海工建造總裝廠的作業(yè)主流程分析

李沁溢， 張宜群， 宋友良

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

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海工建造總裝廠的作業(yè)主流程分析

李沁溢， 張宜群， 宋友良

(上海船舶工藝研究所， 上海 200032)

摘要：該文對(duì)國內(nèi)外典型的海工建造企業(yè)廠區(qū)布置進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了典型海工建造企業(yè)廠區(qū)建造生產(chǎn)流程特點(diǎn)，提出我國海洋平臺(tái)建造廠區(qū)優(yōu)化原則和優(yōu)化策略，并在國內(nèi)骨干海工企業(yè)實(shí)施應(yīng)用，取得良好效果。該文可為海工裝備建造基地建設(shè)，海工企業(yè)作業(yè)主流程的優(yōu)化及船廠轉(zhuǎn)型海工后的流程再造提供參考。

關(guān)鍵詞：海工建造基地；生產(chǎn)流程；廠區(qū)布置

0引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和亞太地區(qū)發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，國際能源需求量尤其是石油的需求大幅增加，而陸上油氣資源日趨枯竭，海底儲(chǔ)藏油氣成為人類重要的能源來源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球海底石油總蘊(yùn)藏量約為1 400億噸～2 000億噸，占陸地石油儲(chǔ)量的30%～50%，海洋天然氣儲(chǔ)量約有140萬億立方米。由于大量的油氣資源在更深水域中被發(fā)現(xiàn)，海洋油氣資源開發(fā)己從淺水向深水及超深水發(fā)展，海洋工程裝備的投資也不斷增加。21世紀(jì)以來，在海工裝備設(shè)計(jì)建造方面取得了一些新突破，技術(shù)能力也得到快速提升。近幾年來，我國加大了海工裝備建造基地的投資建設(shè)，就硬件條件來講，我國強(qiáng)于新加坡，略遜于韓國，但是與兩國的建造效率、建造水平相比仍存在較大差距。其主要原因是沒有充分利用企業(yè)資源，建造生產(chǎn)流程的基本原則尚不清晰，缺乏對(duì)生產(chǎn)流程的優(yōu)化。因此，該文將對(duì)國內(nèi)外自升式鉆井平臺(tái)、半潛式鉆井平臺(tái)等典型海工建造場(chǎng)地布置進(jìn)行對(duì)比分析，分析典型海工建造企業(yè)的生產(chǎn)流程及影響因素，提出我國海工建造企業(yè)生產(chǎn)流程基本構(gòu)架，為海工裝備建造基地建設(shè)，海工企業(yè)作業(yè)主流程的優(yōu)化及船廠轉(zhuǎn)型海工后的流程再造提供參考。

1國外典型海工建造企業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)流程

在海洋工程裝備市場(chǎng)，新加坡和韓國的海洋工程裝備制造企業(yè)均經(jīng)歷了由一般船舶再到海洋工程裝備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整過程，在建造生產(chǎn)流程、建造方案等方面進(jìn)行突破和創(chuàng)新，取得了快速跨越式的發(fā)展。因此，該文將以新加坡的吉寶船廠和裕廊船廠、韓國的現(xiàn)代重工為例，分析先進(jìn)的海工建造企業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)流程。

1.1新加坡典型海工建造企業(yè)

(1) 吉寶船廠

新加坡吉寶(KEPPEL FELS)船廠分為Pioneer yard I、pioneer yard II、Main yard和Crescent yard4個(gè)廠區(qū)。其中Pioneer yard I廠區(qū)主要從事自升式平臺(tái)和半潛式平臺(tái)的總裝建造。該廠總面積約28萬平方米，擁有1座40萬噸干船塢(380 m×80 m×13 m)，并配1臺(tái)500 t龍門吊。另外，該廠還配備了40多個(gè)多種類型起重能力超過300 t的移動(dòng)式吊裝設(shè)備。新加坡吉寶船廠廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖如圖1所示。

圖1　新加坡吉寶廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖

吉寶船廠雖然廠區(qū)面積較小，但是車間及生產(chǎn)設(shè)施布置緊湊，殼體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)布局成L形，模塊生產(chǎn)布局成U型，在船塢內(nèi)總裝合攏，然后托運(yùn)至碼頭完成后續(xù)的舾裝和涂裝。整個(gè)廠區(qū)流程順暢，清晰明確，為海洋鉆井平臺(tái)的高效率建造奠定了基礎(chǔ)。

