Smart Material軟件在海工平臺建造中的應用研究

沈 彬，張高尉，劉加偉，李令竹

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

引 言

隨著近幾年海洋石油工程股份有限公司國際化步伐的加快，海工青島公司作為建造板塊的核心公司也迎來了國外建造項目的一個小高峰。這些國外建造項目普遍存在兩個特點：1）項目的詳細設計一般都是由國外的設計公司完成；2）項目的主要材料一般都由業主采辦和驗收。因此，對于海工青島公司這些國外項目都是國外來圖來料，國內加工設計和建造的項目。本文以 Qatar Petroleum公司NFA油田WHP-3井口平臺的建造項目中的配管專業為例，對如何使用鷹圖公司的Smart Material軟件實現材料收貨和入庫、材料預測和預留、材料發放和回收、設計變更導致材料超發和補發等環節精細化管理進行研究。

1 MESC物料碼

為了簡化物料碼應用的流程，根據 SDA項目中MESC碼應用的經驗，該項目仍然采用將MESC碼作為Tag Number（即Item Type為TAG WO MS）導入到 Smart Material中，它會自動將該 Tag Number作為Commodity Code碼，并自動創建對應的Identity Code碼，最后通過該Tag Number完成材料入庫、預測、預留、出庫等材料管理工作。

1.1 MESC物料碼的獲取

殼牌是一流的國際能源公司，它的MESC碼編碼質量也是國際一流的，而且是對外公開發布的（https://www.mesc.shell.com/Account/Login）。根據該網站的使用手冊，可以分數十個批次，可以相對完整地下載配管專業相關的7萬多條MESC物料碼數據，107萬條屬性數據，最后將這些物料碼數據存儲于Access數據庫或Oracle數據庫中，以便后續對物料碼進行維護，并為相關應用程序提供數據服務（VBA程序、Python應用等）。

1.2 MESC物料碼的維護

如果在項目加工設計工作開始后，發現某一個MESC碼在數據庫中沒有，很可能是在批量獲取階段遺漏了該物料碼，因此需要再次從MESC碼官網去下載該物料碼的數據，并將數據添加到本地的數據庫，這樣才能保證物料碼庫和屬性信息的完整性。

1.3 MESC物料碼的應用

說到MESC碼的應用，應該說在Qatar項目的料單編制、材料入庫、QS表格生成等方面都能用到。最常用的MESC碼的應用有如下三種情況：

1）當加設工程師編制補充采辦料單和手動編寫圖紙材料表完成后，對MESC碼的有效性和屬性信息進行校驗，以便快速檢查出手動輸入錯誤的不正確的物料碼；

2）當加設工程師需要得到某一批物料碼的某些具體屬性信息時，無需手動輸入屬性信息，可以從數據庫中獲取，減少手動輸入工作量；

3）因為在MESC碼庫中，存儲了物料碼的單位重量屬性，因此可以通過程序自動計算出項目的設計理論重量。

2 BOM表數據結構設計

圖紙材料表即BOM表，它的數據結構的設計分兩方面：一方面是它的樹狀層次結構的設計；另一方面是它的底層節點所包含的具體數據內容的設計。這部分的設計工作至關重要，直接影響著工單的創建和材料的預測和預留工作的實施。

2.1 BOM樹狀層次結構設計

設置第 1層（NODE_LEV0N）為專業名稱，固定設置該節點的值為：PIPING。即表示該節點下的所有數據都是配管專業的內容。該層用于區分配管專業的BOM數據和其他專業的BOM數據。

設置第 2層（NODE_LEV1N）為階段名稱，該節點值分三種情況：1）Fabrication；2）Installation；3）MESC。第一種情況指該節點下的圖紙材料表是預制階段的圖紙所對應的材料清單；第二種情況指該節點下的圖紙材料表是安裝階段的圖紙所對應的材料清單；第三種情況指該節點下的圖紙材料表是為了創建MESC碼所對應的Identity Code才導入的，因為在理想情況下項目開工前需要把所有MESC碼都導入到SPM中以便形成完整的Identity Code庫，這樣直接收貨環節就能進行MESC碼的合法性校驗。

