楊惠斌 張紹云 侯利恒 傅詩展

摘? ? 要：隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢。船舶建造隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步逐漸向智能化轉(zhuǎn)型，為了改變船舶制造業(yè)多品種小批量離散制造、作業(yè)環(huán)境惡劣、工藝流程復(fù)雜等特點(diǎn)，對船體分段智能車間產(chǎn)儲配協(xié)同管控技術(shù)進(jìn)行研究及應(yīng)用，促進(jìn)了船體分段數(shù)字化建造，提高了船體分段建造效率。本文對造船廠提升船舶建造技術(shù)，縮短船舶建造周期，降低造船成本提供了技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：船體分段；智能化；協(xié)同管控

中圖分類號：U673.2? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on Coordinated Control Technology of Production Storage and Distribution in Hull Block Smart Workshop

YANG Huibin，? ZHANG Shaoyun，? HOU Liheng，? FU Shizhan

（ Guangzhou Shipyard International Co.， Ltd.，? Guangzhou 511462 ）

Abstract： With the rapid development of new generation information technology，the digitalization， networking and intelligence are increasingly becoming the main trend of the future manufacturing industry. Ship construction would be gradually transformed into smart intelligent execution with the progress of the Internet technology. In order to change the features of shipbuilding industry characterized by the discrete manufacture of many varieties and small batches， bad operation environment and complex process， certain research and application on coordinated control technology of production， storage and distribution in hull block smart workshop are carried out， so as to? promote digitalized construction of hull sections and improve the efficiency of hull section fabrication. This document provides the technical reference for shipyards to improve the shipbuilding technology， shorten the shipbuilding period and reduce the shipbuilding costs

Key words： hull sections;? intelligent;? coordinated control

1? ? ?前言

我國船舶制造業(yè)的水平距離造船強(qiáng)國還有一定差距，具體表現(xiàn)在管理粗放、智能化水平低、人均效率低、成本消耗大等，尤其是車間制造方面更為突出。車間制造過程具有工種多、程序多、工程量大、作業(yè)面廣、技術(shù)綜合性較強(qiáng)、作業(yè)條件差、施工周期長等特點(diǎn)，阻礙了船舶智能建造的步伐，而且當(dāng)前國內(nèi)造船企業(yè)建造技術(shù)參差不齊，對船舶智能建造的看法各異，船舶智能建造推進(jìn)緩慢[1]。本文對船體分段智能車間進(jìn)行生產(chǎn)、倉儲、集配協(xié)同管控技術(shù)研究，突破智能車間分段建造協(xié)同管控的關(guān)鍵技術(shù)，從根本上提高船體分段智能車間的生產(chǎn)效率。

船舶工業(yè)是為水上交通、海洋資源開發(fā)及國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的綜合性工業(yè)，一定程度上反映著國家工業(yè)的發(fā)展水平，也是國家發(fā)展高端裝備制造業(yè)的重要組成部分，是國家實(shí)施海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和重要支撐。《中國制造2025》把海洋工程裝備和高技術(shù)船舶作為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，為我國海洋工程裝備和高技術(shù)船舶發(fā)展指明了方向，也為造船企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型帶來了前所未有的機(jī)遇。

船舶作為典型的離散型制造業(yè)產(chǎn)品，其生產(chǎn)建造為多品種、小批量、定制化生產(chǎn)模式，在一定程度上制約著生產(chǎn)管理的自動化和智能化發(fā)展。并且國內(nèi)智能技術(shù)發(fā)展相對較晚，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，商業(yè)環(huán)境也不夠成熟，導(dǎo)致智能制造的關(guān)鍵技術(shù)還未能完全配套，部分核心零件仍依賴國外進(jìn)口[2]。隨著新技術(shù)越來越多的推廣到造船企業(yè)，單憑管理者的經(jīng)驗(yàn)來對資源進(jìn)行平衡和優(yōu)化配置已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代造船模式的需求，急需一種適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的生產(chǎn)管理模式對船體分段智能車間進(jìn)行生產(chǎn)、倉儲、集配的協(xié)同管控。

