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2010 Siemens PLM Software征文:PLM在船体分段零部件制造的应用初探

2010/7/19    来源:e-works    作者:韩冬梅  李媛  孟梅      
关键字:船舶制造  零部件制造  制造过程管理  产品生命周期管理   
造船企业难以实现车间制造管理信息系统,本文以船体分段零部件制造为研究对象,分析了零部件制造车间的现状,结合船体零部件车间实现精益化生产管理的实际需要,从PLM管理技术的角度,提出解决船体零部件制造车间存在问题的路径和方法。

1 前言

    近年来,PLM技术发展十分迅速,已成为全球制造企业关注的焦点。曾经有人断言:以产品创新为特征的制造业时代,需要产品生命周期管理(PLM)。船舶作为制造业中一种特殊的、复杂的产品,在面临国际造船趋势向亚洲转移及市场激烈竞争的环境下,中国船舶制造业必须顺应制造业发展的新时代,注重借鉴、理解并应用PLM技术,从而提高竞争力和持续发展能力。

2 PLM的内涵

    产品生命周期管理PLM (Product Life Cycle Management),自从提出以来,便迅速成为国内外制造业关注的焦点。目前国内外研究人员普遍认为,产品全生命周期是指产品从市场需求分析、工程设计、制造装配、营销、使用到报废的整个生命过程,是从产品整个生命周期内质量及可靠性、价值链等角度出发提出的,产品的生命周期涵盖的内容如下图所示。

图1 产品全生命周期框图

    作为一个概念来说,PLM不是全新的,在20世纪末提出后,受到了广泛的关注,尤其是在近几年,PLM技术迅速升温。比较而言,国外对PLM技术的应用和研究更加深入、成熟,并取得显著的成果,国内PLM的基础理论、关键技术、集成技术等还有待进一步的研究。对于国内的制造业,运用PLM解决问题,必须关注并理解PLM体系结构、关键技术及其发展方向。而且要透彻地理解PLM管理包含需求管理、产品开发技术及管理、制造过程管理、产品回收管理四个方面的内容。如图2中所示,PLM系统涵盖的产品各个阶段的技术和解决方案,CAD/CAE/CAM/CAPP包含了产品的技术信息,SCM/CRM/ERP体现了产品的管理信息,技术与管理信息的桥梁与媒介是MES,通过MES将技术信息与管理信息有效地传递、衔接、融合,以消除“信息孤岛”问题,完善直观、可行的数字化产品信息的集成。

图2 PLM系统的集成

    我国船舶制造企业实施PLM战略同样需要以上提到的技术,但由于船舶产品本身的特点,它需要更复杂的系统体系结构,需要构建多方位、多角度的、更广泛的全生命周期管理系统。

3 船体零部件加工

    3.1 船舶制造的特点

    船舶产品系统复杂并且庞大,包括总体、船体、装置、动力、电气、系统等200多个专业;从设计阶段看,它从方案设计、初步设计、技术设计、施工设计直到配建配试,各设计阶段包含大量的数据、图纸和文件资料。

    船舶制造是一个涉及面广、综合性强的制造系统。其中船体结构是通过原材料和零部件经过逐步加工,并与多类功能型设备或单元分区域和阶段相互整合等一系列过程来完成。在这个过程中,除了要消耗大量的物化成本外,还要消耗大量的人力。同时,船舶制造过程又是一个多专业配合、反复深化的过程,在各设计制造阶段,都需要各专业配合协调,通过反复评价和决策才能完成。

    船舶制造的特点可以归纳为以下几点:

    (1)船舶是大型结构物的生产,工程量大,建造周期相对较长。

    (2)船舶建造是综合性的大型装配过程,涉及的工艺方法众多、数据量巨大。

    (3)产品导向型的作业分解使船舶按照区域、类型、阶段的方式进行生产建造,立体交叉的作业,导致物流、人流、信息流交错和紧张。

    3.2 船体分段零部件制造

    分段是船体的局部结构,将整个船体按照一定的原则和要求分解成若干个“块”,每一块称为一个分段,也即船体分段。而船体分段零部件是将分段按照制造级别逐级划分后得到的最小、最基本单元,经多道工序、多个作业单元加工后的零件根据结构层次依次装配,构成船体,例如:零件与零件装配、焊接形成部件,部件与部件、或者部件与零件装配、焊接形成组件,最后组件、部件、零件装配焊接形成分段,乃至整个船体。因此,船舶制造是一个多极渐进的复杂加工装配系统。

    船体零部件的加工、装配过程复杂,不但零件成形要经过多道工序处理,而且零件装配要多个场地变换、多个各工种配合,如平面分段,经过钢板拼板、肋骨装焊、桁材装焊、打磨、舾装、涂装等多个作业环节,得到完整的中间产品,多个分段在经过船台搭载、总装才能构成最终产品。一般来说,船体能够划分出上百个分段,那么分段零部件数量的巨大,装配关系的复杂,零件跟踪的难度,由此可见一斑。

    综上所述,可见船体分段零部件是船舶的重要组成部分,它构成了船体结构,是舾装、涂装的基础。船体分段零部件制造的优劣不仅关系到整个船舶的结构强度,还直接影响舾装和涂装等工作的顺利进行,进而影响船舶的建造周期。

    3.2.1 船体分段零部件制造流程

    分段零部件制造车间主要是完成构成船体结构所要零部件的加工,如下图3所示,主要分为四个加工环节:预处理,切割,弯曲加工、组立装焊。具体作业过程:首先对钢板、型材预处理,即经抛丸、除锈、喷漆几个程序将板材表面进行处理,然后用切割机将钢板分离成零件,如肋板、肘板、加强筋等,切割分离开来的零件按设计要求一部分送到冷热弯板车间进行弯曲,如外板、面板、腹板等,待加工成型后配送到指定的工位,一部分零件送到小组立装配车间装焊成小组立、中组立,组立装配好后,等待其他部门领取,此时分段零部件制造车间的工作就结束了。零部件的制造过程中,还涉及诸多工艺、工装要素,主要工艺有钢材预处理、切割(门式切割、数控切割、板条切割、光电切割、半自动切割)、冷热弯板(辊板、油压板、火工)、焊接(CO2气体保护焊、埋弧焊、手工焊接)以及装配。此外,还有托盘、切割平台、吊码、马板、引弧板等工装的制作和准备。

图3 分段零部件制造车间作业流程

    3.2.2 船体分段零部件制造管理中的难点

    对一些典型船舶企业的分段零部件制造车间调研,以及从船舶企业内部工作人员的反映情况来看,零部件制造管理中主要存在以下几个方面的问题:

    (1)要保证设备物资、人员及相关的操作信息及时到位,需要对劳动力组织、能力平衡、工作量划分等进行细化和量化,国内造船企业在这方面还存在相当的困难,目前大多数船舶企业还是较为粗放的管理模式,还未能精细化、量化。

    (2)车间建造过程中零件流动路线复杂多变,涉及的工种也较多,交叉作业量大,又缺乏有效的管理手段,使得计划平衡困难,导致生产不能连续,车间生产零部件大量积压。

    (3)缺乏对生产进度和过程的控制:生产进度和物料状态实时反映能力较差,对生产执行中的关键作业时间节点把握不准确。

    从分段建造车间的难点问题,可以看出车间内作业计划与作业组织间的平衡能力差,缺乏对计划执行的监控和反馈,不能及时获取车间底层的基础数据信息,在生产调度和数据量大,关系复杂,且缺少成熟的管理系统,从而使得前后工序脱节、中间产品库存期长,信息难以共享,最终导致生产不连续、不均衡。

责任编辑:黄菊锋
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