成组技术“管件族制造法”的应用与探索

PAGEPAGE1成组技术“管件族制造法”的应用与探索张凯峰、杨心江、郑琳、于雪梅、李淑珍、娄锦博（大连中远船务）一、概述船舶管路系统是船舶舾装工程中的重要组成部分，其涉及面广、作业量大、设计和制造安装周期长。船舶管子制作又是管路系统的重要生产环节。据统计：船舶管路生产工时约占造船总工时的8%-12%，而管子加工工时约占管路总工时的65%以上。近年来，随着单元组装率和预舾装率的不断提高，特别是托盘配盘管理体制的不断改进，使大量外场工作转移到内场进行，内场管子加工的工作量亦随之增加，因此大幅度提高管子加工效率，对缩短造船周期意义重大。长期以来，管子制造一直沿用传统的单件制造方法，根据测绘的管子零件图，按照管子下料-曲弯-平台装配-焊接-打磨-水压试验-探伤交验-表面处理-分拣储存的工艺流程组织管子加工生产。随着船舶设计软件的不断开发和升级，世界造船业已经普遍解决了管子零件的设计问题。然而，从目前多数造船企业来看，我国国内管子制作仍以单件生产为主。过去是设计落后，生产缓慢；现在是设计超前，生产滞后。单件制造方法不能批量进行管材套料，管材利用率低；大小口径的管子同时弯制作业，弯管机的弯模频繁更换，耗时费力；管子校对装配作业笨重复杂，过程衔接差；管子法兰、支管等的焊接无法采用自动焊接，均需采取逐个焊口手把焊接，生产效率低。落后的传统工艺，已经远远适应不了造船生产的需求。目前国外一些先进船厂正在应用的“管件族制造法”，国内有些船厂，通过技术改造和计算机辅助设计，也在积极探索应用这种方法，不断寻求管件制作的工艺改革，以期大幅度提高工作效率。近年来，大连中远船务管加工工区根据“管件族制造法”的先进理念，按照“管件族制造法”的原理和原则进行管子加工工艺设计及生产管理优化组合，率先进行先进技术的尝试和创新。“管件族制造法”摒弃了以往落后的管子单件制造的传统方式，实行以成组技术理论为指导的批量制造方法，对管系生产工艺及作业模式等进行了根本性的改革。二、管件族制造法的基本原理成组技术的相似原理与制造原理是管件族制造法的理论基础。一些工业发达国家早于20世纪三四十年代就开始了成组技术的相似原理与制造原理研究，美国“自由轮”的批量建造就是成功运用成组技术的结果。从20世纪80年代初，国内造船行业开始研究并探索成组技术在管子、柴油机零件制造中的应用。研究证明，管子制造应用以成组技术相似原理与制造原理为基础的管件族制造法，可极大地提高生产效率。（一）成组技术相似性原理世界上所有事物都可以进行相似性的比较和分析，通过划线、归类和分组，划分成属性相同或相似的若干组，每组事物可以通过相同或相近的规律来辨识，以便采用相似的简单方法处理好同一组内的相近事物，去获得事半功倍的效果。这一分组解决的办法就称之为成组技术相似性原理。将这一基本原理应用于管子制造，就可以根据管子属性和加工方法的相似性，将全船杂乱无章的管子进行划线、归类和分组，划分成若干个属性相同、加工有序的管子零件加工组合，这个加工组合也就是一个“家族”，因此可称之为管子零件族，简称为“管件族”。（二）成组技术制造原理把整体的无序组合变为个体的有序组合、把全局的复杂组合变为局部的简单组合后，由于同一管件族内的每一根管子的基本属性相似，加工的工艺方法相近，所以可对每族管子零件采取与其相适应的加工方法来制作，此方法使用于同族内的所有管子，这样就可以预先设定其工艺流程，加工设备可根据工艺流程的需要建立成组平面布置的生产小单元，以生产线甚至流水线来组织大批量专业化生产，实现有秩序、有节奏的高效率生产。对相同属性的零件，利用其加工方法相同或相似的有利条件来实施批量、高效生产的理论就是成组技术制造原理。用这个制造原理对所有的各族管子零件进行专业划分，有利于重复简单工作提高工作效率；有利于提高机械化操作水平，有利于测定修改劳动定额。三、管件族制造法的工艺探索目前，管子加工“管件族制造法”在国内一些船厂基本处在积极探索和效仿阶段，至今还没有一个完整的可以照搬借鉴的成功经验；而且各个船厂各自的经营纲领、生产组织原则以及船舶产品对象都不尽相同，所以必须根据自己船厂的特点及现有的生产条件，加紧进行“管件族制造法”工艺设计。（一）、管子制作产品管件族的划分成组技术“管件族制造法”的核心是管件族的相似性组合。大连中远船务管加工工区根据管子的属性及管子零件的结构形式和工艺特征，首先将管子按属性划分为I、II、III级钢管，不锈钢管，铜管，铜镍管等；然后按管子的结构形式和工艺特征划分为直管，弯管，直管+直支管（弯支管），弯管+直支管（弯支管），弯头管等；再按管子的大、中、小口径将上述划分再细分几个管件族。并按连接附件或连接方式的不同再细分。按照上述管子零件族的划分原则，将管子制作划分为“A”、“B”、“AA”、“AB”、“B(1)”、“IIIA大”、“IIIB中”、“IIIB（1）小”...等二十多个工位，确定其管件族编码，编制“管子制作流程卡”，按“工位”拆分图册，将相同类型的“直管”、“弯管”、“直管+支管”、“弯头对接管”等管件归类分组编卡，集合二十几个工位组织流水作业生产。