李楊梅, 陳從周， 甄希金， 王 浩， 周 清

(1.上海船舶工藝研究所， 上海 200032； 2.上海外高橋造船有限公司， 上海 200137；3.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司， 上海 200032)

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)船舶工業(yè)取得迅猛發(fā)展，行業(yè)面貌發(fā)生根本性的變化，我國(guó)已經(jīng)能夠建造質(zhì)量?jī)?yōu)良的各種滿足船級(jí)規(guī)范的船只，年造船總量居世界前茅。盡管我國(guó)船舶產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量有了顯著提高，與其他先進(jìn)造船國(guó)家的造船水平相比仍有差距，其中表現(xiàn)之一是船舶生產(chǎn)建造信息化水平的差距。國(guó)內(nèi)缺乏符合生產(chǎn)實(shí)際的信息規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，而車間建造過(guò)程數(shù)據(jù)的規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化是相關(guān)車間信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享、系統(tǒng)集成的必要保證，是所有與過(guò)程數(shù)據(jù)相關(guān)的信息管理系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的前提[1]。因此，構(gòu)建船體分段車間制造過(guò)程數(shù)據(jù)模型，建立船體車間相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，是進(jìn)行船體分段車間智能管控決策的重要基礎(chǔ)。

1 船體分段車間過(guò)程數(shù)據(jù)規(guī)范化現(xiàn)狀

在船體分段的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，車間管理者及作業(yè)者須面對(duì)大量多源異構(gòu)、分布獨(dú)立存儲(chǔ)、紛繁復(fù)雜的資源、工藝、人員等數(shù)據(jù)信息，這些信息之間存在著內(nèi)在的、天生的聯(lián)系，若僅通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)共享和透明化，所表達(dá)出來(lái)的管理信息非常有限，不能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。目前存在的主要問(wèn)題如下。

(1) 數(shù)據(jù)冗余、雜亂，存在很多無(wú)用數(shù)據(jù)。無(wú)論是在單數(shù)據(jù)源中還是在多數(shù)據(jù)源中，都存在著不完整、不一致的臟數(shù)據(jù)，須對(duì)搜集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，生成精確、穩(wěn)定、高質(zhì)量的可用數(shù)據(jù)。

(2) 數(shù)據(jù)太多而表達(dá)的信息太少，規(guī)范化程度不夠。分段制造過(guò)程中各部門、各階段、各工位產(chǎn)生的表格中堆砌了大量數(shù)據(jù)，各級(jí)管理者無(wú)法仔細(xì)看過(guò)每1個(gè)數(shù)據(jù)，難以直觀地判斷數(shù)據(jù)所表達(dá)的內(nèi)容和趨勢(shì)。

(3) 數(shù)據(jù)之間難以自由交叉組合分析數(shù)據(jù)，以獲得不同維度的信息。目前，船體分段車間使用的管理系統(tǒng)只能提供常規(guī)使用的報(bào)表，若要根據(jù)數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題產(chǎn)生的緣由，還須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析，或者尋找新的改善方向?，F(xiàn)有的船體分段車間管理系統(tǒng)中提供的報(bào)表難以對(duì)各種對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉組合分析，難以從現(xiàn)有的海量數(shù)據(jù)中挖掘潛在規(guī)律。

對(duì)于決策者來(lái)說(shuō)，挖掘出數(shù)據(jù)越深層的規(guī)律，對(duì)于決策支持的價(jià)值越大，挖掘難度也越大，因此，須建立船體分段車間制造過(guò)程數(shù)據(jù)模型，從不同的角度和維度出發(fā)，對(duì)各種對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、整合、規(guī)范，為后續(xù)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、融合、分析奠定基礎(chǔ)，有助于進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)據(jù)的深層次價(jià)值。

2 船體分段車間制造數(shù)據(jù)范圍

實(shí)行船體分段車間的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)和管控，必須實(shí)現(xiàn)車間實(shí)物流和信息流的統(tǒng)一。本文以船體分段制造企業(yè)的實(shí)物流為主線，通過(guò)多家大型船舶制造企業(yè)調(diào)研，確定船體分段車間的實(shí)物流為從原材料(含外購(gòu)成品)到中間產(chǎn)品(小組立、零部件等)再到車間的最終產(chǎn)品，各產(chǎn)品加工過(guò)程中的工裝、環(huán)境、人員、設(shè)備、工藝類型和工藝設(shè)計(jì)信息組成了船體分段制造過(guò)程數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 船體分段制造過(guò)程數(shù)據(jù)范圍

