基于云架構(gòu)的船舶建造焊縫檢測管理系統(tǒng)

王 晨，王鵬宇，許 凌

(1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司，上海 200032)

0 引 言

焊接施工管理和質(zhì)量管理直接影響產(chǎn)品及工程的安全運(yùn)行和使用壽命[1]。焊縫檢測作為管理的重要環(huán)節(jié)，直接影響船舶建造質(zhì)量。船舶建造焊縫檢測存在原始數(shù)據(jù)缺乏、檢測數(shù)據(jù)集中管理困難、檢測結(jié)果無法溯源等問題，已成為我國船舶高質(zhì)量發(fā)展的痛點(diǎn)問題。

在當(dāng)前船舶建造焊縫檢測工藝中，無損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，檢測效果得到行業(yè)的認(rèn)可[2]。常見的NDT方式主要為液體滲透探傷、超聲波探傷及射線探傷。由于焊縫檢測業(yè)務(wù)種類繁多，數(shù)據(jù)繁雜且涉及專業(yè)面廣、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，分析過程具有非結(jié)構(gòu)性和不確定性，使建造現(xiàn)場的焊縫檢測分析統(tǒng)計(jì)工作比較粗放、準(zhǔn)確性低[3]，因此需要船舶建造焊縫檢測管理系統(tǒng)管理和使用數(shù)據(jù)，提高焊縫檢測效率和質(zhì)量。

近年來隨著云計(jì)算應(yīng)用的興起，云架構(gòu)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于各類云計(jì)算的軟件系統(tǒng)。云架構(gòu)并沒有準(zhǔn)確的科學(xué)定義，比較公認(rèn)的云架構(gòu)劃分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS)、平臺即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS)和軟件即服務(wù)(Software as a Service，SaaS)等3個(gè)層次[4]。云架構(gòu)技術(shù)可使系統(tǒng)存儲大量的數(shù)據(jù)[5]，幾乎為無限存儲；在計(jì)算機(jī)崩潰時(shí)，所有數(shù)據(jù)在云中均為安全狀態(tài)，仍可對系統(tǒng)進(jìn)行訪問；支持多用戶同時(shí)在線協(xié)同工作，并可保證系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

1 系統(tǒng)需求分析

船舶建造焊縫檢測是一項(xiàng)涉及多專業(yè)和多部門的工作，在系統(tǒng)研發(fā)時(shí)需要考慮各專業(yè)的特殊需求和各部門的角色定位與系統(tǒng)使用權(quán)限。不僅造船企業(yè)可組織人員進(jìn)行焊縫檢測，而且船舶所有人和船級社人員可按規(guī)范要求進(jìn)行焊縫檢測。因此，系統(tǒng)需要根據(jù)檢測人員的身份對檢測流程和使用權(quán)限加以區(qū)分。NDT是目前船舶建造的主要檢測手段，系統(tǒng)需要覆蓋整個(gè)NDT的業(yè)務(wù)流程，并根據(jù)NDT的檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)生成相關(guān)的NDT報(bào)告，保證檢測報(bào)告與焊縫檢測原始記錄關(guān)聯(lián)時(shí)的一致性，支持檢測數(shù)據(jù)的溯源。焊接工人需要經(jīng)專業(yè)的焊接培訓(xùn)獲得相關(guān)焊接資質(zhì)證書后方可進(jìn)行焊接活動(dòng)。因此，系統(tǒng)需要管理焊接工人的個(gè)人信息及所持焊接證書的信息。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

云架構(gòu)技術(shù)可使系統(tǒng)存儲大量的數(shù)據(jù)，并可保證系統(tǒng)運(yùn)行的速度及安全性。造船企業(yè)的焊縫檢測業(yè)務(wù)流程并不完全相同，采用云架構(gòu)技術(shù)可使系統(tǒng)具備良好的柔性和可配置性，可根據(jù)對船舶建造焊縫檢測管理及流程定制的需求，通過配置SaaS，快速滿足造船企業(yè)的差異化需求，縮短系統(tǒng)研發(fā)周期。云架構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于將實(shí)際的各種業(yè)務(wù)需求進(jìn)行抽象歸類，設(shè)計(jì)云架構(gòu)各層級的具體功能。通過運(yùn)用現(xiàn)代造船模式，結(jié)合造船企業(yè)實(shí)際的作業(yè)環(huán)境、業(yè)務(wù)需求和業(yè)務(wù)流程，設(shè)計(jì)船舶建造焊縫檢測管理系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 船舶建造焊縫檢測管理系統(tǒng)架構(gòu)

IaaS提供與焊縫檢測數(shù)據(jù)管理相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施類服務(wù)，包括云服務(wù)器、檢測數(shù)據(jù)庫、工藝知識庫、安全與管理及大規(guī)模計(jì)算，為系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)服務(wù)支持。

