李 華 何光榮 周瑞紅 楊卓峰

(上海航天精密機(jī)械研究所，上海201600)

無損檢測(cè)又叫無損探傷，是在不損傷材料、工件或容器等被檢物的完整結(jié)構(gòu)和使用性能的情況下，利用電磁波、聲、光、熱、電、磁等與物質(zhì)的相互作用，探測(cè)被檢物內(nèi)部或表面的宏觀缺陷，并對(duì)其種類、形狀、尺寸、取向和位置做出判斷的工藝方法［1］。航天產(chǎn)品對(duì)于質(zhì)量、安全和可靠性的高標(biāo)準(zhǔn)要求，需要依靠先進(jìn)的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)予以保障，特別對(duì)于焊接成型的密封結(jié)構(gòu)件，必須采用一系列專業(yè)化無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)、評(píng)判。

常用的無損檢測(cè)方法有目視(VT)、射線(RT)、超聲(UT)、磁粉(MT)、滲透(PT)、渦流(ET)、聲發(fā)射(AE)。每種方法各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，需根據(jù)產(chǎn)品的材質(zhì)、制造方法、工作介質(zhì)、失效模式及可能產(chǎn)生的缺陷種類選擇合適的無損檢測(cè)方法。由于無損檢測(cè)技術(shù)的專業(yè)性，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于各種無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了廣泛、深入研究［2-5］。然而相比于專業(yè)化檢測(cè)技術(shù)的顯著發(fā)展，對(duì)于無損檢測(cè)業(yè)務(wù)執(zhí)行過程的信息化管控，以及無損檢測(cè)結(jié)果信息的優(yōu)化組織與復(fù)用缺乏深入的理論研究;現(xiàn)有的無損檢測(cè)信息系統(tǒng)多集中于檢驗(yàn)記錄的維護(hù)［6-7］，缺乏檢驗(yàn)任務(wù)管理及其過程監(jiān)控，缺少行之有效的無損檢測(cè)過程管理信息系統(tǒng)在航天制造企業(yè)成熟應(yīng)用。

隨著企業(yè)無損檢測(cè)業(yè)務(wù)的不斷拓展，檢測(cè)中心與生產(chǎn)制造部門的檢測(cè)交互任務(wù)日益繁多。傳統(tǒng)的紙質(zhì)管理模式由于表單重復(fù)抄寫，不僅工作效率低，而且缺乏檢驗(yàn)任務(wù)跟蹤與過程管理，已無法滿足業(yè)務(wù)增長需要。檢測(cè)記錄維護(hù)、檢測(cè)結(jié)果監(jiān)控、檢測(cè)評(píng)定報(bào)告生成等業(yè)務(wù)迫切需要構(gòu)建集成化的信息化平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

為此本文在總結(jié)航天制造企業(yè)無損檢測(cè)過程管理需求的基礎(chǔ)上，提出基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的協(xié)同無損檢測(cè)管理信息系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 無損檢測(cè)管理業(yè)務(wù)特點(diǎn)與系統(tǒng)需求分析

無損檢測(cè)業(yè)務(wù)與企業(yè)其他制造業(yè)務(wù)或檢驗(yàn)業(yè)務(wù)相比具有檢驗(yàn)區(qū)段批量執(zhí)行、重復(fù)委托檢驗(yàn)交互頻繁、檢測(cè)目標(biāo)信息量大、檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)復(fù)雜等特點(diǎn)。雖然各類無損檢測(cè)方式檢測(cè)儀器不同，待檢驗(yàn)項(xiàng)目參數(shù)不同，但是檢驗(yàn)業(yè)務(wù)管理過程相似，因此可以為企業(yè)無損檢測(cè)部門建立統(tǒng)一的無損檢測(cè)過程管理平臺(tái)，對(duì)各類型無損檢驗(yàn)業(yè)務(wù)過程與數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。根據(jù)無損檢驗(yàn)業(yè)務(wù)實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)提出如下4項(xiàng)需求:

(1)無損檢測(cè)業(yè)務(wù)由制造單位或部門發(fā)起，將所需檢測(cè)部件提請(qǐng)無損檢測(cè)部門進(jìn)行專業(yè)化檢測(cè)，這一過程牽涉多個(gè)部門或企業(yè)間的任務(wù)委托協(xié)作、檢測(cè)記錄維護(hù)與審核、檢驗(yàn)結(jié)果監(jiān)控與再次委托等業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)交互頻繁，因此需要系統(tǒng)建立協(xié)同工作機(jī)制，不僅保證各類型無損檢測(cè)任務(wù)的獨(dú)立并行進(jìn)行，而且保證檢驗(yàn)委托任務(wù)與檢驗(yàn)記錄業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)對(duì)照性、交互及時(shí)性以及過程可追溯性。

