梅先志， 姚 飚， 馬曉平， 陳春才， 姜 偉

(1.招商局重工(江蘇)有限公司， 江蘇 南通 226100； 2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

豪華郵船是國(guó)際造船業(yè)公認(rèn)的高技術(shù)、高附加值、高可靠性的“三高”船舶，因其設(shè)計(jì)建造的難度和造價(jià)高，被譽(yù)為世界造船界皇冠上的明珠[1]。與常規(guī)船舶相比，豪華郵船結(jié)構(gòu)具有型寬較大、型深較小、上層建筑長(zhǎng)、甲板多層等特點(diǎn)，為了減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，豪華郵船薄板使用比例大，平面分段占有率較高。目前，國(guó)內(nèi)部分主流船廠已啟動(dòng)國(guó)產(chǎn)豪華郵船建造程序，正在探索部署薄板平面分段生產(chǎn)流水線，以提高整體建造效率，改善作業(yè)環(huán)境，也是順應(yīng)“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略方向。建造豪華郵船對(duì)于生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的控制要求非常嚴(yán)格，郵船所有人通常要求必須在合同約定的精確日期交船，因此，豪華郵船建造計(jì)劃的管控尤為重要。本文通過(guò)薄板平面分段流水線多工位協(xié)同計(jì)劃的管控研究，建立合理的生產(chǎn)節(jié)拍，推動(dòng)計(jì)劃節(jié)點(diǎn)的按期達(dá)成，實(shí)現(xiàn)薄板平面分段的連續(xù)均衡生產(chǎn)。

1 薄板平面分段流水線工藝流程

平面分段生產(chǎn)流水線根據(jù)平面分段制造工藝流程特點(diǎn)，劃分出各生產(chǎn)工位，合理布局生產(chǎn)，并將設(shè)備、人員和物料等資源合理地配置在各個(gè)工位上，各工位間通過(guò)輸送系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品傳送。平面分段零部件按一定的時(shí)(生產(chǎn)節(jié)拍)序(工藝規(guī)程)依次經(jīng)過(guò)各個(gè)工位，直至形成完整的平面分段[2]。

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，平面分段流水線將平面分段制造流程中的大量基本作業(yè)單元用裝配線的方式進(jìn)行組織，使生產(chǎn)過(guò)程更加連續(xù)，大幅提高了平面分段的制作效率；引入大量自動(dòng)化設(shè)備和先進(jìn)工藝，輔助流水線生產(chǎn)，有效地降低生產(chǎn)成本；由于生產(chǎn)的輸入、輸出都可以通過(guò)平面分段流水線進(jìn)行控制，間接提高了物流配套準(zhǔn)確性，對(duì)企業(yè)物流系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)也起到了推進(jìn)作用；采用裝配線作業(yè)，設(shè)備、人員更加穩(wěn)定，有利于提高平面分段制作質(zhì)量，推動(dòng)全面質(zhì)量管理的實(shí)施[3]。

船廠通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備組建了完整的薄板平面分段流水線。薄板平面分段流水線由主流水線和配套工位組成，其工位組成及工藝流程如圖1所示。主流水線包含：“拼板零件切割→銑邊/拼接→切割/劃線→型材裝焊→大板拼接→T材裝配→T材焊接(2個(gè))→圍壁部件裝配→圍壁部件焊接(3個(gè))→分段舾裝(12個(gè))→分段翻身→分段總組”，在圖1中以線條加粗的方式標(biāo)出；同時(shí)，為主線配套的工位有“型材零件切割加工”“T材制作”“圍壁制作”“部件制作”等工位；為主線分段舾裝配套的物資托盤有“鐵舾托盤”“管舾托盤”“電舾托盤”“空冷通托盤”等。

圖1 薄板平面分段流水線工位組成及工藝流程

大板拼接工序的設(shè)置主要因郵船平面薄板分段劃分確立的甲板拼板尺寸較大，受設(shè)備加工能力及縱骨安裝工藝的限制，在拼板制作工藝上將其拆分成2個(gè)獨(dú)立小板架，單獨(dú)進(jìn)行板材的拼接和型材的裝焊，完成后再將2個(gè)小板架拼接成1個(gè)大板架。

