基于零件分道切割的船廠分段鋼材集配策略

朱安慶, 李成杰*, 朱韓鋼, 姚 飚,3

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100；2.江蘇新時(shí)代造船有限公司，江蘇 泰州 214518；3.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

以某船廠為研究對(duì)象，其產(chǎn)品覆蓋散貨船、成品油船、集裝箱船和化學(xué)品船等船型，年造船完工量約450.0萬(wàn)t，月切割鋼量約4.5萬(wàn)t。某船廠以分段為單位進(jìn)行鋼材的集配與切割管理，并在完成切割后統(tǒng)一進(jìn)行理料與集配。完成切割的零件在后道工序需求時(shí)間不一，最早與最晚需求差別較大，且缺少有效的分道管理，導(dǎo)致零件理料與集配的效率較低。長(zhǎng)時(shí)間保存零件增加零件丟失與變形的風(fēng)險(xiǎn)，且需要占用較大的緩存場(chǎng)地，這種管理方式與船廠追求精益化和準(zhǔn)時(shí)制(Just In Time，JIT)的生產(chǎn)理念具有一定差距。

1 某船廠分段鋼材集配與切割管理現(xiàn)狀

某船廠將多個(gè)分段合并為同一批次進(jìn)行套料，以提高鋼材利用率。在分段開(kāi)工時(shí)需要將同一批次的鋼材一起進(jìn)行集配與切割。每個(gè)批次的切割周期為4～6 d，每月切割分段數(shù)量約450個(gè)。鋼材集配與切割加工階段的主要問(wèn)題如下：

(1)鋼材分道切割管理意識(shí)不強(qiáng)。技術(shù)部門(mén)雖盡可能將不同流向的零件分開(kāi)套料，但為提升鋼材利用率，會(huì)將一些零件進(jìn)行混套，同一張鋼板可能具有不同裝配階段和不同類型中間產(chǎn)品的零件。

(2)為保證后道工位零件的完整性，鋼材必須統(tǒng)一切割，但主板、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和外板需求時(shí)間差異較大，在統(tǒng)一切割后需要大量的緩存場(chǎng)地存放鋼材。以20.8萬(wàn)t散貨船貨艙雙層底分段為例，最早與最晚零件需求時(shí)間相差14 d，長(zhǎng)時(shí)間存放零件會(huì)增加小零件丟失和大板片零件變形的風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)帶來(lái)不必要的補(bǔ)切和修正工作量。

(3)在完成鋼材切割后，大部分零件需要移至專門(mén)理料場(chǎng)地，安排40余人結(jié)合零件明細(xì)表按流向逐個(gè)進(jìn)行理料與集配，該環(huán)節(jié)增加大量不必要工時(shí)。

通過(guò)對(duì)某船廠鋼材集配與切割現(xiàn)狀的分析，探討一種基于后道工序需求的鋼材集配與分道切割管理方式。以船廠分段詳細(xì)裝配工藝(Detailed Assembly Procedure，DAP)為抓手，以各級(jí)中間產(chǎn)品完工計(jì)劃為牽引，策劃同一分段零件分道切割，進(jìn)行零件加工系列劃分，優(yōu)化鋼材的集配和預(yù)處理，以支撐分段建造所需零件按需按時(shí)產(chǎn)出，維持合理的中間產(chǎn)品流通量，保證分段連續(xù)、均衡和有節(jié)拍的生產(chǎn)。

2 基于分段DAP的零件需求

針對(duì)某船廠在生產(chǎn)管理流程中存在的問(wèn)題，提出按后道工序需求組織生產(chǎn)的方式[1]，改變?cè)械姆侄巍罢姓汀鄙a(chǎn)模式，可在生產(chǎn)物料數(shù)量較大的情況下實(shí)現(xiàn)零件的快速分類、整理和流轉(zhuǎn)[2]。

2.1 分段DAP選擇

選取某船廠20.8萬(wàn)t的散貨船貨艙雙層底分段，其DAP如圖1所示。該分段建造流程以內(nèi)底板TT1A為基面進(jìn)行反造，內(nèi)底板由拼板零件對(duì)接形成整個(gè)底板TT1A拼板件，依次吊裝中組件GR13A、GR18A、GR8A、FR178D、FR184D和小組件FR187D、TB181D、BX1A，安裝子分段散裝件和外板BS1A，完成建造過(guò)程。

