李楊梅,劉成娟,侯 星,董家琛,周 清
(1.上海船舶工藝研究所, 上海 200032; 2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司, 上海 200032;3.福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 福建 福州 350108)
船體分段制造車間的生產(chǎn)物流是促進(jìn)中間產(chǎn)品之間流通的紐帶,是分段建造進(jìn)入下一個流程的關(guān)鍵,也是保證船舶建造按節(jié)拍生產(chǎn)的潤滑劑。以托盤為核心的車間生產(chǎn)物流是整個車間制造的重中之重,其目標(biāo)是為建造車間提供暢通無阻的物料流轉(zhuǎn),保證車間生產(chǎn)順利、高效地進(jìn)行。同時,在防止物料損壞、丟失以及設(shè)備事故的基礎(chǔ)上,減少物料搬運(yùn)的數(shù)量、頻率和距離可降低搬運(yùn)費(fèi)用,節(jié)約管理成本[1-2]。
造船企業(yè)的物流包括造船企業(yè)與供應(yīng)商之間的采購供應(yīng)物流、生產(chǎn)過程中中間產(chǎn)品存儲的生產(chǎn)物流以及船舶總裝下水后造船企業(yè)與船舶所有人之間的銷售物流。造船企業(yè)與船舶所有人之間的銷售物流較少,對物流服務(wù)無特殊要求,因此主要的物流活動是生產(chǎn)物流。造船企業(yè)按照企業(yè)布局、制造過程和工藝流程的要求,實(shí)現(xiàn)建造原材料、外購件、外協(xié)件和各級中間產(chǎn)品在船廠內(nèi)部、倉庫與車間、車間與車間之間的流動[2]。造船企業(yè)的物流主要有以下特點(diǎn):企業(yè)物流以生產(chǎn)物流為主;涉及物資種類多、采購量大,供應(yīng)商管理難;船舶交付后,庫存降為零,具有異樣性;造船屬于單件小批量生產(chǎn),通用件少,物料產(chǎn)品具有對應(yīng)性。
基于造船企業(yè)的物流特點(diǎn),國內(nèi)較多船廠提出了建設(shè)物流信息化、智能化的需求并進(jìn)行研究,部分船廠已在車間內(nèi)應(yīng)用物流管理系統(tǒng),在一定程度上對降低成本、縮短周期、提升造船效率有作用。但物流管理并沒有廣泛應(yīng)用于行業(yè)中,各船廠的使用情況參差不齊,而且由于自身建造模式和建造方法的特殊性,物流管理也需要定制。
船舶建造是一個復(fù)雜的過程,從原料進(jìn)廠、零件放樣、下料切割、部件裝焊、分段建造到總組、搭載等過程的每道工序、每個過程、每項(xiàng)操作都受管理、技術(shù)和人員等方面的主、客觀因素的影響。其中,車間建造是整個船舶建造的基礎(chǔ),車間物流管理是船舶生產(chǎn)物流管理中十分重要的部分。
本文對多家船廠進(jìn)行調(diào)研,以國內(nèi)某大型造船企業(yè)為例,提出針對船體分段智能車間管理的物流管理看板的基本需求。以船體分段車間的船體零部件生產(chǎn)物流為研究對象,物流看板應(yīng):輔助車間作業(yè)人員對整個車間場地、運(yùn)輸設(shè)備、托盤等資源進(jìn)行優(yōu)化配置,同時提高生產(chǎn)、配送計(jì)劃的準(zhǔn)確執(zhí)行率;協(xié)助相關(guān)管理人員對整個車間的制造進(jìn)度及項(xiàng)目完成情況及時獲知和追溯;完成對船體零部件生產(chǎn)物流的實(shí)時監(jiān)測跟蹤,為提高車間工作效率、保證生產(chǎn)大節(jié)點(diǎn)提供可靠保證[1]。本文提出的物流看板功能包括:中間產(chǎn)品托盤狀態(tài)監(jiān)控;車間內(nèi)場地狀態(tài)監(jiān)控;分段建造進(jìn)度狀態(tài)管控。以看板的形式將生產(chǎn)過程中托盤、場地、中間產(chǎn)品展現(xiàn)出來,實(shí)現(xiàn)對制造車間的托盤、場地、中間產(chǎn)品的有效管控。
為實(shí)現(xiàn)中間產(chǎn)品、場地、進(jìn)度狀態(tài)等的實(shí)時監(jiān)控,物流看板系統(tǒng)應(yīng)解決視圖和存儲、緩存處理、智能調(diào)度以及其與車間管控軟件的數(shù)據(jù)聯(lián)通等問題。
視圖和存儲過程技術(shù)主要解決數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表數(shù)據(jù)速度慢的問題,提高數(shù)據(jù)查詢速度和系統(tǒng)性能。
2.1.1 視圖
視圖是將多個表的數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)成一張類似表的結(jié)構(gòu),不提供持久化,可看成是原生表數(shù)據(jù)頂層的抽象。編寫創(chuàng)建視圖的SQL腳本,讀取腳本內(nèi)容放置在數(shù)據(jù)表中,另創(chuàng)建一個視圖,解決EF Code First不完全支持視圖的問題。
