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GUANGDONG SHIPBUILDING 广东造船2023年第4期（总第191期） 修造管理
作者简介：杨惠斌（1981-），男，工程师。主要从事船舶建造工艺工作。 张绍云（1998-），男，助理工程师。主要从事船舶建造工艺工作。收稿日期：2022-03-12
杨惠斌，张绍云，侯利恒，傅诗展
（广船国际有限公司，广州511462）
摘 要：随着新一代信息技术的快速发展，数字化、网络化、智能化日益成为未来制造业发展的主要趋势。船舶建造随着互联网技术的进步逐渐向智能化转型，为了改变船舶制造业多品种小批量离散制造、作业环境恶劣、工艺流程复杂等特点，对船体分段智能车间产储配协同管控技术进行研究及应用，促进了船体分段数字化建造，提高了船体分段建造效率。本文对造船厂提升船舶建造技术，缩短船舶建造周期，降低造船成本提供了技术借鉴。
关键词：船体分段；智能化；协同管控
中图分类号：U673.2 文献标识码：A
Research on Coordinated Control Technology of Production Storage
and Distribution in Hull Block Smart Workshop
YANG Huibin, ZHANG Shaoyun, HOU Liheng, FU Shizhan
( Guangzhou Shipyard International Co., Ltd., Guangzhou 511462 )
Abstract: With the rapid development of new generation information technology ,the digitalization , networking and intelligence are increasingly becoming the main trend of the future manufacturing industry. Ship construction would be gradually transformed into smart intelligent execution with the progress of the Internet technology. In order to change the features of shipbuilding industry characterized by the discrete manufacture of many varieties and small batches, bad operation environment and complex process, certain research and application on coordinated control technology of production , storage and distribution in hull block smart workshop are carried out, so as to promote digitalized construction of hull sections and improve the efficiency of hull section fabrication. This document provides the technical reference for shipyards to improve the shipbuilding technology, shorten the shipbuilding period and reduce the shipbuilding costs
Key words: hull sections; intelligent; coordinated control
1 前言
我国船舶制造业的水平距离造船强国还有一定差距，具体表现在管理粗放、智能化水平低、人均效率低、成本消耗大等，尤其是车间制造方面更为突出。车间制造过程具有工种多、程序多、工程量大、作业面广、技术综合性较强、作业条件差、施工周期长等特点，阻碍了船舶智能建造的步伐，而且当前国内造船企业建造技术参差不齐，对船舶智能建造的看法各异，船舶智能建造推进缓慢[1]。本文对船体分段智能车间进行生产、仓储、集配协同管控技术研究，突破智能车间分段建造协同管控的关键技术，从根本上提高船体分段智能车间的生产效率。
