汪春標

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266520

我國海洋工程企業(yè)已經逐漸從勞動密集型產業(yè)逐漸轉變?yōu)槎嘣尚彤a業(yè)，尤其是智能制造環(huán)境中，海洋工程的生產車間規(guī)劃要求也發(fā)生了變化，要求更高。海洋工程建設過程中涉及了甲板片體、結構管等產品，尤其是結構管，其對質量、尺寸、品種、數量以及生產工藝等方面的要求更高。以往生產結構管時都是由人工完成的，制管車間需求人數多，人工和管理成本高，生產效率比較低，也無法保障質量穩(wěn)定性，而隨著智能制造的發(fā)展，制管車間需要重新進行規(guī)劃布置，以提高生產效率。

1 海洋工程智能制造現狀

在全球化發(fā)展背景下，我國船舶工業(yè)發(fā)展水平也不斷提高，船舶工程和海洋工程裝備也實現了迅速發(fā)展。根據工業(yè)制造時代發(fā)展要求，需要加速船舶和海洋工程裝備制造企業(yè)實現智能制造化發(fā)展，使信息化和工業(yè)化能夠實現深度融合。在生產管理時，大多數企業(yè)采用了ERP系統和MES系統等，并實現了三維設計以及工藝制造一體化，有些企業(yè)做到了數控設備以及試驗設備聯網、數據采集，智能制造業(yè)實現了智能生產線和裝備建造，通過應用這些系統和設備可以提高企業(yè)生產質量和效率，進一步創(chuàng)新了管理和制造模式。但是，隨著計算基數、大數據、物聯網、5G等技術發(fā)展，海洋工程裝備車間也面臨了新的生產挑戰(zhàn)，以往系統之間、系統和設備之間無法實現互聯互通，導致無法有效利用數據、業(yè)務流程，工業(yè)數據斷層[1]。在制造資源優(yōu)化配置過程中，自動流動的數據是關鍵，利用物聯網、大數據等技術實現數據制動流動、準確傳輸數據，建立智能制造車間管控系統，連通車間上下行數據鏈路，為海洋工程制管車間實現智能制造、高質量發(fā)展提供重要路徑。

2 海洋工程智能制造互聯互通技術路線

海洋工程制管車間智能制造時，針對智能車間中系統之間的互聯互通、數據集成等問題制定互聯互通技術結構，如圖1所示。

圖1 技術路線

（1）通過分析智能制造標準體系構建智能制造互聯互通標準范圍、對象和研究方法，縱向集成企業(yè)的設備級、控制級、車間級、企業(yè)級以及外部協同級等層次，進而從上到下收集、分析、利用數據，為車間布置、產品生產提供決策。

（2）通過深入分析海洋工程縱向集成標準需求，明確職能車間規(guī)劃布置關鍵，通過研究相關問題形成海洋職能車間互聯互通體系，建立標準的智能車間裝備操作方法、工控網絡和執(zhí)行系統信息交互準則、無線傳感器網絡等[2]。

（3）按照以上要求構建智能車間互聯互通標準，在制造車間構建試驗驗證平臺，利用驗證平臺逐一驗證互聯互通標準，使標準內容更有效、適用，以便構建智能車間。

3 布置方案

3.1 生產工藝

海洋工程結構管指的是關于海洋平臺的大型管件，由導管架、組塊立柱、隔水套管等構件。在生產鋼結構管時，需要進行切割、預壓、縱縫焊接等工藝，如圖2所示為工藝流程。結構管在生產時，有些部件采用相貫線切割，其在完成環(huán)縫焊接后，在室外開展長管接長工作[3]。

圖2 鋼結構管生產工藝

3.2 布置方案

為了提高結構管的生產效率，需要在制管車間中設置智能化設備和信息化系統，進一步提高自動化和信息化車生產水平。在硬件布置上，一方面需要定位焊工位，一般采用瓶頸工位，極大影響了制管工藝，所需人員也較多，在經濟價值影響下只能夠在焊接工位上配置智能化設備。另一方面，因為結構管尺寸大，生產工藝十分復雜，卷板時需要開展長時間報檢作業(yè)，無法實現整個階段的生產線模式生產工作，因此只在局部設置了輥道裝置實現產品運輸，其他部分的產品運輸采用起重機。根據先進企業(yè)生產模式，提出了以下三種不同的工藝布置方案[4]。

（1）在制管車間規(guī)劃布置了2條生產線。先在中間部位布置物流通道，從制管車間中間位置進入鋼板，向車間兩邊流入，進而開展切割、預壓、卷管、焊接等作業(yè)，之后設置管道實現胯間運輸，再在第二跨開展相貫線切割以及環(huán)縫焊接，最后從中間物流通道將管件運輸出去。

（2）制管車間中，第一跨能夠實現切割、預壓、卷管、焊接等功能，在焊接區(qū)設置輥道時可以對結構管進行自動化運輸，第二跨能夠實現相貫線切割以及環(huán)縫焊接接長等功能。焊接工位設置了智能焊接設備。

（3）制管車間中，第一跨能夠實現切割、預壓、卷管等功能，第二跨能夠實現縱縫、環(huán)縫焊接以及相貫線切割等功能，并在焊接區(qū)到切割區(qū)布置了輥道以及自動化液壓運輸裝置，進行自動化運輸結構管[5]。