(2)無損檢測(cè)業(yè)務(wù)針對(duì)施焊焊縫進(jìn)行分區(qū)檢測(cè)，焊接接頭形式復(fù)雜，焊縫分區(qū)數(shù)量多，系統(tǒng)需滿足多檢測(cè)分區(qū)的批量處理要求，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)業(yè)務(wù)的規(guī)?；M(jìn)行。

(4)由于無損檢測(cè)業(yè)務(wù)檢驗(yàn)對(duì)象眾多，且檢驗(yàn)合格對(duì)象占很大比例，因此為了方便從大規(guī)模合格對(duì)象信息中對(duì)不合格檢驗(yàn)項(xiàng)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，系統(tǒng)應(yīng)具備不合格項(xiàng)自動(dòng)消息提醒功能，通知制造部門及時(shí)進(jìn)行返修。對(duì)于多次檢驗(yàn)不合格對(duì)象需保存每次檢驗(yàn)歷史記錄信息，并在無損檢測(cè)底片評(píng)定報(bào)告、檢測(cè)報(bào)告等產(chǎn)品合格證報(bào)表中實(shí)現(xiàn)匯總歸類統(tǒng)計(jì)。

2 協(xié)同無損檢測(cè)管理系統(tǒng)功能框架與運(yùn)行流程

根據(jù)無損檢測(cè)整體業(yè)務(wù)流程，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體功能框架如圖1所示。系統(tǒng)功能涵蓋無損檢測(cè)各主體業(yè)務(wù):焊接檢測(cè)對(duì)象管理、無損檢測(cè)委托管理、無損檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)與管理、無損檢測(cè)原始檢驗(yàn)記錄管理、檢測(cè)記錄評(píng)定與審核管理、檢驗(yàn)結(jié)果監(jiān)控管理、合格證報(bào)表匯總打印管理。其中，無損檢測(cè)委托管理與記錄管理按照檢驗(yàn)方式又細(xì)分為射線(RT)、超聲(UT)、磁粉(MT)、滲透(PT)管理;對(duì)于個(gè)別無損檢測(cè)方式，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象類別進(jìn)行再次細(xì)分，如超聲檢測(cè)細(xì)化為焊縫、鋼板、堆焊層、鍛件幾種，磁粉檢測(cè)細(xì)化為焊縫和零部件等類型。此外系統(tǒng)包含一系列輔助功能，如:無損檢測(cè)委托與檢驗(yàn)原始記錄查詢，無損檢測(cè)人員資質(zhì)信息維護(hù)，以及無損檢測(cè)設(shè)備與耗材信息維護(hù)等。

對(duì)于某產(chǎn)品的無損檢測(cè)業(yè)務(wù)活動(dòng)，系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行流程由生產(chǎn)制造部門發(fā)起，生產(chǎn)制造部門根據(jù)實(shí)際檢驗(yàn)需求在系統(tǒng)中維護(hù)檢驗(yàn)對(duì)象信息，并對(duì)生產(chǎn)完工的待檢對(duì)象即時(shí)發(fā)起無損檢測(cè)委托任務(wù);無損檢驗(yàn)部門接收制造部門檢驗(yàn)委托任務(wù)后編排無損檢測(cè)工藝及開展無損檢測(cè)作業(yè)，并在系統(tǒng)中記錄原始檢驗(yàn)記錄;隨后檢驗(yàn)記錄結(jié)果與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比評(píng)定與審核，最終得出評(píng)定結(jié)果，并在檢驗(yàn)結(jié)果監(jiān)控界面進(jìn)行展示，對(duì)于不合格的檢驗(yàn)對(duì)象提醒生產(chǎn)制造部門進(jìn)行返修，返修后再次提請(qǐng)檢驗(yàn)委托，對(duì)于全部合格的檢驗(yàn)對(duì)象，匯總生成無損檢驗(yàn)評(píng)定報(bào)告。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

為滿足無損檢驗(yàn)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，系統(tǒng)需要構(gòu)建獨(dú)特的信息模型與過程模型，本節(jié)針對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)難點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

3.1 基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的無損檢測(cè)業(yè)務(wù)過程信息繼承機(jī)制

