张 岩，杨艳彬

（哈尔滨工业大学（威海）船舶与海洋工程学院，山东威海 264209）

0 引言

准时化生产方式是为弥补企业资源计划即ERP(Enterprise Resource Planning)在生产计划自动排产部分的空白和解决生产资源约束对计划的影响而产生的生产方式，其科学性和高效性成为制造产业亮点之一[1]。同时，准时化生产方式作为一种新颖、先进的管理思想，在制造业引起了一场意识革命[2]，对其内涵真正理解，才能发挥其特有的作用。

国内在排产系统理论研究方面起步不晚[3]，准时化理论被引入到生产计划研究中[4,5]，准时化生产方式也在某些制造业中进行了应用[6-10]，并取得了一定的成果。但船舶制造业的准时化生产管理系统一直是空白，粗犷的生产管理方式决定了把理论变成实际可用的系统还有很多工作要做[11-14]。当前在船舶制造领域还是以传统计划制作方式为主，无法多项目计划互动联调、迅速生成计划。

下料是船舶制造中最重要的工序之一，如果能建立下料车间的设备能力数据库及标准化的工序定额工时，用科学的工作方法解决下料车间的自动排产和生产管理问题，则可大大提高排产效率和准确性，提高车间生产快速反应能力，极大的提高生产效率，缩短建造周期[15]。

1 基于准时化生产方式的船厂下料车间虚拟生产线的制定

1.1 下料车间各工序的时间控制方法

首先找到项目完成的时间节点Tlim，然后统计每道工序所用的时间Ti，依次往前推可得项目的开始时间Tst，最后所有目的开始时间就可以确定，其原理如图1。

图1 时间控制

1.2 虚拟生产线各工序时间计算方法

1）能量化的量化处理，各工序的时间计算依附于生产各工序用到的机器设备，工序的时间就是机器的工作效率。比如焊接、刨边、打磨等工序。只需统计船厂的机器设备的工作效率V，结构在此工序需要的工作量U，即可推算出本工序的实际时间T=U/V。

例如：在某船厂中W11NC-30*12500型数控水平下调式船用三辊卷板机，最大板髋12500mm，最大板厚30mm，卷板速度3m/min。可以推测出一个9m长的钢板弯板时间为3min，加上前期准备时间就可以得到这个弯板工序的总时间。

2）不能量化的统计处理，比如铆接，有些工序不能计算出准确的时间，只能通过数理学统计处理。例如要统计一个工件的运输时间必须得统计：T1=操作最短时间、T2=平均操作时间、T3=操作最长时间，才能得出这个工序的操作时间T，用统计学处理得公式(1)[16]。

3）特殊工序定量处理，外协加工的工序，受到运输、财务、外协厂条件的影响，还有比如探伤、热处理、特殊压型等特殊工艺，有的按照外协合同时间执行，有的受模具、设备使用条件影响，需要安排一个指定的时间执行，所以使用特定起始点的固定时间。

1.3 工艺路线和生产计划的编制方法

实际生产中，工艺路线受到实际生产条件的制约，在计划上会产生很多情况，不论现场情况如何，均可以归结为以下四种类型。在编制计划时，将四种类型的工艺路线组合在一起，按照一定算法分布到车间生产能力上，即得到需要的生产计划。

1）顺序完成、无条件约束的工艺路线

当船体部件或分段由若干工序依次制造产生，则总制造时间M由公式(2)计算。

式中：T0、T1…Tn为各工序时间。

船体焊接是典型的顺序无约束工序，在编制计划时，将工序的时间顺序排列即可。

2）有重叠周期的工艺路线

当船体部件或分段由若干工序依次制造产生，其中某个工序1是在工序0开工后的第2天开工，则总制造时间M由公式(3)计算。

铆接、定型、表面处理等工序是有重叠周期的工序，在安排生产计划上，需要把相互重叠的工序合并考虑。

3）有分支的工艺路线

当船体部件或分段由若干工序依次制造产生，其中工序1由三个并行工序K1、K2、K3组成，工序1中K3的制造时间最长，则总制造时间M由公式(4)计算。

式中：K3为工序1中的最长制造时间。

零件安装、组立等工序会存在并行的工序，在安排计划时按照最长时间路径排产。

4）有日期约束的工艺路线

当船体部件或分段由若干工序依次制造产生，其中某个工序1因为资源约束，必须在指定的某日开始或者结束，则总制造时间M由公式(5)计算。

式中：X为工序1的特定时间周期。

热处理、下料、外协加工、设备安装固定等特殊工序都可能发生有日期约束的情况，遇到这种工序必须按照实际日期排产。

2 船厂下料车间排产系统的设计与实现

2.1 系统主要功能模块

2.1.1 基础信息设置

基础数据采集方面，目前企业中较大的一个问题是，工时工期等建造过程的基础数据往往是由工作人员的经验数据给出，缺乏合理的统计分析工具，因此企业热切希望系统中能够对历史数据进行收集统计，得出科学的基础数据，指导今后的生产过程。

船舶建造数据采集主要分为两部分：船舶产品数据和船舶生产数据。本系统将对数据采集进行指导。参照某船厂基础数据，本系统中工序信息（见图2）是虚拟的单元，表示生产中需要控制的工艺或者人员设备，是虚拟流水线的核心组成部分。

2.1.2 产品工艺路线设置

在系统中手工输入产品信息物料清单即BOM（Bill of Material）、各工序的先后次序、制造时间周期、工序并行情况（见图3和图4），以此作为排产的依据。

2.1.3 程序生成生产计划

根据车间产能情况，将工艺路线上的工序按管理原则合理分布到车间产能上，程序依据以下3项管理原则自动生成计划（见图5）：

图2 工序信息

图3 BOM信息

图4 小工序工时和工艺路线

1）指定的开始时间或结束时间；

2）减掉已排产的计划对生产能力的占用（可改成忽略其他项目占用生产能力）；

3）工序前推原则，将工序优先分派到空余的时间上，使时间最短。

图5 生产计划

2.1.4 车间产能负荷分析

程序可以横向统计出某个时段中多个生产项目对车间生产能力的占用情况，作为编制生产计划的依据，同时也可以为管理决策提供参考（见图6）。

图6 生产能力平衡分析

2.2 项目排产实例

本文将以某船厂曾经建造的28400t多用途集装箱船作为实例，利用排产系统，对其在下料车间的生产进行系统化排产。

2.2.1 建立BOM表和虚拟工艺路线

根据技术设计和工艺设计，在系统中输入产品的技术数据和制造数据（见图7）。

2.2.2 生成生产计划

输入生产项目名称、开工日期，选择BOM，程序会自动生成生产计划（见图8）。

图7 工序数据录入

图8 制作计划

2.2.3 项目计划导出及显示

3 结论

本文针对某船厂下料车间计划管理需求，引入准时化生产方式作为排产系统项目计划管理方法，设计并且实现了其下料车间的排产系统。主要成果如下：

1）根据xx船厂项目计划管理现状和功能需求将准时化生产方式引入其项目计划管理中，提出了新的排产系统管理方法。

2）依据基于准时化生产方式的船舶建造项目计划管理系统的设计，采用适当的实现技术，从软件类实现、数据库实现和主要功能模块等角度完成了系统的实现。

表1 部分排产计划显示

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