二維碼技術(shù)在鋼箱梁制造過(guò)程中的應(yīng)用研究

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(guò)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(zhǎng)期以來(lái)，在鋼箱梁建造過(guò)程中雖然也通過(guò)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(guò)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(wú)法進(jìn)行切實(shí)有效的管理。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，無(wú)法對(duì)物料及制造過(guò)程進(jìn)行追溯管理。通過(guò)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(guò)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(guò)全焊接的方式連接而成。其制作過(guò)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(guò)程物料的全生命周期追溯是從鋼板入庫(kù)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(guò)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(guò)程如圖2 所示：

圖2 鋼箱梁制作噴碼過(guò)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(kù)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(kù)管理的追溯，通過(guò)標(biāo)簽對(duì)鋼板進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，覆蓋鋼板“采購(gòu)→到貨→入庫(kù)→移動(dòng)→預(yù)處理→出庫(kù)/退庫(kù)”流程管理。通過(guò)該標(biāo)簽可以查詢到鋼板規(guī)格、供應(yīng)商、爐批號(hào)、采購(gòu)單號(hào)、入庫(kù)時(shí)間、鋼板庫(kù)位信息、該庫(kù)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(chǎng)地利用效率以及庫(kù)存管理效率，降低鋼材庫(kù)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(kù)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(wú)自動(dòng)噴碼，手持終端或現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(kù)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(chǎng)地環(huán)境較差，特別是外場(chǎng)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(chǎng)還可以通過(guò)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(guó)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(wú)線的情況下，系統(tǒng)通過(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)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(guò)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(chǎng)試驗(yàn)過(guò)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(lái)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(guò)掃描二維碼標(biāo)簽可以快速查詢制造過(guò)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(guò)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(guò)程中各階段的運(yùn)輸信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)鋼箱梁制作過(guò)程中的物料追溯問(wèn)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(guò)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(guò)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?jī)?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]。