面向全生命周期管理的高強(qiáng)度螺栓施工管理系統(tǒng)

張明 韓鴻德 趙慶航

[摘? ? 要]在螺栓應(yīng)用過程中，其施工工序主要特點(diǎn)是復(fù)雜性，在這一領(lǐng)域中，信息化水平以及智能化水平相對(duì)較低，以此在螺栓連接工作中構(gòu)建相應(yīng)管理系統(tǒng)，主要系統(tǒng)構(gòu)成有數(shù)控定扭矩電動(dòng)扳手系統(tǒng)以及實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。通過系統(tǒng)應(yīng)用可有效簡(jiǎn)化流程，其中班前班后標(biāo)定工作減少，螺栓施工過程中，其整體過程可有效管控人以及設(shè)備等相關(guān)要素，形成新型化的流程，管理模式進(jìn)行優(yōu)化。過程中可確定螺栓連接全生命周期的成本內(nèi)容，施工階段以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段可構(gòu)建成本計(jì)算相應(yīng)模型。文章通過對(duì)全生命周期管理的高強(qiáng)度螺栓施工管理系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)合其不同部分內(nèi)容，綜合性分析全生命周期管理背景下的高強(qiáng)度螺栓施工管理系統(tǒng)運(yùn)行有效性，優(yōu)化其成本效益。

[關(guān)鍵詞]全生命周期管理;高強(qiáng)度;螺栓施工;管理系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]U215.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–0–03

High-Strength Bolt Construction Management System

oriented to Full Life Cycle Management

Zhang Ming，Han Hong-de，Zhao Qing-hang

[Abstract]In the bolt application process， the main feature of the construction process is complexity. In this field， the level of informationization and intelligence is relatively low， and the corresponding management system is constructed in the bolt connection work. The main system components are CNC fixed torque electric wrench system and practical application system. Through the application of the system， the process can be effectively simplified. Among them， the calibration work before and after the shift is reduced. During the bolt construction process， the overall process can effectively control the relevant elements such as personnel and equipment， forming a new type of process， and optimizing the management mode. During the process， the cost content of the full life cycle of the bolt connection can be determined， and the corresponding cost calculation model can be built during the construction phase and the operation and maintenance phase. This paper analyzes the high-strength bolt construction management system of the whole life cycle management， combining its different parts， comprehensively analyzes the operational effectiveness of the high-strength bolt construction management system under the background of the whole life cycle management， and optimizes its cost-effectiveness.

[Keywords]full life cycle management; high strength; bolt construction; management system

在高強(qiáng)度螺栓連接施工過程中，其強(qiáng)度數(shù)值相對(duì)較高，施工比較便利?，F(xiàn)階段鐵路鋼橋度螺栓連接工作主要施工方式為扭矩法施工，這一技術(shù)方式相對(duì)較為成熟，范圍比較廣泛。扭矩法施工中的主要內(nèi)容是定扭矩電動(dòng)扳手，在控制輸出扭矩過程中主要借助的方式是控制輸入電流強(qiáng)度數(shù)值。確保過程中準(zhǔn)確性因素，需要在操作前后標(biāo)定扳手，在終擰后處于規(guī)定時(shí)間內(nèi)需要檢查終擰扭矩?cái)?shù)值。高強(qiáng)度螺栓連接施工工作中，工序較為復(fù)雜，難以獲取比較準(zhǔn)確的扭矩?cái)?shù)值，施工信息數(shù)據(jù)主要是借助紙質(zhì)記錄，過程中管控信息化程度相對(duì)較低，難以實(shí)現(xiàn)整體過程中的高效管理，因此后期養(yǎng)護(hù)工作開展存在難度。

1 系統(tǒng)構(gòu)成分析

螺栓施工管理系統(tǒng)包括：兩套螺栓微庫(kù)，主要用于施工現(xiàn)場(chǎng)管理終端;一套一體機(jī)，主要應(yīng)用在庫(kù)房管理終端;一套大尺寸觸摸顯示屏，用于集中顯示微庫(kù)系統(tǒng)狀態(tài)信息、KIT板組件、KIT板周轉(zhuǎn)小車、下位機(jī)和上位機(jī)管理系統(tǒng)軟件。螺栓施工管理系統(tǒng)主要用于KIT板的日常領(lǐng)用、補(bǔ)料管理。系統(tǒng)借助對(duì)KIT板組件進(jìn)行管理，通過對(duì)KIT板的周轉(zhuǎn)、存取的過程進(jìn)行檢測(cè)和記錄。系統(tǒng)應(yīng)用于庫(kù)房與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)緊固件材料的閉環(huán)管理，其目的在于更精確、及時(shí)地跟蹤并記錄各種緊固件KIT板（KIT板）的流轉(zhuǎn)、領(lǐng)用、庫(kù)存情況。

