船体分段车间指标采集系统开发及应用

蒋艳会， 孔 宁， 周 清

(1.上海船舶工艺研究所，上海 200032；2.上海申博信息系统工程有限公司，上海 200032)

0 引 言

船体分段车间智能制造执行管控系统(Intelligent Manufacturing Execution System，IMES)是以船体分段车间为对象，以船体分段建造过程中的中间产品为应用对象，以提高车间制造执行管控效率为目标，支持数据、仓储、计划排产、物流、精度和质量等过程执行管控的软件。为分析该软件的工程适应性，选择典型船体分段在多家船厂的船体分段车间进行示范应用。由于在应用过程中涉及的生产数据种类较为繁杂，手工统计和汇总计算需要耗费大量人力，且容易出错，因此提出开发船体分段车间指标采集系统(Index Collection System，ICS)。

1 ICS总体功能结构

ICS总体功能架构如图1所示，包含数据采集和数据处理两大模块，各自包含停工待料缩短百分比、车间库存减少百分比、生产效率、船体分段无裕量制造率和品质报验差错率等5个子模块，其中：生产效率子模块包含切割、钢材堆场、小组立、中组立和大组立等5个子模块。

图1 ICS总体功能结构

2 数据采集

ICS数据采集主要通过Web Service接口接入、消息中间件数据交换接入、采集器和开放数据库访问方式接入等4种方式实现[1]，其中：使用IMES后的数据通过第1种方式获取；使用IMES前的数据通过后3种方式获取。

3 数据处理

3.1 数据转换和存储

ICS数据分为使用IMES前后的数据。使用IMES后的数据从IMES中获取。使用IMES前的数据处理流程如图2所示：通过船舶设计软件、采集器和船舶管理软件获取，将采集的数据按类别分别存储，经抽取转换加载(Extract-Transform-Load，ETL)[2]数据处理层对数据进行抽取、清洗[3]、加载和转换处理，再存储至ICS数据库，ICS进行指标计算和验证显示。

图2 使用IMES前的数据处理流程

3.2 指标计算

船体分段车间指标算法如下：

(1)生产效率

以同车间和同类型船体分段载体为验证对象，对各业务环节的生产工时进行量化统计分析，计算全车间的生产效率。计算公式为

(1)

(2)车间库存减少百分比

计算车间库存减少百分比需要一个参照标准，即根据现阶段生产数据统计得到单位船体分段物料数量产出对应的库存量，再统计使用IMES后的库存量，对比分析得到车间库存减少百分比。计算公式为

(2)

式中：L1为现阶段生产数据统计得到单位船体分段物料数量产出对应的库存量；L2为使用IMES后的库存量。

受当前技术条件限制，L1未作全面统计。

(3)停工待料缩短百分比

统计船体分段各生产工序阶段配套有序供给率(即各工序实际供给与计划供给的时间偏差)，计算停工待料缩短百分比。计算公式为

(3)

式中：G1为当前各生产工序阶段配套有序供给率；G2为使用IMES后的各生产工序阶段配套有序供给率。

(4)船体分段无裕量制造率

加强船体分段生产线加工精度控制，减少完工切割量，可缩短建造时间，节省建造成本，提升产品质量。主要测试某个建造周期内的船体分段无裕量制作个数与制作总数的比率。计算公式为

(4)

(5)品质报验差错率

以同车间和同类型船体分段载体为验证对象，对报验各环节的错误信息进行量化统计分析，计算报验差错率。计算公式为

(5)

3.3 指标验证

IMES目前已在多家船厂的船体分段车间使用，为验证其使用效果，选择典型的指标数据进行分析[4]，包括3家船厂的5个指标数据，指标验证如图3所示。结果表明，在使用IMES后，各家船厂的生产效率均提高20%以上，车间库存减少百分比均提高30%以上，停工待料缩短百分比均提高30%以上，船体分段无裕量制造率均达90%以上，品质报验差错率均小于0.5%。

图3 指标验证

4 结 语

通过IMES在3家船厂的船体分段车间使用验证，可知使用IMES对船舶制造能力的整体提升具有重要意义，而ICS提供IMES的应用验证，可为进一步推广IMES的应用创造条件。