朱安慶，余逸，王炬成

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

郵輪項(xiàng)目普遍使用單元模塊化建造方法，薄板舾裝流水線作業(yè)可以脫離船體基礎(chǔ)獨(dú)立進(jìn)行[1]。在現(xiàn)代造船模式下，相較于同等級(jí)尺度的貨船，建造一艘郵輪需要2～3倍的時(shí)間，而薄板結(jié)構(gòu)的建造組裝時(shí)間約占全船的2/3[2]。郵輪具有多層甲板結(jié)構(gòu)，客艙多、上層建筑體積占比大等特點(diǎn)，決定了建造郵輪需要使用大量的薄板結(jié)構(gòu)，以達(dá)到減輕郵輪結(jié)構(gòu)自重的目的。在大量的薄板結(jié)構(gòu)中，平面薄板結(jié)構(gòu)又占據(jù)多數(shù)，為提高郵輪的建造效率，實(shí)現(xiàn)平面薄板結(jié)構(gòu)的持續(xù)均衡生產(chǎn)，船廠需要組建適用于自身特點(diǎn)的薄板平面分段流水線。船廠的薄板流水線解決了郵輪建造大量典型薄壁結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)問題，但如何針對(duì)不同的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)使得不同船廠流水線工位設(shè)置略顯差異，研究工位設(shè)置對(duì)流水線計(jì)劃的影響對(duì)于提高薄板流水線的運(yùn)行效率非常必要。考慮通過(guò)確定流水線關(guān)鍵工位和輔助工位對(duì)薄板流水線計(jì)劃的影響，采用精確的管控方法對(duì)計(jì)劃偏差做出有效調(diào)控。以某船廠郵輪薄板流水線實(shí)際工位布置為研究對(duì)象，采用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法對(duì)其進(jìn)行分析，劃分關(guān)鍵工位和輔助工位，計(jì)算出各項(xiàng)計(jì)劃管控參數(shù)，根據(jù)各類參數(shù)對(duì)流水線計(jì)劃的影響程度討論計(jì)劃調(diào)控方法，合理管控流水線計(jì)劃，使流水線生產(chǎn)計(jì)劃運(yùn)行高效、穩(wěn)定。

1 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的特點(diǎn)

船廠傳統(tǒng)的計(jì)劃管控方法是以運(yùn)用廣泛且操作簡(jiǎn)單的甘特圖為主，將生產(chǎn)按照節(jié)點(diǎn)順序、工作對(duì)象在時(shí)間表格上進(jìn)行排序，便于船廠高層管理人員編制日程計(jì)劃。缺點(diǎn)是不易表達(dá)復(fù)雜生產(chǎn)線工序之間的邏輯關(guān)系，難以適應(yīng)大型的計(jì)劃管控系統(tǒng)，而且各工序的生產(chǎn)時(shí)間參數(shù)計(jì)算比較粗糙，不能直觀看出計(jì)劃的關(guān)鍵路徑和關(guān)鍵工作，在出現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整時(shí)重新編制難度較大。

此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法的體現(xiàn)形式是各種網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖，將流水線上需要消耗場(chǎng)地資源、人力、時(shí)間的工序繪制到網(wǎng)絡(luò)圖上，各工序相連形成工位路徑，不同路徑形成工位間的邏輯關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖可以直觀體現(xiàn)出復(fù)雜生產(chǎn)工作管理的組織關(guān)系及工藝關(guān)系，各工位之間相互依賴、彼此約束，確定各工序的開工、完工節(jié)點(diǎn)后可以計(jì)算出流水線各工位上的緩沖時(shí)間，可以在不改變工藝和工序間邏輯關(guān)系的情況下合理調(diào)配車間資源，保證生產(chǎn)進(jìn)度滿足建造計(jì)劃的需要。所以，采用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法來(lái)分析郵輪薄板平面分段流水線是具有適用性的，深入應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃能進(jìn)一步優(yōu)化流水線管控措施。

