Smart Material软件在海工平台建造中的应用研究

沈 彬，张高尉，刘加伟，李令竹

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东 青岛 266520）

引 言

随着近几年海洋石油工程股份有限公司国际化步伐的加快，海工青岛公司作为建造板块的核心公司也迎来了国外建造项目的一个小高峰。这些国外建造项目普遍存在两个特点：1）项目的详细设计一般都是由国外的设计公司完成；2）项目的主要材料一般都由业主采办和验收。因此，对于海工青岛公司这些国外项目都是国外来图来料，国内加工设计和建造的项目。本文以 Qatar Petroleum公司NFA油田WHP-3井口平台的建造项目中的配管专业为例，对如何使用鹰图公司的Smart Material软件实现材料收货和入库、材料预测和预留、材料发放和回收、设计变更导致材料超发和补发等环节精细化管理进行研究。

1 MESC物料码

为了简化物料码应用的流程，根据 SDA项目中MESC码应用的经验，该项目仍然采用将MESC码作为Tag Number（即Item Type为TAG WO MS）导入到 Smart Material中，它会自动将该 Tag Number作为Commodity Code码，并自动创建对应的Identity Code码，最后通过该Tag Number完成材料入库、预测、预留、出库等材料管理工作。

1.1 MESC物料码的获取

壳牌是一流的国际能源公司，它的MESC码编码质量也是国际一流的，而且是对外公开发布的（https://www.mesc.shell.com/Account/Login）。根据该网站的使用手册，可以分数十个批次，可以相对完整地下载配管专业相关的7万多条MESC物料码数据，107万条属性数据，最后将这些物料码数据存储于Access数据库或Oracle数据库中，以便后续对物料码进行维护，并为相关应用程序提供数据服务（VBA程序、Python应用等）。

1.2 MESC物料码的维护

如果在项目加工设计工作开始后，发现某一个MESC码在数据库中没有，很可能是在批量获取阶段遗漏了该物料码，因此需要再次从MESC码官网去下载该物料码的数据，并将数据添加到本地的数据库，这样才能保证物料码库和属性信息的完整性。

1.3 MESC物料码的应用

说到MESC码的应用，应该说在Qatar项目的料单编制、材料入库、QS表格生成等方面都能用到。最常用的MESC码的应用有如下三种情况：

1）当加设工程师编制补充采办料单和手动编写图纸材料表完成后，对MESC码的有效性和属性信息进行校验，以便快速检查出手动输入错误的不正确的物料码；

2）当加设工程师需要得到某一批物料码的某些具体属性信息时，无需手动输入属性信息，可以从数据库中获取，减少手动输入工作量；

3）因为在MESC码库中，存储了物料码的单位重量属性，因此可以通过程序自动计算出项目的设计理论重量。

2 BOM表数据结构设计

图纸材料表即BOM表，它的数据结构的设计分两方面：一方面是它的树状层次结构的设计；另一方面是它的底层节点所包含的具体数据内容的设计。这部分的设计工作至关重要，直接影响着工单的创建和材料的预测和预留工作的实施。

2.1 BOM树状层次结构设计

设置第 1层（NODE_LEV0N）为专业名称，固定设置该节点的值为：PIPING。即表示该节点下的所有数据都是配管专业的内容。该层用于区分配管专业的BOM数据和其他专业的BOM数据。

设置第 2层（NODE_LEV1N）为阶段名称，该节点值分三种情况：1）Fabrication；2）Installation；3）MESC。第一种情况指该节点下的图纸材料表是预制阶段的图纸所对应的材料清单；第二种情况指该节点下的图纸材料表是安装阶段的图纸所对应的材料清单；第三种情况指该节点下的图纸材料表是为了创建MESC码所对应的Identity Code才导入的，因为在理想情况下项目开工前需要把所有MESC码都导入到SPM中以便形成完整的Identity Code库，这样直接收货环节就能进行MESC码的合法性校验。

设置第 3层（NODE_LEV2N）为系统名称，即管线系统流体的英文缩写，例如 DO、DC、FD等。根据以往传统海上平台的出图逻辑层次，图纸应该是按照系统分的。

设置第4层（NODE_LEV3N）为加设文件号，即加设按系统按批次下发的三维图文件的文件编号，例如SD-PI-DWG-1001-01、SD-PI-DWG-1001-02、SD-PI-DWG-2001-01等。

设置第5层（NODE_LEV4N）为标高层名称，即管线主体所在标高层的名称缩写，例如FirstDeck、SecondDeck、ThirdDeck等，这样设置是为了方便一体化建造。

设置第6层（NODE_LEV5N）为管线号ID，即加设按系统按批次下发的三维图文件的中的管线号，例如 2”-DC-37001-19、2”-DO-35001-15 等。

那么为什么树状层次结构拆分到管线号 ID这一层次就结束了呢？根据 SDA项目的经验，预制阶段的单管图可以作为第6层来设置，这样会比较细一些，但是事实上没有必要这么细。过细的层次结构会造成如下问题：

