鋪管船舶作業(yè)效率分析系統(tǒng)原理和應(yīng)用

洪騰飛　陳龍　張千朋

摘要：本文將通過鋪管船舶作業(yè)效率分析系統(tǒng)的組成和工作原理，展示如何通過PLC和服務(wù)器系統(tǒng)對施工過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、比較、分析，量化鋪管流程各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因子，查低補(bǔ)漏，以達(dá)到提升管線鋪設(shè)效率，降低施工成本的目的。

[關(guān)鍵詞]作業(yè)效率經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)采集和分析PLC服務(wù)器

1鋪管船舶作業(yè)效率分析系統(tǒng)的組成

鋪管船舶作業(yè)效率分析系統(tǒng)（以下簡稱作業(yè)效率分析系統(tǒng)），從系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)上劃分，其可以分為作業(yè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、鋪管作業(yè)集控系統(tǒng)和鋪管效率分析子系統(tǒng)，各系統(tǒng)的主要功能和硬件組成如下：

1.1作業(yè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

主要功能：主要是對現(xiàn)場實(shí)際信號數(shù)據(jù)的采集，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備，完成作業(yè)中狀態(tài)、工序的起始和結(jié)束信號采集，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至鋪管作業(yè)集控系統(tǒng)中。

軟件和硬件組成：西門子STEP7編程軟件、S7-300PLC和附屬模塊、作業(yè)線工作/移船信號控制箱、手持式作業(yè)工序計(jì)時器、作業(yè)線AP等。

1.2鋪管作業(yè)集控系統(tǒng)

主要功能：錄入項(xiàng)目相關(guān)信息，并對各個施工工序耗時數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和記錄，構(gòu)建項(xiàng)目施工信息數(shù)據(jù)庫，并將相關(guān)信息通過Web服務(wù)在監(jiān)控電腦上實(shí)時顯示;

軟件和硬件組成：工控軟件、服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和Web應(yīng)用服務(wù)。

1.3鋪管效率分析子系統(tǒng)

主要功能：實(shí)現(xiàn)各道施工工序耗時統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)各類指標(biāo)效率對比分析，提供生產(chǎn)日報內(nèi)各項(xiàng)工作過程的耗時統(tǒng)計(jì)分析，并直觀的展示分析結(jié)果。

軟件和硬件組成：服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等。

2鋪管作業(yè)效率分析系統(tǒng)的工作原理和使用要求

按照時序關(guān)系，效率分析系統(tǒng)的工作流程、內(nèi)容和使用要求主要包括以下四個方面：

2.1項(xiàng)目和施工信息的錄入

對于不同的項(xiàng)目，在項(xiàng)目正式開始前，要錄入項(xiàng)目的相關(guān)信息，主要包括項(xiàng)目名稱，海管規(guī)格（單雙層、單雙節(jié)點(diǎn)、管徑、壁厚、涂層厚度等）、施工海域水深等。同時，不同的管線鋪設(shè)，各個工作站的工作內(nèi)容也會不斷變化，如焊接站的數(shù)量，每個工作站的工序等，也需要提前完成信息的統(tǒng)計(jì)和錄入。

2.2數(shù)據(jù)的采集和處理

按照數(shù)據(jù)產(chǎn)生、采集、處理、分析和顯示的時間軸，可以將效率分析系統(tǒng)的工作流程分為以下三步：

2.2.1數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和采集

數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和采集主要包括三個方面，一是由分布在作業(yè)線各工作站操作箱控制，每個工作站的操作箱都可以完成以下信號的輸入和對應(yīng)信號的輸出顯示，包括移船、工作、設(shè)備報修、緊急停止等，具有返修功能的工作站還可以完成返修信號的輸入。駕駛臺的鋪管指示臺上，還裝有天氣待機(jī)、設(shè)備待機(jī)、業(yè)主待機(jī)、其他待機(jī)等旋鈕開關(guān)，用于完成上述狀態(tài)的時間統(tǒng)計(jì)。

