面向精益生产的造船生产计划流程与优化模型

第30卷第1期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2011年2月Vol.30No.1JournalofLiaoningTechnicalUniversity（NaturalScience）Feb.2011收稿日期：2010-05-01基金项目：国防科工局技术基础基金资助项目（C172009C001）作者简介：宗鸣镝(1978-)，男，辽宁兴城人，博士研究生，主要从事企业计划与生产管理、资源优化调度方面的研究。本文编校：焦丽文章编号：1008-0562(2011)01-0120-06面向精益生产的造船生产计划流程与优化模型宗鸣镝，孙厚芳（北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081）摘要：针对目前造船行业“精益生产模式”研究中缺少可量化的计划优化模型和工具的问题，通过对“精益生产模式”与先进的“现代造船模式”基本特征的分析和比较，归纳出精益生产模式下的造船计划与生产控制的特征。在此基础上，建立了一种符合精益生产原则的造船生产计划管理流程模型，以及面向精益生产原则的计划优化模型，并针对该计划优化模型给出了求解思路。研究结果为造船企业在精益生产模式下进行计划优化提供了一种精确的可量化方法。关键词：精益生产；造船；计划模型；计划优化中图分类号：F272文献标识码：ALeanproductionorientedshipbuildingplanningprocessandoptimizationmodelZONGMingdi，SUNHoufang（MechanicalandAutomobileEngineerSchool,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China）Abstract：Thepurposeofthepaperistoprovideamodelandnumericalwayofplanningoptimizationsupportingtheimplementationof“leanproduction”atshipyard.Bycomparingtheprinciplesof”Leanproduction”modeandadvanced“modernshipbuilding”mode,therequirementsonplanningandproductioncontrolforrealizing“leanshipbuilding”areinduced.Basedontherequirements,anshipbuildingplanningprocessmodelandanplanningoptimizationmodelhavebeenestablishedrespectively.Asolutiononsolvingtheoptimizationissuehasbeenraisedattheendofthepaper.Thestudyprovidesanumericalwayinsupportingoftheplanningoptimizationunderleanproduction.Keywords:Leanproduction,shipbuilding,planningprocessmodel,planningoptimization0引言精益生产(Ieanproduction)又称精益制造(Ieanmanufacturing)，是一种使企业活动所利用的资源最小化的哲理[1]。精益生的思想与方法具有很大的通用性，已经成为主导21世纪现代制造业的最有效、最先进的生产模式[2-3]。造船行业作为综合化的现代重型制造业，近年来所大力提倡的现代造船模式在很大程度上体现了精益生产模式的原则，其突出的管理特点是：“中间产品”导向的分散专业化生产，按“区域/类型/阶段”的“流通量”控制生产状态，使船体建造、舾装和涂装一体化。与“精益生产模式”基本特征对比（见表1），现代造船模式与精益生产模式具有高度的一致性，是“精益生产模式”在造船行业的最佳实践。当前的面向精益生产的造船计划管理研究多是基于经验的具体原则阐述，尤其是缺少可量化的计划优化模型。本文在对精益生产模式的基本特征深入分析的基础上，归纳提出精益生产模式下的造船计划与生产控制的特征，建立了一种符合现代造船模式的生产计划管理流程模型，以及面向精益生产原则的计划优化模型，并针对该计划优化模型给出了求解思路。表1现代造船模式与精益生产模式特征对照Tab.1comparisononcharactersofmodernshipbuildingmodeandleanproduction现代造船模式的特征精益生产模式原则统筹优化理论为指导精益生产模式的体系性：分为3个层次、涉及整个供应链的各个环节应用成组技术原理，以中间产品为导向标准化、一个流的生产组织方式按区域组织生产工艺布局的专业化壳舾涂作业在空间上分道、时间上有序拉动式的计划与控制模式设计、生产、管理一体化跨越整个供应链的拉动式的计划与控制模式均衡、连续地总装造船负荷平准化、节拍一致性1精益生产模式与现代造船管理本文根据美国学者JeffreyK.Liker在The第1期宗鸣镝，等：面向精益生产的造船生产计划流程与优化模型121ToyotaWay一书[4]中对精益生产模式的论述，并结合现代造船模式提出的行业特殊需求，归纳提炼出精益生产模式下造船计划与生产控制所应具备的特点，见表2。表2精益生产模式下造船计划与生产控制的特征Tab.2charactersofplanningandproductioncontrolunderleanshipbuilding精益生产模式现代造船模式下的计划与生产控制体系基本原则需求应具备的特点影响流程影响优化目标理念①管理决策以长期理念为基础，即使因此牺牲短期财务目标也在所不惜。以统筹优化理论为指导，设计、生产、管理一体化①在任何情况下，都应坚持把精益生产模式的基本原则作为造船计划与生产控制的指导性原则，不轻易妥协。