《1 前言》

1 前言

坞修、小修、中修等船舶等级修理是一项涉及 到不同专业、不同环节和不同层次的复杂系统工 程。由于各专业、各环节、各层次在其内部都已经 是自成体系、运行有序的系统，而围绕具体船舶的 等级修理工程，相互之间通过协调，又形成了一个 更加庞大的、相互依存的网络。由于相互之间关系 密切，因而任何一个节点的功能失常，都有可能影 响到周边其他相关节点的正常运行，继而发散至整 个网络，最终影响整个等级修理工程的按计划完 成。观察以往船舶等级修理的过程，由于备件、技 术、设备、场地、牵连工程等客观因素和计划安排不 周全等主观因素而被动或主动停工等待的现象比 比皆是。这主要是由于船舶等级修理工程十分复 杂、修理计划网络编制中需要考虑的因素多、整体 优化的难度大。

针对这一难点，本文引用相依网络[1] 的基本理论与方法，借鉴相依网络理论在其他领域中推广 应用的技术途径，在分析船舶等级修理网络的结 构组成及各网络之间的相依性的基础上，探索开 展网络分析并发现网络薄弱环节的方法，以期望通 过相依网络理论在船舶等级修理中的广泛应用，在 提高船舶等级修理计划管理能力、缩短船舶等级修 理时间、提高船舶的在航率等方面发挥重要的支撑 作用。

《2 相依网络理论的基本要点》

2 相依网络理论的基本要点

相依网络的本质特征就是，网络中的某些节点 失效，可能会导致其他网络中与之相依的节点失 效，反之亦然[2] ；失效的节点又会引发新的节点失 效，如此反复下去，就像多米诺骨牌一样，会对整个 网络系统造成极大的影响[3] 。现实生活中存有许多 这种“网络的网络”，如电力传输网络和计算机网 络，一方面，前者保证后者正常运行的能量供应；另 一方面，后者可以对前者进行管理控制，任一网络功能的失效都会导致另一个网络的非正常发挥。 类似的情况还有电力系统和铁路交通系统，铁路交 通系统需要电力系统提供电力支持，而一些火电厂 又需要铁路交通系统输送能源与物资。它们既为 对方的正常运行提供保障，又受限制于对方。由于 网络复杂性不断增长，网络变得越来越脆弱，一个 网络受到自身或者外界的扰动可能会导致与之相 关的网络失效，进而又会波及到自身，从而会给整 个社会带来灾难性的后果。

网络是复杂工程管理的有效手段，在工程项目 管控中发挥着重要作用。在所有按照标准化要求 管理的工程项目中，无一例外地都会找到工程的计 划网络图。使管理者可以从中一目了然地掌握工 程的主要工作项目、重要的子工作项目、各工作项 目的进度要求和工作项目之间的先后关系等工程 的全貌，对工程实施有效的指挥和控制。

早期的网络图主要是针对一个组织机构承担 一项复杂工程的情形，按照系统工程领域的工作分 解结构的相关要求，先将整个工程项目分解为多个 工作项目，再依据各工作项目所需的时间和各工作 项目之间的相互依存关系，建立工作项目顺序，形 成计划网络。现代大型复杂工程往往是多专业集 成的结果，工程的参与者不再是一个具体的工艺要 素，而是以独立的组织机构出现在管理者的面前。 由于每一个组织机构内部都已经形成了固定的运 行机制，在组织管理和业务执行层面上都已经形成 了有序的网络，不可能因为参与一艘船舶的等级修 理而改变原先的网络结构，只能按照等级修理的总 体要求，通过明确各组织机构的任务和时限及与其 他组织机构的接口要求，在各组织之间建立起相互 支撑和依存的关系。因此，船舶等级修理的网络结 构，只能是包含诸多子网络的大型复杂相依网络。

《3 相依网络理论的主要应用》

3 相依网络理论的主要应用

近几年，在相依网络技术应用方面，在相依网 络鲁棒性研究领域、社会基础设施领域中，可以 见诸大量的报道，在组织管理领域中，也可以见 到一些报道，说明该理论和技术正在不断成熟和 推广应用。

