【摘要】：“十三五”時期是我國船舶工業(yè)由大變強的關(guān)鍵期,提升船舶建造質(zhì)量和效率,降低成本和資源能源消耗,是增強我國造船企業(yè)核心競爭力的有效途徑。現(xiàn)代造船模式下,分段是船舶建造過程中最重要的中間產(chǎn)品,其外場物流是整個造船過程中的重要中間環(huán)節(jié)。優(yōu)化調(diào)度分段外場物流中的核心資源,合理制定分段物流計劃并對分段物流過程進行科學管理將有助于提高造船生產(chǎn)管理水平,是降本增效的有效措施。為實現(xiàn)高效均衡利用船體分段物流中的關(guān)鍵資源,以減少分段物流延遲時間,從而實現(xiàn)分段物流配送成本最小化的目標,本文系統(tǒng)地對船體分段外場物流中的若干關(guān)鍵問題展開研究,其主要研究內(nèi)容如下:(1)本文以船廠為了從根源上降低分段物流成本而提出船廠局部重布局的實際需求為出發(fā)點,通過文獻調(diào)研與分析選擇了適用于造船生產(chǎn)的仿真平臺。針對現(xiàn)在研究制造領(lǐng)域的仿真問題普遍采用汽車和航空領(lǐng)域的PPR信息模型很難全面構(gòu)建造船生產(chǎn)信息模型的缺點,采用造船生產(chǎn)6-Factor信息理論的方法建立了標準的分段外場物流仿真數(shù)據(jù)模型。結(jié)合仿真平臺的二次開發(fā)技術(shù),構(gòu)建了三維虛擬船廠模型,通過對不同的重布局方案進行虛擬仿真并分析,為船廠管理層提供決策參考。通過仿真實驗說明了采用6-Factor信息理論對建立分段物流仿真標準數(shù)據(jù)模型的有效性,驗證了基于離散事件系統(tǒng)仿真的方法對分析船廠分段外場物流布局的有效性。(2)針對船廠船體分段外場物流中的分段堆場調(diào)度運營問題,克服了現(xiàn)有研究沒有考慮分段運輸需要門架支撐以及平板運輸車在運輸分段時的行駛特點的不足,提出了非等寬按行劃分的堆場模型,提高了分段堆場的空間利用率,簡化了平板運輸車在堆場內(nèi)的操作。根據(jù)對象船廠分段堆場的實際特點,對于單向堆場和雙向堆場,基于動態(tài)轉(zhuǎn)移方程理論分別構(gòu)建了動態(tài)優(yōu)化模型,以分段在堆場內(nèi)干涉移動最小化為目標,設(shè)計了貪心算法,通過數(shù)值仿真與蒙特卡洛算法進行對比,證明了貪心算法的有效性。并且綜合考慮了在滿足分段堆場容量的前提下,最優(yōu)分段堆場選擇的問題。綜合建立考慮分段分配的分段堆場調(diào)度運營模型,在不同的分段分配方案下,計算分段運輸時間和堆場內(nèi)干涉移動時間之和以尋求最優(yōu)解,來選擇最優(yōu)的分段堆場調(diào)度運營方案。通過遺傳算法對該模型進行求解,得到分段堆場的最優(yōu)運營方案。通過仿真實驗驗證了模型和算法的有效性,解決了基于專家經(jīng)驗的人工調(diào)度模式造成無法顧全調(diào)度運營全局和效率不高的問題。(3)針對船體分段外場物流中的分段運輸環(huán)節(jié)是帶有時間約束的多車調(diào)度問題的特點,考慮實際船廠不同規(guī)格平板運輸車的載重能力的約束和分段物流運輸任務的時間制約,建立了以平板運輸車的空載時間、延遲時間和遲到時間最小化為目標的優(yōu)化模型。針對所提出的基于遺傳算法的精確求解效果不佳和算法容易過早收斂的缺點,提出了一種基于有界估計的近似模型,將原來具有多旅行商問題性質(zhì)而難以求解的復雜模型簡化為相比而言較為容易求解的指派問題模型和非對稱旅行商問題,并以此設(shè)計了混合貪心算法。通過數(shù)值仿真,驗證了基于指派問題和非對稱旅行商的混合貪心算法的有效性,其求解效率和結(jié)果遠遠優(yōu)于遺傳算法。(4)通過船廠廣泛調(diào)研,系統(tǒng)地分析了船廠船體分段外場物流實時監(jiān)控存在的問題和研究的必要性。提出了船體外場物流實時綜合監(jiān)控的系統(tǒng)方案,為了解決船體分段外場物流的定置化管理和可視化追蹤的問題,構(gòu)建了基于船廠外場區(qū)域的地址編碼體系和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的船廠外場數(shù)字地圖,并給出了基于在廠區(qū)埋設(shè)的RFID標簽和手持終端系統(tǒng)技術(shù)的分段大小及位置快速測量方案。針對平板運輸車在船廠復雜金屬環(huán)境下定位不精確的問題,提出了基于GPS和RFID組合技術(shù)的平板運輸車的實時定位解決方案。為了降低平板運輸車的能耗,構(gòu)建了綜合考慮最優(yōu)行駛路徑和轉(zhuǎn)彎次數(shù)的分段運輸實時最優(yōu)物流路徑模型,并選取了Dijkstra算法對模型求解。通過仿真實驗驗證了模型和算法的有效性,完全能滿足分段物流實時最優(yōu)能耗路徑規(guī)劃的要求。(5)結(jié)合某船廠分段外場物流的實際,構(gòu)建了船體分段外場物流運營系統(tǒng)。以該船廠的分段外場物流中的分段堆場調(diào)度運營計劃和分段運輸調(diào)度計劃,以及分段可視化追蹤為例,驗證了本研究所建立的數(shù)學模型和相應算法以及有關(guān)提案的有效性。
【圖文】：

