造船线表计划编制及负荷评估软件研究

邹定付

(扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225200)

0 引言

精益造船计划管理体系中，线表计划是造船企业最高层级的计划，是用来指导经营和生产的纲领性文件[1]。线表直接反映了造船企业的订单及生产负荷[2]。由于造船项目周期长(>1 a)，线表需要包含3～5 a的订单基本信息及项目重点节点时间，并以月为时间单位用甘特图形式直接绘制出切割、铺底、下水、试航、交付等主要节点及各生产阶段的时间跨度。然而制约接单量的因素主要包括船舶企业的财务状况和生产能力(重点设备、场地和劳力等关键资源)。编制线表时需要考虑的因素包括船舶市场情况、企业已有订单、未来企业主打产品类型等。由于造船项目设计和生产过程复杂，各工序产能受自身场地、设备、劳力、天气等因素制约，同时船舶产品类型不同以致各工序工作量不同等因素交织在一起，导致线表的可行性评估成为困扰船舶企业的难题。

对生产管理而言，线表的可执行性具体体现到每个工序的最大生产能力，因此线表负荷评估需将线表的内容具体分解到每个工序或者关键资源(设备、场地、劳力等)负荷，再对其进行负荷平衡[3]。本文研发的软件将线表编制及负荷评估集成于一体，以负荷柱状图和详细数据的形式将各工序工作量、关键资源负荷等评价指标实时展现出来，为线表编制者提供决策数据支撑。

