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        雅萬高鐵焊軌基地信息管理系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

        2022-05-09 05:12:00高振坤
        鐵路計算機應(yīng)用 2022年4期
        關(guān)鍵詞:作業(yè)信息質(zhì)量

        彭 鵬,朱 峰,李 力,高振坤

        (1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 金屬及化學(xué)研究所,北京 100081;2.中國電建市政建設(shè)集團有限公司,天津 300384)

        我國無縫線路鋼軌焊接根據(jù)作業(yè)條件的不同分為基地焊和現(xiàn)場焊,其中,基地焊接接頭(簡稱:接頭)數(shù)占比達80%[1-2]。因此,焊軌基地對接頭質(zhì)量的控制和管理尤為嚴格。焊軌基地的生產(chǎn)工序較多,且大多采用了配套的自動化生產(chǎn)設(shè)備,在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息[3-4]。充分利用這些信息有利于提高焊軌基地的接頭質(zhì)量管理水平,對實現(xiàn)接頭的全壽命周期管理具有重要意義[5-7]。

        雅加達—萬隆高速鐵路(簡稱:雅萬高鐵)焊軌基地是在境外按照中國標準和技術(shù)建設(shè)的高鐵焊軌基地,其生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制水平均達到了國內(nèi)高鐵焊軌基地的同等水平[8]。針對海外工程的特點,該基地采用了集成化生產(chǎn)線技術(shù)和全套國產(chǎn)化焊軌設(shè)備。基地在規(guī)劃初期就對信息化提出了較高的要求?;谌讎a(chǎn)裝備可實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的應(yīng)采盡采,對綜合信息管理類系統(tǒng)的搭建提供了有利條件。本文結(jié)合德卡魯爾焊軌基地的特點,從系統(tǒng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)功能等方面,闡述了雅萬高鐵焊軌基地信息管理系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用情況。

        1 焊軌基地概況

        雅萬高鐵焊軌基地主要生產(chǎn)任務(wù)是將50 m短鋼軌焊接成500 m長鋼軌,全線接頭與試驗用接頭總數(shù)約1.1萬個。該焊軌基地采用“Z字型”工藝布局,設(shè)有短軌存放區(qū)、焊前處理工位、焊接工位、粗銑工位、熱處理工位、修磨工位、長軌時效及成品區(qū)、矯直工位、精磨工位、外觀檢測工位及探傷工位。50 m鋼軌進場后存放在短軌存放區(qū),依次經(jīng)過焊前處理(除銹、檢查)、焊接、粗銑、熱處理、修磨等工序焊接成500 m長鋼軌;長鋼軌經(jīng)24 h靜置時效,再經(jīng)過矯直、精磨、外觀檢測、探傷等工序完成精整和檢查;合格的成品軌再通過輥道線折返至成品區(qū)碼放。生產(chǎn)工藝布局情況如圖1所示。

        圖1 雅萬高鐵焊軌基地工藝布局

        2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

        雅萬高鐵焊軌基地信息管理系統(tǒng)的開發(fā)根據(jù)基地的工藝布局特點,采集并處理與接頭質(zhì)量相關(guān)的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對生產(chǎn)全過程的信息化管理和監(jiān)控。系統(tǒng)由監(jiān)控層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層和基礎(chǔ)層組成,總體架構(gòu)如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

        2.1 監(jiān)控層

        監(jiān)控層主要用于管理人員對焊軌基地生產(chǎn)過程和鋼軌焊接質(zhì)量的實時管控,包括工位監(jiān)控和長軌監(jiān)控。工位監(jiān)控展示生產(chǎn)線實時狀態(tài)、生產(chǎn)任務(wù)完成進度、作業(yè)狀態(tài)等信息;長軌監(jiān)控則采用可視化方式展示接頭質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù),并對接頭質(zhì)量問題進行追溯和分析。

        2.2 應(yīng)用層

        應(yīng)用層是系統(tǒng)的核心部分,包括生產(chǎn)管理和成品管理。生產(chǎn)管理主要提供工位作業(yè)管理和信息統(tǒng)計等功能,包括人員管理、配軌管理、焊接等8個工位的管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等,并可生成各工位的生產(chǎn)作業(yè)記錄表;成品管理是指在長鋼軌發(fā)貨前利用手持終端進行出庫管理,同時,生成合格證明材料及接頭質(zhì)量數(shù)據(jù)包。