船舶工业是为水上交通、海洋资源开发及国防建设提供技术装备的综合性工业，一定程度上反映着国家工业的发展水平，也是国家发展高端装备制造业的重要组成部分，是国家实施海洋强国战略的基础和重要支撑。《中国制造2025》把海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一，为我国海洋工程装备和高技术船舶发展指明了方向，也为造船企业的智能化转型带来了前所未有的机遇。
船舶作为典型的离散型制造业产品，其生产建造为多品种、小批量、定制化生产模式，在一定程度上制约着生产管理的自动化和智能化发展。并且国内智能技术发展相对较晚，产业链不够完善，商业环境也
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广东造船2023年第4期（总第191期） 修造管理
不够成熟，导致智能制造的关键技术还未能完全配套，部分核心零件仍依赖国外进口[2]。随着新技术越来越多的推广到造船企业，单凭管理者的经验来对资源进行平衡和优化配置已经很难满足现代造船模式的需求，急需一种适应互联网时代的生产管理模式对船体分段智能车间进行生产、仓储、集配的协同管控。
在船体分段制造过程中，相关的资源状态信息呈离散型动态分布，给车间各种资源状态信息采集带来不便。本文以船体分段智能车间的生产、仓储、集配的协同管控作为研究对象，通过船体分段智能车间管控系统，实现信息管理和决策的透明化、联动化、智能化，从根本上提高船体分段生产效率。
研究内容主要包括：智能车间船体分段生产节拍控制技术；基于分段生产计划的仓储与物流平衡；船体分段生产计划、仓储和物流协同优化技术三个方面。实现船体分段车间的智能化管控，需要对生产计划、仓储计划与物流计划进行协同管理，对生产状态进行自动监控，根据实际情况实时对生产计划做出合理的调整。
2 分段生产控制技术
2.1 分段建造车间智能化
船体分段制作不可控因素较多，要摆脱这些因素对生产计划造成的影响，需要利用互联网技术推进车间内分段制造智能化、网络化转型，固化生产模式，使生产有序可控。
2.2 产品设计和工艺策划
尽管船舶是基于船东个性化要求的小批量定制化产品，但在船级社规范、建造标准、航行环境的限定下，其结构形式、舱室布置等依然具备其固有属性。
在生产设计阶段，充分利用其固有属性，以公司产品库中成熟的产品为母型，开展详细设计和生产设计；在工艺策划阶段，充分考虑车间场地、设备等资源的配置以及同类型产品的优化改进意见，对同一类型的产品设计和工艺策划标准化，为智能车间生产控制奠定技术基础。
2.3专业化排产
在现代造船模式中，利用相似性原理以及成组技术，将船体分段车间的产品分为七个制造层级，如图1所示。目前船厂中应用比较广泛的是平、曲分段进行分道两条主线，通过船体分段是否满足平面流水线工艺技术参数要求和流程来划分分段的平曲属性，按其平曲属性进行分道建造。
图1 船体建造层级
车间在制订日程计划时，主要考虑三种核心资源：场地资源、人力资源、工装设备资源。这些资源是保证生产节拍与动态调度的关键，单纯的平曲分道对于船体分段智能车间生产控制是远远不够的，需要对车间各资源负荷情况进行整合，为智能车间排产提供约束条件，合理利用车间的核心资源，从而提高生产效率。
2.4 分段生产计划
计划编制，需要以各阶段周期为基础，对各作业单元的工艺流程、劳动力、作业设备、生产对象进行详细分析，得到标准周期，以标准周期进行分段排产。
建立拉动式计划管理模式，各项中间产品的生产计划全部按照后道需求时间制定与执行，不提前也不拖后，并留有适当的缓冲期；建立拉动式计划管理模式，合理协调资材或人力资源，缩短建造周期，实现专业化排产，有效提高计划的准确性。
3 仓储与物流平衡技术
3.1 智能仓储和物流系统
（1）仓储物流现状
受地理环境等因素影响，造船厂各类原材料、零部件、中间产品的仓储位置与车间需求位置间距偏大，从提出需求到调度物资至工位上，往往需要历经多个运作才能使物资到位，影响施工生产效率。
如何在有效的仓储场地上实现物资规范化存放，成为造船厂仓储管理亟待解决的问题，因此不断提升仓储工作效率，充分发挥现有的仓储资源，是舰船企业发展的关键[3]。
（2）物联网技术
仓储和物流配送的最终目标是服务生产，确保生产节拍需求下的原料、中间产品、配件等供给的及时
性和准确性，适应车间复杂而多变的需求。在现有仓
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库管理中引入物联网等技术，对仓库各个作业环节的数据进行自动化数据采集，及时准确地掌握库存真实数据，完成对货物的标记、跟踪、定位、校核，实现仓储信息的处理、反馈，并在船体分段智能车间自动化仓库实施中应用。
