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海工建造总装厂的作业主流程分析
时间:2016-07-04 10:52 来源:未知 点击:

    随着世界经济的复苏和亚太地区发展中国家经济的持续快速增长,国际能源需求量尤其是石油的需求大幅增加,而陆上油气资源日趋枯竭,海底储藏油气成为人类重要的能源来源之一。据统计,全球海底石油总蕴藏量约为1 400亿吨~2 000亿吨,占陆地石油储量的30%~50%,海洋天然气储量约有140万亿立方米。由于大量的油气资源在更深水域中被发现,海洋油气资源开发己从浅水向深水及超深水发展,海洋工程装备的投资也不断增加。21世纪以来,在海工装备设计建造方面取得了一些新突破,技术能力也得到快速提升。近几年来,我国加大了海工装备建造基地的投资建设,就硬件条件来讲,我国强于新加坡,略逊于韩国,但是与两国的建造效率、建造水平相比仍存在较大差距。其主要原因是没有充分利用企业资源,建造生产流程的基本原则尚不清晰,缺乏对生产流程的优化。因此,该文将对国内外自升式钻井平台、半潜式钻井平台等典型海工建造场地布置进行对比分析,分析典型海工建造企业的生产流程及影响因素,提出我国海工建造企业生产流程基本构架,为海工装备建造基地建设,海工企业作业主流程的优化及船厂转型海工后的流程再造提供参考。

1、国外典型海工建造企业厂区生产流程
    在海洋工程装备市场,新加坡和韩国的海洋工程装备制造企业均经历了由一般船舶再到海洋工程装备的产品结构调整过程,在建造生产流程、建造方案等方面进行突破和创新,取得了快速跨越式的发展。因此,该文将以新加坡的吉宝船厂和裕廊船厂、韩国的现代重工为例,分析先进的海工建造企业厂区生产流程。

1.1 新加坡典型海工建造企业
(1)吉宝船厂

    新加坡吉宝(KEPPEL FELS)船厂分为Pioneer yard I、pioneer yard II、Main yard和Crescent yard4个厂区。其中Pioneer yard I厂区主要从事自升式平台和半潜式平台的总装建造。该厂总面积约28万平方米,拥有1座40万吨干船坞(380m×80m×13m),并配1台500t龙门吊。另外,该厂还配备了40多个多种类型起重能力超过300t的移动式吊装设备。
吉宝船厂虽然厂区面积较小,但是车间及生产设施布置紧凑,壳体结构生产布局成L形,模块生产布局成U型,在船坞内总装合拢,然后托运至码头完成后续的舾装和涂装。整个厂区流程顺畅,清晰明确,为海洋钻井平台的高效率建造奠定了基础。
(2)裕廊船厂
    新加坡裕廊(JURONG)船厂从2002年开始进入海洋钻井平台制造领域,在2007年成为世界上第二大钻井平台制造厂。该厂总面积约65.6万平方米,码头岸线长约2 728m,拥有4个船坞,分别是DD1(10万吨干船坞,270m×40m×10m)、DD2(30万吨干船坞,350m×56m×12m)、DD3(50万吨干船坞,380m×80.2m×14m)和DD5(20万吨干船坞,335m×56m×11m)。
    裕廊船厂形成了较为完整的海洋工程装备总装建造方式,虽然有5个船坞,但是适合建造半潜式平台的船坞只有DD3船坞,该厂壳体结构生产布局成直线形,没有专业的模块制造作业区。其模块采用专业化工厂生产,在裕廊船厂完成总装。
1.2 韩国现代重工
    现代重工业株式会社是韩国现代集团的主要公司,有8个事业部。其中,“造船事业部”与“发动机事业部”是世界最大规模的生产组织。现代重工车间和各种设施布局合理,能最大限度地提高造船效率,拥有干船坞9座,能按照船东要求建造各种尺寸和各种类型的船舶。现代重工厂区效果如图3所示。
韩国现代重工虽然厂区面积大、船坞多、起重能力较强,可以同时建造多艘船舶和海洋钻井平台。但是,其海工产品建造没有占用船坞资源,而是采用平地建造技术,制定了平地制造流程,并成功应用于34万吨FPSO 和半潜式海洋平台的建造。