1 线表计划编制的基础数据

(1)工厂各关键资源的能力值，包括切割能力(张/月)、定盘能力(面/日)、喷涂能力(m2/月)、坞台面积及承载能力、码头长度及靠泊能力。

(2)项目需评估的指标量,包括钢板张数、切割长度、面目数、喷涂面积等。

(3)未完成生产设计的项目需要参照本企业或者国内同类型船物量数据用于预算。

(4)工厂各工位工时效率。

2 线表计划编制及负荷评估的工作流程

(1)整理工厂现有订单，并整理已完成的同系列的项目详细生产周期及实际工时统计[4]。

(2)整理新订单(拟承接订单)，将同类型的项目的生产周期和实际工时，以修正总吨为基准进行估算。如本企业无此数据，则以国内同类船的数据作为基础进行估算。

(3)将船型的基本信息和需要评估的物量信息输入船型数据表，根据已完成项目各工序实际工时统计，整理出各工序的相对于大节点的起始时间，并按时间分阶段进行工作量分配。

(4)整理线表涉及年份的工厂长假(春节、高温假)起止时间，填入系统设定表。

(5)根据工厂实际整理劳力的每月实际有效工时，填入系统设定表。

(6)整理工厂各工序需评估的指标及相应的工厂能力限值，填入系统设定表。

(7)在软件中界面表格输入订单信息，填入项目各节点时间，生成相应的图形。

(8)查看柱状图，检查各工序的物量是否超过工厂能力值，以及负荷是否均衡。

(9)在线表中图形中调整项目节点时间，或者在表格中修改节点时间。

(10)重复执行第8、9步，直到柱状图上得到较满意的结果。

(11)检查线表、负荷明细表中的数据，确认信息正确、完整。

(12)针对线表及评估结果，撰写相应的分析报告，提出应对措施。

3 软件架构和计算原理及开发环境

3.1 软件架构

基于UI-后台分离原则按功能耦合紧密程度进行划分，主要模块如下：

(1)线表项目信息数据表格控件(DataGrid)：用于船舶项目文字信息交互操作。

(2)线表项目数据集(DataSet)：用于船舶项目信息的后台存储和数据管理。

(3)线表图形控件(Chart)：用于图形化显示船舶项目信息和交互操作。

(4)窗口负荷显示控件(Load Display)：用于线表负荷结果显示。

(5)线表评估计算模块(Load Calculate):根据线表项目数据集进行负荷计算。

(6)EXCEL功能代理模块(ExcelProxy)：负责代理操作EXCEL，获得系统配置、项目信息。

(7)文件读写模块(EXCEL)：提供EXCEL文件读写服务。

3.2 数据流向

数据流向见图1。图中，第1项数据以手工输入，第2、3、7项数据以EXCEL表储存，第4、5、8项为软件本体。

图1 数据主流向

3.3 负荷计算基本原理

线表中各种船型设置评估指标为：总工时、钢加工量、组立数、涂装面积、管加工数，油船项目可增设特涂面积等指标。采用相对线表中的节点的方式设定工序的起止日期。由线表节点日期计算出具体的起止日期。对工序周期进行分段，每段进行工作量的分配。在段内按自然天进行均分，然后按自然月进行项目工作量的累计，得到最终的负荷评估数据。

4 软件界面

4.1 线表主窗口

主界面包括两部分：

(1)左侧项目信息区(DataView控件)：用文字信息显示船舶项目信息。

(2)右侧线表交互操作区(Chart控件[5])：用甘特图显示项目信息，进行时间节点交互操作。

4.2 负荷柱状窗口

负荷柱状图根据系统设定的评价指标实时显示线表对应的负荷及能力值。其横轴为时间(月)，纵轴为对应工序物量。此柱状图与线表联动，实时更新，为操作者调整项目节点时间作出反馈。

4.3 EXCEL操作窗口

EXCEL操作窗口可以用来读取和写入EXCEL文件，如有必要也可以在其中修改数据。EXCEL充当COM SERVER角色。船型信息、软件配置信息、负荷评估计算的详细结果都会以EXCEL格式展示，可方便进一步分析处理数据。软件运行时会打开以下3个工作簿：

4.3.1 系统配置工作簿

(1)系统配置表：保存全局参数。

(2)船型信息表：船型(系列船)物量信息。

4.3.2 项目信息工作簿

评估模块输出的中间文件。评估模块按线表中项目“船型”列匹配船型信息表的名字，然后复制此表至项目信息工作簿中，并将线表中节点时间写入此表节点时间单元格内。各工序起止时间，按照船型信息表中设定的关联关系(EXCEL公式)计算出具体时间。此工作簿中工作表数目应与线表中项目数一致，且表名和线表中项目名一致。表中内容与船型信息表一致，但节点时间与线表一致。

4.3.3 负荷明细工作簿

(1)每个工序对应其中的一张表，评价内容是由系统配置表和船型信息表确定，由软件动态生成。

(2)第1行为列名，自第2列开始，用“年-月”标识每个项目工序在此自然月的工作量比率。此时间范围由线表最早的节点时间所在自然月及最晚时间所在自然月确定。

(3)数据从第2行开始，按项目&自然月输出工作量比率(本船型总工作量为基准，即为1)。

(4)工序表格最后2列为项目总工时和本工序所占比率(项目总工作量为基准)。如果此工序有多个评价指标，则全部显示在后面。

(5)软件会按照工序、自然月累加的方式进行统计，并按工序自然月把统计结果发送至负荷柱状窗口进行图形化显示。

(6)此表中数据可用EXCEL进行汇总并生成直方图、饼图等，作为数据支撑用于分析报告中。

5 系统配置

(1)系统配置包括能力评估配置(工厂能力值和项目的物量信息)和线表图表元素配置。

(2)所有在EXCEL中配置的参数项，行和列均采用数字标识，在EXCEL选项的公式设定中，复选“R1C1引用样式”，EXCEL会以数字作为列标识。

5.1 评估指标及工厂能力设定(CONF表)

5.1.1 劳力设定

劳力基础信息用来将工时计算出劳力人数，包括每月出勤天数、每天出勤时长、效率数。

5.1.2 长假设定

长假设定主要是针对春节和高温假(大于1周)，能力评估计算时需排除掉，使之更符合实际情况，计算结果更准确。

5.1.3 专业(工序)设定

专业(工序)设定主要包括工厂项目需评估的所有工序，默认评价指标为工时。常用工序包括切割加工、小组、组立、总组、搭载、管预制、分段舾装、后行管装、后行机装等。在此处增加工序对应的能力评价指标及其工厂能力限额。如：组立除用工时评价外，还需考虑定盘面日数，因此加入面日数作为第二评价指标，工厂限值为500面；第三评价指标为加工重量，工厂能力限定为25 000 t/月。所有船型表格中工序及物量的名称必须与此处设定一致。

