基于PWBS的FPSO建造精细化作业分解

王炬成， 杨彩虹， 顾晓波， 周 红

(1.江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江 212003；2.江苏现代造船技术有限公司，江苏 镇江 212003)

0 引 言

船舶建造是一项复杂综合的大型项目，精细化作业分解是保证精细化生产的前提。精细化作业分解是运用精细化生产思想，根据成组技术原理，按照船舶建造的系统/区域/类型/阶段的相似性划分建造作业，合理安排作业节奏和作业量，实现均衡、连续、准时的作业。随着智能制造、精益造船等概念的提出，各大船舶企业和相应学者[1-5]对生产过程中的精细化作业分解进行探索，但并未建立公认的分解标准。由于任务包(Work Package，WP)和派工单(Work Order，WO)的生产模式在我国各大船厂相继应用，为提高浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading，FPSO)的建造效率，以产品导向型作业分解结构(Product-oriented Work Breakdown Structure，PWBS)理论为基础，提出面向WP和WO的精细化作业分解方法。

1 FPSO建造面临的问题

在国内，FPSO建造合同通常包括船体的详细设计、生产设计、建造和调试工作。FPSO建造主要面临如下问题：

(1)船型结构复杂。FPSO是集油气生产处理、储存、外输及生活动力供应于一体的高附加值装置，在甲板和舷侧外板区域布置大量的特殊结构，包括吊车基座、艏部火炬臂、立管支架、模块支墩等，这些特殊结构几乎沿整个船长方向布置，使建造作业更加繁琐。一些大设备、大构件的安装难度较大，例如火炬塔，其垂直高度可能超过浮式起重机(简称浮吊)的工作范围，需要通过浮船坞的压载水系统提高浮吊的起吊高度才能安装。

(2)系统调试困难。FPSO的设计分为3个部分：船体、油气处理模块和单点(或多点)系泊部分。FPSO的船体部分涵盖除油气处理模块和系泊部分及附属外的所有专业设计。FPSO实际上是不带航行器的自航船，但比普通油船复杂得多，包括保船系统、公用系统、原油外输系统、消防救生系统等。重大设备和上部模块的功能调试是FPSO建造过程中的一大挑战。

(3)项目管理困难。FPSO属于海洋工程项目，需要成立专门的项目组对实际建造施行有效的计划控制和文档管理，与各合作方进行协调。

(4)建造周期缩短。通常FPSO的建造周期可达20个月或更长，而目前FPSO开始采用模块化建造工艺。公用系统和油气处理系统根据其功能以上部独立模块进行建造，主要包括工艺、气体处理、热介质、电站等模块。船体结构和上部设施同时建造，在完成船体结构后将上部模块进行整体吊装，大幅缩短建造周期。目前国外FPSO的建造周期可缩短至10～14个月[6]。

2 面向WP和WO的FPSO

将可交付的最终产品按工作分解结构(Work Breakdown Structure，WBS)形成制造级，以中间产品的形式层层分解成精细化作业，再利用成组技术组织专业化的生产模式，从而实现资源配置均衡化和生产效率最大化的目的。中间产品是逐级形成最终产品的组成部分，是对最终产品制造作业进行分解形成的作业单元。

2.1 精细化作业分解

PWBS以中间产品为导向从纵向和横向两方面进行精细化作业分解，如图1所示。以船舶生产的作业阶段为横向坐标轴进行划分，包含先行阶段的分段作业分解结构(Section Work Breakdown Structure，SWBS)、搭载阶段的总段作业分解结构(Block Work Breakdown Structure，BWBS)和后行阶段的区域作业分解结构(Zone Work Breakdown Structure，ZWBS)，在每个时间进度区间内，进行相应的生产施工作业并与造船作业流程相对应。纵向分解按照划分形成的中间产品建造顺序，结合某船厂生产组织形式，对不同类型的壳舾涂作业按照由大到小的层次进行分解，并将分解形成的作业派发至班组具体施工人员的最小作业单位，即PWBS元素→中间产品→WP→WO，分解层次的建立体现作业分解的精细化。

2.2 作业对象分解元素

PWBS作业对象分解主要依据4个元素：作业阶段、作业类型、作业区域和作业系统。

作业阶段分为内场、预舾装、总组、船坞搭载、码头舾装和单元生产等阶段。

作业类型分为船体、舾装和涂装，其中：舾装分为制作、安装和调试。每种作业类型在不同的作业阶段按主工种和辅工种分解具体作业。

(1)船体主工种分为加工、组立和搭载，辅工种为具体工种，例如切割加工、预处理、小组立、中组立、大组立、支援划线、总组、搭载等。

(2)舾装制作主工种分为铁舾、电舾、单元制作等，辅工种为制作、组装、后处理等。

(3)舾装安装主工种分为管子安装、铁舾安装、船室安装、机械安装、电装、模块安装、单元安装等，辅工种为具体的安装类型。

(4)舾装调试主工种分为管子密性试验、系泊试验、航行试验、单元测试等，辅工种为具体的系统或设备。

(5)涂装主工种为冲砂和涂漆，辅工种为船体冲砂涂漆、特殊冲砂涂漆、铁舾件冲砂涂漆、修补打磨等。

作业区域按照船上的功能区域和生产区域分为机舱区域、货舱区域、艏部区域、上层建筑区域等。

作业系统按照不同的专业方向分为管系系统、轮机系统、电气系统、甲板机械、消防防污、通风系统等。根据FPSO的功能特点，管系系统主要划分为5类：货油系统、公用系统、油气处理、外输系统和保船系统。

2.3 SWBS

SWBS以先行阶段的中间产品分段为导向，将船舶分解为不同分段进行建造作业，并按照总段搭载顺序进行组成，从而为先行中日程计划的编制提供基础。分段是船舶建造作业的基本作业单元，SWBS参考分段划分图进行定义，以先行中日程计划的作业类型为分解依据，并体现先行的各作业阶段及作业顺序。图2为SWBS示例。

