基于图料匹配的物料管理在深水半潜项目中的应用

1项目概况

某气田是我国首个深水自营气田,作业平均水深1500m,其天然气储量超千亿立方米,每年约生产30亿~35亿m3天然气。项目采取深水半潜平台＋水下生产系统＋干气接入崖城管网的开发模式。半潜平台由3.3万t的船体和近2万t的上部平台组成。项目建成投产后,气田产出的凝析油将进入平台储存,通过油轮外输:天然气则通过外输海管接入崖城海底管线,通过香港终端、高栏终端及南山终端分别给香港、广东及海南用户供气。

本项目是集团公司"十三五"重点项目,涉及半潜平台、SCR立管、水下生产系统等多项深水领域工作。项目将挑战2项世界第一(第一个具备凝析油储存功能的半潜平台,最大的析架式组块)、4项国内首次(半潜式平台设计建造、聚酯缆锚链、南海应用SCR立管、一体化深水水下生产系统设计施工),同时要求30年不进坞,这就需要从设计源头开始保证本质安全和质量要求,并严格控制设计质量、采办物资质量和建造质量。风险与机遇并存,该项目的实施对于公司发展深水及浮式生产装置工程技术能力、开拓国际深水油气市场具有重要意义。

船体涉及的物资种类繁多,并有船舶入级要求,且82个分段分别在青岛、海阳两地建造,物料管理的精细程度对现场建造的进度具有至关重要的影响。

2基于EPCMAT图料匹配功能的物料管理方案

物料管理直接影响工程的进度、费用、质量及安全。从进度角度分析,任何一次物料的晚到货,都有可能会影响到项目的施工进度,甚至缺少一个螺栓都可能导致项目不能按时投产。从费用的角度来看,物料占项目总承包费用的70R左右。就质量而言,物料是一个工程建设项目成功与否的关键,质量过剩将导致费用的增加,质量不足又将导致项目的失败。就安全角度而言,由于物料问题而引发的安全事故,将对公司产生重大的影响。所以,物料管理在工程项目中占据重要的地位。物料管理不仅是过程管理,而且要进行细节管理,只有这样才能提高总承包项目的经济效益。

在项目中,采取了基于图料匹配功能的物料管理方案,保证了项目参与者能够准确掌握物料的流转动态,随时掌控物料的采购、到货及使用情况,帮助项目决策者判断物料是否满足建造施工的预期要求。

2.1图料匹配机制分析

图料匹配的目的是通过梳理设计图纸和模型得到物料设计净量,分析采办量是否满足设计净量:在采买过程中,需对比采办料单转化成采办订单的完成情况:在施工过程中,需对配料工作进行实时监控,即对比分析预期到货计划与施工计划、现有库存与目前施工需要,若出现物料不足的现象,则及时采取补采、调整施工计划等措施。

因此,其主要机制分为4个阶段:

(1)物料设计净量和采办量是否对应,采办量应大于设计净量,如出现设计净量大于采办量的情况,则自动发出预警:

(2)物料采办量与采办订单是否对应,若采买订单小于采办量,则发出预警:

(3)预期的到货计划与施工计划能否对应:

(4)现有库存能否满足当前施工的需要。

2.2基于图料匹配的物料管理策略分析

本节从物料管理原则出发,分析基于图料匹配的物料管理方案及底层逻辑,并通过项目应用验证该方案的可行性和合理性。

2.2.1物料管理的5R原则

5R原则指的是物料供应的适时(RightTime)、适质(RightOuality)、适量(RightOuantity)、适价(RightPrice)和适地(RightPlace)。对于本项目来说,基于图料匹配功能的物料管理具备了物料信息高度共享集成、物料状态总体汇总、物料管理全过程可控和设计/采办/材料多方协同等功能,其功能与5R原则的对标情况如表1所示。

2.2.2基于图料匹配的物料管理设计方案

应用于本项目的EPCMAT2.0系统对物料的管理体现在设计层、采办层和施工层3个方面,并且分别有以下设计方案及功能。

(1)设计层。

设计层的主要作用是为整个工程项目确定物料需求,例如物料主数据、设计料单、采办料单、利库料单和施工料单。设计层对于物料的需求规划涉及数量、时间以及地点3个方面,不同施工阶段的物料用量则由其对应工作包的施工计划、物料需求数量和时间决定。工作包基于模型用三维坐标进行划分,设计层的物料梳理方案如图1所示。

(2)采办层。

结合上述对设计层的分析,以工作包的形式梳理出所有的需求物料后,将同类物料以不同批次的形式统计成采办料单并进行独立编号,便于记录相应物料的使用情况,实现物料的全过程位置动态定位及全项目周期去向跟踪。所有采办料单均采用数字及英文编码结合的方式,根据物料的大类、应用模块、专业种类和批次进行统一编号。

应制订详细的到货、入库及退还返修计划,由检查员按标准及产品检验文件检验物资是否符合规定要求。施工急需且来不及检验或验证的物料应紧急放行和按照要求进行控制,并作出标记和记录,一旦发现不合格应立即返回更换。同时,应按照项目的计划节点,对采办料单和实际订单量进行比对,并结合施工用量对物料仓库进行反馈,保证所有项目成员能够及时、准确、全面地掌握详实的项目物料动态,随时掌控物料的采购、到货、使用情况,从而及时准确地预估物料能否满足建造施工预期要求。