整個(gè)無損檢測(cè)業(yè)務(wù)過程中隨著檢驗(yàn)業(yè)務(wù)的開展會(huì)產(chǎn)生大量檢驗(yàn)信息以及中間信息。根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)運(yùn)行流程，每項(xiàng)管理業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)都要借用前一階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，信息復(fù)用現(xiàn)象較為突出。系統(tǒng)功能需要滿足各管理階段信息逐級(jí)繼承機(jī)制，避免信息的重復(fù)錄入，既提高業(yè)務(wù)執(zhí)行效率又會(huì)防止數(shù)據(jù)庫中信息冗余。由于整個(gè)檢驗(yàn)過程發(fā)生的信息都以待檢對(duì)象明細(xì)進(jìn)行組織，因此為了保證整個(gè)業(yè)務(wù)過程中檢驗(yàn)信息的可追溯性，以待檢對(duì)象明細(xì)作為基本的數(shù)據(jù)管理單位，基于面向?qū)ο笏枷雽⑵湓谙到y(tǒng)中抽象為類，各階段業(yè)務(wù)產(chǎn)生的信息同樣以明細(xì)對(duì)象類進(jìn)行組織，并保證父類與子類的信息繼承關(guān)系。

通過以上原則，設(shè)計(jì)系統(tǒng)各業(yè)務(wù)階段信息管理模型如圖2所示，初始待檢明細(xì)信息類所包含的信息量最少(焊縫編碼、檢測(cè)技術(shù)等級(jí)、檢測(cè)比例等)，在經(jīng)過委托任務(wù)活動(dòng)后，委托單明細(xì)類對(duì)前一階段信息模型進(jìn)行繼承，并進(jìn)行業(yè)務(wù)固有屬性疊加，除包含檢驗(yàn)明細(xì)信息外，還包含委托單標(biāo)示、委托單位、委托人等信息。同理，隨著檢驗(yàn)任務(wù)的連續(xù)進(jìn)行，各階段明細(xì)類逐級(jí)繼承，最終的無損檢測(cè)評(píng)定報(bào)告明細(xì)類具有最多的信息量，既包含檢驗(yàn)明細(xì)對(duì)象等基本信息，又包含過程中產(chǎn)生的檢驗(yàn)記錄及檢驗(yàn)結(jié)果評(píng)定信息。

通過各對(duì)象類之間的逐級(jí)繼承關(guān)系，規(guī)范了各階段信息組織結(jié)構(gòu)與信息復(fù)用來源。當(dāng)實(shí)際檢驗(yàn)業(yè)務(wù)開展后，各階段信息類實(shí)例化為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)基于檢驗(yàn)明細(xì)對(duì)象的各檢驗(yàn)階段對(duì)象間信息繼承，從而實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的檢驗(yàn)過程信息高效復(fù)用。

設(shè)備安裝完成使用至今，基本實(shí)現(xiàn)了橋吊大車與集卡車輛的定位系統(tǒng)、橋吊遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、橋吊遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、碼頭入口閘機(jī)與集卡旋鎖聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)功能，達(dá)到了橋吊遠(yuǎn)程智能化操控的目標(biāo)，基本達(dá)到了預(yù)期效果。待改進(jìn)完善后，可進(jìn)一步推廣使用。同時(shí)建議開展橋吊小車定位系統(tǒng)的開發(fā)研究。

3.2 交互式檢驗(yàn)任務(wù)委托與檢驗(yàn)結(jié)果監(jiān)控同步推送技術(shù)

無損檢驗(yàn)業(yè)務(wù)通常同時(shí)檢驗(yàn)一條或多條焊縫的多個(gè)區(qū)段，且生產(chǎn)部門和檢驗(yàn)部門的檢驗(yàn)任務(wù)委托工作頻繁，為了有效管理批量化檢驗(yàn)明細(xì)，部門間以委托單形式進(jìn)行任務(wù)交互。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的高效復(fù)用，以及提高無損檢驗(yàn)過程任務(wù)分派與檢驗(yàn)結(jié)果實(shí)時(shí)監(jiān)控效率，建立如圖3所示的交互式信息組織與推送方式。委托單作為待檢對(duì)象明細(xì)集合對(duì)檢驗(yàn)條目進(jìn)行封裝，并標(biāo)識(shí)委托單位、委托時(shí)間、檢驗(yàn)技術(shù)等級(jí)、合格級(jí)別等委托檢驗(yàn)信息和檢驗(yàn)要求。通過生產(chǎn)制造部門的檢驗(yàn)委托單信息推送至無損檢測(cè)部門，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化提取委托單中的檢驗(yàn)明細(xì)，將委托單明細(xì)自動(dòng)序列化組織為無損檢驗(yàn)任務(wù)明細(xì)，檢驗(yàn)人員選取檢驗(yàn)明細(xì)進(jìn)行檢驗(yàn);同時(shí)，由無損檢驗(yàn)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的無損檢驗(yàn)原始記錄推送至生產(chǎn)制造部門，構(gòu)成檢驗(yàn)結(jié)果監(jiān)控的目標(biāo)條目，并配合無損檢驗(yàn)評(píng)定結(jié)果實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果的實(shí)時(shí)共享與監(jiān)控。

