面向精益生产的船舶分段智能制造车间布局优化研究

摘要：为实现面向精益生产的船舶分段智能制造，应用精益生产理论、系统工程方法和智能制造技术，对面向精益生产的船舶分段智能制造车间布局优化问题进行了研究。分析了船舶分段制造车间的现状和存在的问题，结合生产实际和船舶分段制造的发展方向，探讨了船舶分段智能制造车间的布局优化方法。以期为船舶制造企业车间布局的不断改进提供一些借鉴，促进我国船舶制造业向智能化、精益化方向发展，提高我国船舶制造水平，增强我国船舶制造企业竞争力。
关键词：精益生产；船舶分段；智能制造；车间布局
前言：精益思想作为消除浪费、持续改善、注重细节、追求完美的哲学理念，一直指导着众多行业的生产实践，并通过不断验证和完善，成为指导生产、提高质量、减少浪费、提高效率的法宝。将精益思想应用于船舶分段智能制造车间布局中，是通过合理安排车间的空间、设备、物料运动关系，使整个车间的设备、人员等生产资源得到合理安排，避免一切不必要生产、的一切浪费和时间浪费，从而达到提高船舶分段制造效率和质量的目的。伴随着智能制造技术的飞速发展，如物联网、大数据、人工智能等成熟应用，为船舶分段制造车间的智能化技术改造提供了技术支持。通过智能化的设备和系统，实现生产的实时监控、数据分析和决策支持，能够进一步提高车间管理水平和应对速度。如何融合精益思想和智能制造技术，科学合理规划船舶分段智能制造车间布局，是船舶制造业亟待解决的问题。
1船舶分段智能制造车间布局现状

1.1物流不畅

船舶分段智能制造车间最大的问题就是物流不畅。从物料的入库，到物料的运输，再到分段的装配，阻碍重重。主要原因是车间内部的物流通道不合理。通道狭窄，转弯半径大，大型的钢板运输车辆和小型的零部件运输车辆在同一狭窄的通道上，频繁的交汇造成交通堵塞，大型的钢板运输车辆和小型的零部件运输车辆相互影响车辆的行驶，影响了物流运输的效率[1]。其次，物料的存放不合理。由于物料的多样性，包括原材料、半成品、成品混合堆放一处，没有划分明确的物料存放区域。要找寻某一个物料，花费大量的人力、时间去寻找和搬运。另外，物料的库存管理得不到保障，物料的领用和入库不能及时登记，导致物料的库存时间过长，造成物料的库存积压和短缺，影响了物流的正常进行。最后物流设备不匹配。一些船舶分段智能制造车间使用的叉车、牵引车、起重机等车辆设备老旧，速度慢，故障多。这些陈旧的设备显然不能满足物流快速、高效的运输要求。另外，不同物流设备的连接不合理，不能很好衔接，导致物料在不同物流设备之间的转运时间过长，增加转运成本和时间。

1.2设备利用率低

在船舶分段智能制造车间内，设备利用低的现象普遍存在。一是设备配置与生产需要不匹配。一些车间为追求先进的生产技术，购置了高技术含量的设备，但由于生产规模和工艺条件的限制，这些设备无法得到充分利用。如购置的高精度加工设备，由于生产工艺要求高，大部分时间没有活干，造成设备闲置浪费。二是设备维护保养不到位。由于没有专业的设备维护人员和科学的维护计划，设备容易出现故障。一旦设备出现问题，由于修理周期长，会造成整个生产环节的停工停产。设备利用率低的原因与对策如表1。此外，设备的例行保养工作也容易被忽视，设备性能下降，不能按照正常的生产节奏运行。三是生产计划安排不合理。车间在生产计划安排时，没有对设备产能和负荷进行分析，造成一部分设备长时间超负荷生产，另一部分设备闲着不管用；另外，生产计划调整的频率很高，对设备生产参数和工艺要求的改动较大，也影响了设备的利用效率[2]。

表1设备利用率低的原因与对策

1.3生产周期长

船舶分段智能制造车间的生产周期过长，是该企业的主要制约因素。从分段的设计到最终交付，中间涉及的环节众多，任何一个环节的延误都会导致生产周期延长。设计上的问题，是导致生产周期长的源头之一。由于设计变更，导致生产的困难。设计方案经常需要变更，主要是设计部门与生产部门沟通不畅的结果，设计方案在生产中经常需要修改，这不仅增加了生产的难度，也导致生产进度的滞后。生产的困难，导致工序的衔接不紧密。工序之间的衔接缺乏有效的机制，前一道工序完成后，后一道工序很难在短时间内开始作业，往往前一道工序完成后，要等待较长时间才能开始下一道工序。工序之间的衔接不紧密，是生产周期长的又一主要源头。分段组装完成后，要等待质量检测人员来检测，而检测工作量大，分段在检测环节卡住的时间过长，是生产周期长的又一主要源头。供应的困难，导致生产周期长。物料的供应不能满足，经常出现缺货，生产不能按计划进行。而且，供应商的质量不稳定，生产部门经常要对采购的物料进行多次检验、筛选，生产周期被延长。

