全先江，何章儀，楊 帆

（1.江蘇杰瑞信息科技有限公司，江蘇 連云港 222000；2.武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000；3.武船重型工程股份有限公司，湖北 武漢 430000）

鋼箱梁制造過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)是鋼箱梁質(zhì)量管理，而質(zhì)量管理的關(guān)鍵是物料數(shù)據(jù)的可追溯性。長期以來，在鋼箱梁建造過程中雖然也通過各種手段確保物料數(shù)據(jù)的可追溯管理，但由于鋼箱梁制作過程復(fù)雜，涉及部門多，數(shù)據(jù)量大，并且各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間存在著一定的邏輯關(guān)系，對(duì)物料追溯無法進(jìn)行切實(shí)有效的管理。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，無法對(duì)物料及制造過程進(jìn)行追溯管理。通過使用二維碼標(biāo)簽技術(shù)，我們能夠高效率地完成鋼箱梁物料數(shù)據(jù)的全過程追溯，在此基礎(chǔ)上建立高效率物料追溯模塊，不但可以保證和提高鋼箱梁生產(chǎn)質(zhì)量，而且能夠縮短建造周期，從而提高企業(yè)市場競爭力。

1 鋼箱梁工藝流程

鋼箱梁，又叫鋼板箱形梁，是工程中常采用的結(jié)構(gòu)形式，一般用在跨度較大的橋梁上，外型像一個(gè)箱子，故叫做鋼箱梁[1]。鋼箱梁一般由頂板、底板、腹板、橫隔板、縱隔板及加勁肋等通過全焊接的方式連接而成。其制作過程可分為下料和組焊，下料包括零部件、底板、腹板、頂板、連接板，板單元組焊、單元件組焊以及鋼箱梁組焊。鋼箱梁制作工藝流程如圖1 所示。

圖1 鋼箱梁制作工藝流程

2 鋼箱梁制作全生命周期追溯

鋼箱梁制作過程物料的全生命周期追溯是從鋼板入庫開始到最終成品總裝吊裝結(jié)束，涉及到的所有中間產(chǎn)品做到一物一碼，實(shí)現(xiàn)物料過程追溯。主要包括鋼板的標(biāo)識(shí)、零件標(biāo)識(shí)、板單元標(biāo)識(shí)、單元件標(biāo)識(shí)以及總裝后的標(biāo)識(shí)等。其過程如圖2 所示：

圖2 鋼箱梁制作噴碼過程

（1）鋼箱梁制作的原材料主要是鋼板，鋼板從入廠實(shí)行貼標(biāo)追溯，入庫可以使用不干膠或者RFID 標(biāo)簽，鋼板標(biāo)簽的目的是為了鋼板庫管理的追溯，通過標(biāo)簽對(duì)鋼板進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，覆蓋鋼板“采購→到貨→入庫→移動(dòng)→預(yù)處理→出庫/退庫”流程管理。通過該標(biāo)簽可以查詢到鋼板規(guī)格、供應(yīng)商、爐批號(hào)、采購單號(hào)、入庫時(shí)間、鋼板庫位信息、該庫位層高信息等，準(zhǔn)確定位到鋼板的位置，并可以提前進(jìn)行移動(dòng)規(guī)劃，最少次數(shù)地移動(dòng)調(diào)運(yùn)鋼板。提高場地利用效率以及庫存管理效率，降低鋼材庫存，減少資金占用。

（2）生產(chǎn)信息化系統(tǒng)根據(jù)計(jì)劃安排進(jìn)行鋼板出庫預(yù)處理任務(wù)，在預(yù)處理工位，手持終端掃描預(yù)處理鋼板信息，預(yù)處理設(shè)備在具備自動(dòng)噴碼的前提下，手持終端將鋼板信息發(fā)送至自動(dòng)噴碼裝置，預(yù)處理完成后實(shí)行自動(dòng)噴碼，若無自動(dòng)噴碼，手持終端或現(xiàn)場工位機(jī)將與手持噴碼設(shè)備連接，將預(yù)處理鋼板信息發(fā)送至手持噴碼機(jī)，進(jìn)行鋼板的噴碼操作。

（3）鋼板運(yùn)送至下料工位，掃描鋼板標(biāo)簽，系統(tǒng)自動(dòng)將該鋼板的NC 代碼下發(fā)至機(jī)床。有些車間將劃線、噴碼、切割進(jìn)行集成，NC 代碼中需包含劃線、噴碼、切割，有些車間將劃線噴碼與切割分離開，在進(jìn)行NC 代碼下發(fā)的時(shí)候，系統(tǒng)將分兩次下發(fā)，機(jī)床確認(rèn)NC 代碼無誤后進(jìn)行劃線、噴碼、切割操作。

（4）零件理料完畢，集配中心按照類別轉(zhuǎn)運(yùn)至組焊工位進(jìn)行不同板單元的制作，作業(yè)人員根據(jù)3D 作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行板單元作業(yè)，按照系統(tǒng)提示對(duì)組焊零件進(jìn)行掃碼作業(yè)，組焊完畢后系統(tǒng)將產(chǎn)生板單元新二維碼，由于組焊作業(yè)以及組焊零件的特殊性，該工位不適合部署自動(dòng)化噴碼設(shè)備。系統(tǒng)將板單元二維碼信息發(fā)送至手持噴碼機(jī)進(jìn)行噴碼作業(yè)。

（5）后續(xù)單元件制作以及涂裝總裝階段與板單元制作類似，采用手持噴碼機(jī)進(jìn)行噴碼作業(yè)，系統(tǒng)將二維碼發(fā)送至噴碼機(jī)，作業(yè)人員根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行噴碼作業(yè)。