(3)施工层。

施工层是设计及采办的延续,也是验证两者对物料预测正确性的实践。设计在前期通过图料匹配功能,依托设计量和物料需求进行匹配,确保采办料单量足够满足施工需求。在执行过程中,发生设计变更时,设计根据物料需求的变化,通过图料匹配识别是否需要补采。

在施工现场,根据仓储量与领用量之和等于到货量的原则,判断是否发生物料丢失、损坏、浪费的情况,识别出剩余物料是否能够满足剩余施工工作,如果发现现有库存不能满足施工需求(通常为丢失、损坏、浪费等原因造成),及时进行采买。

2.2.3图料匹配的逻辑模型

通过上节对基于图料匹配的物料管理方案的分析可知,所有物料其实是在设计一采办一建造这一流程中单向传递,且反向反馈物料的使用情况。

对于设计层来说,其最主要的作用是通过设计图纸和模型得到所有的物料设计量,根据2.2.2的分析,可假设某个工作包中某种类型物料的数量为Skj,则整个模块该物料的设计需求数量为:

对于采办层,可假设单个采办料单的物料数量为cij,i表示同类别物料的不同批次,取值为1,2,3,…,j表示不同物料的编码,由此,某某类的物料采办料单总量为:

另外,在项目进行过程中还存在随进度推移的当前计划使用量Di、到货量Hi,i均为特定某一类型的物料,例如法兰、阀门和管件等。

则整个图料匹配的运行逻辑应满足以下约束条件:

采办总量应在最大设计总量上留有裕度,保证项目进行时物料充足,即:

采办总量与当前计划使用量的差值表示当前项目的采办余量,如在项目进行时,该值小于零,则说明物料浪费严重,偏离预测值,即项目出现严重疏漏。

实际到货量与当前计划使用量的差值表示当前施工可用量,该值与项目能否顺利进行息息相关,当趋于零时,可帮助项目管理人员了解下一步的物料缺口情况,及时进行补货。

2.2.4基于图料匹配的物料管理方案在深水半潜项目中的实践

在本项目中,基于图料匹配功能的全流程物料管理方案被成功应用。图料匹配既能帮助项目材料人员及时准确地掌握设计、采购、施工过程中物料的动态信息,保证在正确的时间将正确的物料用在正确的地方,又能帮助项目管理人员了解下一步的物料缺口情况,进而调整采办策略,优化设计和施工方案。图2和图3是本项目中采办料单和物料使用计划的部分示例。

另外,图料匹配功能的数据汇总最终会在平台驾驶舱体现,指标体系由设计、采办、建造、安装和调试的进度组成,实时统计和显示设计成果文件、采办动态、总体进度以及施工工时等信息,让管理人员能够直观把握项目的进度情况,紧急应对突发问题,衡量项目损失,为进一步的工程部署提供参考。实例如图4所示。

3图料匹配功能的智能化展望

图料匹配功能在实际应用过程中,可能会出现预测用料缺口大于实际库存的问题,例如在项目进行的1时刻,预期编号为i的物料会出现Xi的用料缺口,则软件会自动选取多组解决策略,主要包括:

(1)设计层:根据设计合理性,安排用料的优先层级。

(2)采办层:招标或采买方式变更,使供货时间缩短,物料到货时间提前。

(3)施工层:调换工作包的工作计划。

则软件会进行以下判定:

其中,xin表示第n种策略下的i物料缺口量:a为策略的实施优先级,且ae[0,1]。例如,某物料在当前策略下,设计层无法对物料缺口进行改善,则a=0,各策略在当前状态下越容易实行,则a越趋向于2。

例如在某时刻,根据图料匹配功能的反馈预测到配管专业的铜镍管线将缺少20000m,根据软件分析,有如下策略:(1)将工作包B3调整于B1之前开始施工,此时xEQ \* jc3 \* hps11 \o\al(\s\up 3(020为5000m:(2)将工作包B2调于B2之前,不再缺料,此时xEQ \* jc3 \* hps11 \o\al(\s\up 3(020为20000m:(3)考虑设计的优先层级,先进行关键区域的施工,此时xEQ \* jc3 \* hps11 \o\al(\s\up 3(020为4000m:(4)将采办包C由公开招标改为竞争性谈判,将缩减采办周期50天,此时xEQ \* jc3 \* hps11 \o\al(\s\up 3(020为20000m。同时考虑各方案的实施优先级,方案2、2的a值为2,方案3的a值为0.5,方案4的a值为0.5。

经过计算,方案2为最小值,所以在此时刻,选择方案2为最优化的解决策略。

4结论

(1)基于图料匹配的物料管理将EPC各环节串联在一起,帮助项目管理人员及时准确地掌握物料在整个工程项目生命周期的动态信息,保证在正确的时间将正确的物料用到正确的地方,同时也帮助项目管理人员了解接下来项目中的物料缺口情况,进而调整采办策略,优化设计和施工方案,提高管理效益。

(2)平台驾驶管理舱为海油平台建立了工程监测指标体系,由设计、采办、建造、安装和调试组成,贯穿整个生命周期。

(3)为图料匹配功能的智能化开发做的基础性算法研究,可用于后续项目的实施过程。

(4)本套系统中的图料匹配功能为后续类似的海洋工程项目物料管理提供了参考,具有极大的工程意义。