(2) 裕廊船廠

新加坡裕廊(JURONG)船廠從2002年開始進(jìn)入海洋鉆井平臺(tái)制造領(lǐng)域，在2007年成為世界上第二大鉆井平臺(tái)制造廠。該廠總面積約65.6萬平方米，碼頭岸線長約2 728 m，擁有4個(gè)船塢，分別是DD1(10萬噸干船塢，270 m× 40 m×10 m)、DD2(30萬噸干船塢，350 m× 56 m×12 m)、DD3(50萬噸干船塢，380 m×80.2 m× 14 m)和DD5(20萬噸干船塢，335 m×56 m×11 m)。裕廊船廠廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖如圖2所示。

圖2　裕廊船廠廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖

裕廊船廠形成了較為完整的海洋工程裝備總裝建造方式，雖然有5個(gè)船塢，但是適合建造半潛式平臺(tái)的船塢只有DD3船塢，該廠殼體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)布局成直線形，沒有專業(yè)的模塊制造作業(yè)區(qū)。其模塊采用專業(yè)化工廠生產(chǎn)，在裕廊船廠完成總裝。

1.2韓國現(xiàn)代重工

現(xiàn)代重工業(yè)株式會(huì)社是韓國現(xiàn)代集團(tuán)的主要公司，有8個(gè)事業(yè)部。其中，“造船事業(yè)部”與“發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)部”是世界最大規(guī)模的生產(chǎn)組織?，F(xiàn)代重工車間和各種設(shè)施布局合理，能最大限度地提高造船效率，擁有干船塢9座，能按照船東要求建造各種尺寸和各種類型的船舶?，F(xiàn)代重工廠區(qū)效果如圖3所示。

圖3　韓國現(xiàn)代重工廠區(qū)示意圖

韓國現(xiàn)代重工雖然廠區(qū)面積大、船塢多、起重能力較強(qiáng)，可以同時(shí)建造多艘船舶和海洋鉆井平臺(tái)。但是，其海工產(chǎn)品建造沒有占用船塢資源，而是采用平地建造技術(shù)，制定了平地制造流程，并成功應(yīng)用于34萬噸FPSO 和半潛式海洋平臺(tái)的建造[1]。

2國內(nèi)典型海工建造企業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)流程

我國經(jīng)過近幾年的探索實(shí)踐，海洋石油工程股份有限公司、煙臺(tái)來福士海洋工程有限公司、上海外高橋造船有限公司等國有大型企業(yè)積極搶占國際海工市場(chǎng)，開發(fā)海洋工程系列產(chǎn)品，擴(kuò)展海工建造基地。該文選取海工建造企業(yè)、國內(nèi)先進(jìn)造船廠以及改造形成的海工建造企業(yè)3個(gè)典型廠區(qū)為代表，分析國內(nèi)典型海工建造企業(yè)的廠區(qū)生產(chǎn)流程。

(1) 海洋石油工程(青島)有限公司

海油工程青島建造場(chǎng)地的總面積為120萬平方米，一二期場(chǎng)地共有四條滑道，五個(gè)車間，設(shè)計(jì)年加工鋼材的能力20萬噸。其中三期船塢項(xiàng)目已經(jīng)建成投產(chǎn)。海油工程(青島)廠區(qū)生產(chǎn)流程如圖4所示。

圖4　海油工程(青島)廠區(qū)生產(chǎn)流程

針對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)、自升式鉆井平臺(tái)、半潛式鉆井平臺(tái)以及船舶等產(chǎn)品，海油工程廠區(qū)布置合理，可以很好的兼顧管架結(jié)構(gòu)建造、模塊制造、板架結(jié)構(gòu)制造。

(2) 上海外高橋造船有限公司

外高橋一期工程占地144萬平方米，設(shè)200萬噸船塢兩座(480 m×106 m×12.3 m，360 m×76 m×14.3 m)，一號(hào)船塢配置兩臺(tái)600 t龍門起重機(jī)，二號(hào)船塢配置600 t、800 t龍門起重機(jī)各一臺(tái)，舾裝碼頭長度約1 300 m，主要工藝設(shè)備500臺(tái)，是建造超大型船舶和海工裝備的理想場(chǎng)所，上海外高橋廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖如圖5所示。其基本延用造船流程，殼體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)布局呈U形，另在船舶上層建筑制造區(qū)完成模塊組裝。