（3）智能仓储管理方案
结合船体分段智能车间钢材仓储的环境、业务流程及功能需求进行分析，研究适合船体分段智能车间物流仓储的物联网技术、仓库管控子系统，实现钢材物资的精确定位和高效存取。
船体分段智能仓储管控方案，如图2所示。
图2 船体分段智能仓储管控方案
（4）仓储和物流管理模型
参考物流管理的基本原理和方法，通过场地、人员、中间产品等要素建立仓物流模型。对中间产品进行管理，对运输车辆和人员进行调度，可以导入、编排物流运输计划，在系统平台实时看到车间内物流运输和场地占用的实际情况，及时有效的信息反馈，便于控制整个物流运输的运作，更有利于进行派工、物流线路的指定，为管理决策人员提供准确数据信息、支持信息，提高管理决策的效率和准确性。
仓储和物流管理模型，如图3所示。
图3 仓储和物流管理模型
（5）智能仓储和物流系统
通过信息化、物联网和机电一体化共同实现智慧
物流，确保车间能够实时动态的掌握仓储和物流的动态信息，通过应用RFID 电子标签技术，利用WMS 和WCS 系统的管理功能，立体化仓库的建设，以及R/A/IGV 小车、机器人堆码垛等智能设备的应用，实现船厂板材切割后人工分拣托盘通过R/A/IGV 小车自动配送至立体料库入库，立体料库按计划出库，提升仓储管理能力，降低仓储成本，提高车间运营能力。3.2 推拉联动式计划管理体系3.2.1计划管理现状
船体分段车间传统的生产管理主要使用Excel 软件，对月计划、周计划进行编制。该种编制方式对分段开工及完工的时间节点、车间负荷的逻辑分析控制能力不高，每周计划编制任务工作量大，计划编制时间紧迫；同时，只以分段为单位跟踪计划，生产节点信息比较单一，通常只有开工、完工、报验等基础信息，会带来车间资源优化困难、计划管控缺少信息化手段、突发状况影响计划执行等问题。
为改变车间计划管理现状，需建立推拉联动式计划管理体系，使生产计划、仓储计划、物流计划处于动态平衡状态；同时建立生产过程数据采集与分析系统，对中间产品物流活动进行计划、组织、指挥、协调、控制和监督，为管理决策人员提供准确数据信息，便于实现联动调整。
3.2.2车间推拉联动式计划管理体系
车间推拉联动式动态计划管理体系，需满足以下功能：
（1）项目计划创建：在系统中实现对单项目的船坞合拢计划进行统一的管理，所有与项目相关的信息，都能以创建的项目作为数据的入口，为使用者提供快捷、灵活的项目创建功能；
（2）项目计划合并与拆解：实现对多个并行项目进行合并，相应地对单项目进行拆解，按后行工程需求计划时间段截取出制造部门的月/周计划；
（3）自动编排生产计划：实现按一定逻辑关系自动编排生产计划，使用者只需录入所有分段的后行工
程需求时间，便自动分配车间，完成计划编制工作；
（4）可视化界面：以甘特图为依据，对计划完成情况进行预警，制作实时联动的车间负荷可视化界面；
（5）手动干预生产计划：提供交互操作界面，计划员可根据车间实际人力、分段建造工位、设备负荷，对自动生成的生产计划进行手动调整。
（6）细化系统中的分段单位，把系统中最小单位
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设为零件，完善对整个供应链的跟踪，开展精益生产管理；
（7）将信息反馈的形式由分段状态转变为零件状态，如实时反馈切割机头的切割路径，小组立完成的零件个数等；
（8）将实时的计划进度反映出来，对完成情况进行预警，且能够实时做出对计划进行调整的方案。
4 计划、仓储和物流协同优化技术
4.1 多功能生产过程分析与信息采集系统
结合上述的计划控制技术和推拉联动式计划管理体系，建立多功能生产过程分析与信息采集系统。充分考虑采集数据的工作繁杂、采集信息量大、信息采集耗时长、堆放分散、设计零件规格种类多等特点，建立 RFID数据采集系统（见图4）和DM码数据采集系统（见图5），并将采集到的信息保存到数据存储模块的数据库供查询，实现采集信息共享互通，实现全局信息互联，最终实现对物料仓储及物流过程标识数据的采集。
图4 RFID数据采集系统
图5 DM码数据采集系统
4.2 生产过程数据分析系统
通过生产过程数据采集、生产过程信息可视化展示，以及与车间智能管控系统的信息集成，对产生的静态数据、动态数据和中间数据进行科学分析、整理及应用。
根据生产计划对物料的需求，以及执行计划的生产工位的位置信息，动态规划物料配送的顺序、配送班组的分工、配送路径，实现动态物流的配送，提升车间管控能力，优化生产排产与调度。
4.3 产储配信息集成
对实时采集的生产信息、仓储信息、物流信息，通过车间智能管控系统这个统一平台进行有效集成，实现信息的交互与联通。