（详见表管件族工位划分表）（二）、管子加工场平面布置及工位流程我厂目前生产的船舶从30000—92500吨，工区制作的管子口径大多在DN20-DN500mm，工区每年生产的管子达到20万根以上，根据各种规格管子的负荷比例、加工产品管件族的单元划分及有关原则要求，加工区域工艺生产流程设置如下：1、四大区域。管子零件的制造是通过特定的加工区域来完成的，为了满足一组工艺相似的管件加工需要，针对各族管子零件的材质和管径大小不同，需加工的设备功能也有差异的情况，就需要按管径和材质来分别组建加工区域。目前，管加工工区将厂房按跨划分为四大加工区域。1）小型加工区域DN15-DN50的钢管、不锈钢管、铜管。2）中型加工区域DN65-DN150的钢管、不锈钢管、铜管。3）大型加工区域DN200以上的钢管、不锈钢管、铜管。4）有色金属加工区域2、每个加工区域又按管件族的工位要求划分成若干加工单元。管子加工单元是指为完成一组相似管件族而布置在一个封闭区域内的一组设备，在一个设备组内完成一个零件系列加工所需要的全部工序，形成封闭的生产能力。加工单元与管件族工位相对应，所以每个加工单元又是管件族工位单元，设备的配备以管件族工序内容而定。3、每个单元又按管件族的工位形成各自工序内容加工路线。设备进行成组平面布置后，各管件族按其工位特点形成特定的分道加工线，工人可以在特定工位的设备上操作，只受零件完成时间的限制，形成有节奏的生产。零件在加工过程中的传递或输送不是按批进行，而是尽量按单件转移，几乎没有多少停顿时间，完全以一定节奏生产的生产线或流水线方式进行。这样，每个管件族按照工位设定的动作要领和作业节奏，实行分道作业的机械化、自动化的高效生产。四、管件族制造法的生产管理措施及控制手段成组技术“管件族制造法”是一项系统工程。就像一个社会，每个人都有自觉的行为规范，整个社会才会有稳定的秩序。每个工位各自有效运作，才会保证整个系统的协调一致。所以要使整个系统顺畅运作起来，必须有统一的布局和全局管理办法及局部管控手段。（一）、计算机辅助管理1、全盘掌握管件制作信息，录入数据，建立数据库。按照以下29个内容为一行建立单船数据库，每条船需录入近2万5千行数据储存，基本可以掌握管件制作的全部信息。2、编程管子零件图“图纸审阅小程序”，确保图纸的正确性。3、按工位拆分图册，必须达到一定的数量，才能满足各个工位的需要。一般管子在500根左右编一个批次，一个批次可能是一本图册，也可能是10本、20本图册，编程自动《工艺分卡系统》小软件，减轻了图纸拆分的工作量，避免了图纸拆分的混乱。4、建立信息共享平台等。技术组建立数据库等各项信息，为生产的各个环节提供全过程的信息服务。（二）、编制作业流程卡根据单船数据库的批次数据，编制“管段制作流程卡”、“管段制作流程卡材料统计表”、“管段制作流程卡下料单”等。首先把杂乱无章的管件有秩序地编制成工位卡，然后按照流程卡的要求组织工序流程、材料配送、工时测定、质量检验、管件分拣集配等。1、“管段制作流程卡”。表述一个管件族卡号，管件下料长度、附件型号、管型、磅压要求、管子内外表面处理方式等，并规定了管件的流动方向。2、“管段制作流程卡材料统计表”。把这个管件族卡上所统计的材料附件送到该工位，并能准确掌握其作业工时。3、“管段制作流程卡下料单”。根据该的精确料长计算，进行一次无余量切割，并按工位卡号准确送到指定工位。（三）、加强岗位技术培训，培养智能型管理人员及多能化、复合型生产技术工人按照成组技术管件族的生产方式，局部的快捷节奏和整体的协调一致，对管子加工生产的全过程提出更高的要求。工位的划分和作业程序简约，对操作者来说，并不意味着操作技术简单了，而是技术更细化、更严谨、更专业。这就要求操作者必须明确每一个工位的作业基准，全面掌握从管子下料开始直至完工交验全过程的各个工位的操作技能，通过不断的全面的技术培训，实现技术工人多能化，大力培养复合型人才。（四）、严格工艺管理1、编制工序作业指导书，明确作业要求、检验程序及质量标准。2、实行管子无余量下料，编制《弯管无余量计算表》及编写《管子无余量计算方法》等。3、推行管子先焊后弯新工艺编制《管子先焊后弯法兰孔旋转的计算及其操作方法》和《管子先焊后弯设备要求参数表》4、加强管子标识、字头管理及管子分拣配送的严格制度管子制作过程是按照作业单元划分的，而管子集配是需要按照分段进度要求来进行分拣装盘，在各个船只开工前就制订《XXX系列船打字头规定》，为管子配盘配送创造必要条件。五、效果大连中远船务管加工工区是一个新组建是管加工单位，采取成组技术管件族的管加工方法，在生产上始终处于主动地位，从2008年至今，船厂相继开工交验十几条船，管子加工从来没有影响前方管子安装计划。由于采用先进的管子加工设备，从根本上改变了落后的管子制作工艺，也大大提高了管子加工质量，由于采用了相贯线切割机、弯头装焊机、高效焊接机械、数控弯管机等高端设备，管子加工外观质量和探伤质量不但满足国内造船规范和标准技术，而且也满足了国际船级社的规范要求。六、结束语成组技术“管件族”制造法是一项需要不断完善的系统工程。工位内容需不断细化，工位衔接需更加紧密，整体布局需更趋于合理；过程实施需要精密组织，精心