1）加大了加设工程师手动编制BOM表的工作量；

2）在进行预制工单编制时，理想情况下希望一个完整的管线号所包含的单管一起开始预制，一起开始涂装，因为未来安装时也是一起安装比较好。

因此，拆分细度精确到管线号这个层次恰到好处。

2.2 数据项Position相关内容设计

底层节点所包含的数据除了如下7个必须的属性外，还增加了5个自定义属性，用于创建工单时对应的WhereCondition中，实现对特定节点的筛选。

7个必备的属性如下：

1）POS_ITR即物料的类型在该项目中固定使用TAG WO MS；

2）POS_TAG_NU即位号；

3）POS_QTY即物料的数量；

4）POS_UNIT即物料的单位；

5）POS_TAG_SH即位号短描述；

6）POS_LSTAT即List Status用于描述图纸内容的设计版本号；

7）POS_LITAT即Issue Status用于描述BOM表数据的版本号。

5个自定义属性如下：

1）POS_ATTR1赋值为自定义属性RAS_DATE（the date of material required at site）可以通过该日期，创建出在某日期之前应该到货的材料清单集合，以便分析其对应的实际到货情况形成相应报表；

2）POS_ATTR2赋值为自定义属性COMPONENT_GROUP（材料大类）；

3）POS_ATTR3赋值为自定义属性MATERIAL_PART（材料小类）可以通过属性2和3，创建出某类材料清单集合，以便分析该类材料的实际到货情况形成相应报表；

4）POS_ATTR4赋值为自定义属性ELEVATION_ID（标高 ID），该属性记录该节点所对应的管线所在的层高ID，通过该属性可以创建出某层管线的实际材料到货情况，以便进行材料分析和决策。

5）POS_ATTR5赋值为自定义属性 ISO Drawing ID（ISO图号），该属性记录该项材料来源于哪个ISO图号。

3 工单创建

3.1 工单的分类

按照应用阶段分类，工单分为以下两种类型：

1）预测阶段工单；

2）预留阶段工单。

按照施工阶段分类，工单分为以下两种类型：

1）管线预制工单；

2）管线安装工单。

3.2 工单的编号规则

预测阶段工单的编号规则：四级计划号-系统号-平台层代号-施工阶段代号-两位顺序号。

施工阶段代号：PF=预制阶段，INS=安装阶段；

标高层代号：FD=First Deck，SD=Second Deck,TD=Third Deck。

例如工单编号“PI1136-LP- FD-PF-01”表示，四级计划项PI1136下的LP系统第一层甲板管线预制工单。从预测阶段的工单的命名得知，工单作为五级计划，是对四级计划项的有效分解。分解的维度有两个维度，第一个是按照系统代号进行分解，第二个维度是按照标高层代号分解。

预留阶段工单的编号规则：RSV-施工阶段代号-施工单位代号-预留操作者代号-四位顺序号。其中施工阶段代号=PF或INS；预留操作者代号=操作者名字的首字母缩写；施工单位代号=材料使用单位代码。由于预留阶段的工单的创建是为了进行材料实际预留和发放用的，因此它的编号规则旨在记录是谁为哪个施工单位进行的材料预留、预留的目的是用于预制还是安装。

3.3 工单包含的BOM表节点

对于预测阶段工单所包含的BOM节点，一般情况下不选择BOM树状结构的底层节点，而是选择加设文档编号和标高层代号这两个层次。这样做的有利之处在于，如果存在某文档的内容升版时，不需要进行工单的升版，因为它会自动包含加设文档节点或标高层代号接单下的所有底层节点。

对于预留阶段的工单所包含的BOM节点，必须细化到BOM树状结构的底层节点，即管线号这一级。因为该类型工单是依据预测的结果创建的工单，该类型工单的最终目的是为了材料的发放。因此必须仔细按照预测结果创建该工单，并且选择底层管线号节点。

4 仓储材料管理

根据Smart Material软件仓库的类型，设置如下仓库：

1）正常库：正常管线库、正常管件库；

2）超发库：作业部管线库、作业部管件库、分包商A库、分包商B库；

3）设计变更库：分包商A的设计变更库、分包商B的设计变更库；

4）废料库：作业部废料库。

各实体库和虚拟库之间的材料流转过程如图 1所示。

图1 实体库和虚拟库之间的材料流转

4.1 材料的入库

材料入库方式就是 Prepare MRR by Direct Receive方式，通过C.20.03窗体完成。对于线下的材料接收和验货，按照公司的管理流程执行，材料输入信息主要是五列信息：

1）MESC Code（业主物料码）；

2）Quality（数量）；

3）Unit（单位）；

4）Identity Code（唯一码）；

5）LOC_CODE（货位号）。

“Qatar项目材料入库单校验和生成VBA程序”运行后会产生一个 .xls文件，该文件是一个模板文件如图2所示，该模板文件是TAG WO MS类型材料的直接入库模板文件。

