，

(1.南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005；2.南通威和船用配件有限公司，江蘇 南通 226002)

現(xiàn)代鋼質(zhì)船舶的管件使用量非常大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一艘30萬t級油船的管根數(shù)超過14 000根，一艘5.5萬t的散貨船的管根數(shù)也達(dá)7 000根以上。舾裝件生產(chǎn)中管件的生產(chǎn)模式、設(shè)計(jì)優(yōu)劣，往往會涉及到后期生產(chǎn)能力的高低，以及現(xiàn)場安裝是否便利。因此，管件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是船企生產(chǎn)環(huán)節(jié)中很重要的一環(huán)，往往會與船塢一樣成為制約船企生產(chǎn)的瓶頸。

1 管件生產(chǎn)概念

1.1 管件生產(chǎn)現(xiàn)狀

1)工藝落后，采用先彎后焊工藝，效率低。

2)大量用手工弧焊，影響焊接效率和質(zhì)量。

3)兩次劃線，導(dǎo)致費(fèi)工、費(fèi)時、浪費(fèi)材料。

4)車間內(nèi)設(shè)備以機(jī)群方式布置，各工序之間負(fù)荷不平衡。拼接管、支管多，極易造成焊接工位阻塞，很難保持生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

5)工序太多，管子運(yùn)輸量大，不僅浪費(fèi)工時，而且增加勞動強(qiáng)度。

雖然通過技改，各大船廠的管子產(chǎn)能有一定提高，工藝進(jìn)一步優(yōu)化，但是在船舶制造技術(shù)的不斷發(fā)展、新管理技術(shù)的不斷提升、計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷深化的形勢下，新的生產(chǎn)方式呼之欲出[1-4]。

1.2 基于虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)化生產(chǎn)

現(xiàn)代化的管路生產(chǎn)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)方法的根本區(qū)別在于設(shè)計(jì)方法從僅僅提供管路形狀和簡單加工數(shù)據(jù)發(fā)展到按管材質(zhì)、加工工藝流程等進(jìn)行區(qū)分?；诂F(xiàn)代化虛擬技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)從一開始就按區(qū)域、交貨時間及加工方法等將管件這一中間產(chǎn)品的所有后續(xù)加工和流程全部規(guī)定下來。管件加工效率、精確度等大大提高。以30萬t油船為例，優(yōu)化后的加工效率可達(dá)1.2根/h，單根管件的精確度可以控制在5 mm以內(nèi)。同時，管件的托盤管理系統(tǒng)也在這一時期逐步地建立起來，基本上理順了管件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和現(xiàn)場領(lǐng)用流程，強(qiáng)化了管件生產(chǎn)計(jì)劃。

1.3 管件生產(chǎn)的特點(diǎn)

1)最終產(chǎn)品嚴(yán)格采用訂貨型的生產(chǎn)組織模式。由于船舶管件的特殊性強(qiáng)、針對性強(qiáng)、90%以上管件不重復(fù)，因此嚴(yán)格按每張圖紙組織生產(chǎn)，在產(chǎn)品一級不考慮預(yù)測，不進(jìn)行存貨生產(chǎn)。

2)產(chǎn)品分類后可實(shí)現(xiàn)初加工的批量生產(chǎn)。管件常?？煞譃橛邢薜南盗?，同一系列的產(chǎn)品具有很強(qiáng)的相似性，加之在每批都有會有大量同類訂單按順序生產(chǎn)，因此對這部分零部件在初加工階段有條件合并批量，利用成組技術(shù)批量生產(chǎn)。

3)工藝流程錯綜復(fù)雜，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。由于管件形狀復(fù)雜，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間互相制約，各環(huán)節(jié)內(nèi)部的管理對象和管理方法各不相同，而且不同的管件各有特點(diǎn)，加之各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對資源的需求量大且集中，因此生產(chǎn)計(jì)劃的重點(diǎn)是如何妥善協(xié)調(diào)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)在資源(如關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵工種等)需求方而的沖突，使有限的資源能夠發(fā)揮最大效益，保證產(chǎn)品按期交貨。

4)不同口徑管件的加工量和加工周期成為關(guān)鍵路徑。因?yàn)椴煌趶焦芗膯未庸ち亢蛦胃芗庸ぶ芷诰灰粯?有些大口徑管的加工時間是小口徑管的十幾倍)，它們的加工進(jìn)度基本上決定著整個后期工序、整個托盤的進(jìn)度。同時也需要平衡大設(shè)備，使得在滿足所有產(chǎn)品交貨期的前提下總成本最小，供求平衡。

2 生產(chǎn)流程再造

要實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)化的生產(chǎn)方法，必須將即時生產(chǎn)、精密生產(chǎn)、并行生產(chǎn)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)流程再造。

