張自力,范慶偉,李景永,甄文選,崔 超,張 莉,魏 峰
1.中國石油管道局工程有限公司東南亞項目經(jīng)理部,河北廊坊 065001
2.中國石油管道局工程有限公司防腐公司,河北廊坊 065001
3.中油朗威監(jiān)理公司,河北廊坊 065000
在包括煉化項目建設(shè)在內(nèi)的大型安裝項目中,物料管理水平體現(xiàn)著施工企業(yè)的管理水平,直接影響企業(yè)的管理效率、進度管理和成本控制。而且,在大型綜合煉化項目建設(shè)中,因輸送介質(zhì)的狀態(tài)、性能、壓力和用途的不同,管道、管件、儀器、設(shè)備等必須嚴格區(qū)分類別和等級,一旦預制、安裝錯誤,將給項目投產(chǎn)后留下爆炸、火災、泄漏等重大安全隱患。因此,準確、及時的物料信息對確保預制、安裝符合圖紙要求,減小錯誤發(fā)生概率也十分重要[1]。
在多年的企業(yè)信息化、數(shù)字化建設(shè)中,各類信息系統(tǒng)都已廣泛應用在各行各業(yè)中。如OA、ERP、BIM、P6及財務等專業(yè)軟件,已用于文件、資源、建模、成本、進度等方面的管控,并逐步向一個綜合信息有機整體發(fā)展。
實體項目建設(shè)中的施工信息統(tǒng)計工作存在三種主要制約因素:工作環(huán)境比較特殊,無法固定作業(yè);操作人員分散,素質(zhì)參差不齊,復雜系統(tǒng)應用較難;信息要求變化大,難以形成固定模板。由此導致了施工一線存在著信息準確性、及時性差,與整體信息統(tǒng)計系統(tǒng)脫節(jié),呈現(xiàn)出類似于快遞行業(yè)“最后1千米”的困局,而解決以上三種制約因素的核心要素是:便捷、易用、可定制。
現(xiàn)以Petronas(馬來西亞國家石油公司) 的RAPID綜合煉化項目第14包(以下簡稱RAPID14)工藝安裝施工為例,介紹一款二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)的構(gòu)思、開發(fā)、測試和應用。
目前,建設(shè)施工單位對于物料信息追蹤采用的主要方式有:第一,制作鋼印標簽,用鐵絲系在法蘭孔或點焊在物料表面;第二,在物料表面噴標或手寫信息;第三,在物料表面使用粘貼標簽。以上三種信息追蹤方式的人為錯誤發(fā)生率高,錯誤不易發(fā)現(xiàn),信息核查消耗較多時間和人力,且無法滿足業(yè)主對物料信息追蹤及時性的要求。
針對以上難題,結(jié)合目前軟件行業(yè)內(nèi)已有的物料信息管理的研究和經(jīng)驗,通過合理的組織和設(shè)計,找到一套簡單、便捷、可定制的施工現(xiàn)場物料追蹤系統(tǒng)是課題組的最終目標。
現(xiàn)場施工流程中每個崗位對物料的處理都集中在識別和記錄上,專職統(tǒng)計人員的處理則集中在收集、錄入、統(tǒng)計和整理上。目前,軟件行業(yè)內(nèi)最廣泛使用的信息識別和記錄方式為二維碼和RFID,運行平臺是Android或Win CE,常用平臺是手機和PDA,常用軟件為OFFICE和SQL,常用傳送平臺是網(wǎng)盤和專用服務器。通過這些常見的工作方式,選取最實用的軟件平臺,通過有效的數(shù)據(jù)規(guī)則編制,采用簡單結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫,將各種信息規(guī)范成一種模式,運用編程實現(xiàn)功能定制,繼而實現(xiàn)不同的信息處理需求。
對原管理對象、工作環(huán)境、管理流程進行深入分析發(fā)現(xiàn):
(1)管理對象包含各類標準件,但主要管理目標是各種購置或自制的非標預制件。如項目中的各種預制管段、預制鋼構(gòu)組件和特殊材質(zhì)管材等,因物資種類多,數(shù)量大,結(jié)構(gòu)各異,對該類物件的精準管理困難較大。