2.1.2 存儲過程
業(yè)務(wù)流程處理語句在存儲過程中使用SQL編寫,語句只編譯一次,服務(wù)器不需要在每次執(zhí)行時進(jìn)行分析和編譯,避免了SQL語句在網(wǎng)絡(luò)中傳輸然后再解釋的低效率問題。
2.1.3 應(yīng)用實(shí)例
(1) 看板計(jì)劃與實(shí)際顯示。計(jì)劃與實(shí)際顯示的數(shù)據(jù)是每項(xiàng)工程、每個分段或部件的3行數(shù)據(jù)(倒推計(jì)劃、策劃計(jì)劃、實(shí)際計(jì)劃),全部工程的分段或部件計(jì)劃信息量比較龐大,通過Windows通信開發(fā)平臺(Windows Communication Foundation,WCF)服務(wù)解析并返回?cái)?shù)據(jù)需要等待的時間長。為提高查詢性能,計(jì)劃采用建立視圖和存儲過程方式的方案:根據(jù)3行計(jì)劃建立倒推視圖、策劃視圖和實(shí)際視圖,通過存儲函數(shù)調(diào)用視圖,再通過調(diào)用存儲函數(shù)來獲取界面顯示數(shù)據(jù)。方案如圖1所示。
圖1 看板計(jì)劃與實(shí)際設(shè)計(jì)方案
(2) 看板報(bào)表展示。報(bào)表數(shù)據(jù)是通過查詢條件對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、過濾,獲取后再通過WCF服務(wù)傳輸至客戶端,系統(tǒng)性能將大幅降低。根據(jù)業(yè)務(wù)流程,在SQL中建立視圖和存儲過程,如圖2所示。對應(yīng)的存儲過程為報(bào)表模板1,…,報(bào)表模板n,報(bào)表顯示的數(shù)據(jù)通過調(diào)用存儲過程而獲取顯示。
圖2 看板報(bào)表設(shè)計(jì)方案
2.2.1 Redis
非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(NoSQL)將數(shù)據(jù)存儲于緩存之中,而傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(SQL)將數(shù)據(jù)庫存儲在硬盤中,查詢速度遠(yuǎn)不及NoSQL數(shù)據(jù)庫。
NoSQL數(shù)據(jù)庫包含Redis、MongoDB、memcached等,其中Redis采用鍵值存儲方案,將全部數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中,是理想的緩沖層實(shí)現(xiàn)方案;同時Redis還支持多種數(shù)據(jù)類型、操作簡便,具有對緩存內(nèi)容及數(shù)據(jù)持久進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整的能力,整體執(zhí)行效率高。Redis能夠?qū)o態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存處理,提高數(shù)據(jù)查詢速度和效率。
2.2.2 實(shí)例展示
(1) 看板顯示??窗鍞?shù)據(jù)需按天滾動播放,將數(shù)據(jù)保存在Redis的緩存中,在沒有數(shù)據(jù)更新的情況下,不必從SQL數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù),該方式可提高查詢速度。
(2) 工程狀態(tài)顯示。工程狀態(tài)顯示整個系統(tǒng)關(guān)注點(diǎn)狀態(tài)的更新記錄,關(guān)注點(diǎn)可設(shè)置為對工程狀態(tài)的跟蹤,如工程計(jì)劃的數(shù)據(jù)更改和分段、批次的更改,包含更改的用戶、更改前后的數(shù)據(jù)值等。對物流看板管理系統(tǒng)下的任意工程進(jìn)行狀態(tài)跟蹤,若數(shù)據(jù)保存在Redis中,只需將最新數(shù)據(jù)更新至SQL中,超過有效期限(本系統(tǒng)設(shè)置為30 000 s)后,Redis數(shù)據(jù)將被自動刪除。
(3) 切割機(jī)采集的中間數(shù)據(jù)保存。切割機(jī)采集的中間數(shù)據(jù)可臨時存儲在Redis中。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,將最新數(shù)據(jù)存儲在SQL中,超過有效期限后,Redis數(shù)據(jù)將被自動刪除。
2.3.1 分段運(yùn)輸總體方案
基于某船廠產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀,總結(jié)業(yè)務(wù)過程中存在的問題,結(jié)合某船廠在船舶及海洋工程行業(yè)的豐富經(jīng)驗(yàn),提出分段運(yùn)輸和堆場管理解決方案,其流程如圖3所示。