2 流水線生產(chǎn)節(jié)拍的確定和協(xié)同

2.1 約束條件

為了流水線能夠有序順暢地流動(dòng)，工位之間協(xié)同默契，保證生產(chǎn)步調(diào)的一致性和均衡性，避免工位之間的空間與時(shí)序沖突，需研究多工位協(xié)同計(jì)劃的編制方法。計(jì)劃編制需要考慮的前提和約束如下：

(1) 主流水線上不設(shè)緩沖區(qū)，需根據(jù)產(chǎn)能及產(chǎn)量的要求，合理規(guī)劃主流水線的生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間，各個(gè)分段的中間產(chǎn)品構(gòu)件在每個(gè)工位上停留的時(shí)間嚴(yán)格遵守節(jié)拍時(shí)間的要求。某個(gè)工位一旦沒有按照節(jié)拍時(shí)間的要求完成，不能按期進(jìn)入下道工位，將會(huì)造成流水線前道所有工位的停滯。

(2) 配套工位為主線工位提供的構(gòu)件應(yīng)根據(jù)主線的節(jié)拍按需送達(dá)，由于工位產(chǎn)量的不均衡性，為了確保主線的正常運(yùn)行，在配套工位和主線工位之間設(shè)置臨時(shí)庫(kù)存緩沖區(qū)，但需考慮緩沖區(qū)空間存放的能力有限，配套構(gòu)件在緩沖區(qū)存放時(shí)間有限，需合理設(shè)置配套構(gòu)件的產(chǎn)量、存放量和存放周期。

(3) 分段舾裝工位數(shù)量需按照分段舾裝的總體工期設(shè)立，總體工期基于各個(gè)分段舾裝的任務(wù)量統(tǒng)計(jì)分析后確定，每個(gè)分段在舾裝工位上需按既定的節(jié)拍流動(dòng)，在總工期內(nèi)，完成鐵舾、管舾、電舾和空冷通托盤的安裝工作，而不論單個(gè)分段舾裝工作量的多少。為此，需根據(jù)每個(gè)分段的托盤安裝工作量和安裝順序，策劃托盤的配送和安裝作業(yè)。

2.2 流水線生產(chǎn)節(jié)拍的確定

生產(chǎn)節(jié)拍是衡量流水線均衡性的關(guān)鍵指標(biāo)。節(jié)拍的快慢決定了生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，控制平面分段主流水線的生產(chǎn)節(jié)拍，就能控制流水線生產(chǎn)速度，使流水線各工位節(jié)拍接近一致，實(shí)現(xiàn)平面分段流水線的均衡，滿足連續(xù)生產(chǎn)。

每個(gè)薄板平面分段的中間產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似，工藝路徑相同，但由于各個(gè)分段的物量不同，其加工節(jié)拍必然存在差別，在生產(chǎn)過(guò)程中由于主流水線工位之間不存在臨時(shí)緩沖區(qū)，因此，以流水線的傳送時(shí)間和所有工位上所生產(chǎn)的產(chǎn)品的最大節(jié)拍為基準(zhǔn)，以確保各個(gè)工位的產(chǎn)品都能完工。

根據(jù)船廠年度生產(chǎn)計(jì)劃，若一年計(jì)劃出產(chǎn)1艘郵船，結(jié)合郵船分段劃分情況，一艘郵船平面薄板分段約為300個(gè)，即年分段需求量為300余個(gè)。每年有效工作時(shí)間約為300 d，每天1個(gè)班次，每班次8 h，根據(jù)流水線生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)算式(1)，近似計(jì)算流水線的最大節(jié)拍如下：

(1)

式中：r為生產(chǎn)節(jié)拍；N為計(jì)劃期制品數(shù)量；Fe為計(jì)劃期有效工作時(shí)間。

當(dāng)流水線各工位節(jié)拍基本一致或相等時(shí)，整個(gè)流水線達(dá)到較高的平衡率，生產(chǎn)過(guò)程更均衡連續(xù)，因此，將各工位節(jié)拍設(shè)為與流水線節(jié)拍一致，根據(jù)計(jì)算結(jié)果定義各工位節(jié)拍為8h，即每個(gè)班次出產(chǎn)1個(gè)分段。

