劉旭東，費(fèi)利明

（煙臺(tái)中集來福士海洋工程有限公司，煙臺(tái) 264000）

0 引言

近年來，國家陸續(xù)出臺(tái)一系列政策促進(jìn)海洋戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。今年一季度我國海洋工程裝備成交金額躍居世界第一位。同時(shí)，在產(chǎn)量、手持訂單和新接合同等方面均居世界第一，成為名副其實(shí)的世界第一造船大國[1]。但是在技術(shù)革新、環(huán)境保護(hù)、可靠性、高附加值海工裝備等諸多方面，與建設(shè)世界第一造船強(qiáng)國的目標(biāo)還有較大差距。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)系統(tǒng)總結(jié)海洋工程裝備取得的成績和成功經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)全行業(yè)對(duì)公約、規(guī)范、規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)等的跟蹤整理、吸取以及提升從業(yè)人員整體科技水平和業(yè)務(wù)素質(zhì)，推動(dòng)海洋工程裝備與國際接軌[2]。

另外，隨著全球?qū)Ω叨松钏霛撌姐@井平臺(tái)需求的日益劇增，傳統(tǒng)的露天場(chǎng)地混合型船體建造模式不能滿足此類高端平臺(tái)的建造周期和施工節(jié)奏要求[8]。

1 適用范圍

高端海工半潛式平臺(tái)產(chǎn)品的船體結(jié)構(gòu)分片、大、中、小組立制作。

平面流水線車間完成的工作，這些工作的統(tǒng)稱為內(nèi)場(chǎng)作業(yè)。

2 流水線分片設(shè)計(jì)、建造模式的意義

針對(duì)全球海洋勘探及生產(chǎn)的海洋基礎(chǔ)設(shè)施投資規(guī)模日益擴(kuò)大，高端深水鉆井平臺(tái)的需求也日益劇增。相比過去 5年全球?qū)ι钏Ｑ笱b備投資金額大幅上升。再者海工深水鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)建造技術(shù)日趨成熟，正向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、批量化生產(chǎn)趨勢(shì)迅猛發(fā)展[5]。優(yōu)質(zhì)、高效的流水線式設(shè)計(jì)、建造模式與現(xiàn)代世界海工建造的理念和模式相呼應(yīng)。

高端海工深水鉆井平臺(tái)與常規(guī)的散貨、成品油輪、集裝箱等普通商船相比，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備多、碼頭舾裝及調(diào)試周期長的特點(diǎn)。如采用流水線模式設(shè)計(jì)建造，將大大縮短船體的建造周期給后期的碼頭舾裝及調(diào)試爭取更長的時(shí)間，為項(xiàng)目的高利潤、按時(shí)、優(yōu)質(zhì)交付提供更有力保障[3]。

流水線模式對(duì)于設(shè)計(jì)要求更為嚴(yán)謹(jǐn)，需要從業(yè)的設(shè)計(jì)人員對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)裝配、工位、場(chǎng)地流程等有更為深層次的解讀與理解。因?yàn)楣に噺?fù)雜，設(shè)計(jì)的周期約為先前模式的1.25倍。

流水線施工作業(yè)具有工位固定、設(shè)備固定、人員固定，零件流動(dòng)、分片流動(dòng)、分段流動(dòng)的特點(diǎn)，而先前模式是產(chǎn)品流動(dòng)，人員也流動(dòng)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)流水線作業(yè)可減少無效作業(yè)時(shí)間約 20%，設(shè)備使用率提高30%，分片一次報(bào)驗(yàn)合格率提高30%。

3 目標(biāo)產(chǎn)品項(xiàng)目基本概況

3.1 主參數(shù)

總長：102.50m；

型寬：72.6m；

主甲板高：43.5m；

操作工況吃水：19.8m；

甲板可變載荷VDL：3800t；

定員：120人；

直升機(jī)甲板：S61N，Super puma，S-92；

動(dòng)力定位等級(jí)DP Class：DP3；

工作水深：1160m；

鉆井深度：7800m；

動(dòng)力：主發(fā)電機(jī)組：6臺(tái)，每臺(tái) 5,500kW；推進(jìn)器：6臺(tái)，每臺(tái) 4,300kW；入級(jí)挪威船級(jí)社；船旗國：新加坡。