圖3 分段運(yùn)輸和堆場管理解決方案流程
對成型的離胎分段進(jìn)行實(shí)時信息準(zhǔn)確控制,通過系統(tǒng)建設(shè)幫助船廠實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用效果[3]:
(1) 合理規(guī)劃場地布局。對船廠場地物理屬性信息、分段產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行分析,結(jié)合船舶建造流程,仿真規(guī)劃場地分配,建立場地分類屬性、利用優(yōu)先級別等體系。
(2) 優(yōu)化調(diào)度方案。通過分段調(diào)度管理,合理匹配作業(yè)場地并生成較優(yōu)的調(diào)度方案,確定分段調(diào)度計(jì)劃,減少分段無效轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)。
(3) 合理分配資源,提高利用率。根據(jù)船廠資源現(xiàn)狀,合理匹配資源,實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)籌管理,提高設(shè)備資源的利用率。
2.3.2 可視化仿真技術(shù)
(1) 虛擬廠區(qū)界面。界面提供用戶可自定義規(guī)劃廠區(qū)的功能,同時可定義區(qū)域并命名;能夠量取兩點(diǎn)之間直線距離與實(shí)際距離;按工位劃分分段堆場;提供大量可標(biāo)識圖元,如“障礙物”“路燈”“地面坡度”等;具備界面縮放和拖放功能。
(2) 分段實(shí)際俯視平面輪廓圖。按照分段詳細(xì)組立流程(Detail Assembly Procedure,DAP)自動生成分段離胎后的俯視平面輪廓圖。
(3) 平板車模型。建立平板車信息,包括平板車起重能力等一些技術(shù)參數(shù)。
(4) 看板展示。在廠區(qū)及辦公區(qū)的必要位置設(shè)立看板,看板顯示廠區(qū)平面圖和分段實(shí)時布置情況。
2.3.3 數(shù)據(jù)實(shí)時傳送技術(shù)
(1) 移動終端。為每輛平板車配備1臺移動終端,可查看廠區(qū)布置圖及分段分布現(xiàn)狀,同時可對分段移位進(jìn)行記錄;可使用Phone、Pad、PDA等設(shè)備接收和發(fā)送生產(chǎn)信息;駕駛員登陸移動終端完成當(dāng)前人員信息錄入,形成駕駛員-平板車-當(dāng)前時間的一一對應(yīng)關(guān)系。
(2) 數(shù)據(jù)更新。提供離線記錄數(shù)據(jù)的方法,更新分段廠區(qū)分布情況及運(yùn)輸情況,防止后期無線網(wǎng)絡(luò)故障。
車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng)作為工場信息化系統(tǒng)的一個分支,處理工場生產(chǎn)管理相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯層,但基本數(shù)據(jù)來源為其他業(yè)務(wù)層,如制造過程數(shù)據(jù)文檔管理系統(tǒng)(manufacturing Process Data document Management system,PDM)系統(tǒng)。層與層之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)無縫數(shù)據(jù)對接,因此,為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性,將物流看板管理系統(tǒng)與該船廠PDM船體物流信息做接口集成。構(gòu)建公共數(shù)據(jù)庫,通過PDM系統(tǒng)輸入工作信息,物流看板管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流程如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)流程
通過統(tǒng)計(jì)托盤、場地、中間產(chǎn)品的信息,構(gòu)建車間內(nèi)場地電子地圖,綜合車間資源,在生產(chǎn)計(jì)劃與實(shí)際的基礎(chǔ)上制定車間物流配送計(jì)劃,以物流看板為支撐,實(shí)現(xiàn)對整個車間物流狀態(tài)的監(jiān)控與跟蹤。具體如圖5所示。
圖5 車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面充分考慮船廠特點(diǎn),平臺架構(gòu)層次包括物流數(shù)據(jù)來源、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)管控、物流看板管理應(yīng)用等3層架構(gòu),如圖6所示。
圖6 車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)