隨著分段產(chǎn)量需求的提升，可以通過(guò)增加每天的班次來(lái)提升流水線的產(chǎn)能。

2.3 配套工位與主流水線之間的協(xié)同

根據(jù)“節(jié)拍先導(dǎo)”原則，為了保證主流水線按既定節(jié)拍運(yùn)轉(zhuǎn)，配套工位適時(shí)、適量按節(jié)奏地為主流水線提供中間產(chǎn)品，配套工位與主生產(chǎn)線之間須設(shè)置適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)進(jìn)行協(xié)同，保障流水線運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性。

緩沖期中間產(chǎn)品的存放周期與緩沖區(qū)大小互為約束，緩沖區(qū)越大，則中間產(chǎn)品的存放周期越長(zhǎng)，較長(zhǎng)的存放周期可以增加配套工位計(jì)劃執(zhí)行的柔性，過(guò)長(zhǎng)的存放周期會(huì)導(dǎo)致中間產(chǎn)品積壓，增加管理難度，因此可根據(jù)車間可用場(chǎng)地和空間規(guī)劃緩沖區(qū)的大小，設(shè)置合理的存放能力。

每個(gè)配套工位的生產(chǎn)節(jié)拍須與主流水線的節(jié)拍保持一致，每天至少為主流水線提供一個(gè)分段的中間產(chǎn)品量，當(dāng)節(jié)拍為8h時(shí)，緩沖區(qū)存放1個(gè)分段的中間產(chǎn)品即可，但考慮到配套工位與主流水線之間的銜接柔性，緩沖區(qū)應(yīng)可存放2～3班次完工的中間產(chǎn)品，即將每天安排一個(gè)班次時(shí)，緩沖周期為2～3d。當(dāng)生產(chǎn)節(jié)拍縮短、班次增加，而緩沖周期不變時(shí)，緩沖區(qū)的存放能力需增加。

3 流水線計(jì)劃管控的基本流程和方法

3.1 確定流水線計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)周期

根據(jù)薄板平面分段流水線的工藝流程，每個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)由若干個(gè)單獨(dú)的作業(yè)任務(wù)組成，每個(gè)作業(yè)任務(wù)需在對(duì)應(yīng)的工位上完成，因此以生產(chǎn)活動(dòng)為計(jì)劃編制對(duì)象，其標(biāo)準(zhǔn)周期就是各個(gè)作業(yè)任務(wù)(對(duì)應(yīng)工序/工位)的作業(yè)周期累加。若每個(gè)工位的生產(chǎn)節(jié)拍為1d，由此即可算出對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)周期，如表1所示。

表1 薄板平面分段流水線標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)周期

3.2 編制拉動(dòng)式流水線中日程計(jì)劃

所謂拉動(dòng)式計(jì)劃編制是一種圍繞中間產(chǎn)品的生產(chǎn)和交付過(guò)程，以后道工序的需求時(shí)間拉動(dòng)前道工序的生產(chǎn)計(jì)劃的方式。平面分段制作屬于先行階段，而船舶生產(chǎn)是以船塢搭載為核心的總裝式生產(chǎn)流程，生產(chǎn)計(jì)劃也以船塢搭載計(jì)劃為核心向兩頭延伸，向前拉動(dòng)先行中日程計(jì)劃，向后推動(dòng)后行中日程計(jì)劃[4]。薄板平面分段制作屬于先行階段，其流水線每天產(chǎn)出一個(gè)分段，其計(jì)劃的編制以標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)周期為基準(zhǔn)，在生產(chǎn)計(jì)劃周期內(nèi)，根據(jù)分段建造順序進(jìn)行拉動(dòng)式計(jì)劃編制。即在確定分段完工計(jì)劃節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)周期倒算出各個(gè)編制項(xiàng)的計(jì)劃開始和結(jié)束時(shí)間。利用甘特圖編制的流水線生產(chǎn)計(jì)劃如圖2所示。

由于分段舾裝工位較多，整個(gè)舾裝周期較長(zhǎng)，技術(shù)部門可以按照流水線的節(jié)拍時(shí)間，制定托盤的安裝順序，劃分托盤的大小。根據(jù)工時(shí)物量定額的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)托盤的安裝標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，單個(gè)托盤安裝的工時(shí)盡可能不超過(guò)一個(gè)節(jié)拍的時(shí)長(zhǎng)。