設置第 3層（NODE_LEV2N）為系統名稱，即管線系統流體的英文縮寫，例如 DO、DC、FD等。根據以往傳統海上平臺的出圖邏輯層次，圖紙應該是按照系統分的。

設置第4層（NODE_LEV3N）為加設文件號，即加設按系統按批次下發的三維圖文件的文件編號，例如SD-PI-DWG-1001-01、SD-PI-DWG-1001-02、SD-PI-DWG-2001-01等。

設置第5層（NODE_LEV4N）為標高層名稱，即管線主體所在標高層的名稱縮寫，例如FirstDeck、SecondDeck、ThirdDeck等，這樣設置是為了方便一體化建造。

設置第6層（NODE_LEV5N）為管線號ID，即加設按系統按批次下發的三維圖文件的中的管線號，例如 2”-DC-37001-19、2”-DO-35001-15 等。

那么為什么樹狀層次結構拆分到管線號 ID這一層次就結束了呢？根據 SDA項目的經驗，預制階段的單管圖可以作為第6層來設置，這樣會比較細一些，但是事實上沒有必要這么細。過細的層次結構會造成如下問題：

1）加大了加設工程師手動編制BOM表的工作量；

2）在進行預制工單編制時，理想情況下希望一個完整的管線號所包含的單管一起開始預制，一起開始涂裝，因為未來安裝時也是一起安裝比較好。

因此，拆分細度精確到管線號這個層次恰到好處。

2.2 數據項Position相關內容設計

底層節點所包含的數據除了如下7個必須的屬性外，還增加了5個自定義屬性，用于創建工單時對應的WhereCondition中，實現對特定節點的篩選。

7個必備的屬性如下：

1）POS_ITR即物料的類型在該項目中固定使用TAG WO MS；

2）POS_TAG_NU即位號；

3）POS_QTY即物料的數量；

4）POS_UNIT即物料的單位；

5）POS_TAG_SH即位號短描述；

6）POS_LSTAT即List Status用于描述圖紙內容的設計版本號；

7）POS_LITAT即Issue Status用于描述BOM表數據的版本號。

5個自定義屬性如下：

1）POS_ATTR1賦值為自定義屬性RAS_DATE（the date of material required at site）可以通過該日期，創建出在某日期之前應該到貨的材料清單集合，以便分析其對應的實際到貨情況形成相應報表；

2）POS_ATTR2賦值為自定義屬性COMPONENT_GROUP（材料大類）；

3）POS_ATTR3賦值為自定義屬性MATERIAL_PART（材料小類）可以通過屬性2和3，創建出某類材料清單集合，以便分析該類材料的實際到貨情況形成相應報表；

4）POS_ATTR4賦值為自定義屬性ELEVATION_ID（標高 ID），該屬性記錄該節點所對應的管線所在的層高ID，通過該屬性可以創建出某層管線的實際材料到貨情況，以便進行材料分析和決策。

5）POS_ATTR5賦值為自定義屬性 ISO Drawing ID（ISO圖號），該屬性記錄該項材料來源于哪個ISO圖號。

3 工單創建

3.1 工單的分類

按照應用階段分類，工單分為以下兩種類型：

1）預測階段工單；

2）預留階段工單。

按照施工階段分類，工單分為以下兩種類型：

1）管線預制工單；

2）管線安裝工單。

3.2 工單的編號規則

預測階段工單的編號規則：四級計劃號-系統號-平臺層代號-施工階段代號-兩位順序號。

施工階段代號：PF=預制階段，INS=安裝階段；

標高層代號：FD=First Deck，SD=Second Deck,TD=Third Deck。

例如工單編號“PI1136-LP- FD-PF-01”表示，四級計劃項PI1136下的LP系統第一層甲板管線預制工單。從預測階段的工單的命名得知，工單作為五級計劃，是對四級計劃項的有效分解。分解的維度有兩個維度，第一個是按照系統代號進行分解，第二個維度是按照標高層代號分解。