2 管理系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)分析

2.1 功能部分

在螺栓施工過程中，需要有效管理和控制施工全過程中工作人員、設(shè)備、材料、流程以及施工環(huán)境。在螺栓施工扭矩部分，需要完成實(shí)時(shí)無(wú)線采集，出現(xiàn)超欠擰問題需要進(jìn)行自動(dòng)化報(bào)警;在二維碼應(yīng)用過程中，需要協(xié)同操作人員以及設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)有效關(guān)聯(lián);針對(duì)其中的施工聯(lián)系單以及記錄表等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生成;設(shè)備實(shí)際使用時(shí)間大于30 000次情況下可完成自動(dòng)施擰;在橋位傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相對(duì)較差，會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)沒有上傳數(shù)據(jù)，在施擰工作結(jié)束后，當(dāng)天會(huì)完成手動(dòng)一鍵補(bǔ)存。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)部分

在施工質(zhì)量管理控制模式中，其主要凸顯實(shí)時(shí)性、全面新型以及真實(shí)性;在扭矩控制過程中，具有較好的穩(wěn)定性，扭矩控制精確性有效提高;借助二維碼形式可以對(duì)多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，將派工單作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整，設(shè)置合理化扭矩，其中信息化水平以及智能化水平有效提高;在施擰過程中，信息數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)較好的追溯性，在多部門業(yè)務(wù)流程中，顯示有機(jī)協(xié)同性。在高強(qiáng)度螺栓施工過程中，其全生命周期管理過程以及信息實(shí)現(xiàn)無(wú)損流轉(zhuǎn)過程均具備較好的條件基礎(chǔ)。系統(tǒng)具有顯示和信息傳輸功能，可顯示在庫(kù)部件配臺(tái)板數(shù)量和規(guī)格信息，設(shè)有工業(yè)控制一體機(jī)，用于部件配臺(tái)板的補(bǔ)料、領(lǐng)用管理。緊固件微庫(kù)界面友好，操作方便，便于補(bǔ)料、領(lǐng)用。管理系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。

2.3 緊固件微庫(kù)工裝構(gòu)成

（1）觸摸屏微庫(kù)操作系統(tǒng)軟件的載體，用來(lái)控制門系統(tǒng)開關(guān)、物料出入庫(kù)以及出入庫(kù)信息顯示等功能。

（2）蜂鳴器用來(lái)實(shí)現(xiàn)開門時(shí)間過久報(bào)警功能。

（3）讀卡器用于讀取員工卡信息、將員工信息傳至微庫(kù)操作軟件。

（4）主斷路器、品字插座用于控制微庫(kù)工裝的總電源開斷。

（5）萬(wàn)向輪用于控制微庫(kù)工裝的移動(dòng)方向，可360°旋轉(zhuǎn)，帶有剎車功能。

（6）定向輪用于控制微庫(kù)工裝的移動(dòng)方向，無(wú)剎車功能。

（7）門禁開關(guān)共4個(gè)，門頂部?jī)蓚€(gè)以及門底部?jī)蓚€(gè)，通過微庫(kù)軟件操作以及PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)門開關(guān)的控制。

（8）位置傳感器用于感應(yīng)KIT板的出入庫(kù)操作。

（9）活動(dòng)層板方便KIT板的出入庫(kù)動(dòng)作。

（10）鎖扣控制活動(dòng)層板的抽搐與推進(jìn)。

3 全要素基礎(chǔ)上流程再造措施

3.1 人員因素

在管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、操作人員以及相應(yīng)權(quán)限等信息數(shù)據(jù)形成員工個(gè)人二維碼。通過掃描二維碼形式，形成施擰作業(yè)中的重要前提條件，施擰信息數(shù)據(jù)以及相應(yīng)責(zé)任人員關(guān)聯(lián)性可以具備比較堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)控定扭矩扳手因素

在班前班后標(biāo)定工作需首次取消，確定為班前點(diǎn)檢校準(zhǔn)，滿足減員增效要求。管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，針對(duì)扳手出廠以及維護(hù)工作等相應(yīng)基礎(chǔ)性信息，其中，信息數(shù)據(jù)中領(lǐng)用歸還部分、施擰次數(shù)等需要完成有效記錄和管理工作，在沒有經(jīng)過管理系統(tǒng)認(rèn)證后扳手施擰數(shù)據(jù)難以有效上傳，保證施擰數(shù)據(jù)具備安全性，確定應(yīng)用穩(wěn)定性，追溯相應(yīng)作業(yè)內(nèi)容。

