平面板架

圖2 不規(guī)則平面板架

1.2.2 生產(chǎn)流水線目標(biāo)產(chǎn)能

考慮到雙班的可能性，生產(chǎn)線單班工作時(shí)間為7 小時(shí)，平臺(tái)節(jié)拍時(shí)間140 鐘，以12m*12m 板架為生產(chǎn)對象時(shí)，每天雙班作業(yè)可產(chǎn)出6 片板架，以一年工作250天計(jì)，年產(chǎn)板架1500 片。

1.2.3 生產(chǎn)流水線工位設(shè)計(jì)

該生產(chǎn)流水線分為堆料工位、拼板定位焊工位、正面焊工位、翻身工位、反面焊工位、二次翻身工位、型材上料及裝配工位、型材自動(dòng)焊工位、板架校正工位、橫向材上料及裝配工位、橫向材焊接工位等11 個(gè)工位，并在流水線側(cè)面設(shè)置型材輸送輥道。工位布置圖如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)線工位布置圖

1.3 重點(diǎn)工位介紹

1.3.1 正/反面焊工位

板架正反面拼接焊縫采用雙絲雙面單道埋弧焊工藝，該工藝可通過改變電極數(shù)量達(dá)到較寬的板厚覆蓋范圍，板厚適用范圍為10mm～30mm，且可實(shí)現(xiàn)最大22mm 板的無坡口雙面單道焊接。此外，通過在正面埋弧焊工位設(shè)置一個(gè)固定，一個(gè)移動(dòng)，雙焊接門架的方法，解決了單臺(tái)埋弧焊設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍瓶頸問題，提升整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。策劃時(shí)，為研究投入兩套埋弧焊設(shè)備和伺服門架的必要性，對單機(jī)頭和雙機(jī)頭兩種情況的生產(chǎn)效率做了對比。為方便對比，擬定生產(chǎn)對象板架的尺寸均為12m*12m，板厚20mm，拼板縫數(shù)量4 條。

單臺(tái)埋弧焊設(shè)備的板架正面焊節(jié)拍及日產(chǎn)能估算如下：

考慮到每班7 小時(shí)的工作時(shí)間、工人的勞動(dòng)負(fù)荷率以及焊接時(shí)間，該工位的節(jié)拍時(shí)間取210 分鐘比較合適。即，每班可生產(chǎn)2 個(gè)平臺(tái)的板架，以縱骨重量為板架的25%計(jì)，日產(chǎn)能56.62 噸。節(jié)拍時(shí)間遠(yuǎn)超預(yù)期產(chǎn)能下的節(jié)拍要求，是流水作業(yè)的節(jié)拍瓶頸。

兩臺(tái)埋弧焊設(shè)備的板架正面焊節(jié)拍及日產(chǎn)能估算如下：

考慮到每班7 小時(shí)的工作時(shí)間、工人的勞動(dòng)負(fù)荷率以及焊接時(shí)間，該工位的節(jié)拍時(shí)間取140 分鐘比較合適。即，每班可生產(chǎn)3 個(gè)平臺(tái)的板架，以縱骨重量為板架的25%計(jì)，日產(chǎn)能84.78 噸。

對比兩種配置在設(shè)備投入及產(chǎn)能上的數(shù)據(jù)，配置單臺(tái)埋弧焊設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是門架、設(shè)備和基建投入為雙機(jī)頭的一半，且由于生產(chǎn)效率較低，整條生產(chǎn)線的人員配置可減少3 人。配置兩臺(tái)埋弧焊設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率比單機(jī)頭增加50%，可提升整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。

綜合來看，鑒于投資建設(shè)生產(chǎn)線的目的就是為了提升生產(chǎn)效率，因此，在局部工位增加投入而得到產(chǎn)能提升50%的效果是更合理的選擇。

1.3.2 型材上料工位和型材輸送輥道

該工位的作業(yè)方式是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)先將待安裝的型材以插入式型材專用存放托架的形式放置在輸送輥道上。作業(yè)時(shí)，在板架移動(dòng)到該工位的同時(shí)，將待安裝的型材托架通過輥道輸送至工位旁，然后通過半門式門架將抓取并安裝型材。再將空托架從車間另一端通過輥道運(yùn)出，循環(huán)利用。

1.3.3 型材自動(dòng)焊工位

鑒于大型縱骨自動(dòng)焊接設(shè)備的大投入以及對型材間距不同的板架兼容性有限的情況，在該工位設(shè)計(jì)采用自動(dòng)平角焊機(jī)的方式作業(yè)，并在該工位設(shè)置了可承載焊接電源、桶裝焊絲及懸掛焊接小車的門架，這種柔性化的配置方式可適用于各種板架的縱骨焊接。

1.4 工位節(jié)拍平衡

一般來說，連續(xù)運(yùn)作生產(chǎn)線的負(fù)荷率不應(yīng)低于75%，由于生產(chǎn)線共涉及11 個(gè)工位，單個(gè)工位的節(jié)拍峰值會(huì)影響到整條生產(chǎn)線的運(yùn)行，因此須驗(yàn)證每個(gè)工位的節(jié)拍情況，驗(yàn)證其負(fù)荷水平。

在估算節(jié)拍時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)對象的結(jié)構(gòu)情況，選用的生產(chǎn)對象板架尺寸為12m*12m，板厚20mm，拼板縫數(shù)量4 條，板架上安裝12 根12 米長的型材。

由于正面焊工位選用單機(jī)頭時(shí)生產(chǎn)節(jié)拍已不滿足預(yù)期產(chǎn)能，因此工作節(jié)拍平衡時(shí)在正面焊工位選用的是雙機(jī)頭埋弧焊設(shè)備。在將每個(gè)工位的動(dòng)作分解和估算時(shí)間后，各工位的節(jié)拍時(shí)間及工位負(fù)荷率如表1 所示。由于目標(biāo)生產(chǎn)板架橫向材總體數(shù)量較少，且由于板架背燒的存在，橫向材上料及裝配工位須跟板架矯正工位共用節(jié)拍，因此不單獨(dú)計(jì)算其生產(chǎn)節(jié)拍。

表1 生產(chǎn)線各工位負(fù)荷率

從各工位的負(fù)荷率可見，通過在正面焊工位配置2套埋弧焊設(shè)備，使得埋弧焊工位的節(jié)拍時(shí)間可滿足單班3 片板架（即節(jié)拍140 分鐘內(nèi)）的要求，解決了該工位的節(jié)拍瓶頸問題。而縱骨裝配工位符合率較高的問題可以通過增加人員來解決，不成為節(jié)拍瓶頸。

2 總結(jié)

在規(guī)劃生產(chǎn)線時(shí)，企業(yè)必須參與其中，以自身生產(chǎn)對象的特點(diǎn)與企業(yè)現(xiàn)有工藝及設(shè)備情況，并借助設(shè)計(jì)公司的經(jīng)驗(yàn)規(guī)劃符合企業(yè)發(fā)展方向的生產(chǎn)線。工位策劃時(shí)，一般越是大型的專業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，越是難以要求其根據(jù)特定要求調(diào)整改變，其局限性也越大。因此要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的柔性化生產(chǎn)，可能須舍棄大型設(shè)備，采用工裝與設(shè)備相結(jié)合的方式，通過適量的人工干預(yù)方可。工位生產(chǎn)節(jié)拍與工位設(shè)備配置是緊密相關(guān)的，策劃時(shí)，調(diào)整設(shè)備配置方案后須重新驗(yàn)證工位節(jié)拍。