基于物流仿真的工程船舶建造系统优化研究

摘 要：船舶建造流程的复杂性，导致各环节的生产能力受到多种因素的影响，传统的数学模型很难对其进行优化分析。文章以工程船舶为研究对象，将物流仿真技术与船舶建造相结合，运用Quest软件对其生产流程进行建模仿真，确定生产物流中的瓶颈环节，并依据系统评价指标对其进行分析与优化，提出较优物流方案，为物流仿真技术在船舶建造中的应用研究提供了有效实例。

关键词：Quest；物流仿真；数字化造船；瓶颈分析

中图分类号：F273 文献标识码：A

Abstract： The production capacity of each link is affected by many factors because of the construction process compex， the traditional mathematical model is difficult to carry on the optimization analysis， in this paper， combined the logistics simulation technology with ship construction， used the Quest software， simulated the engineering ship construction process， find out the productive bottlenecks， analyzed and optimized it according to system evaluation index， and put forward the optimal logistics solution， provided a valid instance for the application of logistics simulation technology in the ship construction research.

Key words： Quest； logistics simulation； digital shipbuilding； bottlenecks analyse

随着企业自动化、信息化水平的不断提高，运用合理的物流方案，结合先进的管理理念，科学的组织生产，已逐渐成为企业增强自身竞争力的重要途径。众所周知，制造企业的生产线建造往往需要投入大量的人力和财力，研究表明，国内外很多企业的生产线物流系统由于前期规划的不合理，造成后期生产效率低，生产成本高，潜在生产能力得不到充分发挥等问题。物流仿真技术的产生，有效地解决了这一问题，通过建立虚拟的三维仿真模型，模拟生产线的实际生产状况并生成仿真数据报表，可以快速准确地确定物流系统的瓶颈问题，进而提出相应解决方案，为生产管理者的科学决策提供了有力支撑[1-2]。

本文以某船厂即将投产的工程船舶为依托，利用厂区现有生产资源，使用Quest物流仿真软件，建立工程船从材料堆场、零部件加工、分段装焊、分段舾装、涂装到船台搭载的整个生产物流的仿真模型，并选取生产节拍的平衡、主要资源利用率以及产能输出这三项作为该仿真系统的评价指标，对该生产系统规划方案潜在的物流“瓶颈”进行优化分析，为改善实际生产线提供了可量化的决策依据。

1 Quest仿真软件

Quest是一款面向物流分析的仿真软件，具有优越的用户自定义功能和强大的数据分析能力，可以通过对工厂生产系统的集成、工艺流程的设计以及可视化制造流程的仿真方案模拟，实现在全三维数字化工厂环境下对生产工艺流程的准确性与生产计划的合理性进行仿真验证[3]。船舶建造系统属于离散系统仿真的范畴，零件种类众多，涉及的工艺信息量大，仅仅使用Quest自身提供的一些标准控制程序及其组合远不能满足仿真需求，可使用Quest的交互式仿真建模功能，通过以下三种方式对其进行功能扩展[4]：（1）仿真控制语言（SCL）。有其独特的语法句式，仿真逻辑包括process logic（过程逻辑）和route logic（路径逻辑），每一次调用的程序都存在于独立的文件夹中，使程序可以重复利用，实现用户所需的仿真效果[5]。（2）批控制语言（BCL）。可以被用来创建实体、读取模型、修改参数、运行仿真，它还可以为用户提供可视化控制功能。（3）调用C动态链接库（Dynamic-Link Library，DLL）方式。Quest允许 SCL主程序调用C语言编写的动态链接库来实现现有程序的扩展、资源的共享、平台差异以及一些特殊目的的功能。

2 仿真模型的建立

2.1 基础数据的采集与处理。建立完整的系统模型需要从生产实际中不断收集生产数据，同时以真实的生产数据为基础，抽象出模型的基本参数[5]，结合船厂的实际生产情况与仿真需求，将所需内容归纳为产品数据信息、生产工艺信息、资源配置信息和生产计划信息几个方面，把这些基本参数信息转化为仿真软件可识别的数据信息，作为仿真系统运行的可依赖数据[6]，图1为本文研究的工程船舶相关产品数据的处理流程。

2.2 几何模型的建立。Quest仿真软件具有强大的导入/导出功能，运用三维建模软件建立所需几何模型，并将其保存为Quest可识别的.wrl或.stl格式，图2是建立的加工设备和分段的几何模型。

2.3 逻辑模型的建立。逻辑模型的建立即各设备的层次关系以及它们之间的交互行为，对于一些复杂和具有特殊调度要求的仿真模型，应用Quest二次开发功能，实现仿真目标，本研究针对全厂的多船并行，且生产计划跨度为两年，数据信息复杂，开发工作量庞大，由于篇幅所限，仅选取以下几个关键点进行说明。

2.3.1 仿真模型的驱动。由于船厂各作业区生产计划往往存储于Excel表格中，而Quest开放给用户在DATA文件夹的数据接口只可调用.txt文件，为了使模型更贴近实际，笔者使用在SCL中调用C动态链接库的扩展方式，创建了Quest与Excel的数据接口，实现了Quest可直接识别.xlsx格式文件的开发功能，图3是模型中使用的分段制造的先行中日程计划（部分）。