2 郵輪薄板平面分段流水線

2.1 流水線工位布置

以某船廠為例，該船廠經(jīng)過(guò)整合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)工藝和裝備，考慮到郵輪建造特色，組建了薄板平面分段生產(chǎn)流水線。該流水線上各工位的參數(shù)信息和各生產(chǎn)工位間的邏輯關(guān)系見表1。不同船廠結(jié)合在建項(xiàng)目和自身特色可適當(dāng)增減工位，可調(diào)整形成適合自身生產(chǎn)能力的薄板流水線管控計(jì)劃。

表1 郵輪薄板平面分段流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的邏輯關(guān)系及持續(xù)時(shí)間

每個(gè)工位上的生產(chǎn)作業(yè)為一項(xiàng)獨(dú)立工作，以表1中郵輪薄板流水線的T型材加工為例，可以同時(shí)作業(yè)的部件/圍壁加工稱為該工作的平行工作，緊挨著T型材加工后面開工的T型材裝焊稱為該工作的緊后工作，而表1中鋼板下料和型材下料兩項(xiàng)工作完成后T型材加工才能開始，所以這兩項(xiàng)工作稱為T型材加工的緊前工作。依據(jù)各項(xiàng)工作之間的邏輯網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，對(duì)其進(jìn)行連接，構(gòu)成雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖模型見圖1。雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖是由箭線及箭線兩端的節(jié)點(diǎn)編號(hào)共同表示生產(chǎn)作業(yè)流程的網(wǎng)絡(luò)圖，圖中每條箭線對(duì)應(yīng)一項(xiàng)生產(chǎn)工作，順著箭線方向箭尾和箭頭分別表示一項(xiàng)工作開工和完工[3]。

圖1 雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖模型

2.2 流水線網(wǎng)絡(luò)圖繪制

按照表1中各工位的參數(shù)信息，用雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖繪制出來(lái)，見圖2。

圖2 郵輪薄板平面分段流水線雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖模型

箭線上方表示流水線中的生產(chǎn)工位名稱，以表1中生產(chǎn)工位編號(hào)表示，下方表示該工位的作業(yè)持續(xù)時(shí)間，其中實(shí)箭線表示實(shí)際存在的一項(xiàng)過(guò)程，并且會(huì)消耗時(shí)間和資源，而虛箭線表示流水線中不存在的一項(xiàng)虛工作，不消耗時(shí)間和資源，僅僅起到聯(lián)系、區(qū)分和斷路的作用[4]。繪制出網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖后，便可以直觀地分析郵輪薄板流水線計(jì)劃管控流程，更合理地布置流水線工位及修正工位，從而根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度反饋給出針對(duì)性糾偏措施。

3 郵輪薄板平面分段流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃計(jì)算分析

3.1 流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃計(jì)算流程

通過(guò)計(jì)算郵輪薄板流水線各項(xiàng)生產(chǎn)工作的時(shí)間參數(shù)，確定流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的關(guān)鍵工位、關(guān)鍵路徑還有完工工期。通過(guò)參數(shù)分析為后續(xù)流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的優(yōu)化、調(diào)控提供準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)參數(shù)信息[5]。

1)生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)時(shí)間。指流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中一項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)從開工到完工的時(shí)間。

2)工期。完成流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃上一個(gè)完整分段的生產(chǎn)作業(yè)所需的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

3)6個(gè)時(shí)間參數(shù)計(jì)算。

(1)最早開工節(jié)點(diǎn)。指流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中各緊前工位全部完工的情況下，生產(chǎn)作業(yè)有可能開工的最早節(jié)點(diǎn)。

(2)最早完工節(jié)點(diǎn)。指流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中各緊前工位全部完工的情況下，生產(chǎn)作業(yè)有可能完工的最早節(jié)點(diǎn)。

(3)最遲開工節(jié)點(diǎn)。指在不延誤流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的情況下，生產(chǎn)作業(yè)必須開工的最遲節(jié)點(diǎn)。

