基于船舶建造工艺特征的物流管理方法

2黄永文刘建峰

(1.上海外高桥造船有限公司,上海 200137;2.江苏通州湾港口发展有限公司,江苏 南通 226000)

船厂是典型的离散型制造企业，从钢板预处理、零件切割与加工、组立、涂装、总组、搭载、码头舾装、系泊试验和试航等全工艺流程，都贯穿着生产物流活动。对工艺特征和相应的物流特征进行研究，建立反映工艺阶段的特征，以对应工艺阶段的特征来充分表征工艺阶段的作业量、物流、人力和工装需求，可以实现在生产过程中实时监控物料流向、生产进度，发现各类物资配送制约的瓶颈，促进精细化管理[1-3]。本文重点分析分段生产物流，梳理分段从脱胎后到总组完成、搭载之前分段物流的全过程，从中提炼出工艺过程的特征，为实现分段物流的智能调度提供依据。

1 阶段工艺特征分析

船体建造过程从原材料到小组立、中组立直至形成分段、总段、出坞、系泊试验和试航交船，每个阶段都有工艺特征，分析工艺特征，剔除冗余信息，提取对分段生产工艺中具有决定性作用的特征参数。根据图1，分析工艺阶段的特征数据，提取关键的工艺，形成建造工艺特征集，由此形成标准工程图。据此分析分段之间的关系，对分段堆放位置的拓扑关系进行优化，防止堆放场地出现路径干涉，减少分段移动次数，提高分段堆放场地的周转效率。

图1 造船主流程

1.1 中小组立阶段

中小组立阶段包括零件的装配，不同组立依据DAP的工艺分解，形成分段的装配树，各级分支即对应中小组立，同时也反映相互关系。根据组立流向形成托盘，分别流向平直、曲面和外场，部分组立直送搭载。

1.2 大组立阶段

大组立阶段即形成分段的阶段，根据分段类型，包括平直分段、曲面分段；根据制作场地分为平直内场、曲面车间、外场。部分分段在单一胎位即可完成；部分分段需要先行制作旁板组立，再到曲面车间或外场完成大组立；部分分段需要在平直车间完成片状小分段，上下合拢完成大组立。

1.3 分段舾装阶段

分段舾装工作根据分段舾装的复杂程度需要在不同的场地完成。机舱分段由于其包含大量的舾装工作必须在独立的舾装作业场地完成；双层底等分段舾装工作内容少且需要的辅助起重设备要求低，可以选择在要求较低的独立场地完成；部分分段，如油船泵舱以上结构分段由于正反面均包含大量的管子舾装工作，同时还与结构的安装相互交叉，因此，其涉及两次翻身舾装工作。

1.4 总组阶段

在总组阶段，各分段总组工艺顺序按照策划要求进行。不同分段在总组过程中有先后的工艺顺序，前后有周期间隔。部分分段需要翻身后总组，部分分段需要进行预总组形成预总段，在此基础上翻身后继续总组形成总段。总组阶段也包含舾装作业，部分舾装在总组完成后进行；部分舾装必须在上层分段吊装之前预埋，形成封舱件；部分舾装预先在内场预制形成单元，总组时整体吊上总段。

1.5 船坞阶段

船坞阶段，整船的建造依据搭载网络的策划要求完成。通常船坞阶段采用半串联式建造，也有采用环段建造法和多岛建造。不同的建造方法，分段或总段的搭载顺序不同。相同船型由于在不同吊装能力的船台或船坞搭载其总组方式也不同，因此其对应的分段之间、总段之间的相互拓扑关系也不同。

基于以上分析，收集并组成一系列工艺过程的特征集，分析从船体零件到中小组立直至形成分段，分段从脱胎后到总组，以及船坞(船台)搭载之前的工艺全过程，为每一个作业制定相应的标准周期和计划，形成物流。直观看来，车间或堆场上的每一个零件、中小组立、分段之间没有特定的关系，是孤立存在的。但如果对其工艺特征和作业计划等方面进行研究，就可得出不同分段之间的存在相似性和规律性，并对他们实施分道管理，便于对物流进行实时控制。

2 物流流通量与工艺特征的关系

2.1 流通量和工艺特征的关系模型

2.2 分段流通量模型

分段流通量是以时间为变量的函数，将其对时间积分得到特定时间区间内特定场地的流入量和流出量。

将分段物流方法的数值分析推广至全工艺过程就可以得到全工艺工程的库存矩阵。

3 典型工艺阶段物流流程

对于船舶建造整个过程，分段阶段是最为最典型的阶段[4-7]。分段脱胎之后到总组之前的分段生产标准工艺流程见图2。

图2 分段物流标准工艺流程

分析分段物流工艺流程，对分段预舾装、涂装和搭载的标准周期进行分析，使进行流程分析产生的各种数据更加贴近实际，并通过数据不断的收集、分析和反馈来改善物流流程、优化作业顺序。该技术的突破，可以为分段物流监控管理技术的研究提供最准确的标准和数据，使其以最快的速度响应分段在运输过程中发生的错误，并及时规划出新的物流方案，实现分段物流的畅通，真正做到无库存生产。

4 分段物流监控管理模型

分析船舶建造过程中，以分段状态存在的中间产品在物流方面所使用的关键设备、场地资源，并通过物联网技术，在分段物流相关设备上安装相应的定位系统、传感器来监控分段物流的运行状态，在场地资源方面开发建立仿真地图，准确显示分段的移动和摆放状态。

出于船舶企业智能制造技术应用需求及面向智能化现场管控需要，要研究船舶企业生产物流物联网感知层、网络层、应用层三层架构内涵和内容，分析各个层次所涉及的关键技术，提出一种适合船舶企业生产物流智能管控的物联网体系架构。

通过船舶企业生产物流业务流程分析，研究数据在三个层次之间以及与外部应用系统之间的信息交互，建立以事件、任务为驱动的感知层、网络层、应用层协同工作机制。建立分段物流监控管理模型见图3。

图3 分段物流监控管理模型

1)感知层。建立信息获取、数据存储等业务模型，建立抽象的感知层服务接口模型，满足船厂生产物流物联网系统感知层的可理解性、可扩展性及易用性等。

2)网络层。分析数据传输网络的管理配置模式、网络安全机制等，构建生产物流物联网网络服务模型，搭建应用层与感知层信息交互桥梁。

3)应用层。针对底层感知数据的分析、处理和决策服务模式，构建现场定位、测量、监控等基础服务架构，建立抽象的业务集成接口模型，支撑船厂生产物流智能管控需求。

5 结论

通过船舶建造工艺特征研究实现船舶建造流程从定性分析到定量分析，这是船舶建造流程研究方法的创新。对建造流程的工艺特征研究目前仅局限于分段阶段，要将船舶建造流程定量分析得更准确，全流程的工艺特征研究有待后续进一步开展。

同时基于分段工艺特征的分段物流监控管理模型的构架目前已形成验证平台并已应用于船舶生产实践，但能够完全指导生产的工程化平台还需进一步完善。