圖5　上海外高橋廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖

(3) 煙臺(tái)中集來福士海洋工程有限公司

煙臺(tái)中集來福士海洋工程有限公司建造場(chǎng)地的總面積為70萬平方米，碼頭岸線長約1 400 m，高承載碼頭700 m，碼頭水深4 m～12 m，擁有兩個(gè)干船塢(380 m×120 m×14 m，205 m×45 m×8 m)，已建成的世界上最大的10 000 t巨型吊機(jī)用于大型鉆井平臺(tái)的吊裝，與傳統(tǒng)船塢分段吊裝總裝的方式相比，建造周期大大縮短。煙臺(tái)中集來福士廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖如圖6所示。

圖6　煙臺(tái)中集來福士廠區(qū)生產(chǎn)流程示意圖

3典型海洋鉆井平臺(tái)建造作業(yè)主流程分析和優(yōu)化策略

3.1典型廠區(qū)作業(yè)流程共性特點(diǎn)分析

從圖1、圖2中可以看出，以吉寶船廠為代表的海工建造廠區(qū)，結(jié)構(gòu)和模塊分區(qū)制造，主流程清晰明朗。以外高橋船廠為代表的國內(nèi)先進(jìn)造船廠，殼體結(jié)構(gòu)建造延用船體制造流程，流程順暢。以中集來福士為代表的船廠改造形成的海工建造廠區(qū)，部分車間布置不太合理，但仍然體現(xiàn)了分區(qū)建造的思想。盡管各企業(yè)的廠區(qū)面積、場(chǎng)地布置、船塢、起重能力各不相同，各企業(yè)從生產(chǎn)作業(yè)的總體布局中已經(jīng)較為清晰的看出總裝建造的輪廓，并具有以下共性優(yōu)點(diǎn)：

(1) 內(nèi)場(chǎng)加工，不是機(jī)群式小批量作業(yè)，而是單件流水作業(yè)，形成了以中間產(chǎn)品特征類型劃分的內(nèi)場(chǎng)加工分道作業(yè)流程格局。平板切割、彎板切割、板條及小零件切割、型材下料加工、內(nèi)部構(gòu)件切割等分別集中在一線。

(2) 分段制造，盡可能采用專業(yè)分工，結(jié)合聯(lián)營廠或配套廠，將分段和模塊盡可能分散到專業(yè)制造廠制造，或在本場(chǎng)設(shè)置中間產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)區(qū)，將緊湊、作業(yè)密度高的分段優(yōu)先安排在面積最小的生產(chǎn)區(qū)域，將超大超重分段安排在廠內(nèi)面積較大的總組區(qū)。

(3) 分段總組，各種總段均明確有專用場(chǎng)地。如建造半潛式平臺(tái)，一般設(shè)有浮體分段總組場(chǎng)地、立柱總組場(chǎng)地、生活樓總組場(chǎng)地等專用總組場(chǎng)地。

(4) 舾裝作業(yè)，在結(jié)構(gòu)分片制造、分段制造、總段建造、總段合攏及出塢四個(gè)作業(yè)階段中將舾裝件作業(yè)貫穿其中，形成大區(qū)域、大通道、大物流，實(shí)現(xiàn)托盤化的物流管理方式。通用標(biāo)準(zhǔn)撬塊、專用功能模塊由專業(yè)配套廠制造。

(5) 涂裝作業(yè)，基本形成了鋼板、型材處理流水線，分段涂裝車間，鐵舾件打砂、噴漆作業(yè)和特涂作業(yè)四個(gè)涂裝區(qū)域。

同時(shí)，國內(nèi)典型海工建造企業(yè)流程也存在很多相似的問題，具體如下：

(1) 從生產(chǎn)流程上看，國內(nèi)海工建造基地保留了造船廠的基本特征。除了殼體結(jié)構(gòu)有了基本的區(qū)域/階段/類型的作業(yè)模式外，舾裝作業(yè)還處于傳統(tǒng)的專業(yè)工種為主，向區(qū)域舾裝轉(zhuǎn)變的混合作業(yè)模式。

(2) 從生產(chǎn)作業(yè)上看，殼體結(jié)構(gòu)基本體現(xiàn)了以船體為基礎(chǔ)的區(qū)域/階段/類型的作業(yè)模式。但是舾裝作業(yè)則更多地表現(xiàn)出了以機(jī)電為基礎(chǔ)的專業(yè)作業(yè)模式，缺少以模塊集成專業(yè)化生產(chǎn)為基礎(chǔ)的作業(yè)模式。

(3) 從中間產(chǎn)品專業(yè)化制造上看，大部分國內(nèi)企業(yè)托盤管理技術(shù)尚未得到系統(tǒng)應(yīng)用，部分中間產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)尚未得到固化。更多中間產(chǎn)品的固化和標(biāo)準(zhǔn)化工作通過“工序前移”等措施逐步建立。