(4)最遲完工節(jié)點(diǎn)。指在不延誤流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的情況下，生產(chǎn)作業(yè)必須完工的最遲節(jié)點(diǎn)。

(5)總時(shí)差。指一個(gè)工位在不延誤流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的情況下，可以利用的緩沖時(shí)間。

(6)自由時(shí)差。指一個(gè)工位在不延誤其緊后工位最早開工節(jié)點(diǎn)的情況下，可以利用的緩沖時(shí)間。

4)流水線雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算。

(1)最早開工節(jié)點(diǎn)和最早完工節(jié)點(diǎn)。當(dāng)流水線作業(yè)沒有特別規(guī)定時(shí)，完工節(jié)點(diǎn)的參數(shù)即為計(jì)算工期，此模型中取預(yù)舾裝工位為完工節(jié)點(diǎn)。取郵輪鋼板、型材出庫(kù)工位為初始節(jié)點(diǎn)，定義最早開工節(jié)點(diǎn)為零；其它工位的最早開工節(jié)點(diǎn)為其所有緊后工位最早完工節(jié)點(diǎn)中取大值。在求出最早開工節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上計(jì)入該工位消耗時(shí)間即為最早完工節(jié)點(diǎn)。

(2)最遲開工節(jié)點(diǎn)和最遲完工節(jié)點(diǎn)。取預(yù)舾裝工位的節(jié)點(diǎn)參數(shù)為終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)；其它工位的最遲完工節(jié)點(diǎn)為所有其緊后工位最遲開工節(jié)點(diǎn)中取小值。在求出最遲完工節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上排除該工位消耗時(shí)間即為最遲開工節(jié)點(diǎn)。

(3)總時(shí)差和自由時(shí)差?？倳r(shí)差為流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型中一個(gè)工位最遲完工節(jié)點(diǎn)與最早完工節(jié)點(diǎn)相比較多出的余量，或是最遲開工節(jié)點(diǎn)與最早開工節(jié)點(diǎn)相比較多出的余量；自由時(shí)差為該工位全部緊后工位最早開工節(jié)點(diǎn)與該工位最早完工節(jié)點(diǎn)的余量中取小值。

5)關(guān)鍵工作和關(guān)鍵路徑的確定。

(1)關(guān)鍵工位。流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中總時(shí)差余量最小的工位。

(2)關(guān)鍵路徑。整個(gè)流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中全部由關(guān)鍵工位串聯(lián)成的路徑，或總的工位持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的路徑為關(guān)鍵路徑。

將圖2中各節(jié)點(diǎn)參數(shù)按上述流程進(jìn)行計(jì)算并標(biāo)注圖上，繪制出該流水線的網(wǎng)絡(luò)圖計(jì)算示例，見圖3。

圖3 郵輪薄板平面分段流水線雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖計(jì)算示例

由圖3計(jì)算結(jié)果得出，該郵輪薄板流水線關(guān)鍵路徑有2條：①→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→→→→和②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→→→→，在圖中用粗箭線表示。關(guān)鍵工位為郵輪鋼板出庫(kù)、郵輪型材出庫(kù)、預(yù)處理、拼板下料、銑邊、劃線/切割/打磨、型材裝焊、板縫/縱骨拼接、T型材裝焊、部件/圍壁裝焊、預(yù)舾裝，輔助工位包括鋼板下料、型材下料、T型材加工、部件/圍壁加工。

3.2 流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃調(diào)控方法

3.2.1 流水線時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型

通過(guò)圖3網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃找出流水線關(guān)鍵路徑和關(guān)鍵工位后，還不足以讓使用者對(duì)特定節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃參數(shù)做出直觀判斷，為此，在原有網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖的基礎(chǔ)上引入時(shí)間軸，將分段舾裝前的郵輪薄板流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型轉(zhuǎn)化為時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行進(jìn)一步的分析，見圖4。時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)圖屬于雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的一種特殊形式，結(jié)合了船廠甘特圖和網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖的特點(diǎn)，便于清楚表示流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的時(shí)間進(jìn)程，還可以直觀顯示出各工位開工和完工節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵路徑以及生產(chǎn)作業(yè)的自由時(shí)差。