通過對(duì)象內(nèi)部標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)待檢對(duì)象明細(xì)與原始記錄的一一對(duì)應(yīng)，保證了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)信息的繼承與檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對(duì)象的結(jié)果對(duì)應(yīng)。采用這種信息緊耦合方式，進(jìn)行委托任務(wù)與監(jiān)控結(jié)果的交互式推送，保證了生產(chǎn)制造部門與無損檢測(cè)部門間任務(wù)執(zhí)行的高效性與緊密性，實(shí)現(xiàn)了檢驗(yàn)任務(wù)的閉環(huán)管理。

3.3 檢驗(yàn)對(duì)象自動(dòng)編碼技術(shù)

無損檢測(cè)業(yè)務(wù)過程中檢驗(yàn)對(duì)象涉及多類型編碼，包括待檢對(duì)象編碼、檢驗(yàn)委托單編碼、檢驗(yàn)記錄單編碼，射線、超聲檢驗(yàn)分區(qū)編碼。編碼需保證唯一性原則，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息對(duì)象的指定標(biāo)識(shí)，并能夠自動(dòng)進(jìn)行順序排列、快速生成，且具備匯總歸類標(biāo)識(shí)特征，因此每種編碼需要設(shè)計(jì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)規(guī)則。

定義1:{待檢對(duì)象編碼|焊縫序列.焊縫類型.分區(qū)序列}。

待檢對(duì)象編碼應(yīng)首先能夠體現(xiàn)焊縫類型，如A類縱縫，B類環(huán)縫等，便于檢驗(yàn)人員選擇相應(yīng)的檢測(cè)方法;同時(shí)能夠標(biāo)識(shí)焊縫在整個(gè)產(chǎn)品中的編號(hào)，以及焊縫檢測(cè)分區(qū)位置。例如，待檢對(duì)象編碼為“1A2”，這里A代表縱縫，“1”代表焊縫序列，“2”代表分區(qū)序列。通過此種檢驗(yàn)對(duì)象編碼，能夠方便統(tǒng)計(jì)出各類型焊縫無損檢測(cè)結(jié)果。

定義2:{委托單編碼|無損檢測(cè)方式.檢驗(yàn)時(shí)間.任務(wù)序列}。

由于同一焊縫分區(qū)可以進(jìn)行多種無損檢測(cè)方式，因此檢測(cè)委托單編碼應(yīng)首先區(qū)分無損檢測(cè)方式;此外由于檢驗(yàn)任務(wù)眾多，通過時(shí)間周期分離便于檢驗(yàn)任務(wù)追蹤與統(tǒng)計(jì)，因此需包含時(shí)間信息;通過任務(wù)序列對(duì)每種無損檢驗(yàn)方式單獨(dú)編號(hào)，有助于了解整體工作進(jìn)度。例如某委托單編號(hào)為“UT-1309-166”，其中，UT代表超聲波無損檢測(cè)方式，1309為無損檢測(cè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間年月，166為檢驗(yàn)任務(wù)序號(hào)。此外，系統(tǒng)內(nèi)部建立原始記錄單編碼需與委托單編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于委托任務(wù)的執(zhí)行監(jiān)控。

定義3:{返修分區(qū)編碼|分區(qū)序列.返修類型.返修次數(shù)}。

對(duì)于檢驗(yàn)分區(qū)編碼除保證自動(dòng)順序號(hào)原則外，對(duì)于發(fā)生返修需重復(fù)委托的分區(qū)，其編碼應(yīng)反映基于分區(qū)的關(guān)聯(lián)原則，以供檢驗(yàn)人員比對(duì)參考。例如對(duì)于檢驗(yàn)分區(qū)“2”，若發(fā)生檢驗(yàn)不合格返修，分區(qū)再次委托后，檢驗(yàn)分區(qū)編碼應(yīng)自動(dòng)升為“2r1”，代表第一次返修委托檢驗(yàn)，若仍不合格返修再次委托編號(hào)升為“2r2”，以此類推。