实现车间智能化管理，需要弥补ERP系统在车间现场管理功能，以车间智能管控系统（MES）为载体，实现生产计划、仓储、物流一体化协同管控，如图6所示。
图6 产储配一体化协同管理
基于MES的生产、仓储与物流的一体化协同管控，
使船体分段智能车间产储配更加可靠、高效、实时协
同管控，满足船体分段智能车间的生产需要。
5 应用效果
5.1 车间库存情况
通过对智能车间产储配协同管控技术，结合公司
某同型成品油轮建造进行实际应用，对比使用该技术
前后车间库存情况，如表1、表2所示。
表1 使用前后单位物量产出对应的库存量占比情况
1使用前后单位物量产出对应的库存量占比情况
项目使用系统前单位
物量产出对应的
库存量占比L
（%）
使用系统后第一
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L
1
（%）
使用系统后第二
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L
2
（%）
使用系统后第三
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L
3
（%）
使用系统后第四
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L
4
（%）小组制作8982756859
分段制作10090847267
表2使用后车间库存减少百分比
时间第一季度第二季度第三季度第四季度
小组制作车间库存减少百分比（%）7.8615.723.5933.71
分段制作车间库存减少百分比（%）10162833
1使用前后单位物量产出对应的库存量占比情况
项目使用系统前单位
物量产出对应的
库存量占比L
（%）
使用系统后第一
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L（%）
使用系统后第二
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L（%）
使用系统后第三
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L（%）
使用系统后第四
季度单位物量产
出对应的库存量
占比L（%）
小组制作8982756859
分段制作10090847267
表2使用后车间库存减少百分比
时间第一季度第二季度第三季度第四季度
小组制作车间库存减少百分比（%）7.8615.723.5933.71
分段制作车间库存减少百分比（%）10162833
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修造管理
对使用系统后四个季度的库存百分比进行计算，可以得出车间库存减少情况，如表
2所示。表2 使用后车间库存减少百分比由表2数据可知，在使用智能车间产储配协同管控技术后，同型油船小组制作和分段制作阶段车间库存减少百分比，从第一季度到第四季度逐渐增加，车间库存占比减少33%以上。5.2 停工待料时间
停工待料时间，指后道工序需求时间与前道工序完成时间的差值。根据同型油船使用该技术前1#油船和使用该技术后2#油船，从切割、小组立、中组立、大组立四个工序的供给时间进行统计，可以得出使用该技术前后停工待料情况，如表3所示。
表3 同型油船停工待料时间对比
根据表3，可以计算出1#油船和2#油船各工序的实际停工待料时间占比，结果如表4所示。表4 同型油船停工待料时间占比情况由表4可知，使用该管控技术后，2#油船相比于1#油船停工待料时间占比减少19.84%，停工待料时间得到有效减少。5.3 生产效率取使用该技术前1#油船和使用该技术后2#油船
的相同分段总建造工时进行统计，如表5所示。
表
5 同型油船相同分段建造耗时
由表5可知，生产效率提升21.36%。
由上所述，通过对使用该项技术前后的同型油船，分别做了车间库存、停工待料时间、生产效率三个方面的对比分析，船体分段智能车间产储配协同管控技术的应用，有效的减少了车间库存，减少停工待料时间，促进生产效率提升。
6 结束语
本文对船体分段智能车间产储配协同管控技术的数据进行采集、分析及应用，包括船体分段智能车间生产控制技术、基于车间计划的仓储与物流平衡技术、船体分段车间计划、仓储和物流协同优化技术等，构建整个技术路径的框架，实现了车间智能管控对产储配信息进行有效集成和智能决策，使造船形成连续、有序的均衡生产，取得精益化管理成果。
参考文献
[1] 罗丹，包张静，刘碧涛，管在林，王创剑，江文成. 智能船厂关键技术 及技术体系研究[J].机械工程与技术, 2016, 5（4）.
