基于PWBS的FPSO建造精細化作業分解

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 鎮江 212003；2.江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮江 212003)

0 引 言

船舶建造是一項復雜綜合的大型項目，精細化作業分解是保證精細化生產的前提。精細化作業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/區域/類型/階段的相似性劃分建造作業，合理安排作業節奏和作業量，實現均衡、連續、準時的作業。隨著智能制造、精益造船等概念的提出，各大船舶企業和相應學者[1-5]對生產過程中的精細化作業分解進行探索，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提高浮吊的起吊高度才能安裝。

(2)系統調試困難。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、公用系統、原油外輸系統、消防救生系統等。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。

(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。公用系統和油氣處理系統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，再利用成組技術組織專業化的生產模式，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進行分解形成的作業單元。

2.1 精細化作業分解

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分解，如圖1所示。以船舶生產的作業階段為橫向坐標軸進行劃分，包含先行階段的分段作業分解結構(Section Work Breakdown Structure，SWBS)、搭載階段的總段作業分解結構(Block Work Breakdown Structure，BWBS)和后行階段的區域作業分解結構(Zone Work Breakdown Structure，ZWBS)，在每個時間進度區間內，進行相應的生產施工作業并與造船作業流程相對應。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按照由大到小的層次進行分解，并將分解形成的作業派發至班組具體施工人員的最小作業單位，即PWBS元素→中間產品→WP→WO，分解層次的建立體現作業分解的精細化。

2.2 作業對象分解元素

PWBS作業對象分解主要依據4個元素：作業階段、作業類型、作業區域和作業系統。

作業階段分為內場、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。每種作業類型在不同的作業階段按主工種和輔工種分解具體作業。

(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。

作業區域按照船上的功能區域和生產區域分為機艙區域、貨艙區域、艏部區域、上層建筑區域等。

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

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，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的基本作業單元，SWBS參考分段劃分圖進行定義，以先行中日程計劃的作業類型為分解依據，并體現先行的各作業階段及作業順序。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：各專業托盤制作(外協)和安裝。分段作業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、區域劃分圖和搭載網格圖進行定義。總段是搭載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及相關涂裝作業得以實施，從而更加側重融殼舾涂為一體的系統性指導。BWBS主要以搭載計劃的作業類型為分解依據，體現搭載的各作業階段，并盡可能體現作業順序。圖3為BWBS示例。

圖3 BWBS示例

平臺總組作業分解為船體、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域及其完整性為導向進行分解，參考區域劃分圖、艙室布置圖、設備布置圖和總布置圖進行定義。后行作業由搭載階段貫穿至交船階段，作業重點是保證3個完整性，即艙室完整性、系統完整性和設備功能完整性，因此著重考慮艙室、系統及設備等3個核心內容。ZWBS分為小區域、中區域、大區域和全區域，以較小區域的完整保證較大區域的完整。ZWBS按照大中小區域、專業和作業對象進行劃分，并遵循殼舾涂分道作業原則。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)和全ZWBS示例(含調試作業)。

圖4 機艙ZWBS示例

圖5 全ZWBS示例(不含調試作業)

圖6 全ZWBS示例(含調試作業)

后行作業分為大區域作業和全區域作業。大區域作業主要在船塢中完成，一般分解為船體、舾裝和涂裝。船體主要為基于中區域/大區域的主船體密性試驗和強度試驗。舾裝主要為基于中區域的各類托盤安裝、設備安裝、電纜敷設及基于大區域的完整性試驗。涂裝主要為基于中區域的艙室涂裝及基于大區域的舾裝件涂裝；如果大區域艙室較少，其艙室涂裝基于大區域分解。全區域作業主要為下水后的作業：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建造精細化作業分解

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

3.1 先行階段的分段作業分解

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

表1 分段MP11P作業分解

3.2 搭載階段的總段作業分解

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

表2 總段PMF61作業分解

3.3 后行階段的區域作業分解

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

以區域為分解對象可在較大程度上保證FPSO的區域完整性。FPSO系統功能復雜，為保證其系統完整性，系泊系統納入全區域分解，采用目錄式解決方案。管系系統主要劃分為貨油系統、公用系統、油氣處理、外輸系統和保船系統，每個具體系統為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域，分為機裝、電裝、甲裝等，而設備調試同樣納入全區域分解，分為主機、輔機、其他設備等，每臺具體設備為1個WP。

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

表3 艉部機艙區域AAF00作業分解(不含舾裝調試作業)

表4 全區域AS00舾裝調試作業分解

4 結 語

FPSO結構和功能復雜，是一個跨行業、多學科、多專業的集合體，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分解是保證FPSO建造作業順利進行的前提，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。