3 噴碼設(shè)備及耗材選型

（1）鋼板原材料入庫階段目前最為常見的是條形碼和二維碼標(biāo)簽，能夠?qū)⑵渥鳛殇摪宓奈ㄒ簧矸輼?biāo)識(shí)貼在鋼板上用以標(biāo)記鋼板[2]，目前常用的是不干膠表現(xiàn)形式。鋼板存放場地環(huán)境較差，特別是外場的鋼板，風(fēng)吹雨打?qū)е卤砻嫒菀咨P。普通的不干膠粘貼效果較差，建議選用強(qiáng)力型不干膠。鋼板外場還可以通過RFID 標(biāo)簽技術(shù)進(jìn)行鋼板管理，RFID 成本較高，可重復(fù)使用。不干膠標(biāo)簽需配置標(biāo)簽打印機(jī)，RFID 標(biāo)簽需配備識(shí)別RFID 的手持PDA。不干膠標(biāo)簽如圖3 所示：

圖3 不干膠標(biāo)簽

（2）鋼板預(yù)處理階段系統(tǒng)記錄鋼板在預(yù)處理工位上處理的順序，本系統(tǒng)采用的噴碼機(jī)是德國EBS260，該噴碼機(jī)可以噴條形碼、二維碼、圖形等，噴碼機(jī)如圖4 所示。

圖4 EBS260 手持噴碼機(jī)

在具備車間無線的情況下，系統(tǒng)通過接口傳遞給手持噴碼機(jī)，在噴碼機(jī)的項(xiàng)目中找到需要噴碼的數(shù)據(jù)，作業(yè)人員進(jìn)行手動(dòng)噴碼。

在不具備無線的情況下，系統(tǒng)將需要噴碼的鋼板信息導(dǎo)出成EXCEL，通過噴碼機(jī)提供的客戶端轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。導(dǎo)出成exp 格式的文件，將文件拷入噴碼機(jī)中進(jìn)行噴碼作業(yè)，二維碼格式可以選擇QR 碼或者DM碼。預(yù)處理后的鋼板噴碼效果如圖5 所示，標(biāo)簽包括二維碼和字符明碼，車間在掃描二維碼有問題的情況下選擇明碼輸入系統(tǒng)。

圖5 預(yù)處理鋼板噴碼效果

（3）下料切割階段需對(duì)下料劃線設(shè)備進(jìn)行改造，增加或改造噴碼頭使其能夠噴二維碼及字符碼，同時(shí)需對(duì)工藝所套料軟件進(jìn)行變更，使其出的NC 代碼增加噴碼內(nèi)容。

（4）板單元、單元件、涂裝以及總裝階段的噴碼由于作業(yè)工位限制，將采用手持噴碼機(jī)進(jìn)行噴碼作業(yè)，設(shè)備及耗材選型與鋼板預(yù)處理階段一致。

預(yù)處理后的鋼板經(jīng)過噴砂處理表面不光滑，由于二維碼標(biāo)簽是噴在鋼板上面，普通的掃描槍對(duì)于識(shí)別工業(yè)二維碼存在一定困難，所以掃描槍的選型需選擇工業(yè)級(jí)掃描槍，本項(xiàng)目現(xiàn)場試驗(yàn)過斑馬和新大陸的兩款工業(yè)級(jí)掃描槍，都符合項(xiàng)目需要。

4 物料追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物料追溯系統(tǒng)，利用條碼技術(shù)，賦給產(chǎn)品電子標(biāo)簽、對(duì)物料進(jìn)行條碼識(shí)別、工藝作業(yè)自動(dòng)記錄等信息化技術(shù)手段，來進(jìn)行防錯(cuò)、監(jiān)控、實(shí)時(shí)分析和追蹤等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的防錯(cuò)、精益生產(chǎn)和管理，極大地提高了生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量。

鋼箱梁制作物料追溯系統(tǒng)通常作為車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES）的一個(gè)功能模塊，該模塊主要包括物料編碼規(guī)則、鋼板物料管理、零件物料管理、板單元物料管理、單元件物料管理、涂裝物料管理、轉(zhuǎn)運(yùn)物流管理、總裝管理等。系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)分為手持端和工位端，工位端主要是作業(yè)人員在生產(chǎn)報(bào)工模塊涉及到二維碼標(biāo)簽的綁定，綁定信息包括物料、人員、設(shè)備、時(shí)間等。手持端主要功能是查詢，通過掃描二維碼標(biāo)簽可以快速查詢制造過程信息，顯示界面如圖6 所示。

圖6 單元件物流追溯

此外，通過該系統(tǒng)還可以查詢物流轉(zhuǎn)運(yùn)信息，該系統(tǒng)可以與第三方運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)接，獲取鋼箱梁總裝過程中各階段的運(yùn)輸信息。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)鋼箱梁制作過程中的物料追溯問題，提出基于條碼技術(shù)進(jìn)行物料追溯，形成基于二維碼的物料追溯解決方案，通過零件的自動(dòng)噴碼到單原件的手動(dòng)噴碼，實(shí)現(xiàn)了鋼箱梁制造過程的全流程追溯。提出噴碼設(shè)備及耗材的相關(guān)選型，實(shí)現(xiàn)基于條碼技術(shù)進(jìn)行追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)，形成鋼箱梁制造物料追溯解決方案。

本文中相關(guān)研究內(nèi)容已成功應(yīng)用于深中通道G03標(biāo)段鋼箱梁制造。在智能制造2025 的背景下，本研究也可為相應(yīng)軟件研發(fā)提供參考和借鑒，助力鋼箱梁制造的智能化和信息化[3]。