在船體分段制造過程中，相關(guān)的資源狀態(tài)信息呈離散型動態(tài)分布，給車間各種資源狀態(tài)信息采集帶來不便。本文以船體分段智能車間的生產(chǎn)、倉儲、集配的協(xié)同管控作為研究對象，通過船體分段智能車間管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息管理和決策的透明化、聯(lián)動化、智能化，從根本上提高船體分段生產(chǎn)效率。

研究內(nèi)容主要包括：智能車間船體分段生產(chǎn)節(jié)拍控制技術(shù)；基于分段生產(chǎn)計(jì)劃的倉儲與物流平衡；船體分段生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲和物流協(xié)同優(yōu)化技術(shù)三個(gè)方面。實(shí)現(xiàn)船體分段車間的智能化管控，需要對生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲計(jì)劃與物流計(jì)劃進(jìn)行協(xié)同管理，對生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)控，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)對生產(chǎn)計(jì)劃做出合理的調(diào)整。

2? ? ?分段生產(chǎn)控制技術(shù)

2.1? ?分段建造車間智能化

船體分段制作不可控因素較多，要擺脫這些因素對生產(chǎn)計(jì)劃造成的影響，需要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進(jìn)車間內(nèi)分段制造智能化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型，固化生產(chǎn)模式，使生產(chǎn)有序可控。

2.2? ?產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝策劃

盡管船舶是基于船東個(gè)性化要求的小批量定制化產(chǎn)品，但在船級社規(guī)范、建造標(biāo)準(zhǔn)、航行環(huán)境的限定下，其結(jié)構(gòu)形式、艙室布置等依然具備其固有屬性。

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，充分利用其固有屬性，以公司產(chǎn)品庫中成熟的產(chǎn)品為母型，開展詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)；在工藝策劃階段，充分考慮車間場地、設(shè)備等資源的配置以及同類型產(chǎn)品的優(yōu)化改進(jìn)意見，對同一類型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝策劃標(biāo)準(zhǔn)化，為智能車間生產(chǎn)控制奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2.3專業(yè)化排產(chǎn)

在現(xiàn)代造船模式中，利用相似性原理以及成組技術(shù)，將船體分段車間的產(chǎn)品分為七個(gè)制造層級，如圖1所示。目前船廠中應(yīng)用比較廣泛的是平、曲分段進(jìn)行分道兩條主線，通過船體分段是否滿足平面流水線工藝技術(shù)參數(shù)要求和流程來劃分分段的平曲屬性，按其平曲屬性進(jìn)行分道建造。

車間在制訂日程計(jì)劃時(shí)，主要考慮三種核心資源：場地資源、人力資源、工裝設(shè)備資源。這些資源是保證生產(chǎn)節(jié)拍與動態(tài)調(diào)度的關(guān)鍵，單純的平曲分道對于船體分段智能車間生產(chǎn)控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要對車間各資源負(fù)荷情況進(jìn)行整合，為智能車間排產(chǎn)提供約束條件，合理利用車間的核心資源，從而提高生產(chǎn)效率。

2.4? ?分段生產(chǎn)計(jì)劃

計(jì)劃編制，需要以各階段周期為基礎(chǔ)，對各作業(yè)單元的工藝流程、勞動力、作業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)對象進(jìn)行詳細(xì)分析，得到標(biāo)準(zhǔn)周期，以標(biāo)準(zhǔn)周期進(jìn)行分段排產(chǎn)。

建立拉動式計(jì)劃管理模式，各項(xiàng)中間產(chǎn)品的生產(chǎn)計(jì)劃全部按照后道需求時(shí)間制定與執(zhí)行，不提前也不拖后，并留有適當(dāng)?shù)木彌_期；建立拉動式計(jì)劃管理模式，合理協(xié)調(diào)資材或人力資源，縮短建造周期，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化排產(chǎn)，有效提高計(jì)劃的準(zhǔn)確性。

3? ? ?倉儲與物流平衡技術(shù)

3.1? ? 智能倉儲和物流系統(tǒng)