        2.3 數(shù)據(jù)層

        數(shù)據(jù)層包含了與鋼軌接頭質(zhì)量相關(guān)的所有數(shù)據(jù)信息,基于服務(wù)器構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行存儲和管理。主要數(shù)據(jù)內(nèi)容包括:母材信息、質(zhì)量檢驗報告、焊接數(shù)據(jù)、熱處理數(shù)據(jù)、矯直數(shù)據(jù)、精磨數(shù)據(jù)、外觀檢測數(shù)據(jù)、探傷數(shù)據(jù)等。

        2.4 基礎(chǔ)層

        基礎(chǔ)層是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的相關(guān)硬件支持,包括搭建高速局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,運行系統(tǒng)軟件的PC和服務(wù)器,采集設(shè)備數(shù)據(jù)的可編程控制器(PLC,Programmable Logic Controller)和各類傳感器,讀取接頭編碼信息的手持終端和工業(yè)掃描儀等。

        3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

        雅萬高鐵焊軌基地信息管理系統(tǒng)以生產(chǎn)作業(yè)流程為主線,利用采集終端和操作終端對每個工位的生產(chǎn)情況和接頭的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行采集處理。系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

        圖3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

        3.1 焊前處理工位

        焊前處理工位利用掃描槍將鋼軌母材信息錄入系統(tǒng),生成短軌條碼,打印并張貼在鋼軌軌腰位置。系統(tǒng)記錄操作員、操作時間、外觀尺寸檢查結(jié)果等相關(guān)作業(yè)信息。

        3.2 焊接工位

        焊接工位通過工業(yè)掃描儀自動掃描短軌條碼,錄入接頭兩端的母材信息。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的編號規(guī)則,自動生成接頭號和長軌號;接頭號打印成條碼張貼在接頭附近的軌腰位置,供后續(xù)工位掃描識別使用;長軌號則在長鋼軌兩端分別進行噴涂。閃光焊機生成的焊接曲線數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)自動上傳至服務(wù)器,其中的關(guān)鍵參數(shù)信息可在軟件報表頁面自動同步生成。通過系統(tǒng)還可以記錄操作員、操作時間、接頭外觀質(zhì)量等相關(guān)作業(yè)信息。

        3.3 粗銑工位

        粗銑工位通過自動調(diào)用或人工掃描兩種方式識別接頭號,同時記錄操作員、操作時間、工位完成情況等相關(guān)作業(yè)信息。

        3.4 熱處理工位

        熱處理工位通過自動調(diào)用或人工掃描兩種方式識別接頭號。熱處理設(shè)備生成的加熱曲線數(shù)據(jù)與當前作業(yè)的接頭號進行關(guān)聯(lián)并自動上傳至服務(wù)器,關(guān)鍵參數(shù)信息在軟件報表頁面自動同步生成。系統(tǒng)記錄操作員、操作時間等相關(guān)作業(yè)信息。

        3.5 長軌時效

        修磨工位采用人工打磨作業(yè),不采集任何數(shù)據(jù)。經(jīng)上述各工位后,帶有接頭號條碼的長鋼軌進入時效區(qū)。系統(tǒng)記錄每個接頭的作業(yè)時間及在時效區(qū)的存放時間,確保長鋼軌上全部接頭滿足24 h以上靜置時長。

        3.6 矯直工位

        時效完成后的長鋼軌進入矯直工位,該工位通過工業(yè)掃描儀自動掃描接頭號條碼,并將矯直曲線數(shù)據(jù)與接頭號進行關(guān)聯(lián)后自動上傳至服務(wù)器,同時,記錄操作員、操作時間、工位完成狀態(tài)等相關(guān)作業(yè)信息。

        3.7 精磨工位

        精磨工位通過自動調(diào)用或人工掃描兩種方式識別接頭號,同步獲取矯直工位的作業(yè)數(shù)據(jù)。作業(yè)人員可參考矯直數(shù)據(jù),對精磨工藝進行修正和優(yōu)化,同時,記錄操作員、操作時間、工位完成狀態(tài)等作業(yè)信息。

        3.8 外觀檢測工位

        外觀檢測工位通過自動調(diào)用或人工掃描兩種方式錄入接頭號。系統(tǒng)上傳平直度測量數(shù)據(jù),并對測量結(jié)果的平直度、不平度進行分析,自動判斷接頭外觀質(zhì)量是否滿足標準要求,同時,記錄操作員、操作時間、檢查結(jié)果等作業(yè)信息。