3 船體分段車間數(shù)據(jù)類型分析

從數(shù)據(jù)來(lái)源類型分析，船體分段車間制造過(guò)程數(shù)據(jù)可進(jìn)一步分為人員信息、設(shè)備信息(包含工裝)、場(chǎng)地信息、外部資源信息等內(nèi)容。具體如下。

人員信息包含人員基本屬性信息、管理屬性信息、技能屬性信息和狀態(tài)屬性信息。每一個(gè)人員在企業(yè)中有不同的分工，從生產(chǎn)角度講，可以分為生產(chǎn)人員、工程技術(shù)人員、管理人員、服務(wù)人員、學(xué)徒及其他人員等6大類。對(duì)于生產(chǎn)人員講，又可以按工作性質(zhì)分成各種操作工，如裝配工、焊接工、機(jī)械操作工、技術(shù)工人、普通工人等(按各企業(yè)的情況而定)。在生產(chǎn)操作人員組合上可以是單獨(dú)工作的(如焊接工)，可以是某幾個(gè)人組合工作的(如裝配工)，也可以是生產(chǎn)班組的人員集合(如對(duì)分段的裝配)。在組織上可按部門、班組劃分，便于統(tǒng)一管理及統(tǒng)計(jì)。因此在人員信息模型中，應(yīng)按不同管理部門的信息需求，給予統(tǒng)籌考慮，人員信息模型應(yīng)該建立在人事管理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)部分資源共享，為業(yè)務(wù)管理提供實(shí)時(shí)的正確信息，如圖2所示。

圖2 人員信息框架

設(shè)備信息包含設(shè)備基本屬性信息、管理屬性信息、技術(shù)屬性信息、使用屬性信息、維護(hù)屬性信息和狀態(tài)屬性信息。設(shè)備從用途上可分為生產(chǎn)用與非生產(chǎn)用等2種。從生產(chǎn)使用上可分為主要設(shè)備、次要設(shè)備及輔助設(shè)備；從設(shè)備分類上分，不僅包含具體的生產(chǎn)裝備(大型的吊機(jī)、壓力機(jī)、彎板機(jī)、焊機(jī)、切割機(jī)、機(jī)床等生產(chǎn)工具)，還應(yīng)包含房屋(車間、場(chǎng)地)、檢測(cè)裝備、轉(zhuǎn)運(yùn)(運(yùn)輸)設(shè)備、工裝設(shè)備等；在企業(yè)資產(chǎn)方面，大部分的設(shè)備屬于企業(yè)的固定資產(chǎn)，與企業(yè)的成本核算有關(guān)。企業(yè)的設(shè)備在使用上從屬于各部門，在管理維修上(生產(chǎn)設(shè)備與檢測(cè)裝備)又從屬于另外的不同部門。因此，在設(shè)備信息模型中，也應(yīng)按不同部門的信息需求給予統(tǒng)籌考慮，設(shè)備信息模型必須建立在設(shè)備管理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)資源共享，為業(yè)務(wù)管理提供實(shí)時(shí)的正確信息，如圖3所示。

圖3 設(shè)備信息框架

場(chǎng)地信息包含場(chǎng)地基本屬性信息、管理屬性信息、技術(shù)屬性信息、使用屬性信息和維護(hù)屬性信息。分段的制造僅僅是船舶制造企業(yè)中的一個(gè)部門(或中心)。在場(chǎng)地內(nèi)又可分割成若干大的場(chǎng)地(如流水線、輔助堆場(chǎng)等)，而流水線可以按工藝要求再分割成若干工作區(qū)域，每個(gè)區(qū)域又按工藝或工作要求布置必備的若干臺(tái)設(shè)備(人員)等，這樣每個(gè)區(qū)域形成基本的生產(chǎn)能力，是中小日程安排的依據(jù)。同樣，制造場(chǎng)地在下屬區(qū)域的能力基礎(chǔ)上形成分段制造的能力是大日程安排的依據(jù)，船體分段制造的場(chǎng)地布置所形成的制造能力是影響生產(chǎn)周期的因素之一。因此，場(chǎng)地也是資源的一部分，而且類同設(shè)備的信息，與一般設(shè)備一樣，它必須有唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)，這一標(biāo)識(shí)號(hào)必須能反映其功能及類型，從大到小逐級(jí)分類，也可按樹(shù)型結(jié)構(gòu)方法劃分，如圖4所示。