(4) 從生產(chǎn)管理上看，生產(chǎn)管理盡管以項(xiàng)目制為目標(biāo)，由于企業(yè)的基礎(chǔ)管理薄弱，生產(chǎn)計(jì)劃管理的大量 “基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”缺乏，以及工時(shí)/物量數(shù)據(jù)、工藝信息的不完整，計(jì)劃管理的精細(xì)化程度不高等多種原因，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度會(huì)還是生產(chǎn)指揮的基本管理模式。

(5) 從勞動(dòng)力配置上看，基本體現(xiàn)出了總裝建造的基本布局，但是其勞動(dòng)力配置準(zhǔn)則更多的是以專業(yè)工種為基礎(chǔ)而建立起來的生產(chǎn)組織，復(fù)合工種、工位復(fù)合技能還不能滿足現(xiàn)代海工總裝發(fā)展的需求。

3.2廠區(qū)布置及生產(chǎn)流程優(yōu)化的基本原則

(1) 廠區(qū)布置及生產(chǎn)流程優(yōu)化是基于當(dāng)前的實(shí)際情況和將來發(fā)展的需要而確定的。需要考慮的是在當(dāng)前的生產(chǎn)布局和流程布局的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)兼顧企業(yè)未來的發(fā)展需要。

(2) 生產(chǎn)主流程的優(yōu)化應(yīng)該統(tǒng)籌綜合考慮布置設(shè)備，保證工藝路線暢通，使工位之間沒有往返運(yùn)輸，消除交叉工藝路線，盡可能使運(yùn)輸路線最短，減少停滯，最大限度的利用流水線生產(chǎn)。

(3) 生產(chǎn)主流程的優(yōu)化結(jié)果可以直接在生產(chǎn)運(yùn)行中得到貫徹和應(yīng)用，不會(huì)對(duì)當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)造成影響。

(4) 生產(chǎn)流程的優(yōu)化與生產(chǎn)機(jī)制的調(diào)整應(yīng)得到相應(yīng)配套措施的配合和呼應(yīng)。

3.3廠區(qū)布置及生產(chǎn)流程優(yōu)化的基本思路

(1) 切割加工分線：按平直板切割加工、彎曲板切割加工、板條及小零件切割加工、型材下料加工、內(nèi)部構(gòu)件切割加工等劃分切割加工線，優(yōu)化單一流水作業(yè)。

(2) 分段建造分道：按分段的生產(chǎn)特征劃分平面分段、曲面分段、上層建筑分段生產(chǎn)線。在分段建造前，把部件、組件的裝配作為一個(gè)中間產(chǎn)品，從分段裝配作業(yè)中分離出來單獨(dú)制造，為實(shí)施部件、組件裝配分道創(chuàng)造條件。

(3) 總組場(chǎng)地定位：必須遵循“小分段，大總段”的原則。分段劃小，以提高分段建造效率；吊裝前總段組合，為舾裝和涂裝創(chuàng)造條件，提高組裝場(chǎng)地的吊裝效率。

(4) 舾裝作業(yè)分區(qū)：按 “結(jié)構(gòu)特征”劃分舾裝區(qū)，固定其基本作業(yè)單元的生產(chǎn)場(chǎng)地、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)任務(wù)。

(5) 托盤組織物流：以成組技術(shù)的分類原理組織管子生產(chǎn)，以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向的思路組織舾裝件定點(diǎn)生產(chǎn)，以托盤集配的管理思想組織物流。

(6) 涂裝階段滲透：涂裝作業(yè)則通過跟蹤補(bǔ)涂滲透到殼體和舾裝作業(yè)階段。

4典型廠區(qū)生產(chǎn)流程優(yōu)化應(yīng)用效果

中集來福士隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，現(xiàn)有的總組場(chǎng)地，已經(jīng)無法同時(shí)滿足5～6個(gè)半潛式平臺(tái)和1～2個(gè)自升式平臺(tái)的生產(chǎn)需求，船塢合攏利用率不高。因此，中集來福士在改善建造方法、優(yōu)化硬件資源配置的同時(shí)，計(jì)劃采用填海增加總組場(chǎng)地的方式，實(shí)現(xiàn)核心資源的最大化利用。如圖7所示，新增的總組場(chǎng)地可用于半潛式鉆井平臺(tái)上殼體巨型總段的總組。

圖7　中集來福士規(guī)劃填海后的廠區(qū)

