應(yīng)用單元化生產(chǎn)思想建立船體車間的生產(chǎn)體系

1、應(yīng)用單元化生產(chǎn)思想建立船體車間的生產(chǎn)體系摘要：對按訂單生產(chǎn)的造船行業(yè)，建立成組生產(chǎn)單元，實行中間產(chǎn)品的專業(yè)化生產(chǎn)是提高造船生產(chǎn)效率的有效途徑。本文以國內(nèi)某一實行“生產(chǎn)中心制”造船模式的造船企業(yè)為研究對象，在其曲面生產(chǎn)中心內(nèi)部，根據(jù)中心內(nèi)生產(chǎn)的中間產(chǎn)品族的特點及設(shè)備的布置，建立分階段、分類型的完整的中間產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)體系。本文詳細(xì)介紹了建立專業(yè)化生產(chǎn)體系的過程，得到了曲面生產(chǎn)中心成組生產(chǎn)單元的布置圖。關(guān)鍵詞：單元化生產(chǎn)，車間布置，中間產(chǎn)品，造船1 引言組建成組生產(chǎn)單元，實行中間產(chǎn)品的專業(yè)化生產(chǎn)，是現(xiàn)代造船模式的顯著特征。中間產(chǎn)品的專業(yè)化生產(chǎn)是把相似的中間產(chǎn)品組成中間產(chǎn)品族，在一個專門的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行

2、生產(chǎn)。這個一個專門的生產(chǎn)區(qū)域在船廠的位置是全廠生產(chǎn)流程優(yōu)化的結(jié)果，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備布置和作業(yè)人員的配置也根據(jù)該區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)的中間產(chǎn)品的工藝流程優(yōu)化得來，這樣一個區(qū)域稱為生產(chǎn)單元。由此可看出，中間產(chǎn)品的專業(yè)化生產(chǎn)可以大幅度地提高生產(chǎn)效率、縮短建造周期。因為這樣的生產(chǎn)方式一方面把相似的中間產(chǎn)品集中在一起生產(chǎn)，可以大大壓縮生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、工裝調(diào)整時間等非生產(chǎn)時間，也增加了作業(yè)的平行度，縮短了總的建造時間；另一方面在單元里只生產(chǎn)一個和多個中間產(chǎn)品族，這些中間產(chǎn)品擁有相似的工藝流程，這樣大大提高了作業(yè)人員的作業(yè)熟練程度，從而也縮短了單件中間產(chǎn)品的生產(chǎn)時間，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量、減少了返工時間。日韓的先進(jìn)造船企

3、業(yè)普遍建立起了完善的中間產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)體系，各級中間產(chǎn)品都實行專業(yè)化生產(chǎn)。雖然我國造船企業(yè)已經(jīng)在某些領(lǐng)域?qū)嵭辛酥虚g產(chǎn)品的專業(yè)化生產(chǎn)，如管件族的生產(chǎn)和船體零件的成組加工，但是還沒有建立起完整的中間產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)體系。本章在前面對中間產(chǎn)品特征分析以及劃分出了中間產(chǎn)品族的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)某實行“中心制”造船模式的船廠的曲面生產(chǎn)中心的布置，組建成組生產(chǎn)單元，建立曲面分段生產(chǎn)的專業(yè)化生產(chǎn)體系。2 曲面生產(chǎn)中心專業(yè)化生產(chǎn)體系的建立對于專業(yè)化生產(chǎn)體系的建立，本文分為兩步進(jìn)行。首先計算每個生產(chǎn)單元所需的面積，其次根據(jù)曲面生產(chǎn)中心的布置確定出每個生產(chǎn)單元的位置，下面將從兩方面分別描述。2.1 曲面生產(chǎn)中心生產(chǎn)單

4、元面積計算由于分段的裝配分為小組立、中組立和大組立三個階段進(jìn)行，而且根據(jù)分道生產(chǎn)的要求，三個階段的裝配作業(yè)將在不同的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，另外根據(jù)船廠規(guī)劃，曲面生產(chǎn)中心也有三個裝配區(qū)域，本文的生產(chǎn)單元的布置也分為三部分進(jìn)行。對小組立和大組立單元，將通過計算單元物量和場地利用系數(shù)來計算單元面積，計算方法如下：由 （1）其中：V為單元物量；T為有效作業(yè)時間，每個月按21天計算，全年21×12252天；k為場地利用系數(shù)，單位：噸/100m2天，參照寧波三星船廠的小組立場地利用系數(shù)，而本文研究的國內(nèi)某新型船廠，由于剛投入生產(chǎn)，小組立場地利用系數(shù)以計算；大組立場地利用系數(shù)k采用如下取值方式：1單元、

