基于PCMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)材料預(yù)測的應(yīng)用研究

吳 濤，曹紀慧，沈 彬，田 真，石 海

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

引言

PCMS（Project Construction Management System）是一個多軟件集成系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是美國Intergraph公司旗下的Smart Yard產(chǎn)品，該產(chǎn)品提供了用于生產(chǎn)管理的軟件SPC、數(shù)據(jù)中心SPF和材料管理軟件SPM。該軟件支持系統(tǒng)管理員高度定制，以符合不同公司的業(yè)務(wù)靈活、多樣的管理。另一部分是海洋石油工程（青島）有限公司PCMS實施團隊自主開發(fā)的推廣應(yīng)用軟件，數(shù)據(jù)處理或者數(shù)據(jù)導(dǎo)入腳本和數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)站，主要目的是為系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)展示和推廣應(yīng)用。

MDS為海上油氣處理平臺的多專業(yè)支架，此支架需要預(yù)制，原材料為鋼板或型鋼，需要在加工設(shè)計階段套料，施工階段進行下料，預(yù)制而成。由于在本項目中MDS安裝與否將制約管線，電儀的安裝，因此在業(yè)主材料供貨不及時的情況下，對MDS的原材料進行預(yù)測，提供MDS可預(yù)制清單成為亟需解決的問題。MDS材料預(yù)測屬于結(jié)構(gòu)專業(yè)中復(fù)雜的材料預(yù)測問題，具有一定代表性，本文所提供的應(yīng)用案例也可為后續(xù)其他結(jié)構(gòu)專業(yè)材料預(yù)測的問題解決過程中提供思路。

1 應(yīng)用方案

生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的核心是工作包的創(chuàng)建、材料預(yù)測和工作量反饋，不同施工階段有不同種類的工作包。本案例涉及下料和預(yù)制兩類工作包。工作包中工作量信息由加工設(shè)計數(shù)據(jù)整理后導(dǎo)入，材料信息由材料到貨數(shù)據(jù)整理后導(dǎo)入。

1.1 加工設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入

加工設(shè)計數(shù)據(jù)即兩個工作階段所需的材料需求清單。下料階段的材料清單中一條記錄為一張鋼板或者一根型鋼，由多個屬性描述系統(tǒng)運行所需要的信息。下料階段的加工數(shù)據(jù)格式如表1所示。

表1 下料加工設(shè)計數(shù)據(jù)

預(yù)制階段的材料清單中一條記錄為下料后具有獨立編號的桿件，由多個屬性描述系統(tǒng)運行所需要的信息。預(yù)制階段的加工數(shù)據(jù)格式如表2所示。

表2 預(yù)制加工設(shè)計數(shù)據(jù)

在Excel模板完成數(shù)據(jù)整理后，使用加設(shè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入腳本處理成 .xml文件使用數(shù)據(jù)中心SPF進行導(dǎo)入。

1.2 材料到貨數(shù)據(jù)導(dǎo)入

下料階段的材料到貨信息為原材料入庫信息，根據(jù)鋼板和型鋼實際入庫情況完成錄入。預(yù)制階段的材料到貨信息為半成品入庫信息，該入庫在現(xiàn)實中并沒有實體入庫，而是為實現(xiàn)預(yù)制階段材料預(yù)測而采用虛擬入庫的方式。半成品入庫的數(shù)據(jù)來源于半成品處理腳本以下料數(shù)據(jù)屬性“NestingList”為依據(jù)拆分完成，具體技術(shù)原理將在第三章中詳細講解。兩個階段的入庫操作皆在材料管理軟件SPM中完成。