3.3 高強(qiáng)度螺栓因素

螺栓入庫(kù)階段、領(lǐng)用階段以及損耗階段，需要實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，將其綜合到施擰流程中，管理系統(tǒng)在自動(dòng)化生成過程中，構(gòu)成出入庫(kù)中的相應(yīng)清單以及高強(qiáng)度螺栓領(lǐng)用清單，聯(lián)系施擰計(jì)劃以及相應(yīng)螺栓批號(hào)以及相應(yīng)規(guī)格等。其中某個(gè)規(guī)格的螺栓庫(kù)存量數(shù)據(jù)低于50套，系統(tǒng)會(huì)開始自動(dòng)標(biāo)識(shí)提醒功能。記錄管理其中螺栓試驗(yàn)損耗以及不合格情況，統(tǒng)計(jì)控制過程中的螺栓損耗率數(shù)值，為其提供基礎(chǔ)性條件。

3.4 施擰作業(yè)因素

形成新型化的施擰流程，工程化實(shí)施過程中，需要關(guān)聯(lián)不同螺栓以及相應(yīng)施擰信息數(shù)據(jù)，結(jié)合螺栓規(guī)格，劃分相應(yīng)區(qū)域，編號(hào)其中的螺栓施擰順序。其中劃分螺栓區(qū)域，設(shè)置相應(yīng)施工計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室確定相應(yīng)施工扭矩，通過二維碼形式，具備相應(yīng)關(guān)鍵性信息數(shù)據(jù)，形成派工單，將這一數(shù)據(jù)應(yīng)用在不同螺栓區(qū)域施擰動(dòng)作。在產(chǎn)生超擰等不正常情況下，系統(tǒng)需進(jìn)行自動(dòng)化報(bào)警，緊急停止工作，現(xiàn)場(chǎng)工作技術(shù)人員需確定其中的原因，在經(jīng)過處理后需要開展施擰工作。施擰扭矩條件不同，處于不同螺栓區(qū)域，在掃描派工單中二維碼過程中，管理系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需自動(dòng)化更新施擰扭矩設(shè)定數(shù)值，過程中不需要更換扳手直接進(jìn)行相應(yīng)操作。

3.5 環(huán)境因素

橋位現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)置相應(yīng)的溫度以及濕度傳感器，過程中需要設(shè)置2 h時(shí)間。在間隔一段時(shí)間后需上傳相應(yīng)溫度信息以及濕度新信息，螺栓扭矩相應(yīng)系數(shù)在調(diào)整過程中需要獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，過程中需要豐富螺栓現(xiàn)場(chǎng)施擰采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，在高強(qiáng)度螺栓施擰工作中，確定其中記錄單內(nèi)容的完整性，為其提供基礎(chǔ)性條件。

4 系統(tǒng)管理升級(jí)內(nèi)容分析

4.1 中心庫(kù)部分

（1）中心庫(kù)一體機(jī)主要用作庫(kù)房管理終端，用于顯示各微庫(kù)終端的操作信息;當(dāng)日配料信息以及歷史信息查詢顯示，也能用于存儲(chǔ)、記錄、查詢KIT板信息以及KIT板領(lǐng)用信息管理，記錄所配KIT板數(shù)量、各工位已配數(shù)量、周轉(zhuǎn)區(qū)域KIT板數(shù)量、當(dāng)日配料總數(shù)以及班組領(lǐng)用數(shù)量等。管理人員通過中心庫(kù)顯示終端，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃編制Kit板配料計(jì)劃，自動(dòng)生成物料明細(xì);配料作業(yè)人員，通過固定配料臺(tái)或移動(dòng)配料臺(tái)車終端刷員工卡啟動(dòng)配料作業(yè)程序，顯示KIT配料計(jì)劃和物料明細(xì)，系統(tǒng)生成KIT板配料清單。

（2）配料作業(yè)人員根據(jù)打印的物料清單，從物料架緊固件物料盒的二維碼信息，一次性或批次從物料架取料，并放置到物料周轉(zhuǎn)車;然后，回到固定配料作業(yè)臺(tái)，逐一配置KIT板。

（3）啟用中心庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，先檢查與各微庫(kù)終端的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常，網(wǎng)絡(luò)連接正常后啟動(dòng)中心庫(kù)端管理軟件，輸入經(jīng)授權(quán)的員工信息登錄系統(tǒng)。