預留階段工單的編號規則：RSV-施工階段代號-施工單位代號-預留操作者代號-四位順序號。其中施工階段代號=PF或INS；預留操作者代號=操作者名字的首字母縮寫；施工單位代號=材料使用單位代碼。由于預留階段的工單的創建是為了進行材料實際預留和發放用的，因此它的編號規則旨在記錄是誰為哪個施工單位進行的材料預留、預留的目的是用于預制還是安裝。

3.3 工單包含的BOM表節點

對于預測階段工單所包含的BOM節點，一般情況下不選擇BOM樹狀結構的底層節點，而是選擇加設文檔編號和標高層代號這兩個層次。這樣做的有利之處在于，如果存在某文檔的內容升版時，不需要進行工單的升版，因為它會自動包含加設文檔節點或標高層代號接單下的所有底層節點。

對于預留階段的工單所包含的BOM節點，必須細化到BOM樹狀結構的底層節點，即管線號這一級。因為該類型工單是依據預測的結果創建的工單，該類型工單的最終目的是為了材料的發放。因此必須仔細按照預測結果創建該工單，并且選擇底層管線號節點。

4 倉儲材料管理

根據Smart Material軟件倉庫的類型，設置如下倉庫：

1）正常庫：正常管線庫、正常管件庫；

2）超發庫：作業部管線庫、作業部管件庫、分包商A庫、分包商B庫；

3）設計變更庫：分包商A的設計變更庫、分包商B的設計變更庫；

4）廢料庫：作業部廢料庫。

各實體庫和虛擬庫之間的材料流轉過程如圖 1所示。

圖1 實體庫和虛擬庫之間的材料流轉

4.1 材料的入庫

材料入庫方式就是 Prepare MRR by Direct Receive方式，通過C.20.03窗體完成。對于線下的材料接收和驗貨，按照公司的管理流程執行，材料輸入信息主要是五列信息：

1）MESC Code（業主物料碼）；

2）Quality（數量）；

3）Unit（單位）；

4）Identity Code（唯一碼）；

5）LOC_CODE（貨位號）。

“Qatar項目材料入庫單校驗和生成VBA程序”運行后會產生一個 .xls文件，該文件是一個模板文件如圖2所示，該模板文件是TAG WO MS類型材料的直接入庫模板文件。

圖2 直接入庫模板文件示意

4.2 材料的預留

材料的預留是通過創建預留工單并將該工單的材料進行全部預留操作，使用的窗體即 C.30.11 Reservation Run窗體的功能，執行該預留任務時無需對材料分配優化算法、優先級等進行配置，都選擇默認設置即可。需要注意以下兩點：

1）指定的預留倉庫必須和執行預測任務時的倉庫一致，否則會出現材料未被完全預留的情況；

2）由于預留工單是根據預測結果人為創建的工單，不排除人為選擇BOM底層節點時選擇錯誤的情況，因此在運行完成材料預留任務后，必須核實每一項材料是否都已經完成預留。

4.3 材料的發放

材料的發放方式分為兩種：

1）按照預留單發料，這是主要發放方式；

2）直接移庫到超發庫，這是次要發放方式。

主要解決管線材料的排版和切割損耗問題、管件材料現場遺失、使用過程中發現材料不合格等原因的補料操作。例如由于 SPM 中對于管線材料是不進行排版的，是按照設計理論凈長度來發材料的，那么必然會存在下料時材料不夠用的情況，因此在管線材料發放的具體執行過程中，可以采取先按照預留單按根取整后發放，超發部分管線數量進入超發庫。如果管線材料每次都按照整根發料，還無法滿足現場管線材料排版需求；管件材料遺失、使用過程中發現材料不合格等，都需要進行補料操作。那么施工單位需要提交材料補發申請單，經材料工程師批準后，SPM直接將指定材料從正常庫移庫到指定分包商的超發庫中，并將實際材料發送給分包單位。最后，對每一個分包單位的管線材料使用率和余料回收率進行一個考評，對管件材料的損耗率也可以進行一個考評。

