船舶建造焊縫無損檢測信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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(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(yè)對于NDT各環(huán)節(jié)均通過手工和Excel的方式進行管理，造成同一信息在不同環(huán)節(jié)重復輸入、同一信息在不同環(huán)節(jié)不一致、前后信息傳遞不及時等問題，數(shù)據(jù)統(tǒng)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(tǒng)對船舶建造過程的焊縫質(zhì)量進行全面管控[2-6]。

1 NDT業(yè)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(shù)據(jù)流。典型的業(yè)務流程環(huán)節(jié)如下：

(1)設計部門根據(jù)船級社技術要求，結合設計模型，對需要檢測的焊縫進行規(guī)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(qū)域或系統(tǒng)為單位進行匯集，每條焊縫含有分段/系統(tǒng)號、焊縫標識號、材質(zhì)、板厚、焊接方法、坡口和檢測長度等設計信息，為后續(xù)報驗提供基礎數(shù)據(jù)。

(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(xù)焊縫實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(jù)生產(chǎn)部門提交的報驗信息去現(xiàn)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(huán)。

(5)基于上述各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息流，對各種數(shù)據(jù)進行統(tǒng)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(tǒng)設計

船舶建造NDT信息管理系統(tǒng)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(tǒng)進行操作，較少部分事務邏輯在前端(Browser)實現(xiàn)，主要事務邏輯在服務器端(Server)實現(xiàn)。整個系統(tǒng)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(tǒng)一，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中至服務器，簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用，大幅減輕客戶端微機載荷，減少系統(tǒng)維護與升級的工作量，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。該層以云計算資源作為系統(tǒng)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(wǎng)絡及其他硬件設備，是實現(xiàn)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(wǎng)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(huán)境等基礎服務。

(2)PaaS層。該層主要基于IaaS層提供統(tǒng)一的平臺化系統(tǒng)支撐服務，包括基礎組件層與業(yè)務組件層。主要服務包括統(tǒng)一權限管理、移動開發(fā)框服務、位置信息服務、數(shù)據(jù)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(tài)服務，并可根據(jù)需要隨時定制及擴展。

(3)SaaS層。該層是平臺對外提供的業(yè)務應用服務，依托移動互聯(lián)網(wǎng)應用，對建造過程的質(zhì)量實現(xiàn)生命周期的集中管控、大數(shù)據(jù)技術驅動的集團化管控，對質(zhì)量管理的業(yè)務切分出若干單獨的應用模塊，形成若干質(zhì)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(shù)據(jù)服務支撐。WebAPI是網(wǎng)絡應用程序接口，包含廣泛的功能，可實現(xiàn)存儲服務、消息服務、計算服務等能力，利用這些能力可開發(fā)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(chǎn)設計，在系統(tǒng)中對焊縫檢測的基本信息進行維護，供后續(xù)車間報驗使用。管理界面如圖2所示，可對分段、系統(tǒng)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(xù)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(tǒng)中。

圖3 焊工管理

3.3 NDT報驗申請

車間內(nèi)施工人員完成焊接，根據(jù)檢測計劃，在系統(tǒng)內(nèi)將相應的焊縫NDT檢測申請?zhí)峤恢罭DT探傷室。申請單的詳細內(nèi)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(shù)和結果錄入系統(tǒng)，此時一條焊縫的NDT形成完整閉環(huán)。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(shù)不同。

3.5 焊縫自動追蹤和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

檢測完成，形成一個完整的焊縫數(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)則對數(shù)據(jù)進行分析，將焊縫的設計信息和檢測信息關聯(lián)匹配，生成焊縫的追蹤信息，供生產(chǎn)部門判斷是否可進入下一道工序。

系統(tǒng)還可將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)支撐，大幅減輕人工統(tǒng)計的工作量。

4 結 語

以船舶企業(yè)NDT管理的廣泛調(diào)研分析為基礎，深入分析各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)輸入輸出流，形成詳細的業(yè)務需求分析，結合先進的軟件開發(fā)結構，完成NDT的信息化管理，并對全流程數(shù)據(jù)進行自動分析和計算，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)定運行，后續(xù)將基于積累的海量數(shù)據(jù)，結合先進的大數(shù)據(jù)分析和預測技術，對建造過程質(zhì)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。