(2)工作環(huán)境主要為預制車間、物料存儲區(qū)和安裝現(xiàn)場,因多數(shù)物料體積較大,無法在廠庫室內(nèi)儲存,因此多儲存于特定堆料場地或現(xiàn)場堆料區(qū)。如該項目在預制廠劃定特定的區(qū)域,并分區(qū)進行特殊管道、管段、鋼材的堆放。
(3)物料管理流程如圖1所示,從圖中可知,在實際施工中,集中堆場、預制堆場和現(xiàn)場堆場占據(jù)了物料流程控制的重要環(huán)節(jié)。
圖1 原有物料的管理流程
此外,目前使用的傳統(tǒng)管理方式存在著大量的人工參與,如肉眼識別、手工抄錄、人工錄入等,也是造成物料信息追蹤效果不佳的因素之一。
通過采用移動信息采集、網(wǎng)絡信息傳遞、后臺數(shù)據(jù)庫處理的方式實現(xiàn)新式的管理,即借用最廣泛使用的硬、軟件降低操作難度,通過設(shè)計通用化模板制訂通用化規(guī)則,將所有操作規(guī)范成一種固定程序的處理方式,并可以實現(xiàn)不同項目的可定制[2],新管理模式見圖2。
圖2 新管理模式
整體方案(信息追蹤系統(tǒng)方案)的設(shè)計從硬件、軟件組成兩個方面考慮,見圖3。
圖3 信息追蹤系統(tǒng)方案的分解
(1)二維碼類型選擇。本方案直接選用二維碼進行討論,因工程施工物資一般為一次性使用,相較于RFID二維碼,其成本更低。
二維條碼/二維碼(two dimensionalbar code)是用某種特定的幾何圖形,按一定規(guī)律在平面(二維方向上)上分布黑白相間的圖形,來實現(xiàn)數(shù)據(jù)符號信息的記錄;而后通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備的自動識讀,實現(xiàn)信息的自動處理。目前最常見的二維碼有QR Code、PFD417、Data Matrix三種類型,其圖形見圖4,性能對比見表1。通過比對,最終選擇了綜合信息存儲能力、糾錯能力、解碼速度、識別方向性等都較強的QR Code形式的二維碼。
圖4 三種常見的二維碼類型
表1 三種類型二維碼的性能對比
(2)對QR型二維碼的現(xiàn)場測試。為了驗證QR型二維碼的適用性,測試人員模擬編寫了QR二維碼標簽中需要包含的信息,編輯了103個字符的打印試驗內(nèi)容,進行不同方向的掃描測試,以及標簽在油污、破損狀態(tài)下的掃描測試。測試發(fā)現(xiàn),QR二維碼從各個角度均可進行掃描,破損或污染部位仍可掃描,掃描成功率100%,掃描耗時低于1 s目標值。
(3)二維碼標簽種類的選擇。施工物料往往存儲于露天環(huán)境,需要經(jīng)歷多次吊裝和運輸,因此二維碼標簽需要有較好的粘接性、抗環(huán)境破壞性等。對常見四種材質(zhì)的二維碼標簽進行了性能試驗對比,見表2,最終選擇了PVC材質(zhì)的二維碼標簽。
表2 四種材質(zhì)的二維碼標簽性能試驗對比
(4)對PVC材質(zhì)標簽的現(xiàn)場測試?,F(xiàn)場分別對PVC標簽的貼合性、粘接性、耐水性、耐油污等方面做了驗證測試。測試證明,PVC材質(zhì)的二維碼標簽在物料不同弧度下、表面不同程度腐蝕情況下均可粘貼,且耐水、耐油污性良好。
(5)打印方式的選擇及測試。根據(jù)調(diào)查,二維碼標簽打印機分為熱轉(zhuǎn)印和熱敏打印兩種類型,但熱敏打印方式(如超市小票)無法長期保存,且不適用于PVC材質(zhì)的標簽打印,因此采用熱轉(zhuǎn)印方式?,F(xiàn)場對熱轉(zhuǎn)印出的二維碼標簽進行了破壞性試驗,經(jīng)硬幣剮蹭10次和水、油擦拭后,二維碼標簽字跡清晰,可100%有效掃描。
(6)采集工具的選擇。針對物料信息讀取要求快速、準確的要求,對目前廣泛使用的掃描槍、PDA智能終端、手機等信息采集工具(掃碼工具)進行了對比,對比情況如表3所示。