工作站和鋪管指示臺所有的信號都會先進(jìn)入西門子PLC300控制器，識別信號狀態(tài)位的變化，確認(rèn)信號的起始和結(jié)束時間點(diǎn)。

還有部分現(xiàn)場信號，如各個工作站的工作內(nèi)容和每個工序的時間，會因項(xiàng)目特性不同而不斷變化，無法直接通過PLC控制程序采集。因此，在項(xiàng)目初期完成工作站工作內(nèi)容和工序信息統(tǒng)計(jì)和錄入，通過手持式移動設(shè)備進(jìn)行關(guān)鍵工序的數(shù)據(jù)采集，通過分布在作業(yè)線的AP設(shè)備將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器進(jìn)行分析處理。

2.2.2數(shù)據(jù)的處理和分析

在上一步中，已經(jīng)完成數(shù)據(jù)的采集工作，然后所有的采集數(shù)據(jù)都會傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器，由服務(wù)器的工控軟件來完成時間的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，主要包括每根海管的移船時間和工作站耗時、工序耗時等。這些時間，都可以以Excel的形式導(dǎo)出。

2.2.3數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示和對比

管線鋪設(shè)期間采集的數(shù)據(jù)，除了可以導(dǎo)出備份外，每根海管相關(guān)的耗時都可以還可以通過鋪管集控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較和顯示，如最長耗時、最短耗時或者平均耗時等并以柱狀圖的形式實(shí)時顯示，可以讓使用者直觀觀察到每根管線耗時與平均時間相比較是提前還是滯

除此之外，大量數(shù)據(jù)的采集分析，不僅可以對相同規(guī)格，相近作業(yè)環(huán)境管線鋪設(shè)效率進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，還可以對不同規(guī)格參數(shù)的鋪設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ龋娌檎夜こ添?xiàng)目施工中的效率短板。

2.3船舶與陸地端服務(wù)器的同步

鋪管效率分析系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以通過遠(yuǎn)程通訊，，上傳到陸地端服務(wù)器，有利于岸基人員實(shí)時掌握船舶的工作動態(tài)，也可以為船舶效率提升提供建議和意見，同時，也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)備份的功能。

2.4鋪管效率分析系統(tǒng)的使用要求

由鋪管效率分析系統(tǒng)的工作原理可知，其所有的工作都是以采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，所以準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源是軟件分析有效的前提條件，這就要求使用者要盡可能保證輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，否則，分析系統(tǒng)也就失去了實(shí)際意義。

3鋪管效率分析系統(tǒng)應(yīng)用的效果分析

通過鋪管效率分析系統(tǒng)的應(yīng)用，可以得出結(jié)論：在單層管線鋪設(shè)時，如果是大管徑海管，組對和打底焊接工作站的效率是影響整體施工效率的關(guān)鍵因素，而小管徑海管鋪設(shè)時，除了組對和焊接工作，涂敷、移船等作業(yè)影響比重上升明顯;而對于雙層管線，一般外管組對和填充物放置的工作站，會成為影響整個作業(yè)流水線效率的關(guān)鍵一環(huán)。

當(dāng)然，效率的提升還包括盡量減少各種可預(yù)防的時間消耗，如提升焊接質(zhì)量，減少返修數(shù)量和時間。以48寸海管為例，正常焊接時間約為25分鐘，但返修時間一般在半個小時到兩個半小時之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常施工時間。其次，項(xiàng)目施工充分做好前期準(zhǔn)備，要努力消除待機(jī)，如船舶設(shè)備待機(jī)、原材料短缺待機(jī)等的時間消耗。

4結(jié)束語

鋪管效率分析系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以直觀的為使用者提供項(xiàng)目實(shí)時數(shù)據(jù)，而且可以通過計(jì)算分析，為使用者提供量化的施工信息，有助于發(fā)現(xiàn)施工中的低效環(huán)節(jié)，消除木桶效應(yīng)，縮短施工天數(shù)，降低項(xiàng)目成本。

參考文獻(xiàn)

[1]吳志敏，陽勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].北京：中國電力出版社，2009.

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