Marko Hadjina Nikscaron;a Fafandjel Tin Matulja
ISSN 0007-215X eISSN 1845-5859
采用计算机模拟的造船生产过程设计方法
乌德克629.5.081
专业报纸
摘要
在这项研究中，提出了一种使用计算机模拟的造船生产过程设计方法。建议的方法是为复杂的造船生产过程设计程序提供更好，更有效的工具。在本研究的第一部分中，讨论了造船生产过程设计的现有实践，强调了其缺点和问题。在继续，离散事件仿真建模方法中，作为建议方法的基础，对其特殊性，优点和应用原因进行了研究和描述，特别是在造船生产过程中。此外，还描述了仿真建模基础知识以及生产过程程序的建议方法。展示了用于设计机器人型材制造生产生产线的建议方法应用的案例研究。通过与特定造船厂生产过程中的自动化型材切割生产线安装进行比较，评估了采用建议方法获得的精选设计解决方案。基于从实际生产中获得的数据，进一步增强了仿真模型。最后，基于这项研究，结果和已经得出的结论，提出了进一步研究的方向。
关键词： 造船;生产工艺设计;做决定;计算机模拟
介绍
在今天的市场上，造船厂不断投资改进其生产工艺和技术，以提高生产率和利润。因此，造船厂管理层经常在其生产过程中采取重大行动，特别是在将新技术应用于现有生产过程方面，这是一项复杂的任务。新生产过程的设计是一项通常基于各种任务的任务
方法使用计算机模拟
在已知的现有限制内的假设，此外，解决方案是依赖决策变量之间相互作用的结果[1]。关于这些问题，作者分析了设计生产过程的现有设计方法，技术和工具，特别是造船过程[2]。由于存在现有方法的缺点，因此需要建立一种新的科学建立的造船工艺设计方法。这种方法应该在船厂新技术的实施，现有管理和改进以及整个决策过程中提供更好的支持。因此，本文提出了一种基于仿真建模方法和选择运行研究方法的造船生产过程设计方法。通过对特定造船厂生产工艺设计的案例研究，对建议的方法和设计的计算机仿真模型进行了测试，并在生产线安装后得到确认。模型通过实际过程数据进一步增强，并针对几种不同的生产方案进行了确认，因此有可能在实际生产过程中用于调度，进行假设情景，优化，计划，控制等。
问题讨论
船厂生产过程，就其特点而言，是最复杂的业务和生产系统之一。这种复杂性是其最终产品的复杂性的结果 - 船舶，高资本价值的个别产品，主要是不同类型和尺寸。这种复杂的产品需要同样复杂的造船工艺，具有以下基本特征[3]：大量中间产品;流程的重要互动和相互依赖;主要是关于具有不同持续时间的非重复过程;过程输入包含大量组件，但具有少量不同输出的最终产品;过程在许多并行子过程中进行，重叠时间更长或更短;过程在技术上是不同的，使用不同的工作方式;生产过程既有“通过过程的产品运动”，也有“通过产品的过程”。在图1中，给出了造船生产过程的简化方案。在进行的研究中，研究了各种现有的生产工艺设计方法，技术和工具，并确定了这些方法的缺点，特别是在上述造船厂生产过程的复杂性方面[2,4]。通常，对于传统方法，设计解决方案通常基于与已经具有类似技术的其他造船厂的比较来定义。在特定情况下，这种解决方案可能令人满意，但不一定能最佳地适应观察到的造船厂[5,6]。就此而言，科学方法在过程设计和改进中的应用被更广泛地接受，即相关的数学建模方法[7,8]。然而，作者发现了传统数学建模和分析方法在设计复杂生产过程中的缺点，例如造船，这使得传统数学方法的应用具有某些限制因素，如[9]：实际生产过程，元素及其关系往往是知之甚少，不能用数学定义;实际问题往往非常复杂，这使得其分析定义非常困难;在传统的数学模型中，很难呈现观察过程的动态。根据已确定的问题，本研究提出了一种基于仿真建模方法和选择的运行研究方法和工具的造船生产过程设计新方法。
方法使用计算机模拟
设备存储
设备组件（块，模块）
设备制造
绘画
预制板和型材
Steel Stockyard（板材和型材）
图1造船生产工艺方案
船舶交付
船舶起航后的最终装备
船体部分组件和out装
板材和型材的制造
船体阻挡了滑道上的安装和装备
船体在车间阻挡装配和装配
问题解决方法
在进行分析和发现缺点的基础上，开发并提出了一种新的造船生产过程设计方法，以离散事件仿真建模为基本方法。
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- 离散事件仿真建模
