鋪管船舶作業效率分析系統原理和應用

洪騰飛　陳龍　張千朋

摘要：本文將通過鋪管船舶作業效率分析系統的組成和工作原理，展示如何通過PLC和服務器系統對施工過程中的數據進行采集、比較、分析，量化鋪管流程各環節的關鍵因子，查低補漏，以達到提升管線鋪設效率，降低施工成本的目的。

[關鍵詞]作業效率經濟效益數據采集和分析PLC服務器

1鋪管船舶作業效率分析系統的組成

鋪管船舶作業效率分析系統（以下簡稱作業效率分析系統），從系統功能結構上劃分，其可以分為作業數據采集子系統、鋪管作業集控系統和鋪管效率分析子系統，各系統的主要功能和硬件組成如下：

1.1作業數據采集子系統

主要功能：主要是對現場實際信號數據的采集，通過數據采集設備，完成作業中狀態、工序的起始和結束信號采集，并將采集到的數據上傳至鋪管作業集控系統中。

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

1.2鋪管作業集控系統

主要功能：錄入項目相關信息，并對各個施工工序耗時數據進行計算和記錄，構建項目施工信息數據庫，并將相關信息通過Web服務在監控電腦上實時顯示;

軟件和硬件組成：工控軟件、服務器系統、數據庫和Web應用服務。

1.3鋪管效率分析子系統

主要功能：實現各道施工工序耗時統計分析，實現各類指標效率對比分析，提供生產日報內各項工作過程的耗時統計分析，并直觀的展示分析結果。

軟件和硬件組成：服務器系統、數據庫等。

2鋪管作業效率分析系統的工作原理和使用要求

按照時序關系，效率分析系統的工作流程、內容和使用要求主要包括以下四個方面：

2.1項目和施工信息的錄入

對于不同的項目，在項目正式開始前，要錄入項目的相關信息，主要包括項目名稱，海管規格（單雙層、單雙節點、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，各個工作站的工作內容也會不斷變化，如焊接站的數量，每個工作站的工序等，也需要提前完成信息的統計和錄入。

2.2數據的采集和處理

按照數據產生、采集、處理、分析和顯示的時間軸，可以將效率分析系統的工作流程分為以下三步：

2.2.1數據的產生和采集

數據的產生和采集主要包括三個方面，一是由分布在作業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信號的輸出顯示，包括移船、工作、設備報修、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、設備待機、業主待機、其他待機等旋鈕開關，用于完成上述狀態的時間統計。

工作站和鋪管指示臺所有的信號都會先進入西門子PLC300控制器，識別信號狀態位的變化，確認信號的起始和結束時間點。

還有部分現場信號，如各個工作站的工作內容和每個工序的時間，會因項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，在項目初期完成工作站工作內容和工序信息統計和錄入，通過手持式移動設備進行關鍵工序的數據采集，通過分布在作業線的AP設備將數據上傳到服務器進行分析處理。

2.2.2數據的處理和分析

在上一步中，已經完成數據的采集工作，然后所有的采集數據都會傳輸到數據服務器，由服務器的工控軟件來完成時間的計算和統計，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的形式導出。

2.2.3數據的實時顯示和對比

管線鋪設期間采集的數據，除了可以導出備份外，每根海管相關的耗時都可以還可以通過鋪管集控系統進行數據的比較和顯示，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，大量數據的采集分析，不僅可以對相同規格，相近作業環境管線鋪設效率進行橫向對比，還可以對不同規格參數的鋪設數據進行縱向對比，全面查找工程項目施工中的效率短板。

2.3船舶與陸地端服務器的同步

鋪管效率分析系統的相關數據，還可以通過遠程通訊，，上傳到陸地端服務器，有利于岸基人員實時掌握船舶的工作動態，也可以為船舶效率提升提供建議和意見，同時，也實現了數據備份的功能。

2.4鋪管效率分析系統的使用要求

由鋪管效率分析系統的工作原理可知，其所有的工作都是以采集的數據為基礎，所以準確的數據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據的準確性和有效性，否則，分析系統也就失去了實際意義。

3鋪管效率分析系統應用的效果分析

通過鋪管效率分析系統的應用，可以得出結論：在單層管線鋪設時，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鍵因素，而小管徑海管鋪設時，除了組對和焊接工作，涂敷、移船等作業影響比重上升明顯;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流水線效率的關鍵一環。

當然，效率的提升還包括盡量減少各種可預防的時間消耗，如提升焊接質量，減少返修數量和時間。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，遠遠大于正常施工時間。其次，項目施工充分做好前期準備，要努力消除待機，如船舶設備待機、原材料短缺待機等的時間消耗。

4結束語

鋪管效率分析系統的應用，不僅可以直觀的為使用者提供項目實時數據，而且可以通過計算分析，為使用者提供量化的施工信息，有助于發現施工中的低效環節，消除木桶效應，縮短施工天數，降低項目成本。

參考文獻

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

[2]鋪管作業信息集控系統技術規格書.