基于EN15085標(biāo)準(zhǔn)的大型養(yǎng)路機(jī)械焊接工藝智能化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

張發(fā)榮

（中國(guó)鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明650215）

0 引言

在鐵路車輛及其部件的制造過(guò)程中，焊接是一項(xiàng)特殊工藝。焊接工藝作為軌道車輛生產(chǎn)制造的核心技術(shù)，是衡量車輛裝備制造能力的重要標(biāo)志之一。焊接技術(shù)水平的提升直接關(guān)系到車輛品質(zhì)、制造成本及生產(chǎn)周期[1]。鐵建裝備于2012年通過(guò)EN15085焊接體系CL1級(jí)認(rèn)證，取得了走向國(guó)際市場(chǎng)的通行證。該體系經(jīng)過(guò)近九年的有效運(yùn)行，建立了一套完善的焊接質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理體系，也培養(yǎng)了一支掌握國(guó)際先進(jìn)制造理念的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝研發(fā)人員隊(duì)伍，全面提升了鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的焊接水平和焊接質(zhì)量。

焊接工藝規(guī)程（WPS）是把焊接工藝評(píng)定（WPQR）當(dāng)作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將具體的產(chǎn)品當(dāng)作焊接對(duì)象，來(lái)指導(dǎo)焊接生產(chǎn)過(guò)程的一整套經(jīng)過(guò)評(píng)定合格的焊接工藝文件。合理的WPS是確保制造符合規(guī)范要求的焊縫的關(guān)鍵因素。目前公司的WPS均采用手工編制，這不但要求編制人員有豐富的焊接實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且在編制過(guò)程中，還需查詢各種國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和焊接工藝評(píng)定報(bào)告，導(dǎo)致整個(gè)編制過(guò)程周期長(zhǎng)，效率低。受限于編制人員的經(jīng)驗(yàn)、水平，手頭掌握的資料多寡，資料質(zhì)量的好壞等因素，WPS的品質(zhì)難以得到保證，質(zhì)量良莠不齊，其中難免出現(xiàn)各種疏漏和錯(cuò)誤。此外，每個(gè)工程師編制的WPS電子檔都是保存在自己手上或僅在項(xiàng)目組內(nèi)部流轉(zhuǎn)，沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)劃的存檔方案。僅靠紙質(zhì)檔案根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)文件共享，通用性、重用性更是無(wú)從談起。

在目前公司新產(chǎn)品不斷增加，研發(fā)人員平均從業(yè)年限不斷下降的背景下，開(kāi)發(fā)一個(gè)焊接工藝規(guī)程智能化系統(tǒng)，不但可以解決當(dāng)務(wù)之急，把工藝人員從繁復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)查找，規(guī)則對(duì)照等工作中解脫出來(lái)，從而提高工作效率和工作質(zhì)量，縮短工藝開(kāi)發(fā)周期，保障工藝規(guī)程準(zhǔn)確性、規(guī)范性，提高WPS管理水平，增加WPS重用性，也符合公司實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公、數(shù)字化生產(chǎn)，智能化管理的大趨勢(shì)[2]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

要開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)遵循焊接工藝的一般流程，能夠緊密結(jié)合公司生產(chǎn)需要，滿足EN15085焊接管理體系的相關(guān)要求，滿足以下功能：

（1）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)母材/焊材庫(kù)、焊接接頭庫(kù)、焊接標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、焊接工藝評(píng)定（WPS）及焊接工藝規(guī)程（WPS）等各類焊接工藝文件的管理，如編制、生成、存儲(chǔ)、匯總、在線瀏覽、打印、報(bào)批、審批、修改、刪除及查詢等；

（2）系統(tǒng)具有按照母材牌號(hào)、材料厚度、焊接方法及接頭形式等進(jìn)行查詢各類焊接工藝文件的功能；

（3）系統(tǒng)能根據(jù)焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求，自動(dòng)引導(dǎo)編制各類焊接工藝評(píng)定（WPQR)文件；

（4）系統(tǒng)能自動(dòng)判斷焊接接頭適用的工藝評(píng)定，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際編制生成焊接工藝規(guī)程（WPS）；