5.2 船型设定

5.2.1 船型总体信息

船型总体信息包含船型评估的总体信息，一个船型所有项目信息相同。评估指标与其数值量需要成对使用，否则此项将被忽略。常用的评估内容有总工时、加工重量、钢板加工张数、定盘面日数、管子加工总数、涂装面积、总组吊数、搭载吊数等船厂关键资源。评估项目可以按需增加，如果行列不够，可以修改CONF表中的配置以满足要求。

5.2.2 节点信息

节点名称是固定的，包括5个重要节点：切割开始(SC)、铺龙骨(KL)、半浮(HF)、下水(LA)、计划交付(PD)。上述节点名与线表中一致，以此为标识来传递线表中的节点时间，用于工作量分配。各工序起止时间以节点为基准加上偏移值作为确定值，按段分配至自然月，汇总后用柱状图展现。

5.2.3 船型物量(工时)分配

船型物量按工序按时间段进行工作量分配。

(1)对于评估的工序，需要设置时间起点和终点、所占总工时的占比及时间阶段比率(通常一个工序在时间上分布类似一个正态分布曲线)。

(2)时间起点和终点基于参考节点及其偏移量(可正负)的计算结果。

(3)船型物量(工时)占比之间的数据设置规则如下：

①每行(工序)内 SUM(阶段比率)=1；

②SUM(专业工时占比)=1；工作量分配在阶段内是按天进行均分的，在自然月内按天累加；如遇长假，则为0，将会减掉假期后，按余下天数均分；

③月工序工时实数=船型工时总数×本专业工时占比×月工序工时占比；

④除工时外：月工序评价指标实数 = 船型评价指标总数×月工序占比。

工作量分配依据本企业已建同系列项目能够得到准确值，否则只能同类型船估算。

6 软件交互操作

主操作面板由两部分构成：DataView控件与Chart控件，这两者是相互联动的，即通过鼠标操作右侧线表控件，软件自动计算其时间并更新左侧日期，反之也可通过键盘输入日期自动更新线表。

6.1 项目信息区(DataGrid控件)

(1)序号：标识本行数据。

(2)项目：基本信息，用于创建计算结果中的表格名称，以及评估结果行标识。

(3)船型：船型信息将与船型配置表的名称匹配，用于获取此项目的物量信息，以及各工序的工作量的分配。线表中的节点时间将被写入到此表，由各工序起止时间与参考节点的关联关系来计算。此计算由EXCEL公式实现。

(4)切割、进坞、出坞、海试、计划完工、计划交船、合同交船：属于图形绘制的必要信息。在船型设定中作为各工序起止时间计算的参考节点。

(5)其他列可空，其中半浮列用于指标图形绘制的类型。

(6)在列名单单击，可按此列进行排序。

(7)当输入一行信息时，所有必要列都被输入，且数据都有效时，图形即被绘制；所有的项目信息及节点时间即被发送到评估模块，结果计算出后被显示到负荷显示窗口和EXCEL窗口。

6.2 线表操作区(Chart控件)

Chart控件交互操作如下[2]：

(1)单个节点的调整。鼠标右键拖动节点，沿时间轴向前向后拖动节点。按下鼠标时，必须位于节点坐标相应范围，此范围大小在CONFIG面板中“拖动范围”确定。释放鼠标后，线表重新绘制。

(2)单个项目时间整体调整(各节点相对时间不变)，此操作将会引起DATASTE数据更新，评估模块将重新计算。

(3)项目之间顺序调整，只修改了显示顺序，对评估结果无影响。

7 结语

本文通过规范编制流程，自定义交互线表控件，数据与图形联动，可任意扩展负荷评价指标。通过设定时间分段、长假自动排除、时间分段均分算法等方法，结合计算机软件，解决了线表编制及其负荷评价的难题，已成功应用于企业的线表编制工作中，极大地提高了线表编制效率。