輪軸超聲波探傷的智能化技術(shù)研究

孟 園，寧 珅，鄒 強(qiáng)，王 翔

(1.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥車輛段 安徽合肥市 230011；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山市 243000；3.寶武集團(tuán)馬鋼軌交材料科技有限公司 安徽馬鞍山市 243000)

當(dāng)前軌道交通正在向著信息化、智能化快速發(fā)展，未來將加大5G通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建立、應(yīng)用，形成大數(shù)據(jù)中心和人工智能平臺[1]。在這一背景下，也給軌道交通用輪軸探傷技術(shù)帶來了智能化高質(zhì)量發(fā)展的新機(jī)遇，這其中信息建設(shè)是智能化的基礎(chǔ)，信息建設(shè)分為數(shù)據(jù)采集層、生產(chǎn)組織層、作業(yè)監(jiān)控層、應(yīng)急指揮層、數(shù)據(jù)分析層、輔助決策層等幾個層次。以輪軸超聲波探傷現(xiàn)狀為例，輪軸超聲波探傷數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)采集層中的一個部分，雖然探傷技術(shù)、能力等在大幅提升，但尚未做到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動采集和探傷數(shù)據(jù)傳輸，對輪軸超聲波探傷過程和數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理，出現(xiàn)探傷設(shè)備先進(jìn)與數(shù)據(jù)處理、結(jié)果判定落后之間的矛盾，設(shè)備、輪軸產(chǎn)品、判定準(zhǔn)則、人員的信息以“孤島”的形式存在，更談不上輪軸超聲波探傷網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。因此現(xiàn)有的輪軸超聲波探傷需要改進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)輪軸超聲波探傷作業(yè)的信息交互、智能輔助及智能判傷。

1 技術(shù)方案

1.1 目標(biāo)

(1)運(yùn)用掃碼技術(shù)、無線傳輸技術(shù)及云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輪軸手工超聲波探傷信息化、智能化；

(2)開展輪軸探傷檢測智能庫建設(shè)，通過局域網(wǎng)+智能檢測實(shí)現(xiàn)輪軸探傷檢測作業(yè)的信息交互、智能輔助及智能判傷。

1.2 技術(shù)路線

利用無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測探傷數(shù)據(jù)與既有信息化系統(tǒng)相融合，即輪軸探傷檢測相關(guān)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)平臺(如車輛段的信息系統(tǒng))互通傳輸，且其他系統(tǒng)不能數(shù)據(jù)改動。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)二維碼讀取的數(shù)字化采集模塊，實(shí)現(xiàn)輪軸探傷檢測過程中作業(yè)人員、探傷檢測信息數(shù)據(jù)采集與輪軸識別碼綁定，以及數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸與管理。運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，建模形成分析判據(jù)，建立輪軸探傷檢測智能庫，實(shí)現(xiàn)輪軸探傷檢測作業(yè)的智能輔助和智能判傷。

1.3 研究內(nèi)容

(1)數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)并應(yīng)用數(shù)據(jù)通信模塊，使得多通道超聲波探傷儀中檢測數(shù)據(jù)及報(bào)表能夠通過OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)技術(shù)[2]、[3]和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸[4]-[6]到某車輛段信息系統(tǒng)中，并確保數(shù)據(jù)傳輸中，探傷數(shù)據(jù)及報(bào)表不發(fā)生改變。

(2)輪軸信息自動讀取

編制輪軸單件二維碼[7]，實(shí)現(xiàn)一輪(軸)一碼，數(shù)、碼互通，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場掃碼自動實(shí)現(xiàn)輪軸信息讀取，輪軸信息與輪軸檢測數(shù)據(jù)及報(bào)表完整合成。

(3)建立輪軸超聲波探傷過程輔助和智能庫

運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，按照輪軸超聲波探傷作業(yè)既定作業(yè)流程來建模分析建立輪軸超聲波探傷過程輔助和智能庫[8]-[9]，通過局域網(wǎng)+智能檢測實(shí)現(xiàn)輪軸探傷作業(yè)的智能輔助和智能判傷。

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

(1)圖像處理與識別技術(shù)