1）在相依网络鲁棒性研究领域，刘润然[4] 和 Cheng Zunshui等[5] 对相依网络在几种不同的蓄意攻 击策略下的级联失效过程进行了研究，通过分析不 同攻击策略的特征，为有效保护相依网络免遭受攻击提供了思路。文献[6]通过分析由无标度网络组 成的相依网络，发现网络度分布越宽，则渗流阈值 pc 就越大，即度分布越宽，网络鲁棒性越高。文献 [7]也证明了当相依网络中相依节点的度分布相同 时，网络度分布越宽，网络鲁棒性越高，由此可知相 依网络之间的相依关系与网络节点的度有关，这也 为人们建立相依网络理论分析模型提供了一种方 法——基于度的耦合方法。

2）在社会基础设施领域，Wang Shuliang[8] 等以 电力-供水网络为对象，提出了4种不同的耦合方法， 采用3种不同的攻击方式建立相依网络理论分析模 型，证明基于介数耦合的方法使得网络的鲁棒性最 佳，并提出了一种新的度量网络关键节点的测度。在 此基础上，文献[9]以电力-燃气管道网络为例，采用类 似的方法研究了最小化级联失效的耦合方法，发现基 于度耦合时网络鲁棒性最佳，且网络攻击强度与容忍 参数有关。陈军[10] 依据交通网络模型提出了一种多 层矢量评价方法，并对网络抗毁性和鲁棒性进行了 分析。文献[11]针对弹性需求下路段相互影响的交 通配流问题进行了研究，通过分析网络均衡条件， 建立了与均衡条件等价的不等式模型。

3）在组织管理领域中，杨婧[12] 等针对工程项目 管理中未将组织和项目结合考虑的问题，提出了考 虑工程项目组织-任务相互作用关系的网络模型， 首次在项目组织管理领域中应用了相依网络抗毁 性分析方法，为项目管理中的组织结构设计，以及 项目的时间/成本风险管理等提供了新的思路。文 献[13]基于指挥控制网络的级联失效特点和拓扑特 征，提出了一种带有可调节参数的指挥控制网络级 联失效模型。莫俊文[14] 通过对工时变量相依关系的 调查分析，构建能描述工时变量之间相依结构的图 形模型，建立合理的相依性预测指标体系，并在工 时相依的情形下研究工期问题及进度计划的动态 更新。

《4 船舶等级修理中的主要网络及其相依性分析》

4 船舶等级修理中的主要网络及其相依性分析

《4.1 船舶等级修理中所遇到的主要网络》

4.1 船舶等级修理中所遇到的主要网络

4.1.1 修理专业网络

首先，由于船舶等级修理涉及到船体水下部件 修理、船体结构修理、船舶管系和线缆修理、机械设 备修理、电气设备修理、电子设备修理、武器装备修 理等不同专业，且各专业之间必须协调有序，因而需要使用网络将各专业之间的工作关系表述清楚。

其次，由于各不同专业的修理任务可以按照本 专业装备及其所在的部位划分为多个具体的修理 项目，而一些修理项目可能允许独立施工，但更多 的修理项目可能必须与其他的修理项目之间有个 先后的顺序，因此，为了安排好专业内部的所有修 理活动，必须形成施工网络。

最后，在每个具体的修理项目中，需要按照维 修所规定的技术要求划分为多个修理步骤。在所 有步骤中，有些步骤可以独立开展，有些在某种条 件下允许平行开展，但大部分步骤存在先后关系。 为了使一个维修项目的工作安排有序，就需要形成 具体的工艺网络。例如，先拆卸端盖并打开壳体， 然后有顺序地取出需要修理或更换的每一个零部 件，继而分头开展故障零部件的修理或加工制作， 最后按顺序回装各零部件、装复壳体与端盖，这个 过程就是一个典型的工艺网络。

4.1.2 修理环节网络

孤立观察每一项具体的专业修理任务，往往都 涉及到现场修理施工、车间修理施工、维修器材筹 措、施工场地保障、装卸搬运保障、能源和排放保障 等多个环节。这些环节有时存在先后顺序，有时需 要同时进行，从修理的过程上也形成一个网络。

