船體分段制造質量信息追溯及軟件實現

郭 威，劉 堅，王鵬宇，任文彬

(1.上海申博信息系統工程有限公司，上海 200032； 2.上海船舶工藝研究所，上海 200032)

0 引 言

質量信息反應出來的企業生產運行狀態在很大程度上影響造船企業內部的管理方法模式。當前國內船廠船體分段制造質量信息大多是人為記錄和整理，由于質量業務的種類繁多，在過程中產生的質量信息門類雜且涉及專業面廣、數據結構不統一，分析過程具有非結構性和不確定性等特點，所以難以形成固定、通用的質量信息分析流程和模式，船體分段制造質量信息的綜合分析統計工作比較粗放、準確性低，質量信息追溯工作更是無法開展[1]。

1 船體分段制造質量信息追溯技術

1.1 技術方案

建立船體分段制造質量信息追溯需求框架，對每項質量信息追溯內容建立追溯方案。研究設計信息、生產信息、質量檢驗信息的關聯，實現船體分段制造質量信息的可追溯。

通過分析分段制造實際生產過程中質量信息追溯的具體需求，明確追溯所需的設計信息、生產信息、質量檢驗信息，建立船體分段制造質量信息追溯需求框架，如材料追溯所需的材料信息、證書信息、爐號和批號信息、報驗信息等[2]。

基于船體分段制造質量信息追溯需求框架，研究所需質量信息之間的關聯關系，建立質量信息追溯方案，明確從質量信息數據庫中需要抽取的檢驗信息內容，分析材料、零件、焊縫等在報驗、檢驗過程中的數據格式及關聯規則[3]，實現追溯對象信息的快速提取及追溯內容的重新組織。

1.2 關系模型

針對船體分段制造質量信息追溯技術的研究，主要包含原材料信息追溯和焊縫信息追溯兩方面。建立船體分段制造質量信息數據庫模型的步驟如下：(1)針對質量信息數據庫的設計開展需求分析，通過逐步設計，確定質量信息數據庫的數據流程、交互方式和設計范圍；(2)以數據分析過程為導向，比較并確定相應的數據分析方法，通過梳理分析船體分段制造質量的相關過程，得到船體分段制造質量管控的流程圖；(3)根據質量信息數據庫的要求，分析各種概念型數據模型的優劣并開展概念設計；(4)將概念設計的結果作為輸入，選用關系型模型即實體-聯系(Entity-Relationship Diagram,E-R)數據模型進行描述，以確定船體分段制造質量信息追溯的各實體及相互關系，并繪制出關系圖；(5)根據船體分段制造質量信息追溯的需求分析和概念設計結果確定船體分段制造質量信息數據系統的各模塊及對應實體的全部屬性，實現E-R數據模型向關系型數據模型的轉換，并初步確定質量信息數據庫系統的模塊圖。

1.3 追溯方式

(1) 追溯指定批次鋼材生產的具體零件及分段中的具體位置。該方式可追溯某批次鋼材在分段中的分布及對應的組立關系。由于一般的質量分析和追溯軟件并不能關聯材料的證書信息，在分段結構出現質量問題時，往往不能分析問題區域材料的質量信息，更無法排查對應批號鋼板在其他結構的質量情況。

(2) 在缺陷發生時，追溯施工日期當日另外進行的焊接施工。該方式可考慮天氣環境因素對焊接質量產生的影響，并且在缺陷發生時可對相應工作進行重點檢查。因為焊接施工在船體分段制造過程中的占比非常大，用傳統紙質記錄的追溯方法很難進行此項追溯分析。

(3) 追溯問題焊縫施工記錄，包括焊工、焊機、焊材、焊接電壓、焊接電流、焊接速度等。該方式基于對船體分段制造過程中工作量較大的焊接過程歷史數據進行監控記錄，實現對問題焊縫施工記錄的追溯分析。

(4) 追溯統計各分段易出現的質量問題，便于進行重點跟蹤和尋找解決方案。由于不同焊接結構形式在焊接過程中，大多會產生不同的拘束形式，可形成不同的變形和應力，所以常出現不同的質量缺陷。該方式可將質量問題按照結構類型、材料/材質、工藝方法、焊接方法、人員水平等因素分別進行統計分析。

(5) 追溯某焊工的焊接工作和產生的焊接問題。該方式依托焊接實名登記，對焊工的質量考核進行量化，實現將質量指標細化分解的目標。

1.4 模型實現

通過建立原材料和焊接質量數據的信息數據庫，明確船體分段制造質量信息管控的業務過程和數據流程，可實現原材料和焊縫質量的信息追溯。針對發生質量問題的焊縫，在焊縫庫管理界面輸入焊縫編號后，可追溯焊縫的相關信息。通過組立零件結構樹查詢問題焊縫相鄰的零件信息，在原材料管理界面中查詢對應零件使用的鋼材批號，通過關聯的原材料證書追溯該批鋼材的成分、性能和生產制造等信息，實現對發生質量問題的焊縫完成其裝配零件的原材料信息追溯。另一方面，問題焊縫的焊工、焊接施工情況及相應的檢驗記錄、缺陷情況等，需要從焊工管理、施工管理、無損檢測(Nondestructive Testing,NDT)、質量檢驗等過程數據中分別進行追溯，完成焊接過程和焊接施工責任的信息追溯。在上述數據模型實現的過程中，由于船體分段制造質量信息追溯涉及多個數據表的信息調用，所以如何進行信息追溯優化也是模型能否實現的關鍵因素之一。

