面向集成的造船总装生产线分析

2023-01-09 来源：汇智旅游网

船体与舾装

HullStructure&Outfitting

面向集成的造船总装生产线分析

王　利

(华东船舶工业学院管理工程系)

动化和系统工程等领域的技术,将企业全部生产过

　　提　要　本文根据集成制造的原理,结合船舶制造特点和现状,论述了建立面向集成的造船总装生产线的必要性和可行性,并以生产线生产方式探讨了现代造船模式的计划、组织、控制形式,首次提出了“集成中间产品”、“集成中间产品组”、“中间产品组”的概念及相互间的关系。

　　主题词　造船　生产管理　生产线程中有关人、技术、经营管理要素,及信息流和物流有机地集成并优化运行,以实现产品高质量、低成本、上市快,从而使企业在竞争中赢得市场的一种制造模式。而在计算机的网络支撑下的IM,通常称为

计算机集成制造(CIM)。计算机集成制造系统(CIMS——ComputerIn2tegratedManufacturingSystem),是基于IM哲理所构成的优化运行的企业制造系统。IM哲理只有一个,即集成;CI规模、需求、MS则由于企业的类型、目标和环境不同而有很大的差别,故实现CIMS的过程与结果必然是不同的。但就技术而言,CIMS的许多相关技术具有共性。总的来讲,IM是组织现代化生产的“制造哲理”,CIMS可理解成是一种工程技术系统,是IM的具体实施,是先进制造系统的一种模式。但这种模式不是单纯技术上的“自动化”,它所强调的是用集成来提高企业的竞争力。2.2　CIMS的特点

1　引言

　　集成制造(IM——IntegratedManufacturing)是一种哲理、更是一种创新的制造模式。日本长期重视

[1]

研究和推广IM,使其在众多领域内,尤其是汽车、造船工业长期保持领先地位。我国造船企业早在20世纪80年代初就应用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规程设计(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)、成组技术(GT)等进行船舶设计和建造;在1985年～1990年间,把造船成组技术、托盘管理等作

为重大课题进行了研究和推广;90年代后,造船的先进制造技术和装备也得到了大量的引进和使用。但造船生产的效果较差,具体表现在:生产周期长(比日本同类船长30%),工时消耗多(比日本高8倍以上),能耗高(电耗比日本高10倍以上)[2],竞争力低。据权威机构采用国际通用方法对我国造船技术水平进行评估,1983年我国与国外先进船厂的综合水平相差11年,1998年差距扩大到15年。其中差距最大的是船舶生产组织和生产过程控制、各项工程完成状态和生产效率控制方面[3]。由此可见,很有必要对面向集成的造船总装生产线进行探讨。

从IM概念中可得出两个基本观点:一是企业生产的各个环节,即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理,到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体,要紧密连接,统一考虑;二是整体生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程,最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。故基于IM哲理构成的CIMS应用时具有以下特点。

(1)CIMS不仅是一种技术系统,更是一个企业整体集成制造优化系统。它的核心是“集成”,其集成特性主要包括:①人员集成(管理者、设计者、制造者、保障者以及用户集成为一个协调整体);②信息集成(产品生命周期中各类信息的获取、表示、处理和操作工具集成为一体,组成统一的管理控制系统);③功能集成(主要有工程设计功能模块、产品制造功能模块、经营管理功能模块、质量保证功能模

　　　　　　造船技术　　2001年第4期(总第242期)

2　集成制造IM和计算机集成制造系统

CIMS

2.1　IM和CIMS含义

集成制造是综合运用现代管理、制造、信息、自・8・

块、集成环境);④技术集成(主要由现代制造系统管理技术群、面向制造的工程设计技术群、物料处理方法和设备技术群三部分构成)。“技术CIMS为消除孤岛”、“信息孤岛”和“管理孤岛”提供了哲理、方法、手段途径,可最大限度地发挥单元技术的作用。

(2)CIMS中的设计制造技术是适用技术,它不是一成不变的,是动态技术。它并不摒弃传统技术,而是不断用科技新手段去研究、改造和充实传统技术。

(3)实施CIMS需有一定的经费支持,但并不需要很大的投资。国内外企业的实践证明,在CIMS上的投资,因企业的基础和需求不同而不同。目前船厂普遍采用了部分计算机辅助技术,实施CIMS不过是要进行总体规划和设计,建立一个信息集成的环境,分部集成并优化上述各种计算机辅助技术。