5 BOM表升版

5.1 List Status和Issue Status

在項目執行過程中，難免會出現圖紙升版的情況，并導致SPM中的圖紙BOM表的升版。SPM的BOM表提供了List Status和Issue Status兩個字段來控制圖紙升版和數據升版。

1）List Status可以理解為圖紙中某條材料的設計版本。因為管線三維圖的升版往往是局部的，某張三維圖中的某一項材料增加了、減少了還是刪除了這三種升版類型，所以List Status控制版本是細到圖紙中的某一項材料的設計版本這個層次的。

2）Issue Status可以理解為某一條管線號對應數據的版本。對于Qatar項目，BOM結構的底層節點是管線號，Issue Status表示了某一條管線號下所對應的所有Position項共同的數據版次。因為無論是圖紙升版還是人為錯誤都會造成已經導入 SPM的 BOM 表數據需要重新導入，在從新導入 BOM數據表之前需要將Issue Status增加一個版本，這樣SPM就知道現在導入的數據是升版后的數據。

5.2 圖紙升版處理機制

圖紙升版發生的時間非常關鍵，其對應的處理方案也大有不同，下面就如下三種升版情況進行分析：

1）圖紙BOM表導入SPM之前發生升版。該升版和SPM無關，線下正常處理即可，導入時Issue Status=0，List Status=0；

2）圖紙BOM表導入SPM之后發生升版，如果是圖紙本身未升版，BOM 數據表統計時出現人為錯誤，此時僅需要升版Issue Status的版本即可；

3）圖紙BOM表導入SPM之后發生升版，如果是設計升版導致的BOM表數據升版，此時需要同時升版Issue Status和List Status，另外僅需對升版了的材料項所對應的List Status版本進行升版，其他的材料項的List Status屬性值無須升版。

在BOM表導入SPM之后對BOM表的數據進行升版，SPM的反映和后續補救過程存在如下兩種不同情況：

1）該 BOM 節點下的材料已經完成了預留工作：此時升版BOM表的內容，如果增加了材料數量或材料項，會導致原先的預留數量不夠；減少了材料數量或刪除了材料項，會導致原先的材料預留多了。在導入升版的BOM后，SPM會給出報警信息，會告訴操作者設計變更導致了哪些預留操作需要更新，并且在design change log窗體里可以對設計變更進行確認，并需要再次預留操作。

2）該BOM節點下的材料已經完成了材料發放工作：此時升版BOM表的內容，如果增加了材料數量或材料項，會導致原先方法的數量不夠；減少了材料數量或刪除了材料項，會導致原先的發放數量多了。在導入升版的BOM后，SPM會給出報警信息，會告訴操作者設計變更影響了哪些材料發放操作，并需要及時進行二次預留和發放材料操作。再次預留材料操作會將增加了的材料數量或材料項進行預留，并對應進行二次材料發放；減少了材料數量或刪除了材料項的數量，SPM會將這些材料自動轉移到設計變更庫中，不過也需要到 design change log窗體里進行相關確認工作。

6 結 語

結合海洋石油公司（青島）有限公司的實際情況，應用鷹圖公司的Smart Material軟件，可以基本解決“來料加工”型國外石油石化工程建造項目的材料管理問題，實現材料按照優先級進行圖料匹配，引入超發和補發的做法實現“工完料盡場地清”的目標，并能對設計變更導致的材料“退”與“補”做出快速而準確地處理。最終減少項目材料丟失和浪費，高效管理余料和廢料。