5、3單元、4單元生產(chǎn)基本分段，；2單元生產(chǎn)補充分段，。按照年產(chǎn)105萬噸的生產(chǎn)指標(biāo)（以年生產(chǎn)6條17.5萬噸散貨船計算），由分段結(jié)構(gòu)圖統(tǒng)計出每個單元的月度物量，應(yīng)用公式（1）計算單元面積，所得結(jié)果見表 1和表 2。表 1 小組立單元面積計算單元名稱1單元2單元3單元4單元5單元作業(yè)對象平板族肋板族、肘板族標(biāo)準(zhǔn)T材族曲邊T材族、其他型材族曲面板族、其他重量 （t）204.15736.65136.1428.7159.6單元面積（m2）5041948.83601134422表 2 大組立單元面積計算單元名稱大組1單元大組2單元大組3單元大組4單元作業(yè)對象甲板及平臺分段舭部及頂邊水艙分段機(jī)艙雙層底分段艏

6、艉立體分段物量（重量 t）10931219.5160261單元面積36142846529863對于中組生產(chǎn)單元面積的計算，由于組件的重量難于統(tǒng)計，本文將根據(jù)組件的個數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)工期來進(jìn)行校核，計算方法如下：由 （2）其中：V為單元物量，這里為組件的個數(shù)；T為生產(chǎn)批次，月度生產(chǎn)批次為，為組件標(biāo)準(zhǔn)工期；為一個組件所需的面積，胎架的寬度與組件平均寬度的乘積。按照年產(chǎn)105萬噸的生產(chǎn)指標(biāo)（以年生產(chǎn)6條17.5萬噸散貨船計算），由分段結(jié)構(gòu)圖統(tǒng)計出每個中組立單元生產(chǎn)的組件個數(shù)，再應(yīng)用公式（2）計算單元面積，計算結(jié)果見表 3。表 3 中組立單元面積計算單元名稱中組1單元中組2單元中組3單元中組4單元作業(yè)對象艙壁

7、舷側(cè)小甲板其他物量（個數(shù)）161652單元面積6721097428842.2 曲面生產(chǎn)中心生產(chǎn)單元位置確定在各生產(chǎn)單元的面積確定后，還需要把各生產(chǎn)單元在曲面生產(chǎn)中心的位置固定下來，這是生產(chǎn)單元布置問題。生產(chǎn)單元布置需要遵循以下幾點原則參考文獻(xiàn)吳天俊. 造船生產(chǎn)自動化. 北京：國防工業(yè)出版社, 1991年：1) 總體優(yōu)化原則：最佳的單元布置應(yīng)當(dāng)有最好的綜合效果，即使設(shè)備、人員、各項生產(chǎn)活動能有機(jī)的配合、協(xié)調(diào)一致，力求每個生產(chǎn)單元或每條流水線以至整個車間的物流順暢、生產(chǎn)負(fù)荷均衡；2) 最短運行距離原則：單元布置應(yīng)使中間產(chǎn)品在生產(chǎn)單元之間的移動距離最短，減少運輸成本；3) 充分利用立體空間原則：既要

8、考慮有效地利用地面生產(chǎn)場地，又要盡可能的充分利用生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的空間；4) 適應(yīng)性原則：使單元生產(chǎn)工藝具有較大的柔性，能適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的需要。本文研究的單元布置是在原有的車間基礎(chǔ)上進(jìn)行的，除了遵循上述原則外還需要充分考慮原有車間的布局和大的設(shè)備如起吊、搬運設(shè)備等的布置。某船廠的曲面生產(chǎn)中心承擔(dān)該廠所有曲面分段的生產(chǎn)和船體零件的成形加工。曲面生產(chǎn)中心分為四個生產(chǎn)區(qū)域。其中36米跨為成形加工區(qū)，主要用于船體零件的成形加工；42米跨和45米跨的南半跨為小組立作業(yè)區(qū)，用于中心內(nèi)生產(chǎn)的曲面分段的部件的生產(chǎn)；42米跨的北半跨為中組立作業(yè)區(qū)，用于中心內(nèi)生產(chǎn)的曲面分段的組件的生產(chǎn)；45米跨的北半跨和48米跨為大

9、組立作業(yè)區(qū)，用于曲面分段的大組立作業(yè)。本文研究集中于組立階段的生產(chǎn)單元布置，因此本文將分別在小組立、中組立和大組立作業(yè)區(qū)中布置三個階段的生產(chǎn)單元。2.2.1 單元布置數(shù)學(xué)描述設(shè)有個小組立生產(chǎn)單元，個中組立生產(chǎn)單元，個大組立生產(chǎn)單元，根據(jù)各生產(chǎn)單元生產(chǎn)的中間產(chǎn)品的特點、生產(chǎn)單元之間的偏序關(guān)系以及車間設(shè)備的布置，可以確定小組立生產(chǎn)單元有個布置方案，中組立生產(chǎn)單元有個布置方案，大組立生產(chǎn)單元有個布置方案，因此，整個曲面生產(chǎn)中心共有個布置方案。這些布置方案以最小運行距離為評判標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合方案選取時的考慮因素，充分體現(xiàn)了前述的單元布置原則。對小組單元、中組單元、大組單元進(jìn)行順序編號，其中，定義單元之間物流