(4)CI技MS特别强调人的主体作用,强调人、术、管理三者的有机结合。(5)目前,企业在有些关键技术尚不成熟、设备和技术还不配套的情况下,CIMS可以在总体规划下分步实施,分阶段见效。

或相似的产品具有一定的数量,且数量愈大愈好;二是产品的结构工艺性稳定,且易分解。船舶产品作为一个大型组装的工程项目,基本具备了组织生产线制造的要求。

3.2.1　同类型船舶

据资料统计[4],日、韩主要船厂都在尽可能连续建造同型船舶,这些船舶往往是由多个船东多个合同组成的。在2000年2月手持船舶合同100万载重吨以上的日、韩船厂中,75%的船厂手持不同船东、大小相近、批量5艘以上的同型船舶,均占该船厂手持船舶合同的50%以上;而近50%的船厂达到70%以上。我国主要船厂1993年以来,连续建造同类型船舶的比例也在20%～50%之间。

虽然船舶的建造是属于订货型的,需适应不同的船东要求,但是,随着航运业、造船业的日益成熟和高度发达的信息交流,受同类型船舶、技术标准和科技成果的共同影响,船东的质量要求大同小异,各类标准船型的陆续推出,也使船舶的结构相似性提高,分段结构的互换性增强,为组织生产线建造打下了基础。

3.2.2　中间产品

中间产品相对最终成品而言,它是产品生产过程中的部件、零件或毛坯。按照现代船舶制造模式,船舶产品可按系统、区域、类型、阶段的生产特征逐级分解、分类制造。船体建造按类型可分成艏舱、货舱、机舱、艉舱、上层建筑部分的合拢与整合。而每个部分又可分解成大分段装配、分段装配、小分段装配。每个分段又可分解成部件装配。每个部件装配分解成零件装配。每个零件装配可分成不能再继续分解的零件加工。结果使庞大的复杂工程变成大量的通用性和相似性极大的零件加工、装配问题,而相应的加工、装配工艺主要是号料、切割、弯曲、拼板、拼装、装配、焊接等。区域舾装、区域涂装和管族生产等也可结合船体建造作类似分解。因此,以中间产品为对象组织生产线连续均衡生产是完全可行的。3.2.3　制造技术

传统的船舶建造是以工艺为对象的专业化生产,面向集成的造船总装生产线生产是以船舶中间产品为对象的,制造级逐级放大至总装式的生产。生产组织方式的改变,必须依靠现代的技术。

(1)设计技术。以系统和特征的船舶设计,无法直接组织以中间产品为导向的、按区域󰃗类型󰃗阶段为生产特征的船舶建造,故必须把其及时转化成面

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3　可行性分析

3.1　船舶制造特征和现状

船舶产品与制造具有以下特征:

(1)船舶制造属于工程项目型的单件小批量生产类型,建造周期长,占用资金大,成本高;

(2)是劳动密集型与技术密集型并存的、综合性的大型组装工业,工种、专业繁多,生产过程复杂,设备利用率低;

(3)高空、立体交叉作业多,拼焊装配的工件大、重,且形状不一,移动困难,劳动生产率低,工作环境差;

(4)配套企业多,配套产品复杂。

现阶段,我国船厂大多采用分段建造法组织建造船舶,骨干船厂采用了面向分道制造模式的分段预舾装和管族生产线生产。然而,在生产组织上,仍是按系统或系统某部分编制的舾装作业来确定施工项目。在施工过程中,因施工项目任务包过大,内容广泛,目的较多,使协调工艺流程困难,常常陷入传统舾装法所遇到的问题中去,结果是建造效率低下,建造周期过长,埋没了先进单元技术的效用。3.2　生产线组织的基础