目標(biāo)平臺(tái)專為挪威大陸架和北海海域設(shè)計(jì)，可在包括北極圈內(nèi)巴倫支海等所有挪威海域作業(yè)，裝備有NOV最新設(shè)計(jì)的井架系統(tǒng)，配置DP3動(dòng)力定位系統(tǒng)，滿足挪威石油安全局（PSA）、挪威海事局（NMD）和挪威海上工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NORSOK）的嚴(yán)格要求。

目標(biāo)平臺(tái)采用上船體（DECK BOX + SUPPER STRUCTURE）、下船體（PONTOON +COLUMN + BRACING）兩大部分同時(shí)建造，船塢內(nèi)總體合攏的建造方式。平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)凈重約16360t，共劃分為118個(gè)分段，所有分段分為約1760個(gè)分片，其中 85%的分片在平面流水線車間流轉(zhuǎn)生成輸出，在外場(chǎng)由分片合攏成分段及總段。

3.2 效果圖

效果圖見圖1。

圖1 北海深水半潛式鉆井平臺(tái)效果圖

4 流水線分片設(shè)計(jì)、建造模式的背景與簡介

4.1 平面流水線設(shè)計(jì)、建造籌劃背景

為順應(yīng)企業(yè)發(fā)展，現(xiàn)有建造場(chǎng)地布局不能滿足日益劇增的項(xiàng)目建造需求。在建造過程中，南方夏雨和北方冬雪及嚴(yán)寒，都嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)度，給項(xiàng)目按時(shí)交付帶來不利影響。

以往的單一施工圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工模式，不能滿足平面流水線的流轉(zhuǎn)需求。設(shè)計(jì)上改用了與平面流水線設(shè)計(jì)匹配的 TRIBON M3 Planar Hull Modelling 設(shè)計(jì)軟件。

4.2 匹配平面流水線模式出圖設(shè)計(jì)簡介

4.2.1 匹配流水線結(jié)構(gòu)圖紙輸出目錄，見表1

表1 TRIBON M3匹配流水線結(jié)構(gòu)圖紙目錄

4.2.2 軟件簡介

基于TRIBON M3的三維數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程和工作標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理一體化，殼舾涂一體化要求，為船舶企業(yè)提供完整的全船生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙和管理表單，促進(jìn)船舶企業(yè)的信息化建設(shè)，使船舶企業(yè)的船舶建造水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，為船舶企業(yè)滿足PSPC規(guī)則要求建立了重要基礎(chǔ)。近年來，在十多家大中型船廠、30多型200多艘各類船舶的建造中推廣應(yīng)用，鋼材一次利用率和舾裝率顯著提高，明顯縮短了設(shè)計(jì)和建造周期，取得顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，項(xiàng)目的適用性達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

4.2.3 匹配平面流水線《船體結(jié)構(gòu)零件編碼規(guī)則》匯編

為匹配平面流水線建造模式，規(guī)范結(jié)構(gòu)分段零件流向。結(jié)合公司生產(chǎn)、下料、裝配實(shí)際情況，經(jīng)生產(chǎn)、MPC、工藝等多部門反復(fù)探討、推敲，繪制了新的《船體結(jié)構(gòu)零件編碼規(guī)則》。該規(guī)則于 2013年10月首次發(fā)布，2014年12月發(fā)布更新版。

《船體結(jié)構(gòu)零件編碼規(guī)則》詳細(xì)規(guī)范了結(jié)構(gòu)零件的件號(hào)名稱編寫標(biāo)準(zhǔn)、零件的加工、裝配以及零件形成的板架、組立后具體流向代碼。標(biāo)志著所有單一零件下料后零件所需流向的具體工位，在第一級(jí)工位形成組合件、板架、組立后下一級(jí)需要流向的工位。以便于MPC按照工位、分片、組立次序等分批次、按生產(chǎn)計(jì)劃配送現(xiàn)場(chǎng)所需零件，達(dá)到了圖、料、現(xiàn)場(chǎng)施工整體貫穿一條線的狀態(tài)。