（1）倉儲物流現(xiàn)狀

受地理環(huán)境等因素影響，造船廠各類原材料、零部件、中間產(chǎn)品的倉儲位置與車間需求位置間距偏大，從提出需求到調(diào)度物資至工位上，往往需要?dú)v經(jīng)多個(gè)運(yùn)作才能使物資到位，影響施工生產(chǎn)效率。

如何在有效的倉儲場地上實(shí)現(xiàn)物資規(guī)范化存放，成為造船廠倉儲管理亟待解決的問題，因此不斷提升倉儲工作效率，充分發(fā)揮現(xiàn)有的倉儲資源，是艦船企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[3]。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

倉儲和物流配送的最終目標(biāo)是服務(wù)生產(chǎn)，確保生產(chǎn)節(jié)拍需求下的原料、中間產(chǎn)品、配件等供給的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，適應(yīng)車間復(fù)雜而多變的需求。在現(xiàn)有倉庫管理中引入物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對倉庫各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化數(shù)據(jù)采集，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫存真實(shí)數(shù)據(jù)，完成對貨物的標(biāo)記、跟蹤、定位、校核，實(shí)現(xiàn)倉儲信息的處理、反饋，并在船體分段智能車間自動化倉庫實(shí)施中應(yīng)用。

（3）智能倉儲管理方案

結(jié)合船體分段智能車間鋼材倉儲的環(huán)境、業(yè)務(wù)流程及功能需求進(jìn)行分析，研究適合船體分段智能車間物流倉儲的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、倉庫管控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼材物資的精確定位和高效存取。

船體分段智能倉儲管控方案，如圖2所示。

（4）倉儲和物流管理模型

參考物流管理的基本原理和方法，通過場地、人員、中間產(chǎn)品等要素建立倉物流模型。對中間產(chǎn)品進(jìn)行管理，對運(yùn)輸車輛和人員進(jìn)行調(diào)度，可以導(dǎo)入、編排物流運(yùn)輸計(jì)劃，在系統(tǒng)平臺實(shí)時(shí)看到車間內(nèi)物流運(yùn)輸和場地占用的實(shí)際情況，及時(shí)有效的信息反饋，便于控制整個(gè)物流運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)作，更有利于進(jìn)行派工、物流線路的指定，為管理決策人員提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息、支持信息，提高管理決策的效率和準(zhǔn)確性。

倉儲和物流管理模型，如圖3所示。

（5）智能倉儲和物流系統(tǒng)

通過信息化、物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)電一體化共同實(shí)現(xiàn)智慧物流，確保車間能夠?qū)崟r(shí)動態(tài)的掌握倉儲和物流的動態(tài)信息，通過應(yīng)用RFID電子標(biāo)簽技術(shù)，利用WMS和WCS系統(tǒng)的管理功能，立體化倉庫的建設(shè)，以及R/A/IGV小車、機(jī)器人堆碼垛等智能設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)船廠板材切割后人工分揀托盤通過R/A/IGV小車自動配送至立體料庫入庫，立體料庫按計(jì)劃出庫，提升倉儲管理能力，降低倉儲成本，提高車間運(yùn)營能力。

3.2? 推拉聯(lián)動式計(jì)劃管理體系

3.2.1計(jì)劃管理現(xiàn)狀

船體分段車間傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理主要使用Excel軟件，對月計(jì)劃、周計(jì)劃進(jìn)行編制。該種編制方式對分段開工及完工的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、車間負(fù)荷的邏輯分析控制能力不高，每周計(jì)劃編制任務(wù)工作量大，計(jì)劃編制時(shí)間緊迫；同時(shí)，只以分段為單位跟蹤計(jì)劃，生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)信息比較單一，通常只有開工、完工、報(bào)驗(yàn)等基礎(chǔ)信息，會帶來車間資源優(yōu)化困難、計(jì)劃管控缺少信息化手段、突發(fā)狀況影響計(jì)劃執(zhí)行等問題。