组织生产线生产的基本条件有两个:一是相同

　王利:面向集成的造船总装生产线分析　　　　　　　

向生产特征的设计,即“转化设计”。由此生成的生产设计、中间产品工作图和各托盘图表等为以中间产品为对象的生产线制造创造条件。但这也是一项时间要求紧、技术难度大、协作面宽、复杂程度高的技术工作。目前,骨干船厂已大部分采用了计算机辅助设计(如概念设计、优化设计、有限元分析设计、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等);计算机辅助工程分析;计算机辅助工艺规程设计;计算机辅助制造;精度设计等。进一步的工作是将上述各项设计技术组成工程设计集成分系统,同时应用并行工程和系统工程,消除彼此作为独立的“自动化孤岛”,实现各自作为独立体系之间的信息自动化传递和交换,为实现船厂的CIMS奠定基础。(2)工艺制造技术。成组技术和精度控制技术是把大型工程类单件小批量生产转化为大批量装配制造的先进技术。不少船厂已应用成组技术制造管系零部件,用精度控制技术制造合拢分段,且已取得了良好的效果。对于建立造船总装生产线来讲,需要把成组技术推广应用到船体建造、区域舾装和涂装,把精度控制技术应用到每个制造级的中间产品上,最大限度地扩大相同和相似零部件数量,建立成组单元进行加工和组装的工作地,进而建立成组流水化生产的造船总装生产线。

(3)管理技术与方法。管理技术是研究制造企业和制造系统的组织及管理模式。先进的制造技术和生产方法必然要求与之相适应的管理技术与方法。我国大中型船厂在20世纪80年代初就开始应用网络计划技术编制单船进度计划,90年代初分步推广应用成组技术进行设计、制造和管理。90年代中期狠抓了全面质量管理,逐步推广了计算机集成质量系统,许多船厂先后通过了ISO9001等质量保证体系认证;90年代末有些船厂开发了制造资源计划(MRP󰂫——ManufacturingResourcesPlanning),少数船厂正在开发企业资源计划(ERP——Enterprise

各种先进管理技术和方法ResourcesPlanning)等等。

的应用,提高了船厂的生产管理水平,为建立面向集成的造船总装生产线打下了良好的管理基础。

用总装生产线方式建造。因此,总装造船生产线属于多品种成组生产线。

(2)造船工艺流程长。按制造级分类的中间产品,既有自下而上的逐级组装,也有跨级拼装。构成复杂,外形多样。有的中间产品庞大、沉重,传递设备只能以通用的起重设备和运输车辆为主,即使采用辊道、滑动平台等固定式传送设备也只能局限在少数的工艺流程中。可见,造船总装生产线基本上采用工作地固定作业方式。当然,小分段以下的零件加工、零件装配、部件装配,钢板预处理等,可以实现对象移动的流水线生产。(3)从生产节奏来讲,由于造船生产的复杂性,工件的庞大,造船总装生产线在其发展尚不成熟的较长时期内,只能是自由节拍生产线。4.2　集成中间产品

造船总装生产线的加工对象是中间产品,生产线上的各个工位(或称加工单元)是按对象专业化原则设置的。因中间产品完全相同的不多,较多的是相似性中间产品。按照成组技术的原理,生产线上设置的加工单元应以“集成中间产品”为对象。因“集成中间产品”是在分析中间产品特征分类、特征关系、特征类库的基础上建立的,它代表了该加工单元所有中间产品的加工特征,而以加工“集成中间产品”的加工单元为基本工位建立起来的生产线,具备较好的工艺稳定性和适应性。4.3　生产线节奏

节奏均衡连续生产是生产线的显著标志。对于造船总装生产线来讲,较理想的是以“集成中间产品”为代表的部分中间产品作为零件组,且形成标准。考虑到造船的特殊性和生产线生产尚处在初级

(即相似的集成中阶段,零件组以“集成中间产品组”

间产品)为宜。这样,既可以一步到位建立起面向

“集成中间产品”库,为CICIMS的标准化MS的设计生产服务一体化打下基础,又可以克服因贯彻实

施标准化“集成中间产品”而给各船厂带来生产线工位加工的局限性,而一组“集成中间产品”加工工时就是生产线出产产品的节奏。

按照工位同步化原则,各个工位的加工工时应基本相等,现有条件下无法分解的工位,其工时应为标准工时的整数倍。由于现阶段船厂对船舶建造分解的程度不同,加工的条件不同,生产线节奏也无法统一。但是,相同制造级别的“集成中间产品组”的加工工时应一致。对于相同性质的不同制造级别的和

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4　造船总装生产线

4.1　生产线的性质

(1)无论是同类船舶还是中间产品,完全相同

的极少。为了尽可能地连续建造同类型船舶,必须将船舶细分成多种具有相似生产过程的中间产品,采・10・

不同性质(壳、舾、涂)的相同制造级别的“集成中间产品组”,在各自工位上的加工工时也应一致,起码做到互成整数倍。这一点很重要,它不但是建立生产线的基础,也是进一步发展成计算机集成制造系统的基础。