3.3 方案對比

對比以上三種不同方案，主要對比工作面積比率以及工藝方案優(yōu)缺點這兩方面。在對比前者時，為了保證車間面積有效利用，根據公式：

根據該公式對比，三種方案有效工作面積比率分別為72%、81%、84%，從中可以看出（3）的比率最大，也就是實際生產應用面積最大。

三種方案中，第一種方案分成兩條生產線，生產時物流路徑縮短，可以減少運輸時間，但是中間通道的布置會導致面積浪費，同一功能生產區(qū)域劃分為左右兩邊，相對于成組技術原理而言有偏差，會導致人員調度更難，且需要分開布置公用動力，提高了車間建造成本。第二種方案在同一跨中布置了切割、預壓、焊接等工位，設備布置相對密集，使用面積大，生產時若是出現質量問題會導致返工難度提高，若是選用該方案在生產時需要保證生產質量，對于生產管理方面有更高的要求。第三種方案在第一跨中布置了切割、預壓、卷管等工位，設備也比較分散，第二跨中設置了焊縫工位，不同生產環(huán)節(jié)設置了輥道、自動化液壓運輸裝置實現自動化運輸，但是若是報驗時出現圓度不足等返工現象，則需要在第一跨區(qū)域臨時調度[6]。

總之，對比三種方案可以發(fā)現第三種方案的有效工作面積占比最高，工藝布置也比較合理。另外，我國企業(yè)在對縱縫焊接前報檢結構管時一般消耗時間較長，同時由于圓度等問題會出現一定比例返工產品，因此卷板區(qū)所預留的空間需要符合企業(yè)需求，也就是說，第三種方案最佳。

3.4 信息化

為了進一步提高生產信息傳輸效率，制管車間需要設置執(zhí)行系統、制管車間、焊接設備以及生產線等互聯網絡，按照該網絡分解上級部門發(fā)出的任務，配置到相應的生產線以及生產設備工作序列中，自動對接設備，發(fā)送到生產程序中，進而提高了生產管理質量和效率。

3.5 實施和驗證

3.5.1 實施

海洋工程總裝廠中，制管車間年生產3m管段大約有8700段，通過對車間產量分析，采用第三種方案布置車間。車間焊接區(qū)域設置了智能焊接設備，而智能縱縫焊接設備主要是對結構管進行縱縫焊接，智能內外環(huán)縫焊接設備主要是對結構管進行環(huán)縫焊接。焊接區(qū)間設置了輥道、自動化液壓運輸設備，可以用來運輸結構管，焊接設備配置數量分別為7套、4套、3套。此外，在智能焊接設備中布置了視頻監(jiān)控、焊縫跟蹤兩個系統，能夠實時監(jiān)控自動焊接以及焊接過程，進一步提高了焊接質量和效率。焊接時，可以統計、上傳焊接電流、速度、時間等相關參數，并利用大數據技術得到最佳焊接參數。

3.5.2 驗證

按照車間設備布置情況與各工位產品工時數據，利用Plant Simulation平臺構建仿真模型，生產仿真8700個3m管段，可得產品生產時間為208天，與每年規(guī)定的250個工作日相比要少，這就表明該方案的生產能力與生產要求相符。

4 海洋工程制管車間智能制造發(fā)展趨勢

4.1 數字化

我國海洋工程的制造能力不夠平衡，規(guī)模大，但是實力不強，隨著智能制造的發(fā)展應用，該現象逐漸發(fā)生改變。就數字化車間而言，當前主要仍然采用分段工序前，利用通訊、計算機、控制技術和生產管理軟件有效管理、操作生產環(huán)節(jié)，但是未有效整合整個工序，實現信息共享。而智能制造可以利用機械收集數據，并融合人類思維實現最優(yōu)目標，其不僅能夠使經濟效益最大，也能夠確保人身安全，推動產業(yè)持續(xù)發(fā)展。

4.2 生產管控系統

生產管控系統能夠迅速定位追蹤所需材料設備，進而節(jié)省材料設備準備時間，監(jiān)控產品進度，有效分析數據，進一步縮短了生產時間，降低了運輸管理成本。自動制管車間在實現智能制造系統后，生產效率大大提高，提高率大約為60%，而通過科學規(guī)劃布置車間智能制造系統可以有效改善作業(yè)環(huán)境，降低事故發(fā)生率，有效應用車間空間，提高空間利用率。因此海洋工程智能制造未來發(fā)展過程中需要有效應用生產管控系統。

4.3 現實技術

海洋工程智能制造過程中，現實技術的應用也是未來發(fā)展方向，其是集成真實信息和虛擬信息的一種新技術，主要應用在設計遠程協作、模擬、裝配維修等方面，可以實現信息共享，修改設計方案。此外，該技術也能夠用于檢驗產品設計的合理性，防止設計問題導致工期延長。

4.4 大數據技術

通過標準試驗驗證平臺進行驗證作業(yè)，采用多種方式收集各種智能制造車間建設情況，構成了智能制造車間建設大數據，其不僅能夠健全車間標準體系，也是通過分析挖掘數據提供數據指導，以提供政策參考，為企業(yè)進行智能制造車間建設奠定基礎。

5 結語

綜上所述，通過對海洋工程結構管生產工藝展開研究可以提出制管車間的規(guī)劃布置方案，通過對三種不同的規(guī)劃布置方案進行對比方案，可以確定第三種方案為最佳方案。另外，以海洋工程總裝廠為案例，按照生產物的數量布置了設備，再進行仿真驗證得到該方案最佳，本研究所提出的智能制造規(guī)劃方案對于我國海洋工程基地建設具有示范作用，為后續(xù)海洋工程升級改造起到了借鑒意義。對于未來海洋工程智能制造車間發(fā)展而言，主要體現在數字化、生產管控系統、現實技術、大數據技術等方面。