為改變車間計(jì)劃管理現(xiàn)狀，需建立推拉聯(lián)動式計(jì)劃管理體系，使生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲計(jì)劃、物流計(jì)劃處于動態(tài)平衡狀態(tài)；同時(shí)建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，對中間產(chǎn)品物流活動進(jìn)行計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制和監(jiān)督，為管理決策人員提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息，便于實(shí)現(xiàn)聯(lián)動調(diào)整。

3.2.2車間推拉聯(lián)動式計(jì)劃管理體系

車間推拉聯(lián)動式動態(tài)計(jì)劃管理體系，需滿足以下功能：

（1）項(xiàng)目計(jì)劃創(chuàng)建：在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對單項(xiàng)目的船塢合攏計(jì)劃進(jìn)行統(tǒng)一的管理，所有與項(xiàng)目相關(guān)的信息，都能以創(chuàng)建的項(xiàng)目作為數(shù)據(jù)的入口，為使用者提供快捷、靈活的項(xiàng)目創(chuàng)建功能；

（2）項(xiàng)目計(jì)劃合并與拆解：實(shí)現(xiàn)對多個(gè)并行項(xiàng)目進(jìn)行合并，相應(yīng)地對單項(xiàng)目進(jìn)行拆解，按后行工程需求計(jì)劃時(shí)間段截取出制造部門的月/周計(jì)劃；

（3）自動編排生產(chǎn)計(jì)劃：實(shí)現(xiàn)按一定邏輯關(guān)系自動編排生產(chǎn)計(jì)劃，使用者只需錄入所有分段的后行工程需求時(shí)間，便自動分配車間，完成計(jì)劃編制工作；

（4）可視化界面：以甘特圖為依據(jù)，對計(jì)劃完成情況進(jìn)行預(yù)警，制作實(shí)時(shí)聯(lián)動的車間負(fù)荷可視化界面；

（5）手動干預(yù)生產(chǎn)計(jì)劃：提供交互操作界面，計(jì)劃員可根據(jù)車間實(shí)際人力、分段建造工位、設(shè)備負(fù)荷，對自動生成的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行手動調(diào)整。

（6）細(xì)化系統(tǒng)中的分段單位，把系統(tǒng)中最小單位設(shè)為零件，完善對整個(gè)供應(yīng)鏈的跟蹤，開展精益生產(chǎn)管理；

（7）將信息反饋的形式由分段狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵顟B(tài)，如實(shí)時(shí)反饋切割機(jī)槍頭的切割路徑，小組立完成的零件個(gè)數(shù)等；

（8）將實(shí)時(shí)的計(jì)劃進(jìn)度反映出來，對完成情況進(jìn)行預(yù)警，且能夠?qū)崟r(shí)做出對計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整的方案。

4? ? ?計(jì)劃、倉儲和物流協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

4.1? ?多功能生產(chǎn)過程分析與信息采集系統(tǒng)

結(jié)合上述的計(jì)劃控制技術(shù)和推拉聯(lián)動式計(jì)劃管理體系，建立多功能生產(chǎn)過程分析與信息采集系統(tǒng)。充分考慮采集數(shù)據(jù)的工作繁雜、采集信息量大、信息采集耗時(shí)長、堆放分散、設(shè)計(jì)零件規(guī)格種類多等特點(diǎn)，建立 RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（見圖4）和DM碼數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（見圖5），并將采集到的信息保存到數(shù)據(jù)存儲模塊的數(shù)據(jù)庫供查詢，實(shí)現(xiàn)采集信息共享互通，實(shí)現(xiàn)全局信息互聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)對物料倉儲及物流過程標(biāo)識數(shù)據(jù)的采集。

4.2? ?生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

通過生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程信息可視化展示，以及與車間智能管控系統(tǒng)的信息集成，對產(chǎn)生的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析、整理及應(yīng)用。

根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃對物料的需求，以及執(zhí)行計(jì)劃的生產(chǎn)工位的位置信息，動態(tài)規(guī)劃物料配送的順序、配送班組的分工、配送路徑，實(shí)現(xiàn)動態(tài)物流的配送，提升車間管控能力，優(yōu)化生產(chǎn)排產(chǎn)與調(diào)度。