是②建立无间断的操作流程以使问题浮现壳舾涂作业在空间上分道、时间上有序②在计划制定过程中，以中间产品为核心制定计划，保证中间产品（如分段）生产的连续性，减少中间产品各生产阶段的等待时间。是是③实施拉式生产制度以避免生产过剩以中间产品为导向拉动③围绕中间产品的生产和交付过程，以后道工序的需求计划为驱动，向前层层递推，获得前道各个工序的计划；工序计划调整时，需要考虑后道对前道工序计划的影响，以避免中间产品流通过程中存在过长的等待时间；是是④使工作负荷水平稳定（生产均衡化）均衡、连续地造船④在各个级别计划制定的过程中，应首先确保各道工序负荷的均衡，在此基础上才能实现拉式的生产制度是是⑤建立立即暂停以解决问题、从开始就重视品质管理的文化过程监控⑤在生产控制中，及时反馈计划的执行情况，并确保执行中的问题被反映到适当的计划层面上，以确保问题能够被及时解决。是是⑥工作的标准化是持续改进与授权员工的基础应用成组技术原理⑥围绕中间产品确定各道工序的标准工期、作业标准、缓冲时间标准；在计划制定过程中，需要参考中间产品的标准工期制定计划；是⑦运用可视化管理使问题无处隐藏可视化管理⑦采用直观、高效的问题反馈形式反馈计划的执行情况。正确的流程⑧使用可靠的、经过充分测试的技术以协助员工生产流程应用成组技术原理、成功生产经验⑧结合设计方案与实际生产经验，建立中间产品或区域的标准作业指导，以此为基础开展全面质量控制是⑨把彻底了解且拥护公司理念的员工培养为领导者，使他们能教导其它员工无相关论述⑨计划管理和生产管理成员必须能够理解精益生产模式下造船计划与生产控制所追求的目标和衡量的指标⑩培养与发展信奉公司历年的杰出人才与团队无相关论述⑩计划管理和生产管理成员必须能够按照精益生产模式下统一的目标对造船计划和生产过程加以管理发展员工与事业伙伴○11重视事业伙伴与供应商网络，激励并助其改进设计、生产、管理环节一体化○11从供应链管理的高度，进行计划和生产管理，确保生产、生产准备计划的协调，并为供应商或分包商顺利完成计划创造条件是○12亲临现场查看以彻底了解情况制定管理职责○12对反馈的计划执行问题必须追溯源头；提倡亲自证实执行问题，确保反馈问题的真实、可靠；是○13不急于作决策，以共识为基础，彻底考虑所有可能的选择，并快速执行决策。协同制造○13制定计划过程中，全面征求来自各个业务环节的意见，确保计划的可行性与合理性是持续解决根本问题○14通过不断省思与持续改进以变成一个学习型组织无相关论述○14根据实际情况，对作业标准（如标准周期、中间产品划分）、控制原则（如缓冲在制品库存的设置等）不断进行修正，确保计划与生产控制体系的不断优化2造船计划管理流程与优化模型为了使造船企业能够按照精益生产的原则开展运作，采用的计划方式既要适应单件、小批量、大型工程项目类的生产管理的需要，又要追求一个流生产、均衡连续、标准化的精益生产原则[5-7]。建立面向精益生产的造船计划管理体系，必须建立以下两类模型：计划管理流程模型和计划优化模型。2.1面向精益生产的造船计划管理流程模型现代造船企业的计划制定普遍采用了自顶向下，逐级细化的方式，形成全厂的年度和月度计划，进而分解出各部门内部的小日程计划（或周度计划）。在排产过程中，从搭载计划入手，按照拉动原理从后向前逐级倒推出分段涂装、分段制作、直至物资供应等搭载之前各阶段的计划（即先行中日程计划），向后推导出搭载焊后、码头作辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第30卷122业、直至交船等后续各阶段的计划（即后行中日程计划）[8-9]。本文结合精益生产模式的基本原则，建立了造船计划管理流程模型，如图1。图1面向精益生产的造船生产计划管理流程模型Fig.1planningmanagementprocessunderleanshipbuilding在计划管理流程模型中，精益生产模式的原则主要体现在以下几个环节[10-11]。(1)面向多个层次计划建立作业标准精益生产模式下的船厂，应为在各个层次计划制定作业标准，包括：标准周期、标准作业顺序、标准缓冲时间和标准提前期四个方面的标准。标准周期：造船行业具有单件制造特点，另一方面，船厂的同类型中间产品（如分段）的制作过程又具备相似性，为实现按节拍连续生产带来了可能。船厂需要针对各层次计划制定标准周期，从而达到即控制整体工程进度、又控制中间产品生产节拍的目的。包括在顶层建立各船型总体阶段的标准周期，在中日程计划层面上建立典型中间产品的标准周期，在小日程计划建立典型施工作业的标准周期。标准作业顺序：为中日程计划制定面向典型中间产品的标准生产阶段划分，为小日程计划制定典型作业的标准作业顺序。标准提前期：以整船为单位考察，为了保证生产阶段的紧密衔接，在搭载之前的各道工序之中，需要按照下坞（出坞）的顺序依次生产各条船所需的中间产品。为达到这一目的，可以在单船各生产阶段之间设置统一的标准提前期（如涂装阶段与搭载阶段之间），同时使单船各个生产阶段的总体周期一致（如，同一艘船的搭载总体周期、涂装总体计划下达生产部门周度计划现场进度反馈是否顶层计划计中日程计划小日程计划企业级计划部门级计划偏差在顶层许可范围内？是否各船型典型负荷否是负荷平衡总体负荷平衡顶层计划线表计划/主计划）各船型标准周期否搭载计划先行中日程计划后行中日程计划制作中日程计划中日程计划是典型分段标准周期作业区域间缓冲周期标准物资需求计划生产图纸需求计划负荷已平衡中日程计划负荷平衡周度计划负荷平衡否任务包分解标准任务包作业标准是偏差在中日程计划许可范围内？生产部门月度计划负荷已平衡？作业执行第1期宗鸣镝，等：面向精益生产的造船生产计划流程与优化模型123周期、分段制作总体周期保持一致）。(2)计划制定过程中进行多层次负荷平衡均衡生产是实现精益生产模式的重要前提，精益生产模式下的船厂，在各个层次的计划制定过程中，都必须考虑多船在建情况下的综合负荷平衡。负荷平衡需要考虑两个方面：能力与负荷平衡、负荷均衡分布。能力与负荷平衡：在顶层计划制定过程中，考虑船厂的关键