基于云架構的船舶建造焊縫檢測管理系統

王 晨，王鵬宇，許 凌

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

0 引 言

焊接施工管理和質量管理直接影響產品及工程的安全運行和使用壽命[1]。焊縫檢測作為管理的重要環節，直接影響船舶建造質量。船舶建造焊縫檢測存在原始數據缺乏、檢測數據集中管理困難、檢測結果無法溯源等問題，已成為我國船舶高質量發展的痛點問題。

在當前船舶建造焊縫檢測工藝中，無損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)技術已得到廣泛應用，檢測效果得到行業的認可[2]。常見的NDT方式主要為液體滲透探傷、超聲波探傷及射線探傷。由于焊縫檢測業務種類繁多，數據繁雜且涉及專業面廣、數據結構不統一，分析過程具有非結構性和不確定性，使建造現場的焊縫檢測分析統計工作比較粗放、準確性低[3]，因此需要船舶建造焊縫檢測管理系統管理和使用數據，提高焊縫檢測效率和質量。

近年來隨著云計算應用的興起，云架構技術越來越多地應用于各類云計算的軟件系統。云架構并沒有準確的科學定義，比較公認的云架構劃分為基礎設施即服務(Infrastructure as a Service，IaaS)、平臺即服務(Platform as a Service，PaaS)和軟件即服務(Software as a Service，SaaS)等3個層次[4]。云架構技術可使系統存儲大量的數據[5]，幾乎為無限存儲；在計算機崩潰時，所有數據在云中均為安全狀態，仍可對系統進行訪問；支持多用戶同時在線協同工作，并可保證系統的運行速度。

1 系統需求分析

船舶建造焊縫檢測是一項涉及多專業和多部門的工作，在系統研發時需要考慮各專業的特殊需求和各部門的角色定位與系統使用權限。不僅造船企業可組織人員進行焊縫檢測，而且船舶所有人和船級社人員可按規范要求進行焊縫檢測。因此，系統需要根據檢測人員的身份對檢測流程和使用權限加以區分。NDT是目前船舶建造的主要檢測手段，系統需要覆蓋整個NDT的業務流程，并根據NDT的檢測數據自動生成相關的NDT報告，保證檢測報告與焊縫檢測原始記錄關聯時的一致性，支持檢測數據的溯源。焊接工人需要經專業的焊接培訓獲得相關焊接資質證書后方可進行焊接活動。因此，系統需要管理焊接工人的個人信息及所持焊接證書的信息。

2 系統架構設計

云架構技術可使系統存儲大量的數據，并可保證系統運行的速度及安全性。造船企業的焊縫檢測業務流程并不完全相同，采用云架構技術可使系統具備良好的柔性和可配置性，可根據對船舶建造焊縫檢測管理及流程定制的需求，通過配置SaaS，快速滿足造船企業的差異化需求，縮短系統研發周期。云架構設計的難點在于將實際的各種業務需求進行抽象歸類，設計云架構各層級的具體功能。通過運用現代造船模式，結合造船企業實際的作業環境、業務需求和業務流程，設計船舶建造焊縫檢測管理系統架構，如圖1所示。

圖1 船舶建造焊縫檢測管理系統架構

IaaS提供與焊縫檢測數據管理相關的基礎設施類服務，包括云服務器、檢測數據庫、工藝知識庫、安全與管理及大規模計算，為系統提供必要的數據服務支持。

PaaS提供組件服務，分為業務組件和基礎組件。業務組件包括數據服務、報表服務、消息服務及業務規則引擎等。基礎組件包括統一權限認證管理、設備物聯數據采集及移動應用開發平臺。業務組件主要為應用層功能提供通用的軟件功能服務，而基礎組件主要提供數據接口類服務。

SaaS提供具體的功能服務，分為基礎功能和應用功能。基礎功能包括基礎信息管理、權限管理及流程管理。應用功能包括檢測工藝管理、檢測任務管理及焊工信息管理等。基礎功能提供系統的基本數據管理服務，應用功能針對具體的業務應用場景提供服務。

3 系統功能設置

船舶建造焊縫檢測管理系統可覆蓋船舶建造焊縫檢測的整個流程，如圖2所示。系統可使焊縫檢測數據回溯至任意建造階段。

圖2 船舶建造焊縫檢測流程

系統由4個功能模塊構成，分別為常規檢驗(Routine Inspection，RI)、NDT、焊工管理(Welder Management，WM)及基本數據管理(Basic Data Management，BDM)。

RI主要分為結構、輪機、電氣、內裝、涂裝、和調試等6個專業，包括造船企業的內檢和船舶所有人與船級社的外檢。RI模塊可按照建造流程分別管理各階段的檢驗數據，根據檢驗數據自動生成周報和月報，并提供焊接過程中的巡檢單自動生成功能。RI模塊界面如圖3所示。

圖3 RI模塊界面

NDT模塊分為檢驗工藝管理、任務單管理及檢測報告管理等。檢驗工藝管理根據NDT工藝參數進行定義，為每次檢驗提供檢驗方法工藝參數。檢驗工藝按照項目進行管理。任務單管理主要針對生產車間根據檢驗項目填寫申請單的相關數據及任務分配與審批流程。檢測報告管理可提供根據數據庫中的實時數據動態生成的各種報告，包括NDT報告、周報及月報等。NDT模塊界面如圖4所示。

圖4 NDT模塊界面

WM模塊分為焊工基本信息和焊工身份信息。WM模塊提供各類信息一鍵導入功能，并自動關聯部門和班組數據，可根據焊工身份證號自動關聯焊工相關的身份信息。對于重復數據，系統會自動忽略，并給出提示信息。WM模塊界面如圖5所示。

圖5 WM模塊界面

BDM模塊分為基本信息、權限管理和流程管理。基本信息主要包括工程項目信息、組織結構信息、標準檢驗項信息和號船檢驗項信息等。權限管理主要包括角色管理、角色權限管理和用戶角色管理。流程管理主要包括工作組管理和流程模塊管理。BDM模塊界面如圖6所示。

圖6 BDM模塊界面

4 結 語

船舶建造焊縫檢測管理系統采用云架構技術使系統具備良好的柔性和可配置性，可滿足不同造船企業對船舶建造焊縫檢測管理及流程定制的需求，并支持多用戶同時在線協同工作，保證在任意一臺用戶計算機出現崩潰的情況下，其他計算機仍可正常工作。該系統將制造現場產生的檢測數據以標準的數據格式存入數據庫統一管理，并覆蓋整個焊縫檢測流程。目前，該系統已在探險郵船、自升式鉆井平臺、集裝箱船、打撈工程船、打樁船、散貨船、礦砂船等各類船舶與海洋工程產品及海洋裝備等的建造焊縫檢測中推廣應用。該系統在應用后，降低管理人員在審批、錄入和數據統計過程的勞動強度，節約管理人員工時約20%，平均每人每天數據錄入時間縮短1 h，數據統計周期平均縮短5 d。該系統取消申請和檢測報告打印環節，減少紙張和打印機的損耗，而電子報表的普及使用可減少紙質圖紙使用量，紙張打印成本平均節約20%。