（5）系統(tǒng)能對(duì)焊接工藝規(guī)程的產(chǎn)生進(jìn)行智能化判斷；

（6）系統(tǒng)能夠提供適應(yīng)權(quán)限的編制、審核、批準(zhǔn)等動(dòng)態(tài)管理；

（7）系統(tǒng)能提供有效的數(shù)據(jù)安全機(jī)制，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全；

（8）系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，可對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展。

1.2 總體框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，必須充分考慮到目前及可預(yù)見(jiàn)的功能、性能及安全需求，確保結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)需求的調(diào)整。焊接工藝智能化系統(tǒng)劃分為四層進(jìn)行架構(gòu)，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層和用戶層。

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括系統(tǒng)開(kāi)發(fā)運(yùn)行支撐環(huán)境，如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等，支撐環(huán)境是整個(gè)軟件系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的保障。數(shù)據(jù)層主要是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)操作所需的支撐工具。應(yīng)用服務(wù)層主要是支撐系統(tǒng)頁(yè)面正確運(yùn)轉(zhuǎn)所需的后臺(tái)服務(wù)支撐。用戶層主要是用戶交互頁(yè)面的功能模塊。系統(tǒng)總體框架圖見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體框架

1.3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

焊接工藝智能化系統(tǒng)的功能架構(gòu)分為了三個(gè)模塊，分別是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、焊接工藝規(guī)程模塊和系統(tǒng)管理模塊，軟件架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)

1.4 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

焊接工藝智能化系統(tǒng)硬件支撐主要包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及服務(wù)器支撐環(huán)境，依照應(yīng)用系統(tǒng)部署需求，應(yīng)用系統(tǒng)部署在鐵建裝備內(nèi)網(wǎng)。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 軟件平臺(tái)的選擇

系統(tǒng)完成后，不僅要優(yōu)質(zhì)、高效地實(shí)現(xiàn)需求，還要具有良好的安全性、可靠性和便捷性，所以選擇了瀏覽器/服務(wù)器模式（即Browser/Server模式）。這樣，客戶機(jī)上只要有瀏覽器就可以使用系統(tǒng)，大大減輕了客戶機(jī)的負(fù)擔(dān)，也可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨終端使用。相應(yīng)地，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇的是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言Java，它有卓越的通用性、高效性和安全性，適合用來(lái)開(kāi)發(fā)可靠性要求高的系統(tǒng)[2]。此外，還用到了JavaScript、CSS、HTML。數(shù)據(jù)庫(kù)選用的是MySQL。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.2.1 表設(shè)計(jì)

正確地進(jìn)行表設(shè)計(jì)（正式名稱是“數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化”，包括表的命名規(guī)范等），使用正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不僅便于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的存取操作，而且可以極大地簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的其他內(nèi)容（查詢、報(bào)表、代碼等）。基本表及其字段之間的關(guān)系,盡量滿足第三范式，必要時(shí)適當(dāng)降低范式標(biāo)準(zhǔn)，增加冗余，在運(yùn)行效率和存儲(chǔ)空間之間取得平衡。

2.2.2 庫(kù)的流程和邏輯設(shè)計(jì)

每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都要執(zhí)行添加、修改、刪除、查詢、瀏覽、導(dǎo)出到Excel等操作，接下來(lái)需要對(duì)每個(gè)庫(kù)的各個(gè)操作設(shè)計(jì)處理流程。如焊材信息的處理流程設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 焊材信息的處理流程

2.3 界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的界面框架由三部分組成，分別是：菜單欄、header欄、Tab標(biāo)簽欄及標(biāo)簽頁(yè)。菜單欄是整個(gè)系統(tǒng)的功能頁(yè)面路徑索引，共兩級(jí)菜單項(xiàng)，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊展開(kāi)或收起，一級(jí)菜單項(xiàng)默認(rèn)為展開(kāi)狀態(tài)。Header欄主要是系統(tǒng)樣式設(shè)置以及當(dāng)前用戶信息操作。Tab標(biāo)簽欄及標(biāo)簽頁(yè)是系統(tǒng)的功能頁(yè)面顯示部分，能顯示多個(gè)標(biāo)簽頁(yè)信息，默認(rèn)顯示首頁(yè)且首頁(yè)無(wú)法關(guān)閉，其他標(biāo)簽頁(yè)可手動(dòng)關(guān)閉。