2面向精益生产的船舶分段智能制造车间布局优化措施

2.1优化物流布局与管理

船舶分段智能制造车间布局的优化，关系到面向精益生产的最终实现，因此，必须做好物流布局和管理的优化。(1)物流通道的优化设计。根据物流各种物料的行驶方向和运输量，设计宽畅、疏朗、通畅的运输通道，减少迂回和交叉，防止通道堵塞。如将原、料运输通道和成品运输通道分开，各类物料的运输互不干扰。(2)合理的物料分区存储。按照物料的不同种类、不同的用途、不同的使用频率，划分出不同的物料区，设置原物料区、半成品区、成品区，使各种物料分开、有序地存放在各自的区内。仓储面积较大，物料品种多，还应配备wms(仓储管理)系统，以便于对物料的定位和监控。及时掌握库内物料的位置和数量，便于迅速查找，提高物料的领用和入库速度（如图1所示）。(3)物流设备的优化配置。淘汰陈旧、经常出故障的物流设备，积极采用自动化水平高、运行故障少的叉车、起重机等设备。同时，对物流设备实行保养制度，建立保养和维修档案，发现故障及时排除，确保物流设备的正常运行。并且，合理调度和安排各物流设备的运转，使各设备之间紧密衔扣，物料转运时的等待时间减少，从而提高整个物流系统的运行效率，降低物流成本[3]。

图1 分类存放的船舶制造车间

2.2 提高设备利用率与协同性

提高设备的利用率与配套性是科学设计车间布局的关键。一是满足生产需要。对现有设备进行梳理，分析其是否匹配、能力是否匹配、使用范围是否匹配，淘汰没有价值和利用率低的设备，补充必须的设备。在购置设备时，注意设备的选型和与生产工艺的匹配，使设备真正发挥出作用。二是加强设备管理。安装设备在线监测系统，实时采集和监控设备运行参数和状态，提前发现和消除设备的故障，避免设备的突发性故障，减少设备停机时间。三是实行设备共享。打破部门之间围墙，消除部门之间设备不能通用的障碍，实现设备相互共享，提高设备综合利用率。四是合理布置设备和合理安排工序。设备布置尽量安排每道工序前后设备紧密衔接，减少物料搬运距离。合理安排工序，采用机械化、自动化搬运、加工，减少工序间等待时间，提高生产效率。设备协同优化策略如表2。还可以通过信息化手段，实现前道工序与后道工序设备自动衔接作业。

表2 设备协同优化策略表

2.3强化信息系统集成与应用

加强信息系统集成与应用是实现精益生产的基础。首先，建立车间信息集成平台。信息系统是现代生产管理的重要工具。建立生产管理系统、质量管理系统、物料管理系统等信息系统的集成应用，消除信息孤岛，实现信息系统的互联互通和信息共享，使生产管理人员能够及时获取生产进度、产品质量、物料库存等信息，为决策提供依据。其次，采用先进的生产调度系统。运用大数据和人工智能技术，合理安排生产计划，科学调度生产，优化作业流程，提高生产效率。生产任务发生变化时，能够及时调整生产计划，保证生产的正常进行。最后，加强车间的信息化建设。提高网络带宽，保证网络的稳定性和信息安全，保证信息系统稳定、高效运行。加强对车间一线人员的信息化培训，提高他们运用信息技术的水平，使他们掌握各种信息系统，充分发挥信息系统对生产管理的促进作用，实现车间生产的数字化、精益化管理。

结束语：本研究围绕面向精益生产的船舶分段智能制造车间布局优化这一核心问题，展开了系统而深入的探讨。通过综合运用精益生产理念、系统工程方法以及智能制造技术，对船舶分段制造车间的布局进行了全面分析和优化研究。在研究过程中，我们首先对船舶分段制造车间的现状进行了详细调研，识别出传统布局模式下存在的物流不畅、设备利用率低、生产周期长等问题。基于精益生产的原则，我们深入分析了这些问题产生的根源，并结合智能制造技术的特点，提出了以消除浪费、提高效率为目标的车间布局优化思路。通过建立车间布局优化模型，综合考虑了物流成本、设备利用率、生产柔性等多方面因素，运用科学的算法和方法对模型进行求解，得到了优化后的车间布局方案。该方案在理论上能够有效缩短物流路径、提高设备利用率、减少生产周期，实现了生产资源的高效配置。

参考文献

[1]黄敏健,谢新,郄金波,等. 船舶分段制造装备智能化需求分析[J].造船技术,2021,49(06):68-71+85.

[2]张国政,李刚,韩永磊,等. 基于AR/VR的船舶制造车间仿真优化应用研究[J].科技与创新,2021,(12):176-177.DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2021.12.074.

[3]王建勋,陈宝峰,朱雪玲,等. 船舶分段制造车间设备组网技术应用研究[J].船舶标准化与质量,2021,(03):46-51.