图2 直接入库模板文件示意

4.2 材料的预留

材料的预留是通过创建预留工单并将该工单的材料进行全部预留操作，使用的窗体即 C.30.11 Reservation Run窗体的功能，执行该预留任务时无需对材料分配优化算法、优先级等进行配置，都选择默认设置即可。需要注意以下两点：

1）指定的预留仓库必须和执行预测任务时的仓库一致，否则会出现材料未被完全预留的情况；

2）由于预留工单是根据预测结果人为创建的工单，不排除人为选择BOM底层节点时选择错误的情况，因此在运行完成材料预留任务后，必须核实每一项材料是否都已经完成预留。

4.3 材料的发放

材料的发放方式分为两种：

1）按照预留单发料，这是主要发放方式；

2）直接移库到超发库，这是次要发放方式。

主要解决管线材料的排版和切割损耗问题、管件材料现场遗失、使用过程中发现材料不合格等原因的补料操作。例如由于 SPM 中对于管线材料是不进行排版的，是按照设计理论净长度来发材料的，那么必然会存在下料时材料不够用的情况，因此在管线材料发放的具体执行过程中，可以采取先按照预留单按根取整后发放，超发部分管线数量进入超发库。如果管线材料每次都按照整根发料，还无法满足现场管线材料排版需求；管件材料遗失、使用过程中发现材料不合格等，都需要进行补料操作。那么施工单位需要提交材料补发申请单，经材料工程师批准后，SPM直接将指定材料从正常库移库到指定分包商的超发库中，并将实际材料发送给分包单位。最后，对每一个分包单位的管线材料使用率和余料回收率进行一个考评，对管件材料的损耗率也可以进行一个考评。

5 BOM表升版

5.1 List Status和Issue Status

在项目执行过程中，难免会出现图纸升版的情况，并导致SPM中的图纸BOM表的升版。SPM的BOM表提供了List Status和Issue Status两个字段来控制图纸升版和数据升版。

1）List Status可以理解为图纸中某条材料的设计版本。因为管线三维图的升版往往是局部的，某张三维图中的某一项材料增加了、减少了还是删除了这三种升版类型，所以List Status控制版本是细到图纸中的某一项材料的设计版本这个层次的。

2）Issue Status可以理解为某一条管线号对应数据的版本。对于Qatar项目，BOM结构的底层节点是管线号，Issue Status表示了某一条管线号下所对应的所有Position项共同的数据版次。因为无论是图纸升版还是人为错误都会造成已经导入 SPM的 BOM 表数据需要重新导入，在从新导入 BOM数据表之前需要将Issue Status增加一个版本，这样SPM就知道现在导入的数据是升版后的数据。

5.2 图纸升版处理机制

图纸升版发生的时间非常关键，其对应的处理方案也大有不同，下面就如下三种升版情况进行分析：

1）图纸BOM表导入SPM之前发生升版。该升版和SPM无关，线下正常处理即可，导入时Issue Status=0，List Status=0；

2）图纸BOM表导入SPM之后发生升版，如果是图纸本身未升版，BOM 数据表统计时出现人为错误，此时仅需要升版Issue Status的版本即可；

3）图纸BOM表导入SPM之后发生升版，如果是设计升版导致的BOM表数据升版，此时需要同时升版Issue Status和List Status，另外仅需对升版了的材料项所对应的List Status版本进行升版，其他的材料项的List Status属性值无须升版。

在BOM表导入SPM之后对BOM表的数据进行升版，SPM的反映和后续补救过程存在如下两种不同情况：

1）该 BOM 节点下的材料已经完成了预留工作：此时升版BOM表的内容，如果增加了材料数量或材料项，会导致原先的预留数量不够；减少了材料数量或删除了材料项，会导致原先的材料预留多了。在导入升版的BOM后，SPM会给出报警信息，会告诉操作者设计变更导致了哪些预留操作需要更新，并且在design change log窗体里可以对设计变更进行确认，并需要再次预留操作。

2）该BOM节点下的材料已经完成了材料发放工作：此时升版BOM表的内容，如果增加了材料数量或材料项，会导致原先方法的数量不够；减少了材料数量或删除了材料项，会导致原先的发放数量多了。在导入升版的BOM后，SPM会给出报警信息，会告诉操作者设计变更影响了哪些材料发放操作，并需要及时进行二次预留和发放材料操作。再次预留材料操作会将增加了的材料数量或材料项进行预留，并对应进行二次材料发放；减少了材料数量或删除了材料项的数量，SPM会将这些材料自动转移到设计变更库中，不过也需要到 design change log窗体里进行相关确认工作。

6 结 语

结合海洋石油公司（青岛）有限公司的实际情况，应用鹰图公司的Smart Material软件，可以基本解决“来料加工”型国外石油石化工程建造项目的材料管理问题，实现材料按照优先级进行图料匹配，引入超发和补发的做法实现“工完料尽场地清”的目标，并能对设计变更导致的材料“退”与“补”做出快速而准确地处理。最终减少项目材料丢失和浪费，高效管理余料和废料。