2.4 權(quán)限管理

系統(tǒng)具有完善的權(quán)限管理方案，內(nèi)置了三種用戶角色:超級(jí)管理員、管理員和一般用戶。不同角色可配置不同權(quán)限，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置。用戶的權(quán)限取決于他所屬的角色類別，還可以根據(jù)工作崗位調(diào)整角色、啟用和停用。超級(jí)管理員擁有所有權(quán)限。

2.5 功能設(shè)計(jì)

用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，可以進(jìn)行母材、焊材、保護(hù)方式、接頭信息、工藝評(píng)定等的添加、修改、查詢、預(yù)覽，下載，批量導(dǎo)出等操作，也可以進(jìn)行WPS的編制、審批、查閱（需要有相關(guān)權(quán)限）。為了提高效率，減少錯(cuò)誤，保證質(zhì)量，根據(jù)公司實(shí)際情況，通過(guò)一系列人性化的設(shè)置，把一些經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)固化到了系統(tǒng)內(nèi)部，大大減少手動(dòng)輸入的煩瑣，減少人為疏漏對(duì)數(shù)據(jù)的影響，提高了系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)[2]。比如：

（1）提供下拉選項(xiàng)，減少手工輸入，避免人為錯(cuò)誤的發(fā)生；

（2）設(shè)置填充規(guī)則，必填項(xiàng)為空或者填充內(nèi)容不符合規(guī)則會(huì)彈出提示框；

（3）設(shè)置數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，比如填入母材牌號(hào)會(huì)自動(dòng)選擇材料級(jí)別，母材類別選板材時(shí)，外徑變?yōu)椋篘/A不適用等；

（4）常用內(nèi)容自動(dòng)填充，也可根據(jù)需要修改，比如母材級(jí)別分類標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)為：ISO/TR 15608；

圖3 母材信息錄入

2.6 WPS生成

系統(tǒng)搭建完成后，對(duì)母材信息庫(kù)，焊村信息庫(kù)，保護(hù)方式庫(kù)、焊接接頭庫(kù)、工藝評(píng)定庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)信息庫(kù)進(jìn)行了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入。這個(gè)過(guò)程其實(shí)也是對(duì)系統(tǒng)功能的測(cè)試。

接下來(lái)就是最核心的部分：WPS的生成。選定一個(gè)焊接接頭，系統(tǒng)通過(guò)接頭信息調(diào)用相應(yīng)的WPQR，根據(jù)WPQR的內(nèi)容調(diào)用其他各庫(kù)的內(nèi)容，生成預(yù)焊接工藝規(guī)程pWPS。焊接工藝開(kāi)發(fā)人員根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整后，提交審批，審批合格后生成正式WPS，供打印下發(fā)。這種過(guò)程可用以下流程圖表示：

圖4 WPS生成流程圖

審批完之后的WPS即可導(dǎo)出和打印，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本焊接工藝智能化系統(tǒng)從公司實(shí)際出發(fā)，針對(duì)性強(qiáng)，解決了公司焊接工藝編制周期長(zhǎng)，質(zhì)量不均一，焊接工藝文件無(wú)法共享和重用等痛點(diǎn)問(wèn)題，降低了編制門檻，提高了WPS編制效率和質(zhì)量，規(guī)范了焊接工藝文件的管理，建立了焊接知識(shí)庫(kù)，為新產(chǎn)品的焊接工藝開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)，提高了企業(yè)的信息化辦公、無(wú)紙化辦公程度。

另外，本系統(tǒng)從前期規(guī)劃到后期部署和系統(tǒng)維護(hù)都是由公司內(nèi)部人員完成，它也是公司在軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面實(shí)力的一次展示和明證。