王炬成， 楊彩虹， 顧曉波， 周 紅

(1.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

船舶建造是一項復雜綜合的大型項目，精細化作業(yè)分解是保證精細化生產的前提。精細化作業(yè)分解是運用精細化生產思想，根據成組技術原理，按照船舶建造的系統(tǒng)/區(qū)域/類型/階段的相似性劃分建造作業(yè)，合理安排作業(yè)節(jié)奏和作業(yè)量，實現均衡、連續(xù)、準時的作業(yè)。隨著智能制造、精益造船等概念的提出，各大船舶企業(yè)和相應學者[1-5]對生產過程中的精細化作業(yè)分解進行探索，但并未建立公認的分解標準。由于任務包(Work Package，WP)和派工單(Work Order，WO)的生產模式在我國各大船廠相繼應用，為提高浮式生產儲卸油裝置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)的建造效率，以產品導向型作業(yè)分解結構(Product-oriented Work Breakdown Structure，PWBS)理論為基礎，提出面向WP和WO的精細化作業(yè)分解方法。

1 FPSO建造面臨的問題

在國內，FPSO建造合同通常包括船體的詳細設計、生產設計、建造和調試工作。FPSO建造主要面臨如下問題：

(1)船型結構復雜。FPSO是集油氣生產處理、儲存、外輸及生活動力供應于一體的高附加值裝置，在甲板和舷側外板區(qū)域布置大量的特殊結構，包括吊車基座、艏部火炬臂、立管支架、模塊支墩等，這些特殊結構幾乎沿整個船長方向布置，使建造作業(yè)更加繁瑣。一些大設備、大構件的安裝難度較大，例如火炬塔，其垂直高度可能超過浮式起重機(簡稱浮吊)的工作范圍，需要通過浮船塢的壓載水系統(tǒng)提高浮吊的起吊高度才能安裝。

(2)系統(tǒng)調試困難。FPSO的設計分為3個部分：船體、油氣處理模塊和單點(或多點)系泊部分。FPSO的船體部分涵蓋除油氣處理模塊和系泊部分及附屬外的所有專業(yè)設計。FPSO實際上是不帶航行器的自航船，但比普通油船復雜得多，包括保船系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、原油外輸系統(tǒng)、消防救生系統(tǒng)等。重大設備和上部模塊的功能調試是FPSO建造過程中的一大挑戰(zhàn)。

(3)項目管理困難。FPSO屬于海洋工程項目，需要成立專門的項目組對實際建造施行有效的計劃控制和文檔管理，與各合作方進行協調。

(4)建造周期縮短。通常FPSO的建造周期可達20個月或更長，而目前FPSO開始采用模塊化建造工藝。公用系統(tǒng)和油氣處理系統(tǒng)根據其功能以上部獨立模塊進行建造，主要包括工藝、氣體處理、熱介質、電站等模塊。船體結構和上部設施同時建造，在完成船體結構后將上部模塊進行整體吊裝，大幅縮短建造周期。目前國外FPSO的建造周期可縮短至10～14個月[6]。

2 面向WP和WO的FPSO

將可交付的最終產品按工作分解結構(Work Breakdown Structure，WBS)形成制造級，以中間產品的形式層層分解成精細化作業(yè)，再利用成組技術組織專業(yè)化的生產模式，從而實現資源配置均衡化和生產效率最大化的目的。中間產品是逐級形成最終產品的組成部分，是對最終產品制造作業(yè)進行分解形成的作業(yè)單元。

2.1 精細化作業(yè)分解

PWBS以中間產品為導向從縱向和橫向兩方面進行精細化作業(yè)分解，如圖1所示。以船舶生產的作業(yè)階段為橫向坐標軸進行劃分，包含先行階段的分段作業(yè)分解結構(Section Work Breakdown Structure，SWBS)、搭載階段的總段作業(yè)分解結構(Block Work Breakdown Structure，BWBS)和后行階段的區(qū)域作業(yè)分解結構(Zone Work Breakdown Structure，ZWBS)，在每個時間進度區(qū)間內，進行相應的生產施工作業(yè)并與造船作業(yè)流程相對應。縱向分解按照劃分形成的中間產品建造順序，結合某船廠生產組織形式，對不同類型的殼舾涂作業(yè)按照由大到小的層次進行分解，并將分解形成的作業(yè)派發(fā)至班組具體施工人員的最小作業(yè)單位，即PWBS元素→中間產品→WP→WO，分解層次的建立體現作業(yè)分解的精細化。