通過無線掃碼對探傷輪軸信息的自動錄入，實(shí)現(xiàn)探傷信息和輪軸身份信息的綁定，為輪軸探傷信息網(wǎng)絡(luò)化管理提供關(guān)鍵特性。

(2)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

將采集到的數(shù)據(jù)(含信息)利用遠(yuǎn)程無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離發(fā)送與收集，從根本上消除以往傳統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)、信息的“孤島化”，實(shí)現(xiàn)輪軸探傷作業(yè)信息與服務(wù)器間的信息的鏈接、交互。

輪軸超聲波探傷通過OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備檢測、采集、處理的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無縫對接服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；而以往要實(shí)現(xiàn)這一功能，往往需要進(jìn)行底層軟件的二次開發(fā)，編程復(fù)雜，兼容性、穩(wěn)定性相對較弱。

(3)大數(shù)據(jù)云計(jì)算處理技術(shù)

傳統(tǒng)的超聲波探傷數(shù)據(jù)處理需要人工介入?yún)⑴c，而這與人員的判傷經(jīng)驗(yàn)有直接關(guān)系。大宗數(shù)據(jù)往往更加使得人工處理過程出現(xiàn)判傷偏差的概率加大。而本案運(yùn)用大數(shù)據(jù)云計(jì)算處理技術(shù)，先期在平臺服務(wù)器上設(shè)定探傷判據(jù)準(zhǔn)繩，當(dāng)作業(yè)現(xiàn)場輪軸超聲波探傷數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程匯總進(jìn)入后，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算分析，探傷管理分類，“一鍵式”自動生成輪軸探傷各類檢修報(bào)表等，建模判斷分析作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程以數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)探傷作業(yè)方案推送及探傷結(jié)果輔助判斷，從而實(shí)現(xiàn)輪軸探傷作業(yè)的智能輔助和智能判傷。

2 技術(shù)構(gòu)架

2.1 基本構(gòu)架

本研究技術(shù)構(gòu)架由信息采集、智能輔助和智能判傷等組成(見圖1)，管理系統(tǒng)平臺主體由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及服務(wù)器等構(gòu)成。

圖1 輪軸超聲波探傷智能化技術(shù)構(gòu)架圖

(1)數(shù)據(jù)互通(數(shù)據(jù)采集層)

輪軸超聲波探傷各種數(shù)據(jù)、信息等通過掃碼識別技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行實(shí)時采集、信息收集、數(shù)據(jù)提取和識別。

(2)智能輔助(數(shù)據(jù)分析層)

在探傷作業(yè)過程中通過建模引導(dǎo)，逐步推送作業(yè)要求和方案，彌補(bǔ)職工業(yè)務(wù)素質(zhì)差異，實(shí)現(xiàn)智能輔助作業(yè)，提高輪軸超聲波探傷作業(yè)質(zhì)量。

(3)智能判傷(輔助決策層)

對采集到的探傷數(shù)據(jù)、事件信息進(jìn)行后加工依照作業(yè)流程處理，以及建模編排，最終自動優(yōu)選應(yīng)對方案和措施，同步反饋給探傷人員進(jìn)行工作流程處理，基于智能庫管理系統(tǒng)進(jìn)行智能判傷。

2.2 硬件系統(tǒng)

(1)圖像識別器。采用可實(shí)現(xiàn)金屬二維碼識別的掃描槍進(jìn)行信息采集、無線傳輸?shù)?，識別準(zhǔn)確率高、信息延時短。

(2)可移動式工作站。由移動承載車、不間斷電源、超聲波探傷系統(tǒng)等部分組成。

(3)平臺系統(tǒng)服務(wù)器。觸摸式顯示屏、高配置工程控制機(jī)(千兆無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接保障數(shù)據(jù)訪問的流暢性)。

2.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括服務(wù)器運(yùn)行系統(tǒng)、智能輔助和智能判傷數(shù)據(jù)庫存管理系統(tǒng)、終端嵌入式軟件系統(tǒng)，以及相應(yīng)的界面操作系統(tǒng)等。其中服務(wù)器內(nèi)裝SQL Server2012數(shù)據(jù)庫。