圖1 貨艙雙層底分段DAP

2.2 各級(jí)中間產(chǎn)品裝配關(guān)系和物流編碼

零件作為船體結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中較為特殊的中間產(chǎn)品，基本經(jīng)歷從切割到船塢或船臺(tái)搭載的全過(guò)程[3]。經(jīng)歷各裝配階段的零件在流轉(zhuǎn)的每個(gè)過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的零部件流向。某船廠的各級(jí)中間產(chǎn)品裝配關(guān)系和物流編碼如圖2所示。對(duì)于在單個(gè)分段內(nèi)需要胎架制作的組件(H、R、G)進(jìn)行托盤(pán)批次序號(hào)劃分，采用數(shù)字表示，填寫(xiě)在裝配屬性代碼后面。托盤(pán)批次數(shù)量和設(shè)置方式如下：①托盤(pán)批次數(shù)量根據(jù)單個(gè)分段H組件和R組件的數(shù)量確定；②屬于H和R托盤(pán)批次內(nèi)的零件和組立，前后兩處托盤(pán)批次序號(hào)相同；③直接流入G階段施工的零件和小、中組件均屬于G托盤(pán)批次，前后托盤(pán)批次序號(hào)相同；④在H、R、G同步出現(xiàn)時(shí)，前后托盤(pán)批次序號(hào)不同；⑤G托盤(pán)批次序號(hào)固定設(shè)置為1，R和H向后順延。

圖2 各級(jí)中間產(chǎn)品裝配關(guān)系和物流編碼

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，各級(jí)中間產(chǎn)品的裝配流向關(guān)系依據(jù)其當(dāng)前裝配級(jí)和下一裝配級(jí)的物流編碼進(jìn)行組合體現(xiàn)，用于指導(dǎo)各級(jí)中間產(chǎn)品的流向。例如，貨艙雙層底分段的GR3A中組件的當(dāng)前裝配級(jí)物流編碼為M2，下一裝配級(jí)物流編碼為H2，表示GR3A中組件在完成裝配后需要流向大組件裝配工位進(jìn)行大組件裝配，其中，數(shù)字2表示中間產(chǎn)品屬于H托盤(pán)批次，托盤(pán)批次序號(hào)為2。

基于上述貨艙雙層底分段DAP，根據(jù)各級(jí)中間產(chǎn)品的裝配關(guān)系和流向，參照中間產(chǎn)品物流編碼，形成各級(jí)中間產(chǎn)品的裝配流向，如圖3所示。

圖3 各級(jí)中間產(chǎn)品的裝配流向

2.3 各級(jí)中間產(chǎn)品裝配和零件的需求時(shí)序

根據(jù)上述各級(jí)中間產(chǎn)品的裝配關(guān)系和流向，以各級(jí)中間產(chǎn)品的開(kāi)工/完工時(shí)間點(diǎn)為牽引，梳理分段各級(jí)中間產(chǎn)品裝配和零件的需求時(shí)序(見(jiàn)圖4)，為基于后道工序需求的零件加工系列劃分提供依據(jù)。

圖4 各級(jí)中間產(chǎn)品裝配和零件的需求時(shí)序示例

3 基于后道工序需求的零件加工系列劃分

通過(guò)對(duì)貨艙雙層底分段的各級(jí)中間產(chǎn)品裝配和零件的需求時(shí)序進(jìn)行分析，以分段胎架裝配需求時(shí)序?yàn)榛鶞?zhǔn)，以主板、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外板等中間產(chǎn)品制作對(duì)各類零件的需求產(chǎn)生零件集，運(yùn)用成組技術(shù)和相似性原理對(duì)零件進(jìn)行細(xì)化分類[4]，形成基于后道工序需求的零件分道切割劃分原則?；诤蟮拦ば蛐枨蟮牧慵庸は盗袆澐秩鐖D5所示。

圖5 模擬搭載

綜合分析某船廠多個(gè)分段，基于后道工序需求的零件加工系列劃分特征如下：①拼板件(編碼K)，胎架用拼板零件；②曲面外板(編碼B)，在下料后需要冷熱加工的大曲板，經(jīng)成型加工后送至后道工序；③T型材組立料(編碼T)，直、彎組合T型材的面板、腹板(>4 m)；④型鋼(編碼L)，角鋼或球扁鋼；⑤條材(編碼J)，除組合T型材外的長(zhǎng)條狀筋板等；⑥結(jié)構(gòu)件(編碼S)，所有須經(jīng)中、小組立后送至后道工序的零部件和4 m以下的短T型材組合；⑦散件(編碼A)，尺寸較小不需要組立工序直接送至后道工序的零件，如補(bǔ)板、小三角板和加強(qiáng)復(fù)圈等，或不經(jīng)小組立階段直接流向H、R、G胎架階段的散裝件，或不需要組立的分段散貼件。