        3.9 探傷工位

        探傷工位通過自動調(diào)用或人工掃描兩種方式錄入接頭號。探傷作業(yè)情況及波形曲線與當前接頭號關(guān)聯(lián)并上傳至服務(wù)器,同時,記錄操作員、操作時間等作業(yè)信息。

        3.10 發(fā)貨工位

        發(fā)貨工位通過手持終端掃描待出庫的長軌號,從而形成電子發(fā)貨單。系統(tǒng)根據(jù)發(fā)貨單提取全部接頭質(zhì)量信息并生成發(fā)貨數(shù)據(jù)包和質(zhì)量合格證。質(zhì)量數(shù)據(jù)包可移交給建設(shè)單位和運營單位,利用分析軟件即可查看并追溯成品鋼軌的接頭質(zhì)量數(shù)據(jù)。

        4 系統(tǒng)功能

        雅萬高鐵焊軌基地信息管理系統(tǒng)根據(jù)不同用戶層面的操作需求,分為數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、工位操作子系統(tǒng)、實時監(jiān)控子系統(tǒng)及發(fā)貨管理App 4個部分內(nèi)容,其功能架構(gòu)如圖4所示。

        圖4 系統(tǒng)功能架構(gòu)

        4.1 數(shù)據(jù)管理

        數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)管理整個焊軌基地生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)、作業(yè)人員及生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù),具體功能包括系統(tǒng)設(shè)置、排班管理、生產(chǎn)管理、報表管理、成品管理、數(shù)據(jù)校驗等,子系統(tǒng)界面如圖5所示。

        圖5 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)界面

        (1)系統(tǒng)設(shè)置包括對組織機構(gòu)、用戶權(quán)限、操作日志等管理信息的設(shè)置,以及對鋼軌型號、速度等級、生產(chǎn)廠家等生產(chǎn)信息的設(shè)置。

        (2)排班管理主要對焊軌基地作業(yè)人員的班次、工位、排班日歷等進行設(shè)置和管理。

        (3)生產(chǎn)管理是對焊軌基地各工位采集的全部數(shù)據(jù)信息進行分類展示及管理應(yīng)用,可實現(xiàn)對任意接頭或長軌的信息檢索,調(diào)閱并分析參數(shù)信息、焊接曲線、熱處理曲線、平直度曲線等重要質(zhì)量數(shù)據(jù)。

        (4)報表管理功能可對各工位的生產(chǎn)業(yè)務(wù)報表進行導(dǎo)出和打印,形成滿足驗收要求的生產(chǎn)記錄文檔。

        (5)成品管理包括檢驗報告錄入、產(chǎn)品合格證打印、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)包生成等功能。

        (6)數(shù)據(jù)校驗功能主要針對長軌接頭數(shù)據(jù)信息的完整性進行自動復(fù)核,避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復(fù)錄入、接頭數(shù)據(jù)信息不完整、重復(fù)編號等問題。

        4.2 工位操作

        在每個工位的操作終端上運行有工位操作子系統(tǒng),用于接頭相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)、作業(yè)人員信息、作業(yè)狀態(tài)、接頭編號等數(shù)據(jù)信息的采集和錄入,子系統(tǒng)界面如圖6所示。工位操作子系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程開發(fā)了8個獨立模塊,分別針對不同工位的功能需求和數(shù)據(jù)采集要求進行設(shè)計,包括焊前處理工位模塊、焊接工位模塊、粗銑工位模塊、正火工位模塊、矯直工位模塊、精磨工位模塊、外檢工位模塊、探傷工位模塊等。每一個工位模塊都能獨立運行,并通過以太網(wǎng)接入系統(tǒng)服務(wù)器,采集的數(shù)據(jù)可同時保存在本地數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中。

        圖6 工位操作子系統(tǒng)界面

        4.3 實時監(jiān)控

        實時監(jiān)控子系統(tǒng)包括工位監(jiān)測和長軌監(jiān)測,可對工位操作情況、生產(chǎn)完成情況、接頭質(zhì)量數(shù)據(jù)等信息進行可視化展示,供生產(chǎn)管理人員對整個焊軌基地生產(chǎn)情況進行管控,子系統(tǒng)界面如圖7所示。

        圖7 實時監(jiān)控子系統(tǒng)界面

        (1)工位監(jiān)測以接頭編號為索引,展示各工位的流轉(zhuǎn)情況、作業(yè)人員的基本信息和工位數(shù)據(jù)采集情況,并通過圖形顯示生產(chǎn)任務(wù)的完成情況等信息。