10、矩陣W：其中，表示生產(chǎn)單元與生產(chǎn)單元之間的中間產(chǎn)品搬運量。又定義單元之間距離矩陣L：其中表示生產(chǎn)單元與生產(chǎn)單元之間的距離，顯然有。因此，可以定義生產(chǎn)單元之間的運行距離，成為物流矩S。 （3）對M個方案分別計算物流矩S，S最小的方案即為最優(yōu)方案。2.2.2 曲面生產(chǎn)中心生產(chǎn)單元布置首先，根據(jù)曲面生產(chǎn)中心布置圖和2.1節(jié)計算出的單元面積需求，求出每個單元所占的寬度，如表8所示。表8 生產(chǎn)單元面積及寬度 Tab. 8 manufacturing cells area and width小組生產(chǎn)單元名 稱小組1單元小組2單元小組4單元小組5單元面積(m2)5041948.81134422寬度(m)42

11、/28162.4/108.394.5/6335.2/23.4中組生產(chǎn)單元名 稱中組1單元中組2單元中組3單元中組4單元面積(m2)672109742884寬度(m)37.360.923.84.7大組生產(chǎn)單元名 稱大組1單元大組2單元大組3單元大組4單元面積(m2)36142846529863寬度(m)180.7142.320.143.2說明：由于某船廠已建有T排流水線，因此3生產(chǎn)單元不在曲面生產(chǎn)中心布置；小組生產(chǎn)單元的寬度有兩個值，分別對應(yīng)的是布置在42米跨和45米跨的北半跨時計算出的寬度。其次，根據(jù)曲面生產(chǎn)中心原有的生產(chǎn)區(qū)域部件和設(shè)備的布置確定生產(chǎn)單元布置方案。對小組立生產(chǎn)單元，從表6中可以

12、看出，小組2單元若布置在12米跨，則單元寬度需162.4米，這將超過小組生產(chǎn)場地的156米的寬度，因此小組2單元只能布置在18米跨內(nèi)。另外小組2單元和小組4單元不能同時布置在一個跨內(nèi)，因為兩個相加將超過跨的長度。根據(jù)以上原則，可以得出8中小組單元布置方案，參見圖1。其中陰影部分為堆場。圖1 小組生產(chǎn)單元布置方案對中組生產(chǎn)單元，由于中組3單元生產(chǎn)的是小甲板分段，小甲板分段生產(chǎn)出來后直接被運出去進(jìn)行涂裝，而不留在曲面生產(chǎn)中心進(jìn)行大組立，因此，中組3單元應(yīng)被布置在生產(chǎn)場地的端部離出口最近的位置。其余中組單元可以任意布置，由此，中組生產(chǎn)單元的布置共有種方案。圖2 大組生產(chǎn)單元布置方案對大組生產(chǎn)單元，大

13、組生產(chǎn)單元的布置與單元類型有關(guān)，也和車間的場地和設(shè)備的布置有關(guān)。因此，綜合大組生產(chǎn)單元的面積大小和曲面生產(chǎn)中心布置，確定了一種合理的生產(chǎn)單元布置方案，見圖2。綜上所述，曲面生產(chǎn)中心單元布置方案共有M8×6×148種。2.2.3 物流矩計算下面以一號方案為例，說明物流矩的計算方法。首先對小組立、中組立和大組立單元按順序編號，共有12個單元，即小組1單元的編號為1，大組4單元的編號為12。根據(jù)17.5萬噸散貨船的船型特點，以及劃分出的中間產(chǎn)品族的特征，可以確定物流矩陣為：矩陣中表示單元i搬運到單元j的中間產(chǎn)品的重量，單位為噸。單元之間的距離采取如下的計算方式：為連接單元i與單元

14、j的中心點的折線長度，如圖3所示。特殊地，對大組1、2單元的距離計算，由于這兩個單元分散在兩個場地上，為計算的方便，設(shè)定A、B點作為大組1和2單元的距離計算點。見圖4。圖3 單元距離計算示意圖圖4大組1和2單元的距離計算點因此，可得1號方案的距離矩陣如下，L為角對稱矩陣，這里只列出上三角：根據(jù)式（3）計算物流矩噸米。其余的方案按同樣的方法計算，計算結(jié)果見表9。表9 物流矩計算表（部分）序號單 元 位 置物流矩噸米S1S2S3S4A1A2A3A4B1B2B3B411452124323146388292145214232314630073314522143231467787512412542132

15、3145374341314251243231456217514142514232314554112234152412323146419222441524213231461408725452112432314652625345412241323147013353554124123231465400836541242132314683174465421241323146543684754214123231460499848542142132314634164在表中min S537434噸米，因此對應(yīng)的12號方案為最優(yōu)方案，12號方案的生產(chǎn)單元布置圖如圖5所示。3 結(jié)語曲面生產(chǎn)中心是某船廠生產(chǎn)曲面分段的車間，在該船廠實行的“中心制”造船模式下，曲面生產(chǎn)中心是一個封閉的生產(chǎn)實體。生產(chǎn)曲面分段所需的部件、組件等中間產(chǎn)品都在中心內(nèi)部完成。本文按照中