1.3 工作包的創(chuàng)建與執(zhí)行

加設(shè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，由現(xiàn)場施工方在生產(chǎn)管理軟件SPC中創(chuàng)建下料工作包，工作包的工作量大約在一周左右，工作量的單位為鋼板或者型鋼。每項工作量將生成“預(yù)測”和“下料”兩個工作步驟。SPC將調(diào)用訪問 SPM的訪問接口依據(jù)材料唯一編碼“IdentCode”進行材料匹配，如果庫存不滿足，將標識出該項材料。如果該項材料庫存滿足，將執(zhí)行預(yù)留操作，即凍結(jié)該材料只能用于此工作包。在工作包中將庫存滿足的工作量的“預(yù)測”工作步驟打鉤，表示該工作量材料滿足。預(yù)制工作包工作量單位為下料后的桿件，工作步驟為“組對”，“焊接”，“檢驗”，等待數(shù)據(jù)處理完成預(yù)測工作。

1.4 數(shù)據(jù)處理

工作包執(zhí)行后，通過數(shù)據(jù)中心SPF生成半成品桿件狀態(tài)跟蹤報表，報表的每行記錄為工作步驟，每列屬性為該工作步驟隸屬桿件的屬性。該報表輸出格式為Excel，使用半成品處理腳本讀入該表，處理后下料工作包中材料預(yù)留的記錄將按照“NestingList”屬性值以桿件獨立編號拆分成多行，生成可供SPM讀取的格式進行虛擬入庫。此時預(yù)制工作包可進行預(yù)測工作，以此判斷MDS所需的桿件是否齊全來判斷MDS是否有料。報表定制和半成品處理腳本開發(fā)將在第三章詳細介紹。

2 重點技術(shù)原理分析

2.1 報表定制

從 SPF 2016 R1版本開始，Smart Plant Foundation軟件提供了Report Administration模塊，管理員可通過該模塊自定義報表。報表記錄單位可分為工作包、桿件、工作步驟三個層級，每個層級可通過Schema中定義的關(guān)聯(lián)關(guān)系跨級遍歷屬性，形成平鋪的報表，報表輸出格式可以為 .xml、.xls等常用格式。本案例中起先采用系統(tǒng)Excel的 .xls默認格式，發(fā)現(xiàn)當(dāng)報表超過65 535行以外的記錄無法輸出。為改進此問題，在系統(tǒng)中新增 .xlsx格式模板，最多可輸出104萬行，能夠滿足企鵝項目的需求。報表配置中可為屬性增加篩選條件，過濾不必要的數(shù)據(jù)，提高報表生成速度。在此基礎(chǔ)上定制半成品狀態(tài)跟蹤報表，配置主要界面如圖1所示。

圖1 報表定制示意

2.2 半成品處理腳本開發(fā)

本腳本采用 Python語言開發(fā)，集成在PCMS-PLUS網(wǎng)站后臺，前臺采用HTML5和Django開發(fā)框架。每次處理報表時，腳本識別出已經(jīng)反饋“預(yù)測”這個工作步驟完成時間的下料數(shù)據(jù)，將“NestingList”屬性值拆分。例如“P20758-01-S1:1,P20758-01-S3:1”，將被拆分為兩條記錄，如表3。

同時填充桿件獨立編號、桿件數(shù)量及其他系統(tǒng)所需屬性，以Excel文件輸出，然后在SPM中進行虛擬入庫，此時原材料充足，具備下料條件的MDS預(yù)制桿件已經(jīng)進入庫存，預(yù)制工作包進行預(yù)測后即可判斷出哪些桿件缺料。

3 測試結(jié)果分析

MDS預(yù)制工作包預(yù)測結(jié)果，如圖2所示，桿件標識為嘆號即為原材料短缺。該桿件的屬性“ParentID”的值即為預(yù)制后的MDS編號，如果“ParentID”值相同的所有桿件都有料，則該MDS可以下料預(yù)制，否則不具備下料條件。

圖2 材料預(yù)測示例界面

4 結(jié)語

本文中的案例能夠解決在原材料緊缺時，如何通過系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)專業(yè)MDS的材料預(yù)測，從而為施工提供指導(dǎo)，優(yōu)化施工路徑，提高施工效率。該案例可推廣到結(jié)構(gòu)專業(yè)其他構(gòu)件和施工階段，具有一定的通用性。