2.1 總體流程設(shè)定

設(shè)置管件加工的總體作業(yè)流程,見圖1。

圖1 管件加工作業(yè)流程

圖1表明，以管加工圖紙為基礎(chǔ)，制作圖面計(jì)劃、加工信息表，并進(jìn)行加工配材和加工進(jìn)度跟蹤。

1)圖面計(jì)劃。根據(jù)實(shí)際情況，對計(jì)算機(jī)按照加工周期和交貨期自動排序出來的管加工數(shù)據(jù)進(jìn)行手工微調(diào)，并登記加工日期。

2)加工信息表。計(jì)算機(jī)對每一根管加工圖上的管材、配件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將每一批加工需要的管材和配件分類進(jìn)行羅列，形成加工信息表。

3)加工配材。根據(jù)加工信息表，調(diào)度上料架的管子，同時憑表去倉庫領(lǐng)物。

4)加工。包括裝配、焊接、彎管及涂裝等。

5)進(jìn)度跟蹤。在管件一投入加工就建立加工進(jìn)度信息跟蹤制度，跟蹤包括加工開始、一次加工結(jié)束、二次加工結(jié)束及交貨這4大節(jié)點(diǎn)。

3.2 具體流程設(shè)定

3.2.1 流程設(shè)定原則

1)工藝設(shè)定。各工種盡可能細(xì)化，使各作業(yè)區(qū)劃定點(diǎn)定量，相互平衡。盡量設(shè)置、采用數(shù)控彎管機(jī)上的先焊后彎工藝，以達(dá)到取消校管工藝，提高管加工精度和質(zhì)量的目標(biāo)。

2)流水線設(shè)定。根據(jù)管子的口徑及加工工藝，對其進(jìn)行流水線的優(yōu)化分配。通過成組工藝流程來設(shè)置工序、工位，使相同工法的加工相對集中。同時，杜絕分工過細(xì)，避免單根管的生產(chǎn)活動環(huán)節(jié)過多，導(dǎo)致整個過程運(yùn)作遲緩。

3)管口徑區(qū)分設(shè)定。將管子按口徑分為3類，分別在3條不同加工能力的流水線上進(jìn)行加工，但是又可以有一定的交叉加工能力。

①≤50A的為小徑管；

②≥65A，且≤200A的為中徑管；

③≥250A的為大徑管，大徑管沒有彎曲作業(yè)，用彎頭進(jìn)行彎曲連接。

A為銅管口徑國標(biāo)。

2.2.2 將加工流程定義為加工系列

1)將不同范圍口徑的管按照形狀進(jìn)行歸類，并確定其在管車間的加工流程。定義一個系列的加工流程為加工系列。

2)每一根管都有、且只有惟一的加工系列。

3)加工系列中的第一位為管種和口徑的區(qū)分，非鐵管(如銅管、銅鋁管等)用1開頭，大徑管用3開頭，中小徑管用4開頭。

4)加工系列的第二位為加工方法，見表1。

表1 加工方法區(qū)分表

3 車間布局優(yōu)化

3.1 基本布局

根據(jù)以上作業(yè)原則，所有生產(chǎn)設(shè)備等資源必須優(yōu)化。其核心是根據(jù)生產(chǎn)流程布置各個環(huán)節(jié)的設(shè)備位置、工法等，以減少重復(fù)勞動。

1)生產(chǎn)能力能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)對管件的需求，并且留有一定的應(yīng)急裕度。

2)所有設(shè)備的能力配置要與生產(chǎn)線的能力匹配起來，不能有浪費(fèi)和瓶頸。

3)生產(chǎn)線的構(gòu)筑必須保證管件能沿著簡單、特定的線路流動。原則上管件流程不能有更改、交叉、回流等各種現(xiàn)象。

結(jié)合加工系列，管工車間主要分布見圖2。

圖2 管工車間分布

以上流程的工位設(shè)置中，中小口徑兩條線又分別各設(shè)置兩條流水線(一條是彎管流水線、一條是裝配流水線)。其中小徑中最大的一類管件和中徑中最小的一類管件可以相互調(diào)整加工流水線，中徑中最大的一類管和大徑中最小的一類管件也可以相互調(diào)整加工流水線(彎管除外，因?yàn)榇髲郊庸o彎管機(jī))。

3.2 生產(chǎn)線主要特點(diǎn)

1)生產(chǎn)管子通徑范圍為15A及以上，加工量占全船管子量95%以上；

2)大量采用先焊后彎工藝；實(shí)現(xiàn)管子料架自動取料，按定長自動套料；實(shí)現(xiàn)法蘭自動焊接。

3)充分利用橫向傳遞。

4)基本做到整條線自動生產(chǎn)，從原材料進(jìn)料到成品完成，流程通暢，無重復(fù)勞動，作業(yè)流程設(shè)定一般不超過5個。

5)生產(chǎn)工人實(shí)行復(fù)合工種，充分利用勞動力。

6)整個車間采用集成加工管理軟件，管加工過程中從取樣到成品實(shí)現(xiàn)全自動化。

4 信息系統(tǒng)建設(shè)