4.4　生产的计划与控制方式

计划是船厂生产作业、环节协调、过程控制工作的准绳。实行总装生产线建造船舶,就是以面向中间产品为导向,实行空间分道,时间有序,壳舾涂一体化的现代化造船。因此,采用的计划方式既要适应订货型的、单件小批量大型工程项目类的生产需要,又要满足面向集成的均衡连续生产线的客观要求。为此,必须构造新的生产计划和控制方式。

4.4.1　单船建造的计划控制对象——“中间产品“集成中间产品组”。它们的相同之处是均由中间产

品构成,不同的是“中间产品组”作为船舶的建造节点,是由不同加工属性的中间产品组成,它只满足单船进度和组装流程要求,不考虑中间产品之间的加工相似性;而“集成中间产品组”是在满足同一船舶和不同船舶之间的中间产品生产进度计划条件下,按相似性成组地采用生产线进行均衡连续加工的。当然,在生产过程中尚需与生产能力、物资供应等平衡与协调。故船厂的生产计划与作业控制必须采用新的、适用的方式。制造资源计划(MRP󰂫)是对制造业生产经营活动所建立的一种模式。它实现了对企业生产计划和供应计划的管理,详细地编制能力需求计划、物料需求计划和生产作业计划,并可以方便地对几种计划方案进行评价和控制。MRP󰂫的主要特点是在作业时段细致分割的基础上,把生产计划的对象分为独立需求和从属需求,根据从属需求往往是非连续的、不均衡的特点,打破产品界限,按反工艺路线顺序地推算出产品组成部分的零部件的出产量与期限、各种外协件的采购量与期限,数据集中、资源共享、反馈及时、控制有序、计算机化。MRP󰂫能最大限度地降低物料库存,及时反馈与控制,及时编制因故而变更的作业计划,实现生产、供应子系统与财务、经营等管理子系统的集成。

根据船舶的建造特点和现代造船模式的要求,把PERT建造单船的节点——“中间产品组”作为独立需求,在此基础上派生出的中间产品为从属需求,把同一作业时段内的从属需求——中间产品按相似性分组,据此编制出以“集成中间产品组”为对象的全厂、车间、工段的作业计划和物资供应计划。这样不但符合单船建造的进度要求,解决了“中间产品组”和“集成中间产品组”在生产进度、加工组合上的衔接问题,而且满足了面向集成的造船总装生产线的均衡连续高效生产的要求。4.4.3　生产线标准工作指示图表

生产线标准工作指示图表是为尚不具备连续性的生产线编制的。它是在通过确定生产线的节奏和“集成中间产品”时间定额,计算出每个加工单元的工作地数目和负荷,考虑工位兼管,确定每个工位应配备的工人后而编制的。它规定了每个工作地看管期内的作业延续时间;各个工作地在看管期内工作

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组”

计划评审技术(PERT——ProgramEvaluationandReviewTechnique)以网络的形式,反映组成船舶工程项目和作业的各项活动的先后顺序和相互关系。通过相应的计算,找出影响船舶项目建造全局的关键活动和路线(流程),并利用时差和资源配置,不断改善网络计划,求得工期、资源、成本的最佳方案。PERT可以继承甘特图的长处,弥补其不足,并在实施过程中对某一作业计划调整时,均可清楚地知道它对全局或单元所产生的影响程度,使计划控制有序化,且极易计算机化。PERT的计划单位和控制对象是作业(活动),应用PERT建造单船的计划单位和控制对象是构成船舶的“中间产品组”。通过

“中间产品组”的完工日程和各“中PERT,可以确定

间产品组”之间的作业程序、组装的逻辑关系,确定

影响单船建造进度的关键“中间产品组”和由其构成的主建造流程。“中间产品组”也是单船建造的节点,它是由不同性质的中间产品组成的,它具有降级(制造级)分解成中间产品的功能,被分解出的中间产品按某种要求可重新组合,且与总装生产线的作业对象、工位设置相对应。这样,有利于形成设计生产的模块化,计划、制造、控制的一体化,有利于组织不同船舶中的相同或相似中间产品的成组批量生产。4.4.2　船厂生产的计划控制对象——“集成中间产品组”

