基于时线分析的舰船维修工序调度方法

原 宗，李 静

(中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

0 前言

随着舰船技术的飞速发展，电子化、数字化、智能化的高新技术装备不断列装上舰，使得舰船装备的复杂程度日益提高，科技含量日益增加。但是，在装备性能不断提升的同时，也给装备维修工作带来了更艰巨的挑战［1］。对于一部分集成了机械、液压、电气、计算机等多专业、多领域技术的复杂装备系统，其维修工作无法由单一专业的维修人员或班组完成，必须要由多专业的维修人员或班组，甚至多单位之间协同配合和并行操作才能够完成。因此，除了需要具备相关专业的修理知识和技能，还需要具备科学的维修工序调度，以及合理的修理施工步骤和人员安排，才能保证装备维修工作有次序的协调开展，最大程度的缩短维修作业时间，提高维修效率，避免资源闲置浪费，达到在最短时间内恢复装备功能及性能的目标。

1 时线分析

时线分析是一种通过找出工作主要时线以确定完成工作的最短时间的分析方法，并利用时线分析图来展示作业步骤的先后顺序和所需时间。时线分析适用于如下活动:①在一个时间段内需要2个或2个以上的人员同时连续地作业;②在一个时间段内要完成不同性质的工作;③要求操作人员密切协作来减少完成作业的时间［2］。

对于简单的舰船装备维修工作，整个维修工作可由一名维修人员独立完成，其各项作业按顺序进行，总工作时间即为各项作业时间之和，无需进行时线分析。但是，对于部分较为复杂，需要多个维修人员协同配合完成和并行进行，且对维修工作时间有较高要求的维修工作，开展时线分析以优化作业步骤是很有必要的。针对装备维修工作的特点，时线分析的主要步骤如下:①按维修工作要求提出维修方案;②按维修方案提出预计的作业项目和操作人员的数量及其专业;③按逻辑顺序排列各项作业，首先应确定每项作业所需的专业人员和作业时间，然后找出主要时线，即必须按逻辑顺序进行的最长时线。这一时线确定了工作的总作业时间，其它一些作业可根据相互的关系，与主要时线并行进行，并按作业顺序画出时线分析图。

2 辅锅炉维修作业工序调度分析

2.1 问题提出

在使用时线分析方法进行维修作业工序调度分析时，首先需要明确装备的维修方案，并能按方案提出预计的维修作业项目，以及每个维修作业项目开展时所需维修人员的数量、专业和作业时间［3］，同时还需要明确各作业项目之间的关联关系。

下文以某型船用辅锅炉的基地级维修工作为例，通过时线分析以确定最优的维修作业工序和人员安排。辅锅炉维修作业项目如表1所示。

如表1所示，整个辅锅炉维修工作共分15个作业项目，所需维修人员及专业分别为:锅炉工2名，电工2名，管工1名，质检员1名。如果按顺次进行各项维修作业的方法进行调度，则整个辅锅炉维修作业总时间为:T=144 h，这也是目前舰船装备修理中普遍采用的维修时间 (工期)计算方法，该方法能够满足修期较为宽松的装备修理要求，具有便于制定修理计划的优点;但对于修期较为紧凑，对维修时间有一定要求的装备修理工作，尤其是装备临抢修工作，就需要对各项维修作业工序及维修人员进行合理的规划与安排，以确保能够在规定的时间完成修理任务，并减少维修资源的闲置浪费。

2.2 分析模型

时线分析法的最终目的是以时线分析表的形式表示该维修方案的主要时线，并确定该方案的总作业时间 (按逻辑顺序进行的最长时线)［4］。然而，对于一个复杂的维修工作方案而言，各个维修作业项目之间的逻辑顺序相当复杂。如表1所示，受施工工艺、施工部位及安全因素等条件限制，整个辅锅炉基地级维修工作的15个作业项目之间，存在着复杂的前后相互制约的关系 (表1中用紧前工序表示)，有的作业项目必须在前序数项作业项目均完成的条件下才能够开展，有的作业项目必须由数个维修人员共同实施或者由不同专业的维修人员协作完成。

如此复杂的逻辑顺序关系，如果没有一个科学的分析模型，是难以直接找出该修理工作的主要时线的，下文将从时序和人力两方面分别建立时线分析模型。

如图1时序分析模型所示，各维修作业项目的时序关系可分为顺序和并行2类:顺序关系指两作业项目之间必须遵守的前后顺序，如作业项目2必须在作业项目1完成之后才能开始实施;并行关系指2个或2个以上的作业项目之间并没有时序上的制约关系，在其他约束条件不冲突 (如维修人员)的前提下可以并行实施，如作业项目5、作业项目6和作业项目7可以同时实施。

