船舶建造焊縫無損檢測信息管理系統的設計與實現

劉 堅， 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構和管子的焊接工作量很大，焊接工藝根據材質、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)作為一種先進有效的檢測手段已在船舶建造中廣泛應用，但目前船舶企業對于NDT各環節均通過手工和Excel的方式進行管理，造成同一信息在不同環節重復輸入、同一信息在不同環節不一致、前后信息傳遞不及時等問題，數據統計分析依靠人工處理不僅費時而且很難保證時效性和準確性，因此有必要建立一個NDT信息管理系統對船舶建造過程的焊縫質量進行全面管控[2-6]。

1 NDT業務分析

完整的NDT過程分為多個階段，焊縫信息隨著每個階段不斷地深化和完善，最終形成完整的數據流。典型的業務流程環節如下：

(1)設計部門根據船級社技術要求，結合設計模型，對需要檢測的焊縫進行規劃，確定相應的檢測類型，生成NDT檢測圖和焊縫檢測庫。焊縫以分段、區域或系統為單位進行匯集，每條焊縫含有分段/系統號、焊縫標識號、材質、板厚、焊接方法、坡口和檢測長度等設計信息，為后續報驗提供基礎數據。

(2)人力資源部維護每名焊工的個人信息和持證信息，為后續焊縫實名分析和追蹤提供數據支撐。

(3)生產部門根據每天的生產情況，對完成的焊接工作進行報驗，在焊縫檢測庫中選擇需要報驗的NDT類型，每條焊縫的焊接工人同時進入報驗單，形成焊縫報驗信息的追蹤和焊縫的實名制。

(4)檢測部門依據生產部門提交的報驗信息去現場對焊縫進行相應的檢測，錄入相應的檢測結果信息，形成焊縫由設計到檢測的閉環。

(5)基于上述各環節產生的信息流，對各種數據進行統計分析，自動生成報表和檢測報告，提交至相關部門或船級社。

2 系統設計

船舶建造NDT信息管理系統采用先進的瀏覽器-服務器結構(Browser-Server，B/S結構)，在該結構下用戶通過瀏覽器及手機App對系統進行操作，較少部分事務邏輯在前端(Browser)實現，主要事務邏輯在服務器端(Server)實現。整個系統采用云平臺技術，擴展性良好，分3層體系：基礎設施即服務(Infrastructure as a Service，IaaS)層，平臺即服務(Platform as a Service，PaaS)層，軟件即服務(Software as a Service，SaaS)層。這種結構對客戶端進行統一，將系統功能實現的核心部分集中至服務器，簡化系統的開發、維護和使用，大幅減輕客戶端微機載荷，減少系統維護與升級的工作量，降低用戶的總體成本。系統框架如圖1所示。

圖1 NDT信息管理系統框架

(1)IaaS層。該層以云計算資源作為系統的基礎資源層，可適應多個基地的并行運行、集團化管控，是整個平臺的基礎設施。云計算資源包括主機、存儲、網絡及其他硬件設備，是實現虛擬化服務集群(云計算)的基礎資源，形成一個提供對應源頭的池化管理(包括網絡池、服務器池、存儲池等)，同時通過云管理平臺，提供智能安全平臺的運行環境等基礎服務。

(2)PaaS層。該層主要基于IaaS層提供統一的平臺化系統支撐服務，包括基礎組件層與業務組件層。主要服務包括統一權限管理、移動開發框服務、位置信息服務、數據服務、報表服務、消息服務等，這些基礎服務滿足云結構的部署方式，通過虛擬化、集群、負載均衡等技術提供云狀態服務，并可根據需要隨時定制及擴展。

(3)SaaS層。該層是平臺對外提供的業務應用服務，依托移動互聯網應用，對建造過程的質量實現生命周期的集中管控、大數據技術驅動的集團化管控，對質量管理的業務切分出若干單獨的應用模塊，形成若干質量管控的微服務。

后臺服務是基于WebAPI搭建的一個微服務輕量級框架，為應用層提供數據服務支撐。WebAPI是網絡應用程序接口，包含廣泛的功能，可實現存儲服務、消息服務、計算服務等能力，利用這些能力可開發出功能強大的Web應用。

3 主要功能模塊介紹

3.1 焊縫庫維護

設計部門完成分段的生產設計，在系統中對焊縫檢測的基本信息進行維護，供后續車間報驗使用。管理界面如圖2所示，可對分段、系統的基本信息和焊縫的設計信息進行維護。

圖2 焊縫庫維護

3.2 焊工管理

該功能用于對所有在職焊工的個人基本信息和焊接持證信息進行維護，為后續功能提供焊工基礎支撐。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中。

圖3 焊工管理

3.3 NDT報驗申請

車間內施工人員完成焊接，根據檢測計劃，在系統內將相應的焊縫NDT檢測申請提交至NDT探傷室。申請單的詳細內容如圖4所示，包含項目、分段、檢測類型及需要檢測的焊點等信息。

圖4 NDT報驗申請

3.4 檢測結果錄入

NDT探傷室檢驗員收到申請，采用相應的檢測方法對焊縫進行檢測。檢測完成，將各種檢測參數和結果錄入系統，此時一條焊縫的NDT形成完整閉環。檢測結果錄入如圖5所示，不同的檢測方法輸入的檢測參數不同。

3.5 焊縫自動追蹤和數據統計分析

檢測完成，形成一個完整的焊縫數據流，所有的數據均集中在系統中，系統根據規則對數據進行分析，將焊縫的設計信息和檢測信息關聯匹配，生成焊縫的追蹤信息，供生產部門判斷是否可進入下一道工序。

系統還可將數據集中匯總，自動生成NDT報告、一次合格率、檢驗員工作量、焊工工作記錄等重要的報表，為決策分析提供數據支撐，大幅減輕人工統計的工作量。

4 結 語

以船舶企業NDT管理的廣泛調研分析為基礎，深入分析各環節的數據輸入輸出流，形成詳細的業務需求分析，結合先進的軟件開發結構，完成NDT的信息化管理，并對全流程數據進行自動分析和計算，大幅提高船舶企業建造質量的NDT信息化管理水平。

系統目前已在多家船廠穩定運行，后續將基于積累的海量數據，結合先進的大數據分析和預測技術，對建造過程質量缺陷的趨勢和因素進行智能預測，做到事前預防、事后總結。