2、国内典型海工建造企业厂区生产流程
    我国经过近几年的探索实践,海洋石油工程股份有限公司、烟台来福士海洋工程有限公司、上海外高桥造船有限公司等国有大型企业积极抢占国际海工市场,开发海洋工程系列产品,扩展海工建造基地。该文选取海工建造企业、国内先进造船厂以及改造形成的海工建造企业3个典型厂区为代表,分析国内典型海工建造企业的厂区生产流程。
(1)海洋石油工程(青岛)有限公司
    海油工程青岛建造场地的总面积为120万平方米,一二期场地共有四条滑道,五个车间,设计年加工钢材的能力20万吨。其中三期船坞项目已经建成投产。
    针对导管架平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台以及船舶等产品,海油工程厂区布置合理,可以很好的兼顾管架结构建造、模块制造、板架结构制造。
(2)上海外高桥造船有限公司
    外高桥一期工程占地144万平方米,设200万吨船坞两座(480m×106m×12.3m,360m×76m×14.3m),一号船坞配置两台600t龙门起重机,二号船坞配置600t、800t龙门起重机各一台,舾装码头长度约1 300m,主要工艺设备500台,是建造超大型船舶和海工装备的理想场所,上海外高桥厂区生产流程示意图如图5所示。其基本延用造船流程,壳体结构生产布局呈U 形,另在船舶上层建筑制造区完成模块组装。
(3)烟台中集来福士海洋工程有限公司
    烟台中集来福士海洋工程有限公司建造场地的总面积为70万平方米,码头岸线长约1 400m,高承载码头700m,码头水深4m~12m,拥有两个干船坞(380m×120m×14m,205m×45m×8m),已建成的世界上最大的10 000t巨型吊机用于大型钻井平台的吊装,与传统船坞分段吊装总装的方式相比,建造周期大大缩短。

3、典型海洋钻井平台建造作业主流程分析和优化策略
3.1 典型厂区作业流程共性特点分析

    从图1、图2中可以看出,以吉宝船厂为代表的海工建造厂区,结构和模块分区制造,主流程清晰明朗。以外高桥船厂为代表的国内先进造船厂,壳体结构建造延用船体制造流程,流程顺畅。以中集来福士为代表的船厂改造形成的海工建造厂区,部分车间布置不太合理,但仍然体现了分区建造的思想。尽管各企业的厂区面积、场地布置、船坞、起重能力各不相同,各企业从生产作业的总体布局中已经较为清晰的看出总装建造的轮廓,并具有以下共性优点:
    (1)内场加工,不是机群式小批量作业,而是单件流水作业,形成了以中间产品特征类型划分的内场加工分道作业流程格局。平板切割、弯板切割、板条及小零件切割、型材下料加工、内部构件切割等分别集中在一线。
    (2)分段制造,尽可能采用专业分工,结合联营厂或配套厂,将分段和模块尽可能分散到专业制造厂制造,或在本场设置中间产品专业化生产区,将紧凑、作业密度高的分段优先安排在面积最小的生产区域,将超大超重分段安排在厂内面积较大的总组区。
    (3)分段总组,各种总段均明确有专用场地。如建造半潜式平台,一般设有浮体分段总组场地、立柱总组场地、生活楼总组场地等专用总组场地。
    (4)舾装作业,在结构分片制造、分段制造、总段建造、总段合拢及出坞四个作业阶段中将舾装件作业贯穿其中,形成大区域、大通道、大物流,实现托盘化的物流管理方式。通用标准撬块、专用功能模块由专业配套厂制造。
    (5)涂装作业,基本形成了钢板、型材处理流水线,分段涂装车间,铁舾件打砂、喷漆作业和特涂作业四个涂装区域。
    同时,国内典型海工建造企业流程也存在很多相似的问题,具体如下:
    (1)从生产流程上看,国内海工建造基地保留了造船厂的基本特征。除了壳体结构有了基本的区域/阶段/类型的作业模式外,舾装作业还处于传统的专业工种为主,向区域舾装转变的混合作业模式。
    (2)从生产作业上看,壳体结构基本体现了以船体为基础的区域/阶段/类型的作业模式。但是舾装作业则更多地表现出了以机电为基础的专业作业模式,缺少以模块集成专业化生产为基础的作业模式。
    (3)从中间产品专业化制造上看,大部分国内企业托盘管理技术尚未得到系统应用,部分中间产品的技术状态尚未得到固化。更多中间产品的固化和标准化工作通过“工序前移”等措施逐步建立。
    (4)从生产管理上看,生产管理尽管以项目制为目标,由于企业的基础管理薄弱,生产计划管理的大量“基础数据”缺乏,以及工时/物量数据、工艺信息的不完整,计划管理的精细化程度不高等多种原因,生产现场的调度会还是生产指挥的基本管理模式。
    (5)从劳动力配置上看,基本体现出了总装建造的基本布局,但是其劳动力配置准则更多的是以专业工种为基础而建立起来的生产组织,复合工种、工位复合技能还不能满足现代海工总装发展的需求。
3.2 厂区布置及生产流程优化的基本原则
    (1)厂区布置及生产流程优化是基于当前的实际情况和将来发展的需要而确定的。需要考虑的是在当前的生产布局和流程布局的基础上进行优化,同时兼顾企业未来的发展需要。
    (2)生产主流程的优化应该统筹综合考虑布置设备,保证工艺路线畅通,使工位之间没有往返运输,消除交叉工艺路线,尽可能使运输路线最短,减少停滞,最大限度的利用流水线生产。
    (3)生产主流程的优化结果可以直接在生产运行中得到贯彻和应用,不会对当前的生产经营活动造成影响。
    (4)生产流程的优化与生产机制的调整应得到相应配套措施的配合和呼应。
3.3 厂区布置及生产流程优化的基本思路
    (1)切割加工分线:按平直板切割加工、弯曲板切割加工、板条及小零件切割加工、型材下料加工、内部构件切割加工等划分切割加工线,优化单一流水作业。
    (2)分段建造分道:按分段的生产特征划分平面分段、曲面分段、上层建筑分段生产线。在分段建造前,把部件、组件的装配作为一个中间产品,从分段装配作业中分离出来单独制造,为实施部件、组件装配分道创造条件。
    (3)总组场地定位:必须遵循“小分段,大总段”的原则。分段划小,以提高分段建造效率;吊装前总段组合,为舾装和涂装创造条件,提高组装场地的吊装效率。
    (4)舾装作业分区:按“结构特征”划分舾装区,固定其基本作业单元的生产场地、生产设备和生产任务。
    (5)托盘组织物流:以成组技术的分类原理组织管子生产,以中间产品为导向的思路组织舾装件定点生产,以托盘集配的管理思想组织物流。
    (6)涂装阶段渗透:涂装作业则通过跟踪补涂渗透到壳体和舾装作业阶段。