表1 辅锅炉维修作业项目表

图1 时序分析模型图

除了时序约束，人力约束也是影响方案总作业时间的重要因素。如图2人力分析模型所示，对于顺序关系的维修作业项目之间，不会出现维修人员冲突情况;但对于并行关系的维修作业项目之间，则很有可能出现维修人员冲突情况，即在某时间段内本可以有两项作业项目同时开展，但由于维修人员不足只能按顺序先后实施的情况，如作业项目6和作业项目7之间本没有时序上的制约关系，但由于其分别需要2名锅炉工和1名锅炉工实施，而锅炉工总共只有2名，因此只能先完成作业项目6，再进行作业项目7，或者先完成作业项目7，再进行作业项目6。此时，如何调配这些作业项目之间的逻辑顺序，是得出时线分析结果的一个难点。

2.3 计算最早完成时间

在第2.2节明确辅锅炉基地级维修工作时序分析模型和人力分析模型的基础上，可通过计算找出该维修方案的最早完成时间。下面将以项目预计开始时间为参照点进行正向推算，计算每项维修作业的最早开始时间tES和最早完成时间tEF。

假设整个维修工作的开始时间为0，这就是作业项目1的开始时间，即:tES(1)=0。

由此，作业项目1的最早完成时间:

tES(1)为作业项目1的最早开始时间，tEF(1)为作业项目1的最早完成时间，t(1)为作业项目1所需的实施时间，以下类推。

然后，根据计算最早开始与完成时间的递推公式:

式中:ji表示活动i的紧前工序。

可以计算出所有作业项目的最早开始时间和最早完成时间，具体如下:

tES(2)=8 h，tEF(2)=12 h

tES(3)=12 h，tEF(3)=16 h

tES(4)=16 h，tEF(4)=24 h

tES(5)=24 h，tEF(5)=40 h

在计算 tES(6)、tEF(6)、tES(7)、tEF(7)时，需要考虑人力约束。作业项目6和作业项目7受锅炉工人员数量限制，只能顺次进行，又因为作业项目8同样需要1名锅炉工，此时，先进行作业项目6、后进行作业项目7的顺序，可以使作业项目7和作业项目8同时进行，此时的tES(8)比先进行作业项目7、后进行作业项目6的tES(8)小，有利于整个维修工作的进度提前，因此应当先进行作业项目6、后进行作业项目7，因此:

tES(6)=24 h，tEF(6)=32 h

tES(7)=32 h，tEF(7)=40 h

tES(8)=40 h，tEF(8)=56 h

tES(10)=40 h，tEF(10)=52 h

tES(12)=40 h，tEF(12)=56 h

在计算 tES(9)、tEF(9)、tES(11)、tEF(11)时，同样需要考虑人力约束，作业项目9和作业项目11受锅炉工人员数量限制，也只能顺次进行。由于tEF(8)=56 h＞tEF(10)=52 h，即作业项目10比作业项目8先完成，也就是说作业项目11能够比作业项目9先开始实施，因此，先进行作业项目11，后进行作业项目9，能够比先进行作业项目9，后进行作业项目11的工序安排方式缩短4 h工期，因此:

图2 人力分析模型图

tES(11)=52 h，tEF(11)=60 h

tES(9)=60 h，tEF(9)=76 h

tES(13)=76 h，tEF(13)=84 h

tES(14)=84 h，tEF(14)=92 h

tES(15)=92 h，tEF(15)=96 h

即整个辅锅炉基地级维修工作的最早完成时间为96 h。

3 时线分析图

在上文中，通过时线分析模型建立和各作业项目的起止时间计算，可以得出整个辅锅炉基地级维修工作的最短总作业时间。但是，该分析计算结果不够直观，无法清晰的表现出各作业项目的先后顺序和起止时间，不便于维修人员制定具体作业计划。因此，需要绘制时线分析图，该图能够清楚、直观的反映各作业项目的作业顺序、起始时间、完成时间，以及所需资源等。

4 结束语

舰船装备的逐步大型化、多样化、复杂化，决定了其修理工程的工程量越来越大、专业覆盖面越来越广、技术深度越来越深，做好计划管理和工序调度，对于舰船维修工程具有深刻的意义。本文提出的基于时线分析的舰船维修工序调度方法，能够合理、有效的对维修作业次序进行安排，对维修资源进行分配，达到提高舰船维修工作效率、为部队提供快速保障的目标。

［1］罗朝晖，董鹏，王威.舰船武器装备维修项目管理的特点分析［J］.舰船科学技术，2006，28(5):103－107.

［2］徐宗昌.保障性工程［M］.北京:兵器工业出版社，2002.

［3］杰弗里K.宾图.项目管理［M］.鲁耀斌，董圆圆，赵玲，译.北京:机械工业出版社，2007.

［4］徐宗昌，周健，刘义乐.基于Petri网的时线分析新方法 ［J］.中国机械工程，2006，17(5):464－466.