物流數(shù)據(jù)來源:主要開發(fā)集成接口,從生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,MES)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(Enterprise Resources Planning system,ERP)、工程生產(chǎn)管理系統(tǒng)(Production Management System,PMS)、PDM系統(tǒng)中獲取托盤、中間產(chǎn)品、場地等的數(shù)據(jù)信息或模型,包含托盤配送計(jì)劃、車間生產(chǎn)計(jì)劃、胎位計(jì)劃、場地資源等相關(guān)信息。確保車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)的完整性、可集成性、可理解性、可擴(kuò)展性及易用性等。
現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)管控:主要研究車間現(xiàn)場一體機(jī)的布置、網(wǎng)絡(luò)的布置及軟件系統(tǒng)的安裝,搭建車間現(xiàn)場與辦公室監(jiān)控之間信息互通與共享的信息交互橋梁。
物流看板管理應(yīng)用:主要研究如何將數(shù)據(jù)接口集成過來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用,通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、處理和優(yōu)化,構(gòu)建現(xiàn)場位置、數(shù)量、狀態(tài)等基礎(chǔ)服務(wù)架構(gòu),建立抽象的業(yè)務(wù)集成接口模型,支撐船廠生產(chǎn)物流管控需求。
3.3.1 托盤信息統(tǒng)計(jì)
船體分段車間的托盤種類較多,根據(jù)托盤種類和用途進(jìn)行編號,并設(shè)置其具有唯一性不允許更改,編號對托盤自身信息也是有效的管理。
3.3.2 中間產(chǎn)品信息統(tǒng)計(jì)
船廠分段制造車間生產(chǎn)過程包含較多中間產(chǎn)品,包括零件、部件、小組立、中組立等。這些中間產(chǎn)品在進(jìn)入下一道工序時,需以托盤的形式運(yùn)輸至下一個工位。將中間產(chǎn)品的數(shù)據(jù)本系統(tǒng)進(jìn)行集成,為產(chǎn)品中間看板提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
基于地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)構(gòu)建的思路和方法,對車間場地信息進(jìn)行摸排,將每個工位所在的位置進(jìn)行一一標(biāo)識,每個工位、流水線通道、軌道、設(shè)備所占的場地尺寸在電子地圖中得以體現(xiàn),完成對車間內(nèi)通道、軌道、工位、設(shè)備在電子地圖中的描述,建立車間電子地圖數(shù)據(jù)庫,形成車間電子地圖的顯示模型,實(shí)現(xiàn)車間建造場地上的固定資源在系統(tǒng)中的可視化。
車間物流配送以托盤為單位進(jìn)行管理,實(shí)現(xiàn)車間物流配送過程的可視化需掌握托盤的現(xiàn)有位置、托盤下道流向等信息?;谕斜P配送的相關(guān)信息及數(shù)據(jù)(PMS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)),在本系統(tǒng)中對托盤在車間物流過程中的狀態(tài)和位置進(jìn)行實(shí)時管控,通過對托盤狀態(tài)的跟蹤,查看產(chǎn)品托盤配送情況,在托盤狀態(tài)管理模塊查詢托盤的當(dāng)前位置與信息,并以船型看板的形式進(jìn)行展示[4]。
車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng)主要包含7個功能模塊:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、配送流程管理模塊、托盤狀態(tài)看板模塊、場地狀態(tài)看板模塊、產(chǎn)品/船型看板模塊、人員權(quán)限管理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊。
該模塊主要對中間產(chǎn)品種類、托盤種類、場地種類、船型信息、工位信息、零部件信息、船舶所有人/船檢信息等基礎(chǔ)信息進(jìn)行維護(hù)與配置,如圖7所示。
圖7 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊
該模塊主要對車間內(nèi)配送物流流程進(jìn)行管理,以船體分段車間物流配送流程為中心,可查詢托盤、產(chǎn)品、場地的列表信息,如下料庫存量(含庫存數(shù)量和庫存物量)、組立庫存量、分段在胎量等,如圖8所示。