首先定義標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間段在圖上繪制出節(jié)點(diǎn)區(qū)間，然后繪制波紋線，以波紋線跨度表示該工位可利用的緩沖時(shí)間。接著識(shí)別出關(guān)鍵路徑，判定條件是從初始節(jié)點(diǎn)至終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)無(wú)波紋線的路徑。以T型材加工為例，利用圖3計(jì)算結(jié)果在圖4中繪制波形線跨度為4個(gè)單位，使用者可直接看出該工位有2 d的機(jī)動(dòng)時(shí)間可以利用，若T型材加工延誤不超過(guò)2 d，則不會(huì)對(duì)薄板流水線總工期和T型材裝焊工作產(chǎn)生影響，故應(yīng)在該工位設(shè)置修正工位，一旦出現(xiàn)不合格中間產(chǎn)品便可移至修正工位，后續(xù)工作不受影響，以此保證流水線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。最后，根據(jù)反饋統(tǒng)計(jì)出流水線每一單位時(shí)間內(nèi)對(duì)郵輪薄板生產(chǎn)資源的需要量，為后期對(duì)資源的優(yōu)化和調(diào)整提供參考。

圖4 郵輪薄板平面分段流水線時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型

3.2.2 流水線時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃實(shí)際進(jìn)度前鋒線模型

采集流水線的動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)后，傳統(tǒng)的甘特圖很難將流水線實(shí)時(shí)信息與目標(biāo)計(jì)劃做出直觀對(duì)比，進(jìn)而無(wú)法及時(shí)跟蹤檢查計(jì)劃的執(zhí)行情況并做出反饋，而實(shí)際進(jìn)度前鋒線的應(yīng)用則可以解決這一問題。實(shí)際進(jìn)度前鋒線模型建立在原薄板流水線時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型上，從上至下由計(jì)劃?rùn)z查節(jié)點(diǎn)引出，將該時(shí)間段內(nèi)各工位生產(chǎn)作業(yè)實(shí)際進(jìn)度達(dá)到的前鋒點(diǎn)用點(diǎn)劃線連成的折線。

首先在圖4基礎(chǔ)上引入日期欄，采用實(shí)際進(jìn)度前鋒線的方法進(jìn)行流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的分析，對(duì)比實(shí)際與計(jì)劃完成進(jìn)度，見圖5。然后計(jì)算和比較實(shí)際進(jìn)度前鋒線與時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型中各工作箭線交點(diǎn)的位置，以此為依據(jù)判斷薄板流水線生產(chǎn)作業(yè)的進(jìn)度偏差。例如，圖5中分別取1號(hào)和15號(hào)作為檢查的進(jìn)度指標(biāo)，在1號(hào)時(shí)，板縫/縱骨拼接工位超前計(jì)劃0.5 d，T型材加工計(jì)劃落后原計(jì)劃1 d，由圖3分析得知該工作總時(shí)差和自由時(shí)差均為2 d，所以不會(huì)影響總工期及其緊后工位開工，同理部件/圍壁加工比目標(biāo)計(jì)劃延后0.5 d不會(huì)影響目標(biāo)計(jì)劃。在15號(hào)時(shí)，部件/圍壁裝焊工位落后原計(jì)劃0.5 d，由圖3得知該工位總時(shí)差和自由時(shí)差均為0，這表示該工位沒有緩沖的時(shí)間，生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度滯后必定會(huì)影響流水線總工期和后續(xù)預(yù)舾裝作業(yè)0.5 d，說(shuō)明該工位的設(shè)置需非常精細(xì)，一旦出現(xiàn)問題就難以保證流水線的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以需要嚴(yán)格把控該工位的生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間，實(shí)時(shí)監(jiān)控該工位的生產(chǎn)狀態(tài)。