基于后道工序需求的零件加工系列劃分是改變傳統(tǒng)分段“整切整送”生產(chǎn)模式的前提，為建立以零件加工系列為生產(chǎn)組織管理單位的并行式加工和小批次下料的精益化生產(chǎn)流程提供依據(jù)。

4 零件分道切割與分段鋼材集配的套料設(shè)計(jì)

為達(dá)到零件分道切割的目標(biāo)，可從技術(shù)源頭進(jìn)行零件的成組和分批，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)按分道原則輸出套料結(jié)果[5]。在基于后道工序需求的零件加工系列劃分原則基礎(chǔ)上，以切割車間設(shè)備的能力和分布為依據(jù)制定套料設(shè)計(jì)的分道原則。

根據(jù)設(shè)備特性匹配合適的零件加工系列進(jìn)行切割，釋放切割設(shè)備的切割能力。結(jié)合場(chǎng)地布置和設(shè)備特性統(tǒng)籌安排零件加工[6]，盡可能減少零件的橫向流動(dòng)，充分發(fā)揮各作業(yè)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備、人員和場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)，提高理料、集配和物流運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)效率。

某船廠設(shè)備類型和相關(guān)特性如下：①等離子切割機(jī)(編碼P)，可進(jìn)行任何形狀(厚度≤38 mm)的二維切割；②火焰(多頭)切割機(jī)(編碼F)，主要用于長(zhǎng)條形多個(gè)零件多火頭一次切割；③數(shù)控火焰門(mén)式切割機(jī)(編碼F)，適用于具有規(guī)則輪廓(以四邊型為佳)或厚度>38 mm的零件切割；④型鋼切割機(jī)(編碼N)，主要用于母板非板材類零件切割，如角鋼、球扁鋼、圓鋼和半圓鋼等。

綜合上述需求和約束，考慮切割車間設(shè)備負(fù)荷均基本均衡的要求，依據(jù)劃分的作業(yè)區(qū)域區(qū)分不同作業(yè)內(nèi)容，建立切割套料版圖劃分方式，如表1所示。版圖類型編碼依據(jù)作業(yè)區(qū)域、設(shè)備類型和零件加工系列等3項(xiàng)編碼信息組合而成，對(duì)零件分道切割原則加以明確和固化，并與信息化手段有效結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)較好的傳遞、執(zhí)行和跟蹤效果。

表1 切割套料版圖劃分方式

以上述貨艙雙層底分段為例，由于主板與外板制作對(duì)相同零件加工系列的需求時(shí)間不同，且內(nèi)部構(gòu)件以主板為上胎板進(jìn)行安裝形成大組件，因此在綜合分析多個(gè)分段的各級(jí)中間產(chǎn)品裝配和零件的需求時(shí)序后，將套料批次根據(jù)需要胎架制作的組件(H、R、G)進(jìn)行劃分，構(gòu)建基于后道工序需求的零件分道切割任務(wù)包分解方式，如圖6所示。

圖6 基于后道工序需求的零件分道切割任務(wù)包分解方式

在實(shí)施零件分道切割后，從生產(chǎn)制造全流程效率角度考慮，零件切割需要按鋼材套料和基于后道工序需求進(jìn)行鋼材集配。這就要求在對(duì)應(yīng)的鋼材供應(yīng)環(huán)節(jié)按零件分道切割需求進(jìn)行鋼材庫(kù)存檢查，并在鋼材堆放和預(yù)處理階段均需要以劃分的切割任務(wù)包為單位、以后道工序需求為導(dǎo)向進(jìn)行堆放與集配，避免因堆放不合理帶來(lái)的重復(fù)翻板等問(wèn)題，提高鋼材集配效率，減少設(shè)備和人力資源的浪費(fèi)。

5 結(jié) 語(yǔ)

某船廠通過(guò)工程實(shí)踐論證，驗(yàn)證方案可行性，取得較好實(shí)效。實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有切割流程和人員組織框架的優(yōu)化，達(dá)到設(shè)備與人員的充分利用。在鋼材集配和切割方面實(shí)現(xiàn)基于后道工序需求進(jìn)行生產(chǎn)，使零件在完成切割后最大可能實(shí)現(xiàn)JIT流轉(zhuǎn)，降低零件存放帶來(lái)變形與丟失的風(fēng)險(xiǎn)。零件分道切割方式大幅提升零件理料與集配的效率，降低理料與集配的工時(shí)投入。對(duì)于部分需要滯留保存的零件，減少滯留數(shù)量，縮短滯留周期，減少對(duì)緩存場(chǎng)地資源的占用。