图2 SWBS示例

基于现代造船模式的壳舾涂一体化思想，分段作业分解如下：

(1)壳：加工和组立。加工分为备料、预处理、切割，组立分为流水线前道、小组立肋骨、中组立、大组立、脚手架、密性试验等。

(2)舾：各专业托盘制作(外协)和安装。分段作业通常为管子和舾装件的制作和安装。

(3)涂：分段的冲砂和涂漆。

2.4 BWBS

BWBS以搭载阶段的中间产品总段为导向进行分解，参考总段划分图、区域划分图和搭载网格图进行定义。总段是搭载阶段的重要中间产品，若干分段形成大型总段，进而进行船台/船坞搭载。在分段组立阶段，很多大型的舾装单元无法安装，而在总组阶段这些舾装作业及相关涂装作业得以实施，从而更加侧重融壳舾涂为一体的系统性指导。BWBS主要以搭载计划的作业类型为分解依据，体现搭载的各作业阶段，并尽可能体现作业顺序。图3为BWBS示例。

图3 BWBS示例

平台总组作业分解为船体、舾装和涂装：船体

主要为分段总组；舾装主要为各专业托盘制作(外协)和安装；涂装为总段合龙缝的打磨和涂漆。

船坞/船台搭载作业分解为船体和涂装：船体为总段搭载合龙；涂装为搭载合龙缝的打磨和涂漆。

2.5 ZWBS

ZWBS以后行阶段的中间产品区域及其完整性为导向进行分解，参考区域划分图、舱室布置图、设备布置图和总布置图进行定义。后行作业由搭载阶段贯穿至交船阶段，作业重点是保证3个完整性，即舱室完整性、系统完整性和设备功能完整性，因此着重考虑舱室、系统及设备等3个核心内容。ZWBS分为小区域、中区域、大区域和全区域，以较小区域的完整保证较大区域的完整。ZWBS按照大中小区域、专业和作业对象进行划分，并遵循壳舾涂分道作业原则。图4为机舱ZWBS示例；图5和图6分别为全ZWBS示例(不含调试作业)和全ZWBS示例(含调试作业)。

图4 机舱ZWBS示例

图5 全ZWBS示例(不含调试作业)

图6 全ZWBS示例(含调试作业)

后行作业分为大区域作业和全区域作业。大区域作业主要在船坞中完成，一般分解为船体、舾装和涂装。船体主要为基于中区域/大区域的主船体密性试验和强度试验。舾装主要为基于中区域的各类托盘安装、设备安装、电缆敷设及基于大区域的完整性试验。涂装主要为基于中区域的舱室涂装及基于大区域的舾装件涂装；如果大区域舱室较少，其舱室涂装基于大区域分解。全区域作业主要为下水后的作业：船体为全船画线和搭载；舾装为管系密性试验、系泊试验、航行试验及航行试验后的维护；涂装为外板的打磨和涂漆。

3 FPSO建造精细化作业分解

以某厂建造的深水型FPSO为例，阐述PWBS的应用。FPSO作业分解涵盖整个建造过程，分别为先行阶段的分段作业分解、搭载阶段的总段作业分解和后行阶段的区域作业分解。

3.1 先行阶段的分段作业分解

应用SWBS对FPSO船体建造先行阶段的分段作业进行分解。该FPSO共有325个分段，以艉部货舱下层分段MP11P为例，其作业分解如表1所示。

表1 分段MP11P作业分解

3.2 搭载阶段的总段作业分解

应用BWBS对FPSO船体建造搭载阶段的总段作业进行分解。该FPSO共有123个总段，以某货舱舷侧总段为例，其作业分解如表2所示。

表2 总段PMF61作业分解

3.3 后行阶段的区域作业分解

应用ZWBS对FPSO船体建造后行阶段的区域作业进行分解。该FPSO的区域分为大区域和全区域。大区域分为艉部机舱、货油舱、甲板、艏部机舱、上层建筑等区域。艉部机舱区域的中区域按照机舱的平台甲板进行划分；货油舱和甲板区域的中区域按货油舱的编号划分；艏部机舱区域的中区域分为艏部货舱区域、艏部主甲板以下区域、艏部主甲板以上区域；上层建筑的中区域按照上层建筑居住甲板的层数进行划分。中区域下的小区域以舱室、作业空间、通道等为依据进行划分。

以区域为分解对象可在较大程度上保证FPSO的区域完整性。FPSO系统功能复杂，为保证其系统完整性，系泊系统纳入全区域分解，采用目录式解决方案。管系系统主要划分为货油系统、公用系统、油气处理、外输系统和保船系统，每个具体系统为1个WP。为保证设备功能的完整性，设备安装分别涵盖各大区域，分为机装、电装、甲装等，而设备调试同样纳入全区域分解，分为主机、辅机、其他设备等，每台具体设备为1个WP。

以艉部机舱区域(机舱四甲板，包含机舱底层)为例，其作业分解如表3所示，其中：舾装调试作业归为全区域作业分解，如表4所示。

表3 艉部机舱区域AAF00作业分解(不含舾装调试作业)

表4 全区域AS00舾装调试作业分解

4 结 语

FPSO结构和功能复杂，是一个跨行业、多学科、多专业的集合体，更接近海洋平台的设计建造，建造技术难度大，对管理工作要求较高。如果建造前期作业分解不到位，在实际建造过程中就会产生资源分配不合理，影响建造进度及质量，因此建立标准分解层次和实行精细化作业分解是保证FPSO建造作业顺利进行的前提，所提出的方法可为FPSO在国内的精益建造提供一定的参考价值。