术语仿真建模表达了一个涉及三个要素的复杂活动：实际系统，模型和计算机。模拟可以定义为在定义的要求和限制内建立实际动态系统的动态模型的过程，以便理解实际系统的行为和评估不同的设计和/或生产替代方案的设计。新系统或改进现有的[10]。在所提出的方法中，使用在离散事件仿真建模软件eM-Plant内的面向对象的SimTalk语言。使用离散事件仿真是因为在这项工作中研究的生产过程的系统主要被认为是离散事件系统。在这样的系统中，每个事件在特定时刻发生，并且标记系统中的状态变化，在连续事件之间，没有
方法使用计算机模拟
假设系统发生变化[11]。与传统分析模型相比，计算机仿真模型更具描述性，更易于管理，并且允许设计人员在计算机上，快速和早期设计阶段验证各种决策备选方案[12]。此外，这种方法使得最终决策更加可靠并且更好地适应观察到的造船厂，因为它提供了大量相关和及时的信息，从而能够在线路安装之前更好地适应特定造船厂的解决方案，从而实现更可靠和更低风险的决策。总的来说，仿真建模方法被建议作为生产过程设计的基本方法的一些最重要的原因是，[13]：计算机仿真模型可用于在最终投资之前评估不同的设计备选方案（假设情景） ;计算机仿真模型可用于试验某些关键设备参数而不影响实际过程;使用计算机仿真模型，可以在实际过程中发现其计算机模型上的过程瓶颈;使用过程模拟计算机模型可以提高过程效率;使用过程模拟计算机模型可以改善调度策略;使用过程模拟计算机模型可以降低生产成本并提高质量等。另一方面，应该意识到模拟建模过程可能是耗时且昂贵的，因此不应该使用它，例如：问题可以更快地解决和分析更容易;问题可以通过经典实验来解决;开发仿真模型的成本高于潜在的收益;没有时间开发仿真模型需要;仿真模型结果无法确认;模型系统的行为和特征过于复杂和未知。
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- 建议的方法描述
在这项工作中，特别感兴趣的是造船生产过程及其计算机模拟模型。方法本身通过以下七个阶段构建：
阶段1;问题和项目目标定义;在此阶段，应分析现有流程，并使用图形流程，原因影响图，帕累托图，基准（SWOT，比较表，专家调查，潜在分析）等方法和工具来定义问题，目标和期限。这一阶段的任务如下：定义问题及其原因，以及必须改进的内容;项目目标应明确界定;应明确责任和期限。
阶段2：输入数据的定义和模拟模型的概念化;该阶段的主要目标是收集所需的输入数据，建立初步的新设计解决方案，并使用原因效果图，CAD工具，工艺流程图，模拟对象编程语言等方法和工具建立仿真模型。第二阶段是：输入数据的定义和初步的新设计解决方案（定义设备CAD图纸，工艺流程图，原因效果图表等）;概念化模拟模型（新生产过程的模拟模型应该在概念上定义）。
第3阶段：计算机模拟模型开发;该阶段的主要目标是利用离散事件仿真模型方法和回归分析，统计分析，仿真等工具，开发新的生产过程设计的功能计算机仿真模型。该阶段的主要任务是：组织和系统化。收集数据（了解可用数据的概述和遗漏数据的识别）;输入生产数据的定义（应定义输入生产数据作为模拟模型的基础）;开发计算机仿真模型（在离散仿真软件中开发新设计的计算机仿真模型）。
阶段4：验证仿真模型;该阶段的主要目标是验证已开发的仿真模型并确认其进一步分析，以建立信心
方法使用计算机模拟
开发的仿真模型的功能和逻辑。使用的方法主要是基准测试（比较表）和专家调查。就此而言，模型验证可以理解从模型中消除逻辑错误并确保模型的完整功能。
第五阶段：生产情景分析和仿真模型的改进;该阶段的主要目标是评估设计方案的仿真模型及其潜在的改进。这个阶段应该通过定义线参数来满足项目目标。该阶段的主要任务是：模拟设计解决方案的分析和验证（应根据项目目标分析设计解决方案，以确定是否满足项目目标。如果不满足，应进一步分析和改进解决方案）;分析和改进模拟设计方案。特此提出的方法和工具是：用于设计方案的验证，材料流分析和生产线负荷分析模拟方法;灵敏度分析结果与线参数的变化进行了测试，并且确定了最大的影响。
第6阶段：结果记录;这一阶段的主要任务是以清晰易懂的方式记录项目程序和结果。
