船厂船体分段外场物流关键问题研究

发布时间：2020-05-23 04:39

【摘要】：“十三五”时期是我国船舶工业由大变强的关键期,提升船舶建造质量和效率,降低成本和资源能源消耗,是增强我国造船企业核心竞争力的有效途径。现代造船模式下,分段是船舶建造过程中最重要的中间产品,其外场物流是整个造船过程中的重要中间环节。优化调度分段外场物流中的核心资源,合理制定分段物流计划并对分段物流过程进行科学管理将有助于提高造船生产管理水平,是降本增效的有效措施。为实现高效均衡利用船体分段物流中的关键资源,以减少分段物流延迟时间,从而实现分段物流配送成本最小化的目标,本文系统地对船体分段外场物流中的若干关键问题展开研究,其主要研究内容如下:(1)本文以船厂为了从根源上降低分段物流成本而提出船厂局部重布局的实际需求为出发点,通过文献调研与分析选择了适用于造船生产的仿真平台。针对现在研究制造领域的仿真问题普遍采用汽车和航空领域的PPR信息模型很难全面构建造船生产信息模型的缺点,采用造船生产6-Factor信息理论的方法建立了标准的分段外场物流仿真数据模型。结合仿真平台的二次开发技术,构建了三维虚拟船厂模型,通过对不同的重布局方案进行虚拟仿真并分析,为船厂管理层提供决策参考。通过仿真实验说明了采用6-Factor信息理论对建立分段物流仿真标准数据模型的有效性,验证了基于离散事件系统仿真的方法对分析船厂分段外场物流布局的有效性。(2)针对船厂船体分段外场物流中的分段堆场调度运营问题,克服了现有研究没有考虑分段运输需要门架支撑以及平板运输车在运输分段时的行驶特点的不足,提出了非等宽按行划分的堆场模型,提高了分段堆场的空间利用率,简化了平板运输车在堆场内的操作。根据对象船厂分段堆场的实际特点,对于单向堆场和双向堆场,基于动态转移方程理论分别构建了动态优化模型,以分段在堆场内干涉移动最小化为目标,设计了贪心算法,通过数值仿真与蒙特卡洛算法进行对比,证明了贪心算法的有效性。并且综合考虑了在满足分段堆场容量的前提下,最优分段堆场选择的问题。综合建立考虑分段分配的分段堆场调度运营模型,在不同的分段分配方案下,计算分段运输时间和堆场内干涉移动时间之和以寻求最优解,来选择最优的分段堆场调度运营方案。通过遗传算法对该模型进行求解,得到分段堆场的最优运营方案。通过仿真实验验证了模型和算法的有效性,解决了基于专家经验的人工调度模式造成无法顾全调度运营全局和效率不高的问题。(3)针对船体分段外场物流中的分段运输环节是带有时间约束的多车调度问题的特点,考虑实际船厂不同规格平板运输车的载重能力的约束和分段物流运输任务的时间制约,建立了以平板运输车的空载时间、延迟时间和迟到时间最小化为目标的优化模型。针对所提出的基于遗传算法的精确求解效果不佳和算法容易过早收敛的缺点,提出了一种基于有界估计的近似模型,将原来具有多旅行商问题性质而难以求解的复杂模型简化为相比而言较为容易求解的指派问题模型和非对称旅行商问题,并以此设计了混合贪心算法。通过数值仿真,验证了基于指派问题和非对称旅行商的混合贪心算法的有效性,其求解效率和结果远远优于遗传算法。(4)通过船厂广泛调研,系统地分析了船厂船体分段外场物流实时监控存在的问题和研究的必要性。提出了船体外场物流实时综合监控的系统方案,为了解决船体分段外场物流的定置化管理和可视化追踪的问题,构建了基于船厂外场区域的地址编码体系和地理信息系统技术的船厂外场数字地图,并给出了基于在厂区埋设的RFID标签和手持终端系统技术的分段大小及位置快速测量方案。针对平板运输车在船厂复杂金属环境下定位不精确的问题,提出了基于GPS和RFID组合技术的平板运输车的实时定位解决方案。为了降低平板运输车的能耗,构建了综合考虑最优行驶路径和转弯次数的分段运输实时最优物流路径模型,并选取了Dijkstra算法对模型求解。通过仿真实验验证了模型和算法的有效性,完全能满足分段物流实时最优能耗路径规划的要求。(5)结合某船厂分段外场物流的实际,构建了船体分段外场物流运营系统。以该船厂的分段外场物流中的分段堆场调度运营计划和分段运输调度计划,以及分段可视化追踪为例,验证了本研究所建立的数学模型和相应算法以及有关提案的有效性。
【图文】：

分段划分,集装箱船,堆场

图 1-1 6500TEU 集装箱船的分段划分图段在船坞之外的车间或场地进行建造，最后在船台或船坞进行搭船体建造的主要过程如图 1-2 所示。本文主要针对船体分段外场关键问题进行研究。结合现代造船模式的特点，本文对分段外场义为，船体分段在制造车间组立完成后，根据船厂的布局的特点程和相关工艺流程的要求，分段在船厂外场堆场与车间、车间与流活动。钢材切割小组立中组立组立堆场舾装涂装预搭载堆场堆场堆场船体分段外场物流

分段运输,船厂,重心,对分

板运输车（Transporter，简称 TP）。分段转运工作必须在计划的最早移动时间和最晚移动时间周期内，分段配送才不会发生延误的情况。由于分段庞大，为了直接搬运以节省搬运时间，分段一般是用门架托起的。平板运输车搬运分段的过程为：将平板运输车移动至门架的下方，，用其自身的液压顶升装置，将分段连同门架一起顶起，运送分段到指定位置，下降车体，门架平稳着陆，即放置分段。此过程中，不需要任何其它附属设备。由于运输对象的特殊性，出于安全生产和保证分段质量等因素的考虑，搬运过程一般需要重点注意以下事项：①一般情况下，一辆平板运输车只能搬运一个分段，为保证搬运分段进程的安全，分段的重心不能偏到一边，一定要注意平板运输车“重心中间”的运输策略，如图 1-3 所示。②在分段搬运过程中，从分段堆场搬出分段，需要保证安全的移动路径。同时，干涉分段的临时移动工作也要进行，在堆场内要防止分段的损伤或安全事故的发生。因此，平板运输车在装载分段时，尽量避免后退、原地旋转或折线行驶的情况。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：F426.474;F252

【参考文献】