4.2.4 零件編碼剖析

板材零件套料圖，見圖2。零件圖，見圖3。

圖2 板材零件套料圖截圖

圖3 零件實(shí)物截圖

4.3 平面流水線工位流轉(zhuǎn)與施工圖匹配情況簡介

4.3.1 平面流水線車間作業(yè)流程示意圖

見圖4。

4.3.2 供流水線部件預(yù)制圖紙截圖

見圖5。

平面線（內(nèi)場(chǎng)）各工位圖紙截圖和現(xiàn)場(chǎng)截圖見圖8至圖14。

圖4 平面流水線車間作業(yè)流程示意圖

圖5 供流水線部件預(yù)制圖紙

圖6 流水線部件現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物截圖（C工位）

圖7 供流水線小分片圖紙截圖（S&M工位）

圖8 流水線小分片現(xiàn)場(chǎng)截圖

圖9 供流水線分片拼板圖紙截圖（P工位）

圖10 流水線分片拼板現(xiàn)場(chǎng)截圖

圖11 供流水線分片一級(jí)骨材圖紙截圖（L工位）

圖12 流水線分片一級(jí)骨材裝配截圖

圖13 供流水線分片二級(jí)肋板裝配圖紙截圖（H工位）

圖14 流水線分片二級(jí)肋板裝配截圖

表2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍圖示說明以典型板架分析

圖15 平面流水線車間主線

圖16 主板焊接采用雙絲埋弧焊

4.3.3 平面流水線車間作業(yè)節(jié)拍分析[4]

見表2。

4.3.4 平面流水線車間主線照片

見圖15。

4.3.5 平面流水線車間主要高效設(shè)備[5]

如圖16所示，主板焊接采用雙絲埋弧焊，焊接速度可提升50%以上。

如圖17所示，縱骨焊接采用16臺(tái)自動(dòng)角焊機(jī)焊接，與常規(guī)焊接相比效率提高2倍至3倍。

根據(jù)流水線流動(dòng)節(jié)拍 6-8小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)一次預(yù)估，平面車間內(nèi)每班次消耗的鋼材大約合計(jì) 80-100噸/天，一年消耗鋼材大約3萬噸。

以一條典型半潛平臺(tái)為例，全船結(jié)構(gòu)重量約為1.2萬噸，一年可做2-3個(gè)同類項(xiàng)目的排產(chǎn)計(jì)劃。

圖17 縱骨焊接采用16臺(tái)自動(dòng)角焊機(jī)焊接

4.4 平面流水線產(chǎn)能分析[6]

見表3。

表3 按典型板架分析

4.5 平面流水線模式與以往非流水線外場(chǎng)作業(yè)比對(duì)（設(shè)計(jì)工時(shí)、建造周期對(duì)比）

以一條典型半潛平臺(tái)為例，平面流水線比非流水線分段設(shè)計(jì)周期平均增加約 13天,因?yàn)槠矫媪魉€設(shè)計(jì)是將先前的單一下發(fā)施工圖模式，改為按照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工序、工位出圖模式，設(shè)計(jì)工藝分類詳細(xì)，從而增加了設(shè)計(jì)周期。雖然增加了設(shè)計(jì)周期，但是分段建造周期（從開工到焊后報(bào)驗(yàn)）因?yàn)槠矫媪魉€設(shè)計(jì)改善平均縮短約 30天左右，這得益于設(shè)計(jì)、工藝與現(xiàn)場(chǎng)工位、工序、設(shè)備、作業(yè)環(huán)境的改進(jìn)。