2.2 作業(yè)對象分解元素

PWBS作業(yè)對象分解主要依據4個元素：作業(yè)階段、作業(yè)類型、作業(yè)區(qū)域和作業(yè)系統(tǒng)。

作業(yè)階段分為內場、預舾裝、總組、船塢搭載、碼頭舾裝和單元生產等階段。

作業(yè)類型分為船體、舾裝和涂裝，其中：舾裝分為制作、安裝和調試。每種作業(yè)類型在不同的作業(yè)階段按主工種和輔工種分解具體作業(yè)。

(1)船體主工種分為加工、組立和搭載，輔工種為具體工種，例如切割加工、預處理、小組立、中組立、大組立、支援劃線、總組、搭載等。

(2)舾裝制作主工種分為鐵舾、電舾、單元制作等，輔工種為制作、組裝、后處理等。

(3)舾裝安裝主工種分為管子安裝、鐵舾安裝、船室安裝、機械安裝、電裝、模塊安裝、單元安裝等，輔工種為具體的安裝類型。

(4)舾裝調試主工種分為管子密性試驗、系泊試驗、航行試驗、單元測試等，輔工種為具體的系統(tǒng)或設備。

(5)涂裝主工種為沖砂和涂漆，輔工種為船體沖砂涂漆、特殊沖砂涂漆、鐵舾件沖砂涂漆、修補打磨等。

作業(yè)區(qū)域按照船上的功能區(qū)域和生產區(qū)域分為機艙區(qū)域、貨艙區(qū)域、艏部區(qū)域、上層建筑區(qū)域等。

作業(yè)系統(tǒng)按照不同的專業(yè)方向分為管系系統(tǒng)、輪機系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、甲板機械、消防防污、通風系統(tǒng)等。根據FPSO的功能特點，管系系統(tǒng)主要劃分為5類：貨油系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、油氣處理、外輸系統(tǒng)和保船系統(tǒng)。

2.3 SWBS

SWBS以先行階段的中間產品分段為導向，將船舶分解為不同分段進行建造作業(yè)，并按照總段搭載順序進行組成，從而為先行中日程計劃的編制提供基礎。分段是船舶建造作業(yè)的基本作業(yè)單元，SWBS參考分段劃分圖進行定義，以先行中日程計劃的作業(yè)類型為分解依據，并體現先行的各作業(yè)階段及作業(yè)順序。圖2為SWBS示例。

圖2 SWBS示例

基于現代造船模式的殼舾涂一體化思想，分段作業(yè)分解如下：

(1)殼：加工和組立。加工分為備料、預處理、切割，組立分為流水線前道、小組立肋骨、中組立、大組立、腳手架、密性試驗等。

(2)舾：各專業(yè)托盤制作(外協)和安裝。分段作業(yè)通常為管子和舾裝件的制作和安裝。

(3)涂：分段的沖砂和涂漆。

2.4 BWBS

BWBS以搭載階段的中間產品總段為導向進行分解，參考總段劃分圖、區(qū)域劃分圖和搭載網格圖進行定義?？偠问谴钶d階段的重要中間產品，若干分段形成大型總段，進而進行船臺/船塢搭載。在分段組立階段，很多大型的舾裝單元無法安裝，而在總組階段這些舾裝作業(yè)及相關涂裝作業(yè)得以實施，從而更加側重融殼舾涂為一體的系統(tǒng)性指導。BWBS主要以搭載計劃的作業(yè)類型為分解依據，體現搭載的各作業(yè)階段，并盡可能體現作業(yè)順序。圖3為BWBS示例。

圖3 BWBS示例

平臺總組作業(yè)分解為船體、舾裝和涂裝：船體

主要為分段總組；舾裝主要為各專業(yè)托盤制作(外協)和安裝；涂裝為總段合龍縫的打磨和涂漆。

船塢/船臺搭載作業(yè)分解為船體和涂裝：船體為總段搭載合龍；涂裝為搭載合龍縫的打磨和涂漆。

2.5 ZWBS

ZWBS以后行階段的中間產品區(qū)域及其完整性為導向進行分解，參考區(qū)域劃分圖、艙室布置圖、設備布置圖和總布置圖進行定義。后行作業(yè)由搭載階段貫穿至交船階段，作業(yè)重點是保證3個完整性，即艙室完整性、系統(tǒng)完整性和設備功能完整性，因此著重考慮艙室、系統(tǒng)及設備等3個核心內容。ZWBS分為小區(qū)域、中區(qū)域、大區(qū)域和全區(qū)域，以較小區(qū)域的完整保證較大區(qū)域的完整。ZWBS按照大中小區(qū)域、專業(yè)和作業(yè)對象進行劃分，并遵循殼舾涂分道作業(yè)原則。圖4為機艙ZWBS示例；圖5和圖6分別為全ZWBS示例(不含調試作業(yè))和全ZWBS示例(含調試作業(yè))。