（4）創(chuàng)建KIT板信息時(shí)，按軟件界面提示，依次填入KIT板名稱及KIT板包含的各物料編碼、名稱、數(shù)量等信息。

4.2 KIT板組件方案

（1）為了便于緊固件系統(tǒng)的后期維護(hù)，KIT板的名稱應(yīng)與廠內(nèi)對(duì)應(yīng)的工步名稱一致。例如，“高壓設(shè)備箱”，更便于從ERP系統(tǒng)導(dǎo)出對(duì)應(yīng)工步的BOM明細(xì)到KIT板配料系統(tǒng)內(nèi)。KIT板的編碼建議按“工步編號(hào)+序列號(hào)”的形式定義，這樣可實(shí)現(xiàn)KIT板有序編號(hào)的同時(shí)，又做到了KIT板編號(hào)唯一性。

（2）KIT板應(yīng)按照青島8號(hào)線車下設(shè)備安裝作業(yè)單元設(shè)計(jì)，且按照班組分工進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免不同施工小組所需緊固件設(shè)計(jì)在同一塊KIT，造成施工不便。

4.3 大尺寸方案觸摸顯示屏方案

大尺寸觸摸顯示屏主要用于集中顯示微庫(kù)系統(tǒng)狀態(tài)信息，選用65寸（216.7 cm）觸摸式一體機(jī)，能夠更直觀地展示當(dāng)前各微庫(kù)終端的擺放位置，當(dāng)前微庫(kù)系統(tǒng)KIT板的流轉(zhuǎn)情況。便于現(xiàn)場(chǎng)管理人員及時(shí)的對(duì)微庫(kù)終端進(jìn)行補(bǔ)料等操作。

5 分析實(shí)際應(yīng)用效果

行實(shí)時(shí)獲取，開展監(jiān)控以及查詢工作，主要對(duì)象為不同螺栓的施擰扭矩，全面性管理螺栓施擰規(guī)格以及現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度等，施工質(zhì)量的管理控制能力有效提升，延遲斷裂發(fā)生率有效降低，在螺栓全生命周期管理中具備堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提供可實(shí)施的路徑。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用反饋過程中，系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)施擰流程，主要優(yōu)勢(shì)是工效提高，人力資源有效節(jié)約，規(guī)范性相對(duì)來(lái)說十分顯著。在以下項(xiàng)目應(yīng)用前，其使用現(xiàn)狀如下：施擰順序，僅存在一種原則性規(guī)定;班前標(biāo)定，過程較為煩瑣，需要在過程中反復(fù)調(diào)整扳手;班后標(biāo)定，試驗(yàn)室一人進(jìn)行;試驗(yàn)室數(shù)據(jù)記錄，需要手工抄錄，出入庫(kù)等相關(guān)清單，專門制作或者是人為傳遞;終擰扭矩檢查：不同節(jié)點(diǎn)的螺栓區(qū)域占比需要按照10 %或全部檢查。在應(yīng)用系統(tǒng)后，施擰順序，結(jié)合實(shí)際情況制定施擰順序的編號(hào)，確保規(guī)范化操作，對(duì)應(yīng)螺栓以及施擰信息，為其提供重要條件。班前標(biāo)定：取消這一工序，將其更改為點(diǎn)檢校準(zhǔn)，對(duì)扳手穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。班后標(biāo)定：取消。試驗(yàn)室數(shù)據(jù)記錄：借助App上傳記錄，過程中不需要額外的時(shí)間、出入庫(kù)清單等，信息會(huì)自動(dòng)化上傳，報(bào)表也可自動(dòng)打印。終擰扭矩檢查：基于技術(shù)條件可按照占比5 %檢查，后期階段會(huì)逐漸減少直到取消，人力成本下降。

6 結(jié)束語(yǔ)

螺栓連接工作中，全生命周期成本管理可以劃分為以下內(nèi)容，分別為設(shè)計(jì)成本、施工成本以及運(yùn)營(yíng)成本等，在施工成本中內(nèi)容劃分為施工人員成本因素以及螺栓成本藝術(shù)等，在運(yùn)營(yíng)成本控制工作中，包括運(yùn)營(yíng)期間螺栓檢查費(fèi)用以及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用成本等，結(jié)合實(shí)際施工原因應(yīng)用運(yùn)營(yíng)階段的螺栓斷裂計(jì)算方式。管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，其經(jīng)濟(jì)效益顯著，優(yōu)化全生命周期成本效益，推廣價(jià)值顯著。

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