通過共同研討，來福士對(duì)廠區(qū)進(jìn)行了優(yōu)化，擬建設(shè)平面分段流水線廠房建筑面積3.51萬平方米；模塊建造場(chǎng)地3.96萬平方米；1#、2#合攏區(qū)5.2萬平方米；1#和2#370 t分段堆場(chǎng)和舾裝場(chǎng)地改造3.2萬平方米。

(1) 分段流水線廠房，總建筑面積35 100 m2，鋼結(jié)構(gòu)單層排架，獨(dú)立基礎(chǔ)，車間屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋面采用壓型彩鋼板屋面，地坪為混凝土地坪。

(2) 模塊建造場(chǎng)地，按工藝要求地面硬化，其中模塊總裝區(qū)26 400 m2，分段總裝區(qū)13 200 m2。

(3) 模塊建造場(chǎng)地主要用于鉆井平臺(tái)的合攏和建造，跨度154 m，起升高度70 m；布置20 t龍門吊6臺(tái)，跨度40 m，起升高度15 m，模塊總裝區(qū)地坪為鋼筋砼地坪，分段總裝區(qū)地坪為砼地坪，模塊總裝區(qū)和分段建造區(qū)配置相應(yīng)的供電、供水和供氣網(wǎng)絡(luò)。

(4) 1#、2#合攏區(qū)地面硬化，該區(qū)域面積5.2萬平方米， 長260 m、寬200 m，主要用于鉆井平臺(tái)合攏，此次地面硬化通過提高地基承載力，重做合攏區(qū)鋼筋砼鉆井平臺(tái)板，提高合攏區(qū)的配套設(shè)施及配備相應(yīng)的供電、供水井。

1#和2#370 t分段堆場(chǎng)和舾裝場(chǎng)地改造3.2萬平方米，此次地面硬化通過提高地基承載力，重做合攏區(qū)鋼筋砼鉆井平臺(tái)板，提高合攏區(qū)的配套設(shè)施及配備相應(yīng)的供電、供水井。

5結(jié)論

該文通過對(duì)典型海工建造企業(yè)建造生產(chǎn)流程分析，指出了國內(nèi)外廠區(qū)的共性特點(diǎn)，提出了我國海洋平臺(tái)建造廠區(qū)優(yōu)化原則和優(yōu)化策略，并在部分企業(yè)得到了實(shí)施應(yīng)用。通過研究得出如下結(jié)論：

(1) 雖然各家海工建造企業(yè)的軟硬件條件和總裝方案、下水方式有所不同，但還是有其共性的地方，都是采用專用化分區(qū)生產(chǎn)和模塊化建造的方式組織生產(chǎn)，根據(jù)產(chǎn)品綱領(lǐng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、總裝建造，來統(tǒng)籌優(yōu)化總裝方案、下水方式、生產(chǎn)布局、作業(yè)主流程、建造工藝、生產(chǎn)體制、設(shè)計(jì)模式等。

(2) 研究提出廠區(qū)布置及生產(chǎn)流程優(yōu)化的基本原則，能夠滿足當(dāng)前海工總裝廠廠區(qū)優(yōu)化的需求，同時(shí)也可為新建海工總裝廠提供指導(dǎo)。

(3) 海工建造企業(yè)建造生產(chǎn)流程優(yōu)化策略，在部分企業(yè)已經(jīng)得到了實(shí)施應(yīng)用，對(duì)廠區(qū)規(guī)劃建設(shè)起到參考借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫瑞雪，高真所，竇鈞. 平地造船技術(shù)淺析[C]. 中國大連國際海事論壇，2008.

[2]機(jī)械現(xiàn)代制造技術(shù)與生產(chǎn)模式務(wù)實(shí)全書[M].吉林：吉林?jǐn)z影出版社，2003.

[4]高介祜，郁照榮，等. 現(xiàn)代造船工程[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1998.

Analyses on General Construction Factory for Offshore Engineering Units

LI Qin-yi， ZHANG Yi-qun, SONG You-liang

(Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute，Shanghai 200032, China)

Abstract：This paper analyses general construction factories for offshore engineering units in domestic and foreign shipyards. With selectively absorbing advanced building experience, the improving method and optimizing production process are proposed as well as advices for shipyards adapting to offshore equipments and reconstruction.

Keywords：offshore engineering units factory； production flow

中圖分類號(hào):P75

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-4500(2016)02-0001-06

作者簡介：李沁溢(1984-)，女，工程師。

收稿日期：2015-10-21