4.3? ?產(chǎn)儲配信息集成

對實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)信息、倉儲信息、物流信息，通過車間智能管控系統(tǒng)這個(gè)統(tǒng)一平臺進(jìn)行有效集成，實(shí)現(xiàn)信息的交互與聯(lián)通。

實(shí)現(xiàn)車間智能化管理，需要彌補(bǔ)ERP系統(tǒng)在車間現(xiàn)場管理功能，以車間智能管控系統(tǒng)（MES）為載體，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲、物流一體化協(xié)同管控，如圖6所示。

基于MES的生產(chǎn)、倉儲與物流的一體化協(xié)同管控，使船體分段智能車間產(chǎn)儲配更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同管控，滿足船體分段智能車間的生產(chǎn)需要。

5? ? 應(yīng)用效果

5.1? ?車間庫存情況

通過對智能車間產(chǎn)儲配協(xié)同管控技術(shù)，結(jié)合公司某同型成品油輪建造進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，對比使用該技術(shù)前后車間庫存情況，如表1、表2所示。

對使用系統(tǒng)后四個(gè)季度的庫存百分比進(jìn)行計(jì)算，可以得出車間庫存減少情況，如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可知，在使用智能車間產(chǎn)儲配協(xié)同管控技術(shù)后，同型油船小組制作和分段制作階段車間庫存減少百分比，從第一季度到第四季度逐漸增加，車間庫存占比減少33%以上。

5.2? ?停工待料時(shí)間

停工待料時(shí)間，指后道工序需求時(shí)間與前道工序完成時(shí)間的差值。根據(jù)同型油船使用該技術(shù)前1#油船和使用該技術(shù)后2#油船，從切割、小組立、中組立、大組立四個(gè)工序的供給時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得出使用該技術(shù)前后停工待料情況，如表3所示。

根據(jù)表3，可以計(jì)算出1#油船和2#油船各工序的實(shí)際停工待料時(shí)間占比，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，使用該管控技術(shù)后，2#油船相比于1#油船停工待料時(shí)間占比減少19.84%，停工待料時(shí)間得到有效減少。

5.3? ?生產(chǎn)效率

取使用該技術(shù)前1#油船和使用該技術(shù)后2#油船的相同分段總建造工時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表5所示。

由表5可知，生產(chǎn)效率提升21.36%。

由上所述，通過對使用該項(xiàng)技術(shù)前后的同型油船，分別做了車間庫存、停工待料時(shí)間、生產(chǎn)效率三個(gè)方面的對比分析，船體分段智能車間產(chǎn)儲配協(xié)同管控技術(shù)的應(yīng)用，有效的減少了車間庫存，減少停工待料時(shí)間，促進(jìn)生產(chǎn)效率提升。

6? ? ?結(jié)束語

本文對船體分段智能車間產(chǎn)儲配協(xié)同管控技術(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析及應(yīng)用，包括船體分段智能車間生產(chǎn)控制技術(shù)、基于車間計(jì)劃的倉儲與物流平衡技術(shù)、船體分段車間計(jì)劃、倉儲和物流協(xié)同優(yōu)化技術(shù)等，構(gòu)建整個(gè)技術(shù)路徑的框架，實(shí)現(xiàn)了車間智能管控對產(chǎn)儲配信息進(jìn)行有效集成和智能決策，使造船形成連續(xù)、有序的均衡生產(chǎn)，取得精益化管理成果。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅丹，包張靜，劉碧濤，管在林，王創(chuàng)劍，江文成.? 智能船廠關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)體系研究[J].機(jī)械工程與技術(shù)， 2016，? 5（4）.

[2] 陳觀富，王峰，康志勇.船舶制造業(yè)倉儲智能化推進(jìn)實(shí)施[J].艦船科學(xué)技術(shù)， 2017（18）.

[3] 朱雙龍，馬文學(xué)，買發(fā)佐.船舶智能制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].基層建設(shè)， 2020（25）.