圖8 配送流程管理模塊
對船舶分段建造下的全部托盤信息進(jìn)行統(tǒng)一管理,各托盤的所屬信息(所屬項(xiàng)目、分段、工位等)、狀態(tài)(上胎、離胎等)可直觀查詢,如圖9所示。
圖9 托盤狀態(tài)看板模塊
在車間場地電子地圖上點(diǎn)擊任意場地,根據(jù)不同的顏色標(biāo)識,查看該場地區(qū)域內(nèi)或工位上的當(dāng)前加工狀態(tài),如圖10所示。
圖10 場地狀態(tài)看板模塊
在船型圖上點(diǎn)擊任意分段,根據(jù)不同的顏色標(biāo)識,可查看該分段所處的當(dāng)前狀態(tài),如圖11所示。
圖11 產(chǎn)品/船型看板模塊
該模塊用于實(shí)現(xiàn)軟件使用人員的信息管理和權(quán)限管理,保證數(shù)據(jù)維護(hù)的安全性,如圖12所示。
圖12 人員權(quán)限管理模塊
該模塊可根據(jù)用戶需要,對托盤、單船、分段下托盤等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)工作,如圖13所示。圖13所示為材料加工的分析數(shù)據(jù),包含設(shè)備工作量、各班組工作量、切割工作信息等,可使工作信息更直觀、工作量統(tǒng)計(jì)更方便。
圖13 材料加工看板
造船業(yè)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,由勞動密集型產(chǎn)業(yè)逐步向信息密集型產(chǎn)業(yè)靠攏,船廠的建造模式也逐步由離散型向連續(xù)性轉(zhuǎn)變。本文中的車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng)基于生產(chǎn)車間實(shí)際,對提升車間生產(chǎn)效率、降低物流成本、促進(jìn)資源合理配置等卓有成效。該管理系統(tǒng)雖具有一定的適用性,但若需提升船廠的物流智能化管理能力,還需從技術(shù)和管理等多方面建設(shè)來支持[5]??偨Y(jié)建議如下:
(1) 船廠基礎(chǔ)技術(shù)。加強(qiáng)CAD、CAM等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和建造技術(shù),建立統(tǒng)一的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn),這些技術(shù)是數(shù)字化建造工藝實(shí)施的基礎(chǔ);完善項(xiàng)目管理系統(tǒng),促進(jìn)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的協(xié)同作業(yè),保證信息流通;建立精益化工作標(biāo)準(zhǔn),滿足新型建造模式的工作劃分要求,提升工作效率。
(2) 船廠物流管理保障。加強(qiáng)物流資源配置,形成合理的物流運(yùn)輸分配機(jī)制和運(yùn)送機(jī)制,結(jié)合計(jì)劃與生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)運(yùn)送;降低庫存成本,優(yōu)化存儲和物流配置,以零庫存為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)化。
(3) 零庫存生產(chǎn)管理。整合船廠各方面信息,重構(gòu)管理與組織體系,提升人員管理水平,促進(jìn)生產(chǎn)管理實(shí)施;實(shí)時掌握市場供求信息,加強(qiáng)船廠對市場的反應(yīng)機(jī)制;建立合格供應(yīng)商名錄,保障物料的準(zhǔn)時供應(yīng),避免資源浪費(fèi)。
基于造船企業(yè)生產(chǎn)物流業(yè)務(wù)流程,突破船舶物流看板中的相關(guān)展示、存儲及調(diào)度技術(shù),研發(fā)了船舶車間生產(chǎn)物流看板管理系統(tǒng),并將其成功應(yīng)用于某大型船廠的分段制造車間。從企業(yè)管理角度來看,管理人員、設(shè)計(jì)人員以及生產(chǎn)人員都可通過可視化的方式,方便地實(shí)現(xiàn)隨時遠(yuǎn)程查詢管理,并可根據(jù)后續(xù)生產(chǎn)節(jié)奏制定有效的計(jì)劃和完善準(zhǔn)備工作。本文的研究成果能夠?yàn)槠髽I(yè)建設(shè)智能船廠,尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持,符合未來制造業(yè)及船舶工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢,適應(yīng)當(dāng)前船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要,具有廣闊的應(yīng)用前景。