管線穿艙件智能定位系統(tǒng)的研究

石婷婷

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計研發(fā)中心，天津 300452）

在石油鉆采平臺、液化天然氣項目工藝模塊以及鉆井船、鉆井平臺等，管線靈活地穿梭于各個區(qū)域，常常需要跨過圍壁或者穿過甲板，也就是穿艙。需要穿艙的管線在穿艙處需要焊接一個穿艙件，起到保護與密封的作用。在現(xiàn)場安裝管線之前，需要進行穿艙件定位施工的準(zhǔn)備工作，提前焊好管線穿艙件。

1 背景

穿艙件定位施工的準(zhǔn)備工作，目前普遍都是由工作人員手動計算完成。首先，工作人員需要掌握項目定位軸網(wǎng)的坐標(biāo)和管線穿艙件的坐標(biāo)；然后，分別在橫向及縱向兩個定位方向上判定出與穿艙件相距最近的定位軸；最后，經(jīng)人工計算得出準(zhǔn)確的定位距離，并確定該穿艙件與該定位軸的方位關(guān)系，至此完成一個管線穿艙件的精確定位。而每個項目所涵蓋的管線穿艙件，少則數(shù)十，多則數(shù)百，相當(dāng)費時費力，而且由于人為因素的干預(yù)，容易產(chǎn)生錯誤的定位數(shù)據(jù)。一旦按照錯誤的定位結(jié)果施工，將會造成包括焊接、打磨、補漆等多個工序在內(nèi)的返工，嚴(yán)重的還將影響結(jié)構(gòu)強度。因此，十分有必要研究出一種精確高效的定位穿艙件的方法，提高工程建造整體的科學(xué)、安全、質(zhì)量等綜合性指標(biāo)。

2 設(shè)計思路

該智能定位系統(tǒng)的設(shè)計初衷，是希望由智能自動計算取代人工手動計算，從而提高工作的效率，保證定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少作業(yè)人員的工作量，避免產(chǎn)生錯誤的定位數(shù)據(jù)。設(shè)計思路為，獲取定位軸網(wǎng)信息（讀取縱軸個數(shù) → 分別讀取每個縱軸的名稱和坐標(biāo) → 讀取橫軸個數(shù) → 分別讀取每個橫軸的名稱和坐標(biāo)）→獲取定位點信息（讀取定位點的橫縱坐標(biāo)）→ 后臺自動計算 → 顯示定位結(jié)果 → 繼續(xù)獲取下一個定位點的信息進行定位工作。

3 研究方向

確定了設(shè)計思路，接下來就是研究如何編制管線穿艙件智能定位系統(tǒng)的程序，研究的內(nèi)容和解決的問題主要包括以下幾個方面：①如何利用定位系統(tǒng)讀取項目坐標(biāo)軸網(wǎng)的信息；②該定位系統(tǒng)以何種方式獲取穿艙件定位點信息；③編制能夠?qū)崿F(xiàn)穿艙件自動智能定位的算法程序；④對算法進行優(yōu)化，進一步提升工作效率；⑤提高該定位系統(tǒng)的智能化和自動化程度，使其具備更強的可操作性；⑥確定最優(yōu)結(jié)果輸出方式，便于快速、高效、精確地進行定位工作。

4 程序編制

智能定位系統(tǒng)設(shè)計的難點之一，是根據(jù)用戶實際所需的定位軸個數(shù)，彈出相應(yīng)數(shù)目的對話框，用以向用戶索取定位軸的名稱和坐標(biāo)。另一大難點，就是程序后臺自動計算操作程序的編寫，這也是該定位系統(tǒng)的靈魂所在。首先，計算出穿艙件與每一根定位軸間的距離。然后通過比較，取距離值中最小者，從而確定出與穿艙件相距最近的定位軸。接下來將該定位軸的相關(guān)信息以及定位軸與穿艙件的絕對坐標(biāo)之差作為重要數(shù)據(jù)單獨存儲，以備輸出定位結(jié)果時調(diào)用。最后，輸出精確的管線穿艙件定位結(jié)果，包括與管線穿艙件相距最近的定位軸名稱、定位距離以及二者的方位關(guān)系。如此，使用智能定位系統(tǒng)進行定位操作，使用者在輸入定位軸網(wǎng)信息和穿艙件坐標(biāo)之后，即刻可得精確的定位結(jié)果。該智能定位系統(tǒng)程序的部分代碼如圖1所示。

在后續(xù)試運行階段，結(jié)合操作者的使用感受，進一步完成了一些設(shè)計優(yōu)化工作，主要包括：①開發(fā)智能定位系統(tǒng)的記憶坐標(biāo)軸網(wǎng)的功能。只需輸入一次坐標(biāo)軸網(wǎng)坐標(biāo)，后臺即可自動記憶坐標(biāo)軸網(wǎng)信息，后期無須再輸入軸網(wǎng)信息便可陸續(xù)進行多個穿艙件的定位工作，進一步提高該系統(tǒng)操作的簡便性，避免煩瑣操作；②保持界面簡潔性。定位系統(tǒng)不再單獨彈出顯示定位結(jié)果的窗口，從而避免冗繁的彈窗，使操作界面更加簡潔，提升用戶使用感受；③優(yōu)化輸出形式。將定位結(jié)果的文字形式進行優(yōu)化，使其更具直觀性，一目了然。