圖4 場(chǎng)地信息框架

外部資源信息包含資源基本屬性信息、管理屬性信息和財(cái)務(wù)結(jié)算屬性信息等內(nèi)容。凡是能為本企業(yè)提供物料、生產(chǎn)設(shè)備(檢測(cè)裝備)、人員的一切外單位的供應(yīng)商及外協(xié)加工提供商等，統(tǒng)稱為外部資源。外部資源包含幾種類型：能為企業(yè)提供原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、零部件、產(chǎn)品的供應(yīng)商或供應(yīng)廠家；能接受企業(yè)委托加工的外協(xié)單位；提供設(shè)備/人員的租賃公司等。外部資源類型是多樣性的，它可以是單位，也可以是供應(yīng)商、經(jīng)紀(jì)人；它可以是本地的，也可以是外地的或國(guó)外的。不同外部資源對(duì)于其屬性的描述方式可以有所不同，但是以上屬性能反映出外部資源的基本信息、管理信息等，并在供應(yīng)商提供資源的過(guò)程中反映出供應(yīng)能力等。在此信息模型中，反映了外部資源的分類屬性，還反映了供貨商的供應(yīng)能力。由于企業(yè)的物料需求是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃內(nèi)的要求而提出的，當(dāng)有了物料需求后，形成采購(gòu)、外協(xié)加工、人員或生產(chǎn)設(shè)備等要求，通過(guò)外部資源得到物料、設(shè)備及人員，對(duì)于物料的采購(gòu)、零部件的外協(xié)加工等都是有數(shù)量、時(shí)間等要求的，所以，每一個(gè)外部資源對(duì)應(yīng)有提供資源的供應(yīng)能力及結(jié)算方式等屬性，如圖5所示。

圖5 外部資源信息框架

4 船體分段關(guān)鍵生產(chǎn)線的信息流向

根據(jù)各作業(yè)工序加工的邏輯順序和加工對(duì)象的相似性，船體分段車間生產(chǎn)流程可劃分為材料預(yù)處理、下料加工、集中裝配(配盤)、組立生產(chǎn)幾大部分，考慮加工設(shè)備的相似性和工序的復(fù)雜性，本文提取鋼材切割、型材加工、小組立加工等3條具有代表性的加工生產(chǎn)線，分析加工過(guò)程中相關(guān)人員和設(shè)備的狀態(tài)信息、工藝信息以及信息流向[2～3]，如圖6～圖8所示。

本文將車間管控系統(tǒng)分為4層結(jié)構(gòu)：業(yè)務(wù)層、執(zhí)行層、控制層和數(shù)據(jù)層。業(yè)務(wù)層指車間管理系統(tǒng)的主要功能業(yè)務(wù)；執(zhí)行層指為實(shí)現(xiàn)上層業(yè)務(wù)所做的數(shù)據(jù)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比等具體操作；控制層指包括對(duì)車間設(shè)備、人員狀態(tài)、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并發(fā)送控制指令；數(shù)據(jù)層包含存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。將船體分段車間生產(chǎn)線采集的過(guò)程數(shù)據(jù)信息輸送至車間管理系統(tǒng)，分類后存儲(chǔ)進(jìn)入車間管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，在系統(tǒng)應(yīng)用終端實(shí)現(xiàn)用戶交互，為車間的實(shí)時(shí)進(jìn)度、質(zhì)量、精度等管控提供必要的數(shù)據(jù)支持。

圖6 鋼材切割生產(chǎn)線信息流

圖7 型材加工生產(chǎn)線信息流

圖8 小組立生產(chǎn)線信息流

5 結(jié) 論

本文以船體分段車間為研究對(duì)象，基于船體分段建造過(guò)程中的實(shí)物流，確定建造過(guò)程數(shù)據(jù)信息的范圍。在此基礎(chǔ)上將過(guò)程數(shù)據(jù)信息分為人員信息、設(shè)備信息、場(chǎng)地信息和外部資源信息幾大類，進(jìn)行詳細(xì)分解，建立過(guò)程數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)模型，為船舶企業(yè)實(shí)施信息化管理、建立船體分段車間管理數(shù)據(jù)庫(kù)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，本文選取船體分段建造過(guò)程中鋼材切割、型材加工、小組立加工的3條關(guān)鍵生產(chǎn)線，梳理生產(chǎn)加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)流向，明確過(guò)程數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和車間管控中的主要信息處理內(nèi)容，有助于企業(yè)車間信息管控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施。

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