1.5 解決方案

船體分段原材料信息追溯，追溯內容包括設計物料清單(Bill of Material,BOM)分段零件信息、采購中心原材料信息、原材料檢驗信息、下料車間切割信息，利用分段零件編號的唯一性，基于質量管控數據庫，自動關聯相關信息，實現原材料信息追溯，如圖1所示。

圖1 原材料信息追溯流程

船體分段焊縫信息追溯，追溯內容包括BOM數據中心焊縫集合信息、焊接工藝信息、焊工信息庫個人信息、焊工持證信息、NDT檢驗信息、裝配檢驗信息、外觀檢驗信息等，利用焊縫編碼和焊工信息的唯一性，實現船體分段焊縫信息追溯[4]，如圖2所示。

圖2 焊縫信息追溯流程

2 船體分段制造質量信息追溯軟件實現

根據業務模型的需要，以瀏覽器-服務器結構(Browser-Server,B/S結構)作為船體分段制造質量信息追溯軟件架構，結構化查詢語言(Structured Query Language,SQL)Server 2008R2作為數據庫存儲工具。經過前期的技術調研，Google的前端JS框架AngularJS具有的模型-視圖-控制器(Mode-View-Controller,MVC)框架、自動數據雙向綁定、依賴注入等特性[5]，適合船體分段制造質量信息追溯軟件數據銜接、信息大量調用的需要。

2.1 原材料信息追溯

2.1.1 原材料信息管理

原材料信息管理包括材料類型、技術協議編號、采購合同號、采購單號、規格、型號、等級、數量、爐號、批號、重量、備注、項目編號、錄入時間等信息，如圖3所示。

2.1.2 原材料證書信息管理

原材料證書信息管理包括證書類型、證書編號、頁碼、中文名、英文名、過期時間、頁數、備注、對應技術協議號、對應采購單號、關聯物資、附件等信息，如圖4所示。圖4中無底色的證書記錄表示證書在有效期內，淺底色的證書記錄表示證書即將過期(一周內)，深底色的證書記錄表示證書已經過期。

2.1.3 信息關聯管理

為在下一步的原材料信息追溯工作中可直接查看對應零件的材料及證書信息，在上述原材料信息管理界面和原材料證書信息管理界面中可將原材料信息和原材料證書信息進行關聯。

2.1.4 原材料信息追溯管理

原材料信息追溯界面可通過組立結構樹對分段節點進行新增、編輯、刪除操作。選中已經添加/導入過零件信息的分段，點擊刪除所有零件，即可清空該分段節點下所有零件信息。選中未導入零件信息的分段，在右側界面中可一鍵導入零件表，實現對零件的零件號、所屬分段號、所屬組立號、設計材質、原材料材質、規格、數量、重量、套料號、批號、關聯的證書號、對應證書頁碼等信息進行追溯管理，如圖5所示。原材料信息追溯管理將爐號相同的材料證書信息自動匹配到列表中，可通過點擊對應的證書號查看原材料證書信息。

圖3 原材料信息管理界面

圖4 原材料證書信息管理界面

圖5 原材料信息追溯管理界面

2.2 焊縫信息追溯

2.2.1 焊縫信息維護管理

焊縫信息維護管理界面可通過結構樹對船體分段的分類編碼節點進行新增、編輯、刪除操作。對需要追溯的焊縫按照結構-重要、結構-普通、舾裝結構、舾裝管系、舾裝電氣、舾裝輪機等分類編碼，下一級結構樹可對船體分段進行維護，右側界面記錄焊縫對應的圖紙編號、零件號、設備名或管件號，得到完整的焊縫編碼庫，如圖6所示。

2.2.2 焊縫報驗管理

在檢報驗過程中可選取已維護的焊縫信息，包括對應焊縫的剖面/管件號、焊縫號(檢測點)、檢測長度、單雙面、件數、接頭類型、坡口形式、焊接方法、材質、板厚/規格、焊工號、焊接完成時間等。其中，通過焊縫號與焊工號的關聯實現焊接實名制，可追溯焊工的基本信息，包括姓名、身份證號等，以及焊接資質信息，包括焊工的持證情況、對應證書編號、授予焊接方法、發證機關、證書在廠狀態、證書是否有效等，如圖7所示。

2.2.3 焊縫信息追溯管理

在焊縫信息追溯管理界面可完成對焊縫庫維護的焊縫信息與檢驗過程調用焊縫信息的自動匹配，實現按船體分段的分類類型、按分段對焊縫號、檢驗類型、剖面/管件號、班組、最終檢驗狀態、最終檢驗日期、初檢日期、返修日期等信息進行追溯管理，如圖8所示。

圖6 焊縫信息維護管理界面

圖7 焊縫報驗管理界面

圖8 焊縫信息追溯管理界面

3 結 語

質量追溯是造船企業質量管理較為重要的工作之一，且利用信息化系統進行質量信息的追溯是提高質量管理效率的必要條件。基于對船體分段制造質量信息追溯需求的梳理，開展船體分段制造質量信息追溯技術研究，依托其他信息系統，將質量信息記錄到數據庫內，按照需求統計、處理這些數據信息，可對船舶制造質量管理狀態提供評價，為造船企業管理決策提供數據支撐。