PaaS提供組件服務(wù)，分為業(yè)務(wù)組件和基礎(chǔ)組件。業(yè)務(wù)組件包括數(shù)據(jù)服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、消息服務(wù)及業(yè)務(wù)規(guī)則引擎等?；A(chǔ)組件包括統(tǒng)一權(quán)限認(rèn)證管理、設(shè)備物聯(lián)數(shù)據(jù)采集及移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)平臺。業(yè)務(wù)組件主要為應(yīng)用層功能提供通用的軟件功能服務(wù)，而基礎(chǔ)組件主要提供數(shù)據(jù)接口類服務(wù)。

SaaS提供具體的功能服務(wù)，分為基礎(chǔ)功能和應(yīng)用功能?；A(chǔ)功能包括基礎(chǔ)信息管理、權(quán)限管理及流程管理。應(yīng)用功能包括檢測工藝管理、檢測任務(wù)管理及焊工信息管理等?；A(chǔ)功能提供系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)管理服務(wù)，應(yīng)用功能針對具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景提供服務(wù)。

3 系統(tǒng)功能設(shè)置

船舶建造焊縫檢測管理系統(tǒng)可覆蓋船舶建造焊縫檢測的整個(gè)流程，如圖2所示。系統(tǒng)可使焊縫檢測數(shù)據(jù)回溯至任意建造階段。

圖2 船舶建造焊縫檢測流程

系統(tǒng)由4個(gè)功能模塊構(gòu)成，分別為常規(guī)檢驗(yàn)(Routine Inspection，RI)、NDT、焊工管理(Welder Management，WM)及基本數(shù)據(jù)管理(Basic Data Management，BDM)。

RI主要分為結(jié)構(gòu)、輪機(jī)、電氣、內(nèi)裝、涂裝、和調(diào)試等6個(gè)專業(yè)，包括造船企業(yè)的內(nèi)檢和船舶所有人與船級社的外檢。RI模塊可按照建造流程分別管理各階段的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成周報(bào)和月報(bào)，并提供焊接過程中的巡檢單自動(dòng)生成功能。RI模塊界面如圖3所示。

圖3 RI模塊界面

NDT模塊分為檢驗(yàn)工藝管理、任務(wù)單管理及檢測報(bào)告管理等。檢驗(yàn)工藝管理根據(jù)NDT工藝參數(shù)進(jìn)行定義，為每次檢驗(yàn)提供檢驗(yàn)方法工藝參數(shù)。檢驗(yàn)工藝按照項(xiàng)目進(jìn)行管理。任務(wù)單管理主要針對生產(chǎn)車間根據(jù)檢驗(yàn)項(xiàng)目填寫申請單的相關(guān)數(shù)據(jù)及任務(wù)分配與審批流程。檢測報(bào)告管理可提供根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成的各種報(bào)告，包括NDT報(bào)告、周報(bào)及月報(bào)等。NDT模塊界面如圖4所示。

圖4 NDT模塊界面

WM模塊分為焊工基本信息和焊工身份信息。WM模塊提供各類信息一鍵導(dǎo)入功能，并自動(dòng)關(guān)聯(lián)部門和班組數(shù)據(jù)，可根據(jù)焊工身份證號自動(dòng)關(guān)聯(lián)焊工相關(guān)的身份信息。對于重復(fù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)忽略，并給出提示信息。WM模塊界面如圖5所示。

圖5 WM模塊界面

BDM模塊分為基本信息、權(quán)限管理和流程管理?；拘畔⒅饕üこ添?xiàng)目信息、組織結(jié)構(gòu)信息、標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)項(xiàng)信息和號船檢驗(yàn)項(xiàng)信息等。權(quán)限管理主要包括角色管理、角色權(quán)限管理和用戶角色管理。流程管理主要包括工作組管理和流程模塊管理。BDM模塊界面如圖6所示。

圖6 BDM模塊界面

4 結(jié) 語

船舶建造焊縫檢測管理系統(tǒng)采用云架構(gòu)技術(shù)使系統(tǒng)具備良好的柔性和可配置性，可滿足不同造船企業(yè)對船舶建造焊縫檢測管理及流程定制的需求，并支持多用戶同時(shí)在線協(xié)同工作，保證在任意一臺用戶計(jì)算機(jī)出現(xiàn)崩潰的情況下，其他計(jì)算機(jī)仍可正常工作。該系統(tǒng)將制造現(xiàn)場產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式存入數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，并覆蓋整個(gè)焊縫檢測流程。目前，該系統(tǒng)已在探險(xiǎn)郵船、自升式鉆井平臺、集裝箱船、打撈工程船、打樁船、散貨船、礦砂船等各類船舶與海洋工程產(chǎn)品及海洋裝備等的建造焊縫檢測中推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)在應(yīng)用后，降低管理人員在審批、錄入和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約管理人員工時(shí)約20%，平均每人每天數(shù)據(jù)錄入時(shí)間縮短1 h，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)周期平均縮短5 d。該系統(tǒng)取消申請和檢測報(bào)告打印環(huán)節(jié)，減少紙張和打印機(jī)的損耗，而電子報(bào)表的普及使用可減少紙質(zhì)圖紙使用量，紙張打印成本平均節(jié)約20%。