圖4 機艙ZWBS示例

圖5 全ZWBS示例(不含調試作業(yè))

圖6 全ZWBS示例(含調試作業(yè))

后行作業(yè)分為大區(qū)域作業(yè)和全區(qū)域作業(yè)。大區(qū)域作業(yè)主要在船塢中完成，一般分解為船體、舾裝和涂裝。船體主要為基于中區(qū)域/大區(qū)域的主船體密性試驗和強度試驗。舾裝主要為基于中區(qū)域的各類托盤安裝、設備安裝、電纜敷設及基于大區(qū)域的完整性試驗。涂裝主要為基于中區(qū)域的艙室涂裝及基于大區(qū)域的舾裝件涂裝；如果大區(qū)域艙室較少，其艙室涂裝基于大區(qū)域分解。全區(qū)域作業(yè)主要為下水后的作業(yè)：船體為全船畫線和搭載；舾裝為管系密性試驗、系泊試驗、航行試驗及航行試驗后的維護；涂裝為外板的打磨和涂漆。

3 FPSO建造精細化作業(yè)分解

以某廠建造的深水型FPSO為例，闡述PWBS的應用。FPSO作業(yè)分解涵蓋整個建造過程，分別為先行階段的分段作業(yè)分解、搭載階段的總段作業(yè)分解和后行階段的區(qū)域作業(yè)分解。

3.1 先行階段的分段作業(yè)分解

應用SWBS對FPSO船體建造先行階段的分段作業(yè)進行分解。該FPSO共有325個分段，以艉部貨艙下層分段MP11P為例，其作業(yè)分解如表1所示。

表1 分段MP11P作業(yè)分解

3.2 搭載階段的總段作業(yè)分解

應用BWBS對FPSO船體建造搭載階段的總段作業(yè)進行分解。該FPSO共有123個總段，以某貨艙舷側總段為例，其作業(yè)分解如表2所示。

表2 總段PMF61作業(yè)分解

3.3 后行階段的區(qū)域作業(yè)分解

應用ZWBS對FPSO船體建造后行階段的區(qū)域作業(yè)進行分解。該FPSO的區(qū)域分為大區(qū)域和全區(qū)域。大區(qū)域分為艉部機艙、貨油艙、甲板、艏部機艙、上層建筑等區(qū)域。艉部機艙區(qū)域的中區(qū)域按照機艙的平臺甲板進行劃分；貨油艙和甲板區(qū)域的中區(qū)域按貨油艙的編號劃分；艏部機艙區(qū)域的中區(qū)域分為艏部貨艙區(qū)域、艏部主甲板以下區(qū)域、艏部主甲板以上區(qū)域；上層建筑的中區(qū)域按照上層建筑居住甲板的層數進行劃分。中區(qū)域下的小區(qū)域以艙室、作業(yè)空間、通道等為依據進行劃分。

以區(qū)域為分解對象可在較大程度上保證FPSO的區(qū)域完整性。FPSO系統(tǒng)功能復雜，為保證其系統(tǒng)完整性，系泊系統(tǒng)納入全區(qū)域分解，采用目錄式解決方案。管系系統(tǒng)主要劃分為貨油系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、油氣處理、外輸系統(tǒng)和保船系統(tǒng)，每個具體系統(tǒng)為1個WP。為保證設備功能的完整性，設備安裝分別涵蓋各大區(qū)域，分為機裝、電裝、甲裝等，而設備調試同樣納入全區(qū)域分解，分為主機、輔機、其他設備等，每臺具體設備為1個WP。

以艉部機艙區(qū)域(機艙四甲板，包含機艙底層)為例，其作業(yè)分解如表3所示，其中：舾裝調試作業(yè)歸為全區(qū)域作業(yè)分解，如表4所示。

表3 艉部機艙區(qū)域AAF00作業(yè)分解(不含舾裝調試作業(yè))

表4 全區(qū)域AS00舾裝調試作業(yè)分解

4 結 語

FPSO結構和功能復雜，是一個跨行業(yè)、多學科、多專業(yè)的集合體，更接近海洋平臺的設計建造，建造技術難度大，對管理工作要求較高。如果建造前期作業(yè)分解不到位，在實際建造過程中就會產生資源分配不合理，影響建造進度及質量，因此建立標準分解層次和實行精細化作業(yè)分解是保證FPSO建造作業(yè)順利進行的前提，所提出的方法可為FPSO在國內的精益建造提供一定的參考價值。