4.1.3 管理层次网络

无论从整体、系统、设备还是一项具体的维修任 务，无论是现场施工、车间施工还是器材筹措等，都 可能涉及到指挥管理、技术指导、现场施工等多个层 次。因为没有指挥管理层的决策、没有技术指导层 提出明确的技术要求和把关，无论是修理操作还是 器材采购，现场施工层不可能擅自行动；没有现场的 反馈和指挥管理层的指令，技术指导层也无需漫无 目的的开展工作。因此，这一套行动指令、技术方 法、现场情况等信息传输的过程也形成了网络。

《4.2 船舶等级修理网络的相依性分析》

4.2 船舶等级修理网络的相依性分析

实际上，在分析前述3类网络时，已经看到了各 修理网络之间的相依性。由于相依性的内容非常 多，无法枚举，因而以如下的典型情况说明相依性。

1）以修理网络为基准，首先，每一项维修任务 都与执行者自身上层的组织管理网、技术指导网密 切相关，因为缺少了指令和指导，执行层无法开展 工作；其次，各项维修活动还可能与维修器材保障 网、施工场地保障网、装卸搬运保障网、能源和排放 保障网等网络之间具有相关性，例如，在修理网络中的某项修理任务从自身进度和技术难度上讲可 能不是关键的，但如果所需更换的器材由于种种原 因而不及时到货，就有可能转化为关键任务；再次， 除了与外部网络的相关性之外，在修理网络内部， 也由于相同或不同专业的不同任务之间存在保障 或约束关系而具有相关性。例如，由于空间的限 制，类似于拆检齿轮箱等对环境要求严格的修理项 目，可能要求其他修理项目全部完工后才能开展； 而由于保障条件的要求，一些需要消防保障的动火 修理项目，可能要求消防系统的所有修理工程恢复 后才能开展。

2）以器材采购网络为基准，同样，每一项采购 任务必须与执行者自身上层的组织管理网、技术指 导网密切相关，因为缺少了指令和指导，执行层得 不到经费保障和技术支持，无法与外部签订采购合 同；其次，与修理网络密切相关，因为需要修理网络 为之提供器材的种类、数量和到货时间等信息；再 次，与外部的器材库存网络、生产销售网络、运输网 络等密切相关，他们是采购合同的接收方、也是器 材的供应的执行方。

3）以装卸搬运保障网络为基准，除了与指挥管 理网络相关外，还与修理网络的执行层相关，因为 只有在修理网络的执行层需要时，装卸搬运保障网 络的执行层才需要行动。

4）以技术指导机构网络为基准，首先，技术指 导机构的执行层网络需要得到本机构的管理层网 络的指令才能开展工作，因而在机构网络内部便是 相依网络；其次，管理层需要依据外部的需求和执 行层的状态才能做出指令，因而与外部机构的管理 层相依；再次，执行层需要得到修理作业等机构执 行层的现场帮助才能做出技术指导意见，因而与外 部机构的执行层相关。

《5 案例分析》

5 案例分析

《5.1 维修网络图》

5.1 维修网络图

本维修案例基于船舶汽轮机中修工程，选取了 前机炉舱部分机械装置维修过程，具体涉及到轴系 附件、减速器、自控系统、操作装置、汽轮机组等子 工程以及器材采购过程。

各子工程的网络图如图1～图5所示，器材采购 过程如图6所示。各图中的实线表示子工程内的具 体施工过程，线边的数字表示工期期望值；点划线 表示子工程内的等待关系；虚线则表示相依关系；网络图中节点表示与之相连的前一工序结束和后 一工序开始的时间临界点；节点编号前两位数字代表维修机械编号，三四位为维修工序编号，若有五 六位数字，则表示相应的并行工序。

