铺管船舶作业效率分析系统原理和应用

洪腾飞　陈龙　张千朋

摘要：本文将通过铺管船舶作业效率分析系统的组成和工作原理，展示如何通过PLC和服务器系统对施工过程中的数据进行采集、比较、分析，量化铺管流程各环节的关键因子，查低补漏，以达到提升管线铺设效率，降低施工成本的目的。

[关键词]作业效率经济效益数据采集和分析PLC服务器

1铺管船舶作业效率分析系统的组成

铺管船舶作业效率分析系统（以下简称作业效率分析系统），从系统功能结构上划分，其可以分为作业数据采集子系统、铺管作业集控系统和铺管效率分析子系统，各系统的主要功能和硬件组成如下：

1.1作业数据采集子系统

主要功能：主要是对现场实际信号数据的采集，通过数据采集设备，完成作业中状态、工序的起始和结束信号采集，并将采集到的数据上传至铺管作业集控系统中。

软件和硬件组成：西门子STEP7编程软件、S7-300PLC和附属模块、作业线工作/移船信号控制箱、手持式作业工序计时器、作业线AP等。

1.2铺管作业集控系统

主要功能：录入项目相关信息，并对各个施工工序耗时数据进行计算和记录，构建项目施工信息数据库，并将相关信息通过Web服务在监控电脑上实时显示;

软件和硬件组成：工控软件、服务器系统、数据库和Web应用服务。

1.3铺管效率分析子系统

主要功能：实现各道施工工序耗时统计分析，实现各类指标效率对比分析，提供生产日报内各项工作过程的耗时统计分析，并直观的展示分析结果。

软件和硬件组成：服务器系统、数据库等。

2铺管作业效率分析系统的工作原理和使用要求

按照时序关系，效率分析系统的工作流程、内容和使用要求主要包括以下四个方面：

2.1项目和施工信息的录入

对于不同的项目，在项目正式开始前，要录入项目的相关信息，主要包括项目名称，海管规格（单双层、单双节点、管径、壁厚、涂层厚度等）、施工海域水深等。同时，不同的管线铺设，各个工作站的工作内容也会不断变化，如焊接站的数量，每个工作站的工序等，也需要提前完成信息的统计和录入。

2.2数据的采集和处理

按照数据产生、采集、处理、分析和显示的时间轴，可以将效率分析系统的工作流程分为以下三步：

2.2.1数据的产生和采集

数据的产生和采集主要包括三个方面，一是由分布在作业线各工作站操作箱控制，每个工作站的操作箱都可以完成以下信号的输入和对应信号的输出显示，包括移船、工作、设备报修、紧急停止等，具有返修功能的工作站还可以完成返修信号的输入。驾驶台的铺管指示台上，还装有天气待机、设备待机、业主待机、其他待机等旋钮开关，用于完成上述状态的时间统计。

工作站和铺管指示台所有的信号都会先进入西门子PLC300控制器，识别信号状态位的变化，确认信号的起始和结束时间点。

还有部分现场信号，如各个工作站的工作内容和每个工序的时间，会因项目特性不同而不断变化，无法直接通过PLC控制程序采集。因此，在项目初期完成工作站工作内容和工序信息统计和录入，通过手持式移动设备进行关键工序的数据采集，通过分布在作业线的AP设备将数据上传到服务器进行分析处理。

2.2.2数据的处理和分析

在上一步中，已经完成数据的采集工作，然后所有的采集数据都会传输到数据服务器，由服务器的工控软件来完成时间的计算和统计，主要包括每根海管的移船时间和工作站耗时、工序耗时等。这些时间，都可以以Excel的形式导出。

2.2.3数据的实时显示和对比

管线铺设期间采集的数据，除了可以导出备份外，每根海管相关的耗时都可以还可以通过铺管集控系统进行数据的比较和显示，如最长耗时、最短耗时或者平均耗时等并以柱状图的形式实时显示，可以让使用者直观观察到每根管线耗时与平均时间相比较是提前還是滞

除此之外，大量数据的采集分析，不仅可以对相同规格，相近作业环境管线铺设效率进行横向对比，还可以对不同规格参数的铺设数据进行纵向对比，全面查找工程项目施工中的效率短板。

2.3船舶与陆地端服务器的同步

铺管效率分析系统的相关数据，还可以通过远程通讯，，上传到陆地端服务器，有利于岸基人员实时掌握船舶的工作动态，也可以为船舶效率提升提供建议和意见，同时，也实现了数据备份的功能。

2.4铺管效率分析系统的使用要求

由铺管效率分析系统的工作原理可知，其所有的工作都是以采集的数据为基础，所以准确的数据源是软件分析有效的前提条件，这就要求使用者要尽可能保证输入数据的准确性和有效性，否则，分析系统也就失去了实际意义。

3铺管效率分析系统应用的效果分析

通过铺管效率分析系统的应用，可以得出结论：在单层管线铺设时，如果是大管径海管，组对和打底焊接工作站的效率是影响整体施工效率的关键因素，而小管径海管铺设时，除了组对和焊接工作，涂敷、移船等作业影响比重上升明显;而对于双层管线，一般外管组对和填充物放置的工作站，会成为影响整个作业流水线效率的关键一环。

当然，效率的提升还包括尽量减少各种可预防的时间消耗，如提升焊接质量，减少返修数量和时间。以48寸海管为例，正常焊接时间约为25分钟，但返修时间一般在半个小时到两个半小时之间，远远大于正常施工时间。其次，项目施工充分做好前期准备，要努力消除待机，如船舶设备待机、原材料短缺待机等的时间消耗。

4结束语

铺管效率分析系统的应用，不仅可以直观的为使用者提供项目实时数据，而且可以通过计算分析，为使用者提供量化的施工信息，有助于发现施工中的低效环节，消除木桶效应，缩短施工天数，降低项目成本。

参考文献

[1]吴志敏，阳胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]铺管作业信息集控系统技术规格书.