表3 常用信息讀取工具(掃碼工具)的對比
經(jīng)過對比,課題組選擇采用手機作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備,主要原因為:一是手機的普及率高,軟件更新?lián)Q代速度快,功能強大;二是PDA與手機相比沒有明顯軟件優(yōu)勢,從通用性和發(fā)展趨勢看手機安卓系統(tǒng)、IOS系統(tǒng)比PDA的自有系統(tǒng)更為優(yōu)秀;三是通常手機屏幕尺寸更大,便于信息的錄入;四是多數(shù)崗位無需專門配置手機,只需在日常用手機上安裝相應APP即可。
(7)現(xiàn)場對采集工具(手機)的測試?,F(xiàn)場使用紅米3S、OPPO A52、iPhone7等多款不同價位手機進行測試,均可以達到掃描效果。另外,目前市面手機,其攝像頭均可實現(xiàn)掃描速度低于1 s的要求。
(1)掃描軟件的選擇。圍繞提高工作效率目標,對國內(nèi)外相關(guān)APP進行了大量的排查和篩選,主要參數(shù)及對比情況見表4。
考慮可錄入、可定制界面和使用靈活性三個方面,最終選擇XScanpet軟件作為QR二維碼掃描軟件平臺。該軟件具備信息錄入、導出和無線傳輸功能,可以實現(xiàn)提高信息傳遞效率的目標。同時,其自定義界面無固定的流程限制,方便施工崗位快速部署。
表4 相關(guān)APP的主要參數(shù)及對比情況
(2)APP的使用測試。在XScanpet APP中編制了信息錄入界面,并測試了二維碼掃描、信息填寫、信息傳遞三項功能。三項功能均能完美實現(xiàn),XScanpet APP測試界面截圖見圖5。
圖5 XScanpet APP測試界面截圖
(3)后臺處理方式開發(fā)。以降低錯誤率、提高效率為目標,對單獨Excel、單獨Access、Excel+Access+VBA這3種方式進行對比,見表5。
表5 三種后臺處理方式的對比
綜合考慮表5的對比結(jié)果,最終采用Access+Excel+VBA的形式設(shè)計后臺,因其具有更少的人為因素,更高的信息處理速度,因而可以有效地縮短上報時間。最后,確定該后臺處理模式由以下部分組成:獨立掃描APP+獨立云平臺+獨立后臺處理軟件。
二維碼信息追蹤系統(tǒng)軟件的運作與原有工作方式相比主要有兩個環(huán)節(jié)變化較大:一是條碼標簽打印、粘貼替代記號筆在管道內(nèi)壁抄寫信息;二是掃描QR,自動生成信息報表且可快速查詢,替代手抄原始信息、人工輸入檢測信息。二維碼信息追蹤系統(tǒng)主要新工作方式與原有方式的詳細對比情況見表6。
該軟件主要包含兩個部分:數(shù)據(jù)采集軟件、信息處理軟件。為確保軟件的通用性和可定制性,在進行軟件的流程和需求分析時,以模塊化和可定制為準則,開展了軟件需求分析[3]。
6.1.1 流程分析
數(shù)據(jù)采集軟件流程為:物資供應方→物資倉儲方→物資預制、加工(如焊接、防腐)→產(chǎn)品倉儲方→產(chǎn)品安裝方。以上流程為主體流程,包含的關(guān)鍵步驟有三個:倉儲、加工、安裝,并以此進行需求分析。
表6 二維碼信息追蹤系統(tǒng)新方式與原方式對比
6.1.2 需求分析
需求分析內(nèi)容見表7。
表7 數(shù)據(jù)采集軟件需求分析
6.1.3 模式簡化與信息規(guī)范化
依據(jù)以上分析,課題組對數(shù)據(jù)采集模型進行了進一步的簡化,并對信息格式進行了以下的規(guī)范化約束:
(1)作為信息載體的標簽包含兩部分:明碼和QR二維碼。
(2)QR二維碼軟件界面包括兩部分:掃碼和輸入。
(3)QR二維碼盡可能包含全部可用信息,包括個體信息、批次信息、項目信息,確保隨后所有環(huán)節(jié)均可掃描QR二維碼,以獲取需用的信息。
(4)在QR二維碼中,不同信息的分隔符暫定為使用率較低的,采用反斜杠“”標記。