《图1》

图1 减速器维修网络图

Fig. 1 Network chart of repairing of the reducer

《图2》

图2 轴系附件维修网络图

Fig. 2 Network chart of repairing of the attachments to set of axes

《图3》

图3 操作装置维修网络图

Fig. 3 Network chart of repairing of the operating equipment

《图4》

图4 自控系统维修网络图

Fig. 4 Network chart of repairing of the automatic control system

《图5》

图5 汽轮机组维修网络图

Fig. 5 Network chart of repairing of the turbine set

《图6》

图6 备件采购供应网络图

Fig. 6 Network chart of spare parts purchasing and supply

以图 1减速器维修网络图为例。拆解低压汽轮 机结束（节点 1404）后，开始拆解减速器（节点 1101），由于机械构造原因，使节点 1404至节点 1101 存在维修场地相依，箭线为虚线；节点 1101至减速 器拆解结束（节点 1102）为具体的施工过程，箭线为 实线，工期期望值为30；同理，开始修理减速器（节点 1102）至减速器修理结束（节点 1103）工期期望值 为60；节点 1103至开始装配减速器（节点1104）之间 为子工程内的等待关系，为点划线，因为在高压汽 轮机装配结束（节点 1409）之前，由于机械构造原 因，无法开始装配减速器（节点 1104），因而节点 1409 至节点 1104 为维修场地相依，为虚线；节点 1404至减速器装配结束（节点1405）为具体施工过 程，工期期望值为10。

《5.2 工期仿真及结果分析》

5.2 工期仿真及结果分析

采用随机仿真的办法实施修理工期的仿真分 析。首先，以工期均值的 15 %作为工期的方差，采 用随机抽样的方法，确定每一个施工过程或器材采 购过程所需的具体时间；然后按照网络的逻辑关系 并考虑网络之间的相依性，从第一个环节开始，逐 次计算后续环节的具体工期，直至结束，从而得到 总工期。

以图1减速器维修网络图为例，介绍考虑相依 性的减速器维修工期的计算方法。令总维修工作 开始到某工序结束的维修时间为T，某单步工序的 维修时间为t 。

1）节点 1404 至节点 1101 为场地相依，属于不 消耗时间的虚工序，因此 T 1101 = T 1404 。

2）由节点 1101至节点 1103两个工序均为具体 施工过程，因此 T 1103 = T 1101 + t 1101 + t 1102 。

3）由节点 1103至节点 1104为子工程内的等待 关系，节点 1104 后续工序的开始需要节点 1409 完 成后才能进行，因此 T 1104 = max{T 1101 ，T 1409}。

4）由节点 1104至节点1105为具体施工过程，因 此T 1105 = T 1104 + t 1104 ；且 T 1105 即为减速器维修的工期。

采用相同的方法可以计算图 2～图 6所示其他 单维修网络的维修工期。本案例中各个单维修网 络之间为并行关系，因此总维修工期为各个单网维 修工期的最大取值。通过分析各个网络之间的整 体相依性，可确定总工期在 169~217，均值为 191，关 键工程是减速器维修。

不考虑相关性的总工期在 111~146，均值为 127，关键工程是轴系附件维修。两者的对比结果 说明，等级修理中工序之间的相依性对整个维修工 程的工期影响是显著的，在进行等级修理工期优化 研究时，考虑工期之间的相依性是必要的。

《6 结语》

6 结语

船舶等级修理工作内容多、工作环节多、专业 类型多、参与机构多、组织管理复杂，极有可能因为 网络计划安排不当而影响施工进度、继而影响到船 舶的修理工期和在航率。由于问题的复杂性，要全 面、正确地绘制出包括场地保障、器材保障、修理施 工、组织管理等所有要素和环节的修理计划管理网 络，并在网络上开展工期分析和优化等，需要各不 同专业与职能的大量人员参与其中进行协调，不仅 投入时间很多，且易出差错。

由于相依网络理论和方法具有先单专业或单 事务独立建模、继而开展两两间相依性确认、最后 以相依性为桥梁和约束开展全工程网络综合优化 的优势，因此，针对船舶等级修理体系所存在的多 专业、多环节和多层次特点和由此带来的工作内容 多、协调要素多等计划安排工作难点，本文引入相 依网络理论，介绍了在其他领域中的应用成果并以 其作为范例，初步探索了在船舶等级修理中应用的 网络建立与分析方法等问题，并以具体算例证明了 开展相依网络理论及应用研究的必要性，为进一步 的研究和应用奠定了基础。仅从说明相依网络理 论及应用的层面上讲，文章达到了预期的目的。但 从算例中可以发现，文章所开展的算例研究尚处于 “强相关”阶段，而真正的相关性研究，将重点突破 “部分相关”问题下的网络优化问题。