通過定義以上編碼格式保證指定分區(qū)的檢驗(yàn)記錄、返修歷史記錄的可追溯性，實(shí)現(xiàn)基于檢測(cè)分區(qū)的檢驗(yàn)結(jié)果歸類合并統(tǒng)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品所有焊縫焊接一次合格率、多次返修合格率統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為產(chǎn)品質(zhì)量分析、成本核算與員工績效考核的依據(jù)。

4 協(xié)同無損檢測(cè)管理系統(tǒng)原型實(shí)現(xiàn)

基于本文第2節(jié)、第3節(jié)提出的系統(tǒng)功能框架與實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)協(xié)同無損檢測(cè)管理原型系統(tǒng)與人機(jī)界面。

圖4所示為無損檢測(cè)發(fā)起委托任務(wù)界面，生產(chǎn)制造部門可以在檢測(cè)對(duì)象頁面選擇多個(gè)焊縫編號(hào)，批量提交無損檢測(cè)委托任務(wù)。

圖5為超聲檢測(cè)原始記錄編制界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一檢測(cè)區(qū)域使用多個(gè)超聲探頭的檢測(cè)記錄維護(hù)。

圖6為射線檢測(cè)評(píng)定界面。無損檢測(cè)評(píng)定師根據(jù)檢測(cè)記錄進(jìn)行初評(píng)和復(fù)評(píng)，對(duì)評(píng)定不合格的檢驗(yàn)對(duì)象或分區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行高亮顯示。

圖7為射線無損檢測(cè)監(jiān)控界面，生產(chǎn)制造部門通過此頁面查看無損檢測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于不合格的檢驗(yàn)項(xiàng)目可以直接在此頁面再次進(jìn)行返修委托任務(wù)業(yè)務(wù)。

5 系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證

上海航天精密機(jī)械研究所無損檢測(cè)中心即上海航天神劍壓力容器檢測(cè)站，已成為上海航天系統(tǒng)規(guī)模最大、人員最多、檢測(cè)方法最全的無損檢測(cè)機(jī)構(gòu)，有著較好的發(fā)展基礎(chǔ)，并于2012年成為航天科技集團(tuán)公司無損檢測(cè)工藝中心副主任單位。檢測(cè)中心不僅承擔(dān)本所運(yùn)載產(chǎn)品、武器型號(hào)以及外協(xié)單位的零部件無損檢測(cè)、強(qiáng)度氣密試驗(yàn)等任務(wù)，同時(shí)承擔(dān)著航天系統(tǒng)32家單位、696臺(tái)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類在役壓力容器的定期檢驗(yàn)以及對(duì)在用壓力容器安全閥校驗(yàn)和技術(shù)咨詢服務(wù)。本文針對(duì)航天制造企業(yè)無損檢測(cè)業(yè)務(wù)管理需求，設(shè)計(jì)一種基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的協(xié)同無損檢測(cè)過程管理系統(tǒng)。

通過原型系統(tǒng)構(gòu)建與工作業(yè)務(wù)場(chǎng)景推介，無損檢測(cè)中心聯(lián)合信息中心對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)路徑及業(yè)務(wù)解決方案進(jìn)行詳細(xì)論證，系統(tǒng)建設(shè)方案已獲得單位認(rèn)可，實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)于近日開發(fā)完畢，隨后部署于單位無損檢測(cè)中心和各制造車間，并計(jì)劃部署于無損檢測(cè)各業(yè)務(wù)合作單位。

通過協(xié)同無損檢測(cè)管理系統(tǒng)上線，保證無損檢驗(yàn)業(yè)務(wù)在各單位間的協(xié)同交互，以及檢驗(yàn)過程的有序、高效、統(tǒng)一管理。此外，系統(tǒng)應(yīng)用模式有望在航天系統(tǒng)其它相關(guān)單位進(jìn)行推廣運(yùn)用，有助于提高航天系統(tǒng)內(nèi)部制造單位與檢驗(yàn)單位的無損檢測(cè)業(yè)務(wù)協(xié)同交互能力，進(jìn)而提升航天型號(hào)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與質(zhì)量水平。

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