(5)在所有QR二維碼使用環(huán)節(jié)中,掃描二維碼后均為統(tǒng)一信息輸入界面??奢斎腩愋椭辽侔ǎ何谋尽?shù)字、QR碼、選擇列表、是/否、照片、用戶名、設(shè)備編碼、時間、日期、GPS坐標。
(6)信息輸入界面內(nèi)容可定制。
(7)采集軟件可導出和上傳常見格式的資料清單 (Excel)。
6.2.1 流程分析
信息處理軟件主要工作流程為:獲取信息(錄入或者導入)-自動完成計算-自動生成報告和報表-提供查詢功能。
6.2.2 需求分析
在數(shù)據(jù)處理軟件這個模塊,主要需要信息輸入和信息輸出兩部分,為提高軟件的開發(fā)速度和適用性,課題組籌劃首先使用OFFICE VBA自制軟件,同時為今后的開發(fā)積累經(jīng)驗。經(jīng)過6個月的制作和調(diào)試,2017年4月初自編制的信息處理軟件投入試運行,已實現(xiàn)以下主要功能:
(1)物料(管段、管件) 所在圖紙的圖紙編號,以及在圖紙中的具體位置編號。
(2)待生產(chǎn)信息導入。
(3)產(chǎn)品數(shù)量、面積、長度的自動計算。
(4)日生產(chǎn)信息的記錄。
(5)日消耗信息的記錄。
(6)質(zhì)檢信息的記錄(通過QR掃描、錄入獲?。?/p>
(7)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息和參數(shù)記錄(通過QR掃描、錄入獲?。?。
(8)報表信息的自動生成。
(9)質(zhì)檢報告的自動生成。
(10)生產(chǎn)信息的分類匯總和查詢。
(11)材耗信息的生成。
各崗位對于信息的查看需求不同,但內(nèi)容可以通過二維碼全部實現(xiàn)。另外,在該項目實施中,確定了一個崗位采用一張數(shù)據(jù)庫表單的方式,通過唯一編碼建立聯(lián)系的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu);同時,使用Excel實現(xiàn)導入功能,導入的項目可以由表中第一行所填寫的內(nèi)容進行定制,從而實現(xiàn)全崗位信息輸入的可定制化。信息導入功能的實現(xiàn)代碼如圖6所示。
圖6 信息導入功能的實現(xiàn)代碼
通過采用Access+Excel+VBA的形式,項目物料信息統(tǒng)計人員可輕易完成按種類、按區(qū)域、按時間、按接收批次、按防腐類型等劃分的多種報表生成。
經(jīng)過各種方案逐一比選,現(xiàn)場逐一測試,該項目的二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)的最佳方案如圖7所示(紅色部分為最終選擇方案)。
圖7 二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)的最佳方案(陰影部分)
對實際應用效果從物料入庫、焊接預制倒運、預制件防腐、成品出庫、現(xiàn)場領(lǐng)料安裝五個環(huán)節(jié)進行了檢查,統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表8所示。
表8 二維碼信息追蹤系統(tǒng)實際應用效果
從表8可以看出,物料信息追蹤錯誤率由2.00%下降至0.20%,同時減少了數(shù)據(jù)抄錄人力及時間,通過云傳遞、導入,削減了信息錄入時間,可以實現(xiàn)24 h內(nèi)更新物料系統(tǒng)數(shù)據(jù)。QR二維碼在實體項目施工中應用效果良好。
RAPID14項目開發(fā)的QR二維碼物料信息追蹤系統(tǒng)成功應用于復雜的施工現(xiàn)場,大大提高了物料信息追蹤的準確性和及時性,滿足了項目管理要求,得到了業(yè)主的好評,可為其他工程物料信息追蹤提供借鑒。