即刻可得精確的定位結(jié)果。該智能定位系統(tǒng)程序的部分代碼，如下所示：

通過一系列的研究與調(diào)試運行，完成了該智能定位系統(tǒng)的程序編制。程序的操作界面見圖2～圖6。

各程序界面的說明如下：①圖2。按照工程的實際情況，輸入所需的縱軸的個數(shù)（輸入橫軸個數(shù)的界面與此界面相同）。②圖3、圖4。軟件獲取縱軸個數(shù)后，提示用戶在彈出對話框中，分別輸入每個定位軸的名稱和坐標(biāo)（獲取橫軸名稱和坐標(biāo)的界面與此界面相同）。③圖5。提示用戶輸入所需定位的穿艙件的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。④點擊“定位結(jié)果”按鈕，即刻在界面上方顯示出定位數(shù)據(jù)，如圖6所示。如需繼續(xù)定位下一點，點擊“輸入下一定位點坐標(biāo)”按鈕，清空定位點橫縱坐標(biāo)數(shù)值及定位結(jié)果，對話框頁面回到圖5。如定位工作結(jié)束，點擊“退出”按鈕，即可退出程序。

圖2 讀取縱軸個數(shù)界面

圖3 讀取縱軸（橫向定位軸）名稱界面

圖4 讀取縱軸（橫向定位軸）坐標(biāo)界面

圖5 讀取定位點數(shù)據(jù)及結(jié)果顯示界面

圖6 定位結(jié)果示例圖

5 創(chuàng)新與效益

5.1 創(chuàng)新點

該系統(tǒng)可精確高效定位管線穿艙件，采用VB語言進行編寫，將以往的人工手算變革為智能自動計算，是對現(xiàn)有技術(shù)的一次突破和創(chuàng)新。程序可記憶定位坐標(biāo)軸網(wǎng)的信息，讀取管線穿艙件坐標(biāo)后，能夠快速、高效、自動、精確定位管線穿艙件的位置，同時出具準(zhǔn)確定位結(jié)果。

5.2 效益點

5.2.1 成果應(yīng)用效益

該系統(tǒng)已應(yīng)用于多個鉆機模塊及生活樓項目，應(yīng)用效果良好。不僅適用于管線穿艙件的定位，普遍適用且可推廣應(yīng)用至諸多方面的定位工作，如電纜穿艙、橋架穿艙、風(fēng)道穿艙等。該程序?qū)哟吻逦唵我锥僮鞅憬荩缑媪鲿常砂凑赵O(shè)計預(yù)想的工作思路，順利完成穿艙件的智能定位工作極大提高了工作效率，保證了定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少了作業(yè)人員的工作量，避免了人為因素（如記錯數(shù)據(jù)、按錯計算器或因數(shù)據(jù)過多和環(huán)節(jié)煩瑣產(chǎn)生的疲勞失誤等）導(dǎo)致的低級錯誤，并在后續(xù)建造項目中繼續(xù)應(yīng)用。

5.2.2 經(jīng)濟效益

該智能定位系統(tǒng)保證了定位工作的時效性和準(zhǔn)確性，減少了作業(yè)人員工作量，從而節(jié)約了時間成本；提高了定位工作的精準(zhǔn)度，避免因錯位定位數(shù)據(jù)導(dǎo)致的包括切割、打磨、焊接、補漆等多個工序在內(nèi)的返工以及可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)強度下降，從而節(jié)約了材料、人工和管理資源成本。

5.2.3 社會效益

該智能定位系統(tǒng)即裝即用，操作簡便，可重復(fù)使用，且無應(yīng)用限制，可在其他領(lǐng)域應(yīng)用推廣。節(jié)約時間、材料、人工和管理資源的成本，響應(yīng)公司降本增效的方針政策。以智能自動計算替代人工手動計算，用科技化生產(chǎn)代替人工勞動力，從點滴做起提升工程整體的科學(xué)、安全、質(zhì)量等綜合性指標(biāo)，打造優(yōu)質(zhì)海洋工程。

6 結(jié)論

該智能定位系統(tǒng)具有如下顯著特征：①易使用性。智能定位系統(tǒng)軟件安裝方便、界面簡潔、使用便捷，實現(xiàn)了“傻瓜式” 操作的模式。②可移植性。從一臺計算機系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一臺計算機系統(tǒng)同樣可進行相關(guān)操作。③準(zhǔn)確性。精準(zhǔn)度高，避免了傳統(tǒng)人工計算出現(xiàn)的錯誤。④高效性。僅需簡單輸入相關(guān)數(shù)據(jù)即刻便可獲取穿艙件的準(zhǔn)確定位。具有可觀的創(chuàng)新與效益，從細(xì)節(jié)著手節(jié)約時間、材料、人工和管理資源的成本，響應(yīng)公司降本增效的方針政策。從點滴做起提升工程整體的科學(xué)、安全、質(zhì)量等綜合性指標(biāo)，打造優(yōu)質(zhì)海洋工程。