上述工藝流程要基于高度信息化的生產(chǎn)流程安排系統(tǒng)，必須以數(shù)據(jù)信息為媒介，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行規(guī)范化、有序存儲，并按信息化的要求準(zhǔn)確、及時地將生產(chǎn)信息傳遞給所需要的對象[5-7]。通過對整個的生產(chǎn)過程實(shí)施有效的管理，來保證生產(chǎn)高效、連續(xù)地進(jìn)行。這就需要建設(shè)和以上生產(chǎn)工藝相適應(yīng)的信息系統(tǒng)[8]。

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1)能夠與包括管系設(shè)計(jì)、制造、采購、集配和安裝全過程的數(shù)據(jù)相銜接。

2)可以具體實(shí)現(xiàn)管材管理、加工數(shù)據(jù)管理和加工進(jìn)度管理等功能。

3)可以根據(jù)不同的船舶項(xiàng)目區(qū)分材料領(lǐng)用。不同的工程可使用相同或不同的存儲數(shù)據(jù)。

4)數(shù)據(jù)的修改和管理具有可追溯性。

4.2 系統(tǒng)功能

1)圖紙數(shù)據(jù)集成。首先系統(tǒng)要能把每一張管加工圖紙上的加工數(shù)據(jù)獨(dú)立地抽象出來，(包括管名稱、交貨時間、加工系列、管口徑及管涂裝等)。對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲及分析，形成相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)族。

2)能定期自動將每一圖集數(shù)據(jù)族所需要的管材清單、管附金物清單傳送給倉庫，將管件生產(chǎn)信息傳遞給車間。

3)通過綜合處理，可以按照管件的交貨時間和生產(chǎn)周期倒推出加工開始時間和管材的需求時間。按照時間順序和各生產(chǎn)線的每天加工能力進(jìn)行信息排序，并出來每天的加工管件清單和加工數(shù)據(jù)。生產(chǎn)周期的設(shè)定為按照管件的復(fù)雜程度、管處理、涂裝等數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，預(yù)先設(shè)定在程序中。

4)能夠傳送管材清單和管附金物清單給倉庫，要求倉庫按照準(zhǔn)備周期，倒推進(jìn)行配材整理。

5)按照每一根管子(含支管)的材質(zhì)和切斷長度，預(yù)先進(jìn)行管材套料。切割后的剩余管材能夠有選擇地保留數(shù)據(jù)，以便下次再用。

6)設(shè)有與數(shù)據(jù)庫的人機(jī)直接交互接口，以便人工補(bǔ)充、修正或刪除管數(shù)據(jù)。

4.2 系統(tǒng)延伸功能

1)由于該系統(tǒng)與倉儲系統(tǒng)相連，如果遇有倉儲系統(tǒng)中材料不足的情況，將自動提醒購買，或顯示已購買但是未到貨的提示信息，并在加工清單中按照時間順序自動替換這根暫時不能加工的管。

2)自動計(jì)算出任意形狀管件的原始切斷長。計(jì)算依據(jù)為預(yù)先設(shè)定的不同口徑、不同角度彎曲延伸率；彎管機(jī)的夾持長度和尺寸限制；不同材質(zhì)管的性能參數(shù)。

3)進(jìn)行切材計(jì)算和存廢。根據(jù)倉庫不同管的素材長度、切割后保管材長度、本次的使用長度、及切割損耗進(jìn)行剩余材長度核算。

4)自動進(jìn)行管材套料處理。將同材質(zhì)同口徑的管材使用量進(jìn)行綜合累加調(diào)整，使幾段的累加長度加上切斷消耗量接近單根管材或者庫存管切材的長度。

5 生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制

在信息化的背景下，制定作業(yè)計(jì)劃不能再憑經(jīng)驗(yàn)，提出一種在已實(shí)施的信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，編制生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的新方法。見圖4。

圖4 信息系統(tǒng)下的作業(yè)計(jì)劃編制方法

6 結(jié)論

本文提出的新管件生產(chǎn)方法可有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，以下問題有待于進(jìn)一步研究。

1)由于生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)辨識任務(wù)瓶頸等的機(jī)械性，實(shí)際生產(chǎn)與理想狀態(tài)還相差一定的距離。所以在此基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的情況繼續(xù)深入調(diào)整，開發(fā)出適用于本企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)。

2)假設(shè)中設(shè)定物料供應(yīng)及時、充足，機(jī)器設(shè)備無故障，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。然而實(shí)際情況可能并非如此。這有可能成為影響系統(tǒng)的重要因素，需要加以考慮。

3)由于各崗位、各員工的技能水平有區(qū)別，所以系統(tǒng)中需要考慮引入人員技能修正系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)人員技能與該生產(chǎn)模式以及任務(wù)符合調(diào)整的匹配。

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