第7阶段：设计解决方案的实施;该阶段的主要目标是在真实的造船厂生产过程中实施建议的设计解决方案。这一阶段的主要任务是：将最终设计解决方案应用到真正的造船厂过程中;仿真模型的改进（基于实际生产过程中收集的数据进一步改进仿真模型）。这种改进的模型可用于连续生产改进和生产计划。
在表1中，显示了方法阶段和相关主要任务的简要表示。
表1方法阶段和相关主要任务的简要介绍
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阶段号 |
主要任务 |
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1. |
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2. |
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3. |
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4. |
- 模拟模型验证 |
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5. |
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6. |
- 记录程序和结果 |
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7. |
- 实施最终设计解决方案 |
方法论应用案例研究
通过设计造船厂机器人型材生产线的案例研究，开发了方法论并进行了测试。方法按照本节中说明的定义程序进行。
方法使用计算机模拟
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- 确定新的自动化型材生产线设计的目标
在观察到的造船厂中现有的型材生产线已经过时并且生产率不足，占用了太大的生产区域和工人。因此，造船厂的主要目标是设计一种新的，机器人化的型材生产线，其需要更少的空间，更高效并且具有更大的生产率。用于定义初始设计的该阶段中使用的方法主要是通过与已经具有这种生产线的类似造船厂进行比较来进行基准测试，其中造船厂和所选设备制造商已经建议了初始生产工艺设计。最初使用由设备制造商提供的平均轮廓生产时间来估计生产线吞吐量。然而，基于平均分布的这种解决方案并不完全令人满意。这比使用来自几种船型的典型船舶部分的生产数据测试建议的解决方案所需要的是为了最小化决策风险并且更确定所建议的生产线将符合所需的吞吐量。因此，决定开发最初建议的生产线解决方案的仿真模型。将使用所选船型的选定生产组合对此类型号进行测试，以评估建议的解决方案是否满足所需的吞吐量。如果不是，则将进一步分析和改进该生产线以实现所需的生产量。这样的结论可以传达给设备制造商，并要求改进最初建议的特定需求的解决方案。通过这种方式，决策制定所涉及的风险要小得多，最终解决方案更适合于特定的造船厂，并且可以期望降低总体成本。总之，开发方法应用的主要目标是：基于开发的计算机仿真模型，如果制造商建议新机器人生产线的设计解决方案符合最小吞吐量要求Tmin，则必须进行测试;如果没有，应该建议如何改善线路特性及其参数。
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- 计算机仿真模型的概念化与发展
基于最初建议的新型自动化型材切割线的设计解决方案，创建了概念性原因效果图（图2）和生产过程流程图（图3）。此外，还定义了生产线，操作和材料流动特性以及输入生产数据的初步技术特征。这些数据部分来自设备供应商，部分来自造船厂专家调查方法。来自观察生产线的最重要的输入参数，作为概念模拟模型的输入数据，如表2所示。基于进行的分析，收集的数据和定义的生产过程，计算机模拟模型在概念上定义其结构，逻辑，功能和组织。
方法使用计算机模拟
速度
速度
可用性
可用性
可用性
范围
容量
材料
质量
手术
速度
区域
材料
质量
区域
容量
可用性
速度
可用性
可用性
容量
托盘分拣
机器人站
缓冲区
排序
起重机
爆破
站
运输
设备
制作时间
图<!--
英语原文共 15 页
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