船舶建造焊縫無損檢測信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 堅(jiān)， 王鵬宇， 郭 威， 祁 超

(上海船舶工藝研究所，上海 200032)

0 引 言

在船舶建造過程中船體結(jié)構(gòu)和管子的焊接工作量很大，焊接工藝根據(jù)材質(zhì)、部位等因素各不相同，而手工焊接的工作比例較大，工人的焊接水平參差不齊[1]。無損檢測(Nondestructive Testing, NDT)作為一種先進(jìn)有效的檢測手段已在船舶建造中廣泛應(yīng)用，但目前船舶企業(yè)對(duì)于NDT各環(huán)節(jié)均通過手工和Excel的方式進(jìn)行管理，造成同一信息在不同環(huán)節(jié)重復(fù)輸入、同一信息在不同環(huán)節(jié)不一致、前后信息傳遞不及時(shí)等問題，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析依靠人工處理不僅費(fèi)時(shí)而且很難保證時(shí)效性和準(zhǔn)確性，因此有必要建立一個(gè)NDT信息管理系統(tǒng)對(duì)船舶建造過程的焊縫質(zhì)量進(jìn)行全面管控[2-6]。

1 NDT業(yè)務(wù)分析

完整的NDT過程分為多個(gè)階段，焊縫信息隨著每個(gè)階段不斷地深化和完善，最終形成完整的數(shù)據(jù)流。典型的業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)如下：

(1)設(shè)計(jì)部門根據(jù)船級(jí)社技術(shù)要求，結(jié)合設(shè)計(jì)模型，對(duì)需要檢測的焊縫進(jìn)行規(guī)劃，確定相應(yīng)的檢測類型，生成NDT檢測圖和焊縫檢測庫。焊縫以分段、區(qū)域或系統(tǒng)為單位進(jìn)行匯集，每條焊縫含有分段/系統(tǒng)號(hào)、焊縫標(biāo)識(shí)號(hào)、材質(zhì)、板厚、焊接方法、坡口和檢測長度等設(shè)計(jì)信息，為后續(xù)報(bào)驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)人力資源部維護(hù)每名焊工的個(gè)人信息和持證信息，為后續(xù)焊縫實(shí)名分析和追蹤提供數(shù)據(jù)支撐。

(3)生產(chǎn)部門根據(jù)每天的生產(chǎn)情況，對(duì)完成的焊接工作進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，在焊縫檢測庫中選擇需要報(bào)驗(yàn)的NDT類型，每條焊縫的焊接工人同時(shí)進(jìn)入報(bào)驗(yàn)單，形成焊縫報(bào)驗(yàn)信息的追蹤和焊縫的實(shí)名制。

(4)檢測部門依據(jù)生產(chǎn)部門提交的報(bào)驗(yàn)信息去現(xiàn)場對(duì)焊縫進(jìn)行相應(yīng)的檢測，錄入相應(yīng)的檢測結(jié)果信息，形成焊縫由設(shè)計(jì)到檢測的閉環(huán)。

(5)基于上述各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息流，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成報(bào)表和檢測報(bào)告，提交至相關(guān)部門或船級(jí)社。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

船舶建造NDT信息管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的瀏覽器-服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Browser-Server，B/S結(jié)構(gòu))，在該結(jié)構(gòu)下用戶通過瀏覽器及手機(jī)App對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，較少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實(shí)現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)采用云平臺(tái)技術(shù)，擴(kuò)展性良好，分3層體系：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS)層，平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS)層，軟件即服務(wù)(Software as a Service，SaaS)層。這種結(jié)構(gòu)對(duì)客戶端進(jìn)行統(tǒng)一，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中至服務(wù)器，簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用，大幅減輕客戶端微機(jī)載荷，減少系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的工作量，降低用戶的總體成本。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 NDT信息管理系統(tǒng)框架

(1)IaaS層。該層以云計(jì)算資源作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)資源層，可適應(yīng)多個(gè)基地的并行運(yùn)行、集團(tuán)化管控，是整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施。云計(jì)算資源包括主機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及其他硬件設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)虛擬化服務(wù)集群(云計(jì)算)的基礎(chǔ)資源，形成一個(gè)提供對(duì)應(yīng)源頭的池化管理(包括網(wǎng)絡(luò)池、服務(wù)器池、存儲(chǔ)池等)，同時(shí)通過云管理平臺(tái)，提供智能安全平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境等基礎(chǔ)服務(wù)。