圖5 郵輪薄板平面分段流水線實(shí)際進(jìn)度前鋒線模型

3.2.3 流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的優(yōu)化

在郵輪薄板平面分段流水線計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中，由于管理組織、生產(chǎn)工藝、設(shè)備維護(hù)等因素的影響，可能會(huì)造成流水線日程計(jì)劃與郵輪建造主日程計(jì)劃產(chǎn)生偏差，為了不影響總計(jì)劃目標(biāo)的完成，當(dāng)流水線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)進(jìn)度偏差時(shí)需要使用合理地方法及時(shí)糾正。基于圖3～5網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型管控方法，以下針對(duì)郵輪薄板分段流水線的特點(diǎn)列出4種糾偏措施。

1)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中關(guān)鍵工位所組成的工作路徑長(zhǎng)度。協(xié)調(diào)薄板流水線中關(guān)鍵工位，有兩種情況。當(dāng)實(shí)際進(jìn)度相對(duì)計(jì)劃延后時(shí)，應(yīng)選擇壓縮尚未完成工作中占用船廠資源少的關(guān)鍵工位時(shí)間，例如，流水線中的鋼板出庫(kù)和型材出庫(kù)，根據(jù)圖3計(jì)算結(jié)果，可通過(guò)增加人力物力以達(dá)到減少出庫(kù)時(shí)間的目的。反之進(jìn)度超前時(shí)，可適當(dāng)延緩后續(xù)關(guān)鍵工位中占用船廠資源多的關(guān)鍵工作時(shí)間。

2)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中各緊前、緊后工位之間的邏輯關(guān)系。有時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和資源，調(diào)整一些工位的順序和邏輯關(guān)系會(huì)有很好的效果，在此基礎(chǔ)上重新計(jì)算總工期，使網(wǎng)絡(luò)圖變化在可控范圍之內(nèi)。船廠可根據(jù)自身流水線生產(chǎn)能力和資源配套能力調(diào)整。

3)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中某些工位的持續(xù)時(shí)間。這個(gè)方法同第一種類似，在盡量不影響原計(jì)劃的前提下，選擇壓縮潛力大的工位生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使各工位的工時(shí)分配更為合理，例如，部件/圍壁裝焊工位，根據(jù)圖3計(jì)算結(jié)果，可增加班組數(shù)量，增大工作強(qiáng)度以達(dá)到壓縮生產(chǎn)時(shí)間的目的。

4)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)資源的投入的調(diào)整。有時(shí)候船廠現(xiàn)場(chǎng)資源或者調(diào)度出現(xiàn)問題，應(yīng)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。例如，將輔助工位上的生產(chǎn)資源部分借調(diào)至關(guān)鍵工位，在充分利用輔助工位可緩沖時(shí)間的條件下，協(xié)調(diào)各工位之間的資源使用強(qiáng)度，保證郵輪建造總進(jìn)度計(jì)劃不受影響。

4 結(jié)論

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法對(duì)郵輪薄板平面分段流水線模型各類參數(shù)的計(jì)算分析結(jié)果，確定了2條關(guān)鍵路徑和11個(gè)關(guān)鍵工位，表明在該路徑上設(shè)置的工位需要嚴(yán)密的信息采集系統(tǒng)，而剩下的4個(gè)輔助工位應(yīng)設(shè)置配套的修正工位。時(shí)標(biāo)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度前鋒線的應(yīng)用可實(shí)時(shí)判斷流水線的運(yùn)行狀況，針對(duì)計(jì)劃不同程度偏差的討論結(jié)果，提供4種流水線網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的優(yōu)化措施，為后續(xù)信息化采集工作提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，從而對(duì)優(yōu)化郵輪建造計(jì)劃管理體系起到了有益的參考價(jià)值。

本文僅針對(duì)特定郵輪薄板流水線模型進(jìn)行深入應(yīng)用分析，提供一種便于操作的管控思路，如有更復(fù)雜工藝的郵輪建造項(xiàng)目，可根據(jù)需求增減工位，利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃方法進(jìn)一步探討。