4、典型厂区生产流程优化应用效果
    中集来福士随着产能的扩大,现有的总组场地,已经无法同时满足5~6个半潜式平台和1~2个自升式平台的生产需求,船坞合拢利用率不高。因此,中集来福士在改善建造方法、优化硬件资源配置的同时,计划采用填海增加总组场地的方式,实现核心资源的最大化利用。如图7所示,新增的总组场地可用于半潜式钻井平台上壳体巨型总段的总组。
    通过共同研讨,来福士对厂区进行了优化,拟建设平面分段流水线厂房建筑面积3.51万平方米;模块建造场地3.96万平方米;1#、2# 合拢区5.2万平方米;1# 和2#370t分段堆场和舾装场地改造3.2万平方米。
    (1)分段流水线厂房,总建筑面积35 100m2,钢结构单层排架,独立基础,车间屋顶为网架结构,屋面采用压型彩钢板屋面,地坪为混凝土地坪。
    (2)模块建造场地,按工艺要求地面硬化,其中模块总装区26 400m2,分段总装区13 200m2。
    (3)模块建造场地主要用于钻井平台的合拢和建造,跨度154m,起升高度70m;布置20t龙门吊6台,跨度40m,起升高度15m,模块总装区地坪为钢筋砼地坪,分段总装区地坪为砼地坪,模块总装区和分段建造区配置相应的供电、供水和供气网络。
    (4)1#、2# 合拢区地面硬化,该区域面积5.2万平方米,长260m、宽200m,主要用于钻井平台合拢,此次地面硬化通过提高地基承载力,重做合拢区钢筋砼钻井平台板,提高合拢区的配套设施及配备相应的供电、供水井。
    1# 和2#370t分段堆场和舾装场地改造3.2万平方米,此次地面硬化通过提高地基承载力,重做合拢区钢筋砼钻井平台板,提高合拢区的配套设施及配备相应的供电、供水井。

5、结论
    该文通过对典型海工建造企业建造生产流程分析,指出了国内外厂区的共性特点,提出了我国海洋平台建造厂区优化原则和优化策略,并在部分企业得到了实施应用。通过研究得出如下结论:
    (1)虽然各家海工建造企业的软硬件条件和总装方案、下水方式有所不同,但还是有其共性的地方,都是采用专用化分区生产和模块化建造的方式组织生产,根据产品纲领、产品结构、总装建造,来统筹优化总装方案、下水方式、生产布局、作业主流程、建造工艺、生产体制、设计模式等。
    (2)研究提出厂区布置及生产流程优化的基本原则,能够满足当前海工总装厂厂区优化的需求,同时也可为新建海工总装厂提供指导。
    (3)海工建造企业建造生产流程优化策略,在部分企业已经得到了实施应用,对厂区规划建设起到参考借鉴作用。

作者:上海船舶工艺研究所  李沁溢等  
来源:海洋油气网整理发布

来源:网络

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