[2] 陈观富，王峰，康志勇.船舶制造业仓储智能化推进实施[J].舰船科 学技术, 2017（18）.
[3] 朱双龙，马文学，买发佐.船舶智能制造技术现状及发展趋势[J].基 层建设, 2020（25）.
1使用前后单位物量产出对应的库存量占比情况
项目
使用系统前单位物量产出对应的库存量占比L 0（%）使用系统后第一季度单位物量产
出对应的库存量
占比L （%）使用系统后第二季度单位物量产出对应的库存量占比L （%）使用系统后第三季度单位物量产出对应的库存量占比L （%）使用系统后第四
季度单位物量产出对应的库存量占比L （%）
小组制作89
82756859
分段制作
10090847267
表2使用后车间库存减少百分比
时间
第一季度第二季度第三季度第四季度小组制作车间库存减少百分比（%）7.8615.723.5933.71分段制作车间库存减少百分比（%）
10
16
28
33
表3同型油船停工待料时间对比工序1#油船计划停工待料时间（h ）
1#油船实际停工待料时间（h ）
车间现场管理2#油船实际停
工待料时间（h ）
切割511402
298
小组立172914891031
中组立
418136152827大组立572845853524总计12149100917680表4同型油船停工待料时间占比情况工序1#油船停工待料时间
占比（使用前）（%）
2#油船停工待料时间
占比（使用后）（%）
差值（%）
切割78.67
58.32
20.35
小组立
86.1259.6326.49中组立86.4667.6218.84大组立80.0361.5218.51总计83.0663.2219.84表5同型油船相同分段建造耗时船号
1#油船（使用前）（h ）2#油船（使用后）（h ）
取相同分段总建造工时
57654453383同型油船停工待料时间对比
工序1#油船计划停工待料时间（h ）1#油船实际停工
待料时间（h ）2#油船实际停
工待料时间（h ）
切割511402298小组立172914891031中组立4181
3615
2827
大组立
572845853524
总计1214910091
7680表4同型油船停工待料时间占比情况
工序1#油船停工待料时间
占比（使用前）（%）
2#油船停工待料时间
占比（使用后）（%）
差值（%）切割78.6758.3220.35小组立86.1259.6326.49中组立86.46
67.62
18.84
大组立80.0361.5218.51总计
83.06
63.2219.84
表5同型油船相同分段建造耗时船号
1#油船（使用前）（h ）
2#油船（使用后）（h ）
取相同分段总建造工时
57654
45338
小组立172914891031中组立
418136152827大组立
5728
4585
3524
总计12149100917680表4同型油船停工待料时间占比情况
工序
1#油船停工待料时间占比（使用前）（%）2#油船停工待料时间
占比（使用后）（%）差值（%）
切割78.6758.3220.35
小组立86.1259.6326.49中组立86.46
67.6218.84大组立80.03
61.52
18.51
总计
83.06
63.22
19.84
表5同型油船相同分段建造耗时船号
1#油船（使用前）（h ）
2#油船（使用后）（h ）
取相同分段总建造工时
57654
45338
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