圖 1-1 6500TEU 集裝箱船的分段劃分圖段在船塢之外的車間或場地進行建造，最后在船臺或船塢進行搭船體建造的主要過程如圖 1-2 所示。本文主要針對船體分段外場關(guān)鍵問題進行研究。結(jié)合現(xiàn)代造船模式的特點，本文對分段外場義為，船體分段在制造車間組立完成后，根據(jù)船廠的布局的特點程和相關(guān)工藝流程的要求，分段在船廠外場堆場與車間、車間與流活動。鋼材切割 小組立 中組立 組立堆場舾裝 涂裝 預搭載 堆場 堆場 堆場船體分段外場物流

板運輸車（Transporter，簡稱 TP）。分段轉(zhuǎn)運工作必須在計劃的最早移動時間和最晚移動時間周期內(nèi)，分段配送才不會發(fā)生延誤的情況。由于分段龐大，為了直接搬運以節(jié)省搬運時間，分段一般是用門架托起的。平板運輸車搬運分段的過程為：將平板運輸車移動至門架的下方，，用其自身的液壓頂升裝置，將分段連同門架一起頂起，運送分段到指定位置，下降車體，門架平穩(wěn)著陸，即放置分段。此過程中，不需要任何其它附屬設(shè)備。由于運輸對象的特殊性，出于安全生產(chǎn)和保證分段質(zhì)量等因素的考慮，搬運過程一般需要重點注意以下事項：①一般情況下，一輛平板運輸車只能搬運一個分段，為保證搬運分段進程的安全，分段的重心不能偏到一邊，一定要注意平板運輸車“重心中間”的運輸策略，如圖 1-3 所示。②在分段搬運過程中，從分段堆場搬出分段，需要保證安全的移動路徑。同時，干涉分段的臨時移動工作也要進行，在堆場內(nèi)要防止分段的損傷或安全事故的發(fā)生。因此，平板運輸車在裝載分段時，盡量避免后退、原地旋轉(zhuǎn)或折線行駛的情況。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：F426.474;F252

【參考文獻】

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本文編號：2677164