計(jì)劃部門在確定托盤集配和安裝計(jì)劃時(shí)，根據(jù)托盤的安裝順序、托盤的安裝標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，確定每個(gè)托盤集配、安裝計(jì)劃時(shí)間以及目標(biāo)工位。計(jì)劃的編制樣式如圖3所示。

在分段舾裝計(jì)劃的實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，托盤隨分段同步流動(dòng)，即使某一工位未能在既定的節(jié)拍時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的工作量，也需按流水線的節(jié)拍要求，傳送至下一工位繼續(xù)完成，這對(duì)工人技能的要求比較高，每個(gè)工人的技能需滿足各類安裝工作的需求。同時(shí)，在分段舾裝流水線一側(cè)設(shè)置修正工位，若某一舾裝工位不能及時(shí)完成既定工作任務(wù)，且可能需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間，可將其傳送至修正工位，不影響主流水線的正常流動(dòng)，避免造成主流水線前道工位的停滯。

3.3 生產(chǎn)計(jì)劃的影響因素及對(duì)策分析

中日程計(jì)劃的平衡是項(xiàng)目總體生產(chǎn)節(jié)奏的平衡，但當(dāng)具體到每個(gè)分段時(shí)，雖然分段結(jié)構(gòu)相似，分段物量和作業(yè)工時(shí)卻不相同，由此可能會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)節(jié)奏的不均衡性。因此，技術(shù)部門在進(jìn)行分段劃分時(shí)，不僅需參考流水線的加工尺寸能力，還需考慮在分段生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)工位的物量需在一個(gè)生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)完成。即使某工位實(shí)際完成的時(shí)間小于節(jié)拍時(shí)間，也需在工位上等待一個(gè)完整的節(jié)拍時(shí)間后，才能傳送至下一個(gè)工位。在此基礎(chǔ)上，為了更好地預(yù)測(cè)工位的作業(yè)負(fù)荷，通過(guò)制定每個(gè)工位/工序的物量工時(shí)定額，精確地計(jì)算各個(gè)分段各級(jí)中間產(chǎn)品在每個(gè)工位上的工時(shí)消耗，以此編制工位級(jí)別的小日程作業(yè)計(jì)劃，從而更好地使用既定資源，提升計(jì)劃管控的精細(xì)化程度。

設(shè)計(jì)修改、設(shè)備故障、施工質(zhì)量缺陷、船舶所有人意見、中間產(chǎn)品和托盤配套不到位等都有可能導(dǎo)致流水線上某一工位的停滯。在流水線生產(chǎn)模式下，每個(gè)工位的產(chǎn)能主要取決于設(shè)備的能力，單純地增加人員投入并不一定能夠明顯提高產(chǎn)能。為了不影響生產(chǎn)節(jié)拍，可以通過(guò)臨時(shí)增加對(duì)應(yīng)工位的班次來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)能，減少某一工位停滯給流水線計(jì)劃執(zhí)行帶來(lái)的影響，最終實(shí)現(xiàn)按既定節(jié)拍連續(xù)且均衡生產(chǎn)的效果。

圖2 流水線生產(chǎn)計(jì)劃編制甘特圖

圖3 托盤配套計(jì)劃與分段舾裝計(jì)劃之間的關(guān)系

4 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)豪華郵船的建造已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的部署階段，本文通過(guò)對(duì)豪華郵船薄板平面分段流水線工藝流程的分析，從生產(chǎn)節(jié)拍的制定、多工位協(xié)同、緩沖區(qū)的設(shè)定、流水線作業(yè)計(jì)劃編制和負(fù)荷平衡等方面展開研究，提出薄板平面分段流水線計(jì)劃管控的基本流程和方法，為后續(xù)使用仿真手段進(jìn)行流水線計(jì)劃管控提供了基礎(chǔ)條件，最終目的是實(shí)現(xiàn)流水線按既定節(jié)拍連續(xù)、均衡生產(chǎn)，進(jìn)一步提高流水線生產(chǎn)管理水平，助力國(guó)產(chǎn)豪華郵船建造。