“中间产品组”的PERT确定了组成单船所有的

生产完工日程和之间的作业程序、组装的逻辑关系,但是,它无法直接作为船厂的生产计划。因为,

“中间产品组”不等同于总装生产线上的PERT中的

　王利:面向集成的造船总装生产线分析　　　　　　　

2　日常控制

　　日常控制是指企业计算机会计系统运行过程中的经常性控制。日常控制包括经济业务发生控制、数据输入控制、数据处理控制、数据输出控制和数据储存控制等。

(1)业务发生控制。在发生经济业务时,通过计算机的控制程序,对业务发生合理性、合法性和完整性进行检查和控制,如表示业务发生的有关字符、代码等是否有效,操作口令是否准确,经济业务是否超出了合理的数量、价格等的变动范围。企业还应建立有效的控制制度以保证计算机的控制程序能正常运行。

(2)数据输入控制。由于计算机处理数据的能力非常强,处理速度也非常快,如果输入的数据不准确,处理结果就会出现差错,在数据输入时如果存在哪怕很小的错误数据,一旦输入计算机就可能导致错误的扩大化,影响整个计算机会计系统的正常运行。因此,企业应该建立起一整套内部控制制度以便对输入的数据进行严格的控制,保证数据输入的准确性。数据输入控制首先要求输入的数据应经过必要的授权,并经有关的内部控制部门检查;其次,应采用各种技术手段对输入数据的准确性进行校验,如总数控制校验、平衡校验、数据类型校验、重复输[上接第11页]

入校验等。

(3)数据处理控制。数据处理控制是指对计算机会计系统进行数据处理的有效性和可靠性进行的控制。数据处理控制分为有效性控制和文件控制。有效性控制包括数字的核对,对字段、记录的长度检查,代码和数值有效范围的检查,记录总数的检查等。文件检查包括检查文件长度、检查文件标识、检查文件是否被病毒感染等。

(4)数据输出控制。数据输出控制是企业为了保证输出信息的准确性、可靠性而采取的各种控制措施。输出数据控制一般应检查输出数据是否与输入数据相一致,输出数据是否完整,输出数据是否能满足使用部门的需要,数据的发送对象、份数应有明确的规定,要建立标准化的报告编号、收发监管工作等。

(5)数据储存和检索控制。为了确保计算机会计系统产生的数据和信息被适当地储存,便于调用、更新和检索,企业应当对储存数据的各种磁盘或光盘作好必要的编号,文件的修改、更新等操作都应附有修改通知书、更新通知书等书面授权证明,对整个修改更新过程都应作好记录,以便业务人员或审计人员查询或跟踪检查。

目标,对造船总装生产线的生产组织进行了分析。分析得出:控制单船建造进度的计划控制方式是“中间产品组”;生产线组织生产的工PERT,对象是

位是成组加工单元;加工对象是“集成中间产品组”;节奏是“集成中间产品组”的加工工时;生产计划控制的主要方式是MRP󰂫;指导工位作业的是生产线标准工作指示图表。目的是走集成化的发展道路,提高船厂的竞争力。通过分析,提出了一些观点,得出了一些结论来与造船界的同行一起研讨。

的起止时间;生产线上工人作业任务的分配和各工位上下衔接的时间、地点。一般看管期视企业产品生

产情况统一确定,最长不超过一个班的工作时间(8小时)。

生产线标准工作指示图表,是替代传统造船模式下作业日程计划的生产线作业计划。它是PERT单船计划与MRP󰂫的具体化和继续,是全面贯彻制造计划,及时有效地控制生产的保证。4.5　生产线的工人配备

对生产线加工单元的工人配备,必须按照对象专业化的原则进行,打破单一工种分类作业,采用复合工种加工作业的单元组织形式,每个加工单元做到:定人员、定设备、定场地、定任务、定激励,按生产线标准工作指示图表进行生产。

6　参考文献

1　张根保.先进制造技术.重庆:重庆大学出版社,1996.5～10

2　朱汝敬.入世对我国船舶工业的影响及应对.船舶经济贸

易,2000,(2):10

3　徐学光.探索船舶工业的持续发展.上海造船,1999,(1):

4　余宝山.试论均衡连续的总装造船生产线.造船技术,

2000,(2):10

5　结语

　　本文运用生产管理的基本原理,以集成制造为

　郑薇:电算化会计系统的内部控制　　　　　　　　　

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