以下為非流水線建造模式與流水線建造模式設(shè)計(jì)、建造周期比對(duì)。分段設(shè)計(jì)周期比對(duì)如圖18所示。分段建造周期比對(duì)如圖19所示。

圖18 分段設(shè)計(jì)周期比對(duì)

圖19 分段建造周期比對(duì)

4.6 平面流水線模式在海工領(lǐng)域前景展望

首先能提供我國海洋工程裝備建造能力。平面流水線設(shè)計(jì)建造得以廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)殼、舾、凃一體化建造模式。對(duì)縮短建造周期，提供建造質(zhì)量、技術(shù)水平、制造工藝具有深遠(yuǎn)意義，也必將對(duì)提高我國海洋工程裝備建造產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

其次，可以解決實(shí)際生產(chǎn)中的從業(yè)人員瓶頸問題。由于近年來有經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)人員相繼退休而急劇減少，年輕的從業(yè)人在短期內(nèi)還難以掌握系統(tǒng)造船的復(fù)雜模式，所以該行業(yè)后繼乏人。行業(yè)內(nèi)從業(yè)人員提升及傳統(tǒng)復(fù)雜建造模式改革，成為整個(gè)海工建造系統(tǒng)的一大瓶頸。平面流水線設(shè)計(jì)、建造模式能夠很好的解決這一瓶頸難題。即將復(fù)雜的設(shè)計(jì)、建造技術(shù)細(xì)化分解為各單一的固定工位、工序，便于從業(yè)人員掌握和應(yīng)用。

再次，可以提高海洋工程裝備建造速度，保證建造質(zhì)量。提高海洋工程裝備建造速度和建造質(zhì)量是行業(yè)的生命力，同時(shí)也是在國際市場(chǎng)競爭中取勝的重要保證。平面流水線設(shè)計(jì)建造模式使產(chǎn)品過程工序單一化，無論是技能掌握還是實(shí)際操作都做到了分化、分解，為提高效率和質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件。

最后，大幅度減輕了從業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)的單一施工圖外場(chǎng)作業(yè)模式，設(shè)計(jì)僅下發(fā)分段施工圖，設(shè)計(jì)簡單、材料整體打包配送現(xiàn)場(chǎng)。工人露天外場(chǎng)作業(yè)。平面流水線設(shè)計(jì)建造模式，從設(shè)計(jì)分工位工序下發(fā)圖紙，材料也按照工序、工位現(xiàn)場(chǎng)需求計(jì)劃有序配送，通過工藝、工序、設(shè)備、作業(yè)環(huán)境等一系列的改善，大大降低了從業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)論

在未來全球油氣開發(fā)中，油氣增量主要來自深水特別是超深水海域。超深水油田開發(fā)是未來的發(fā)展趨勢(shì)，打開這個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵在于是否有配套的開發(fā)裝備，而超深水鉆井平臺(tái)就是這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

目前五分之三的國際超深水平臺(tái)在中國建造，國際主流客戶開始在中國下單，這是中國海工的突破。在短周期內(nèi)大量采用新技術(shù)和工藝，對(duì)中國海工行業(yè)也具有很大的挑戰(zhàn)性。

平面流水線模式在海工行業(yè)應(yīng)用在國內(nèi) 才剛剛起步，還需要多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐，船廠各部門的密切協(xié)同才能逐步完善，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效還有很長的路要走。船體建造是半潛式平臺(tái)的先驅(qū)工程，實(shí)現(xiàn)平面流水線建造模式起到項(xiàng)目按時(shí)交付的領(lǐng)頭羊作用，才是真正的意義所在。

[1]高稷.世界造船業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和研發(fā)動(dòng)態(tài)[J].經(jīng)濟(jì)縱橫,2004.

[2]張明華.精益造船模式研究[M].中國經(jīng)濟(jì)出版社,2005.

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[5]忻賢鴻.淺論江南造船廠引進(jìn)平面分段流水線[J].上海造船,1996(1).

[6]羅來友.工時(shí)物量分析在平面流水線中的應(yīng)用[J].廣東造船,2011(1).