以輪軸超聲波探傷管理系統(tǒng)、輪軸超聲波探傷智能庫處理運(yùn)行管理系統(tǒng)為主體的處理運(yùn)行管理系統(tǒng)，在現(xiàn)行windows系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。采用C#編程語言在.net框架下開發(fā)，利用Web Service技術(shù)可實(shí)現(xiàn)客房機(jī)和服務(wù)器相互交換數(shù)據(jù)或集成，極大的降低了與第三方軟件在數(shù)據(jù)交互上的耦合性。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 輪軸超聲波探傷儀無線傳輸應(yīng)用升級

應(yīng)用無線傳輸技術(shù)、OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)輪軸超聲波探傷數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離收集與發(fā)送、實(shí)現(xiàn)輪軸超聲波探傷作業(yè)信息與服務(wù)器間的信息交互、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無縫對接服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。

3.2 實(shí)現(xiàn)超聲波操傷流程化智能管理

通過對輪軸二維碼掃碼進(jìn)行超聲波探傷作業(yè)，使每一條輪對的超聲波探傷信息跟輪軸二維碼綁定，通過無線方式上傳至服務(wù)器可以實(shí)時查詢、終身追溯[8]。

應(yīng)用二維碼掃碼技術(shù)通過無線掃碼槍對探傷輪軸二維碼的自動錄入，將之前“人工觀察、人工記錄”的舊有模式變更升級為“信息讀碼化、臺賬自動合成化”的數(shù)字化、智能化采集模式。

所有超聲波探傷作業(yè)項(xiàng)目完成后，在服務(wù)器里可以對輪軸超聲波探傷結(jié)果直接查詢，為諸如《鐵路客車輪軸超聲波探傷記錄表》、《鐵路客車車輪輪輞超聲波探傷記錄表》等記錄提供輪軸超聲波探傷信息，實(shí)現(xiàn)臺賬記錄電子化、無紙化。

3.3 實(shí)現(xiàn)輪軸超聲波探傷基層操作向著智能化提升

在探傷作業(yè)過程中通過建模引導(dǎo)，逐步推送作業(yè)要求和方案，彌補(bǔ)職工業(yè)務(wù)素質(zhì)差異，實(shí)現(xiàn)智能輔助作業(yè)，提高輪軸超聲波探傷作業(yè)質(zhì)量。

依照作業(yè)流程對采集到的探傷數(shù)據(jù)、事件信息進(jìn)行后加工處理后，開展事件信息處理、建模編排，自動優(yōu)選應(yīng)對方案和措施，反饋給探傷工進(jìn)行工作流程處理，通過智能庫管理系統(tǒng)進(jìn)行智能判傷。

3.4 應(yīng)用案例

在某車輛段對輪對車軸探傷時，根據(jù)輪型來推送統(tǒng)一的可視化作業(yè)方案，輔助探傷工按照推送的作業(yè)方案一步步進(jìn)行作業(yè)，并對作業(yè)過程進(jìn)行步步卡控，確保作業(yè)過程規(guī)范、無漏項(xiàng)。如對RD3A輪對超聲波探傷時可按照如圖作業(yè)流程作業(yè)(見圖2)。作業(yè)過程中儀器可根據(jù)探頭型號、探傷部位、波形等參數(shù)與智能庫中既有的裂紋故障參數(shù)比對進(jìn)行智能判傷。

4 結(jié)論

輪軸超聲波探傷智能化已成未來發(fā)展趨勢，無線傳輸技術(shù)及云計(jì)算技術(shù)可實(shí)現(xiàn)輪軸傳統(tǒng)手工超聲波探傷向信息化、自動判定提升；

圖2 輪軸超聲波探傷作業(yè)流程示例圖

本文的設(shè)計(jì)以某車輛段探傷工程實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)搭建系統(tǒng)構(gòu)架，完成輪軸超聲波探傷管理系統(tǒng)和輪軸超聲波探傷智能庫管理系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)了輪軸超聲波探傷作業(yè)的信息交互、智能輔助及智能判傷。