(2)PaaS層。該層主要基于IaaS層提供統(tǒng)一的平臺(tái)化系統(tǒng)支撐服務(wù)，包括基礎(chǔ)組件層與業(yè)務(wù)組件層。主要服務(wù)包括統(tǒng)一權(quán)限管理、移動(dòng)開發(fā)框服務(wù)、位置信息服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、消息服務(wù)等，這些基礎(chǔ)服務(wù)滿足云結(jié)構(gòu)的部署方式，通過虛擬化、集群、負(fù)載均衡等技術(shù)提供云狀態(tài)服務(wù)，并可根據(jù)需要隨時(shí)定制及擴(kuò)展。

(3)SaaS層。該層是平臺(tái)對(duì)外提供的業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)，依托移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，對(duì)建造過程的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)生命周期的集中管控、大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的集團(tuán)化管控，對(duì)質(zhì)量管理的業(yè)務(wù)切分出若干單獨(dú)的應(yīng)用模塊，形成若干質(zhì)量管控的微服務(wù)。

后臺(tái)服務(wù)是基于WebAPI搭建的一個(gè)微服務(wù)輕量級(jí)框架，為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。WebAPI是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口，包含廣泛的功能，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)服務(wù)、消息服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等能力，利用這些能力可開發(fā)出功能強(qiáng)大的Web應(yīng)用。

3 主要功能模塊介紹

3.1 焊縫庫維護(hù)

設(shè)計(jì)部門完成分段的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)中對(duì)焊縫檢測的基本信息進(jìn)行維護(hù)，供后續(xù)車間報(bào)驗(yàn)使用。管理界面如圖2所示，可對(duì)分段、系統(tǒng)的基本信息和焊縫的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行維護(hù)。

圖2 焊縫庫維護(hù)

3.2 焊工管理

該功能用于對(duì)所有在職焊工的個(gè)人基本信息和焊接持證信息進(jìn)行維護(hù)，為后續(xù)功能提供焊工基礎(chǔ)支撐。功能如圖3所示，焊工的部門、班組、姓名等信息均保存在系統(tǒng)中。

圖3 焊工管理

3.3 NDT報(bào)驗(yàn)申請(qǐng)

車間內(nèi)施工人員完成焊接，根據(jù)檢測計(jì)劃，在系統(tǒng)內(nèi)將相應(yīng)的焊縫NDT檢測申請(qǐng)?zhí)峤恢罭DT探傷室。申請(qǐng)單的詳細(xì)內(nèi)容如圖4所示，包含項(xiàng)目、分段、檢測類型及需要檢測的焊點(diǎn)等信息。

圖4 NDT報(bào)驗(yàn)申請(qǐng)

3.4 檢測結(jié)果錄入

NDT探傷室檢驗(yàn)員收到申請(qǐng)，采用相應(yīng)的檢測方法對(duì)焊縫進(jìn)行檢測。檢測完成，將各種檢測參數(shù)和結(jié)果錄入系統(tǒng)，此時(shí)一條焊縫的NDT形成完整閉環(huán)。檢測結(jié)果錄入如圖5所示，不同的檢測方法輸入的檢測參數(shù)不同。

3.5 焊縫自動(dòng)追蹤和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

檢測完成，形成一個(gè)完整的焊縫數(shù)據(jù)流，所有的數(shù)據(jù)均集中在系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將焊縫的設(shè)計(jì)信息和檢測信息關(guān)聯(lián)匹配，生成焊縫的追蹤信息，供生產(chǎn)部門判斷是否可進(jìn)入下一道工序。

系統(tǒng)還可將數(shù)據(jù)集中匯總，自動(dòng)生成NDT報(bào)告、一次合格率、檢驗(yàn)員工作量、焊工工作記錄等重要的報(bào)表，為決策分析提供數(shù)據(jù)支撐，大幅減輕人工統(tǒng)計(jì)的工作量。

4 結(jié) 語

以船舶企業(yè)NDT管理的廣泛調(diào)研分析為基礎(chǔ)，深入分析各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)輸入輸出流，形成詳細(xì)的業(yè)務(wù)需求分析，結(jié)合先進(jìn)的軟件開發(fā)結(jié)構(gòu)，完成NDT的信息化管理，并對(duì)全流程數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和計(jì)算，大幅提高船舶企業(yè)建造質(zhì)量的NDT信息化管理水平。

系統(tǒng)目前已在多家船廠穩(wěn)定運(yùn)行，后續(xù)將基于積累的海量數(shù)據(jù)，結(jié)合先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析和預(yù)測技術(shù)，對(duì)建造過程質(zhì)量缺陷的趨勢和因素進(jìn)行智能預(yù)測，做到事前預(yù)防、事后總結(jié)。