        (2)長軌監(jiān)測通過長軌編號和接頭編號檢索接頭作業(yè)情況及質(zhì)量數(shù)據(jù),并對采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行曲線繪制和圖形化展示。

        4.4 發(fā)貨管理

        發(fā)貨管理App基于安卓系統(tǒng)開發(fā),采用帶有激光掃碼功能的手持終端,主要功能包括:用戶管理、出庫管理和數(shù)據(jù)上傳管理。

        (1)用戶管理用于設(shè)置發(fā)貨人員的基本信息。

        (2)出庫管理利用手持終端掃描待出庫的長軌編號,形成出庫記錄單。

        (3)數(shù)據(jù)上傳管理利用Wi-Fi與數(shù)據(jù)服務(wù)器進行交互,將出庫記錄單中的長軌編號與接頭質(zhì)量數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián),形成發(fā)貨質(zhì)量數(shù)據(jù)包并移交給建設(shè)單位和運營單位,實現(xiàn)鋼軌接頭的質(zhì)量可追溯性。

        5 關(guān)鍵技術(shù)

        5.1 多元數(shù)據(jù)采集

        為保證焊軌基地多元數(shù)據(jù)采集的完整性和準確性,系統(tǒng)采用了直接和間接兩種數(shù)據(jù)采集模式。直接采集模式是在各工位操作平臺上通過以太網(wǎng)接口連接設(shè)備工控機,利用TCP/IP協(xié)議傳輸并采集設(shè)備生產(chǎn)過程中的全部加工數(shù)據(jù)。間接采集模式讀取操作終端輸入的文本數(shù)據(jù),采用定時器的方式直接上傳至服務(wù)器。直接采集可獲取設(shè)備的原始數(shù)據(jù),進而有利于數(shù)據(jù)的后期處理和分析;間接采集可實現(xiàn)包括人工錄入和系統(tǒng)定義等更多信息的覆蓋。

        5.2 數(shù)據(jù)安全技術(shù)

        系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫MySql和單機數(shù)據(jù)庫SQLite相結(jié)合的方式,既保證了數(shù)據(jù)的集中存儲,又保證了各工位的獨立性。服務(wù)器端采用熱機雙備技術(shù),建立主/從數(shù)據(jù)庫實時備份模式,并采用不間斷電源進行供電,保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)的安全可靠。各工位操作平臺采用SQLite數(shù)據(jù)庫,在網(wǎng)絡(luò)正常狀態(tài)下,數(shù)據(jù)同時保存在本地和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中;在網(wǎng)絡(luò)故障的情況下,數(shù)據(jù)暫時保存在本地數(shù)據(jù)庫中,等網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后,再同步至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

        5.3 接頭識別技術(shù)

        系統(tǒng)采用了條形碼自動識別技術(shù)對長鋼軌和接頭進行身份標識,與質(zhì)量數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)從而實現(xiàn)對接頭質(zhì)量的全壽命周期管理。雅萬高鐵焊軌基地的長軌編號由1位字母和4位數(shù)字組成,接頭編號由3位字母和8位數(shù)字組成。系統(tǒng)采用了Code128條形碼,具有編碼密度高和易識別等特點;基地采用工業(yè)級高速條碼掃描儀,可確保在鋼軌高速輸送過程中準確地識取條碼信息。

        6 結(jié)束語

        雅萬高鐵焊軌基地信息管理系統(tǒng)與焊軌基地同步建設(shè)、運行,有力地保障了雅萬高鐵焊軌基地生產(chǎn)任務(wù)的順利開展。系統(tǒng)實現(xiàn)了對接頭質(zhì)量信息的應(yīng)采盡采和各工位的無紙化作業(yè)。生產(chǎn)管理人員通過數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和實時監(jiān)控子系統(tǒng)可對生產(chǎn)全過程進行監(jiān)控,對接頭質(zhì)量問題進行數(shù)據(jù)分析和溯源,對各工位及整個生產(chǎn)任務(wù)進行統(tǒng)計分析和管理。

        該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了雅萬高鐵焊軌基地的信息化水平、生產(chǎn)效率及管理水平,對于鋼軌焊接質(zhì)量的控制具有重要作用。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可進一步運用大數(shù)據(jù)技術(shù),與后續(xù)鋪軌、運營及維護信息進行整合,實現(xiàn)接頭的全壽命周期管理,更好地保障鐵路運輸安全。

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