面向全生命周期管理的高强度螺栓施工管理系统

张明 韩鸿德 赵庆航

[摘    要]在螺栓应用过程中，其施工工序主要特点是复杂性，在这一领域中，信息化水平以及智能化水平相对较低，以此在螺栓连接工作中构建相应管理系统，主要系统构成有数控定扭矩电动扳手系统以及实际应用系统。通过系统应用可有效简化流程，其中班前班后标定工作减少，螺栓施工过程中，其整体过程可有效管控人以及设备等相关要素，形成新型化的流程，管理模式进行优化。过程中可确定螺栓连接全生命周期的成本内容，施工阶段以及运营维护阶段可构建成本计算相应模型。文章通过对全生命周期管理的高强度螺栓施工管理系统进行分析，结合其不同部分内容，综合性分析全生命周期管理背景下的高强度螺栓施工管理系统运行有效性，优化其成本效益。

[关键词]全生命周期管理;高强度;螺栓施工;管理系统

[中图分类号]U215.1 [文献标志码]A [文章编号]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

在高強度螺栓连接施工过程中，其强度数值相对较高，施工比较便利。现阶段铁路钢桥度螺栓连接工作主要施工方式为扭矩法施工，这一技术方式相对较为成熟，范围比较广泛。扭矩法施工中的主要内容是定扭矩电动扳手，在控制输出扭矩过程中主要借助的方式是控制输入电流强度数值。确保过程中准确性因素，需要在操作前后标定扳手，在终拧后处于规定时间内需要检查终拧扭矩数值。高强度螺栓连接施工工作中，工序较为复杂，难以获取比较准确的扭矩数值，施工信息数据主要是借助纸质记录，过程中管控信息化程度相对较低，难以实现整体过程中的高效管理，因此后期养护工作开展存在难度。

1 系统构成分析

螺栓施工管理系统包括：两套螺栓微库，主要用于施工现场管理终端;一套一体机，主要应用在库房管理终端;一套大尺寸触摸显示屏，用于集中显示微库系统状态信息、KIT板组件、KIT板周转小车、下位机和上位机管理系统软件。螺栓施工管理系统主要用于KIT板的日常领用、补料管理。系统借助对KIT板组件进行管理，通过对KIT板的周转、存取的过程进行检测和记录。系统应用于库房与生产现场紧固件材料的闭环管理，其目的在于更精确、及时地跟踪并记录各种紧固件KIT板（KIT板）的流转、领用、库存情况。

2 管理系统的功能和特点分析

2.1 功能部分

在螺栓施工过程中，需要有效管理和控制施工全过程中工作人员、设备、材料、流程以及施工环境。在螺栓施工扭矩部分，需要完成实时无线采集，出现超欠拧问题需要进行自动化报警;在二维码应用过程中，需要协同操作人员以及设备等，实现有效关联;针对其中的施工联系单以及记录表等实现自动化生成;设备实际使用时间大于30 000次情况下可完成自动施拧;在桥位传输过程中，网络信号相对较差，会自动存储没有上传数据，在施拧工作结束后，当天会完成手动一键补存。

2.2 系统特点部分

在施工质量管理控制模式中，其主要凸显实时性、全面新型以及真实性;在扭矩控制过程中，具有较好的稳定性，扭矩控制精确性有效提高;借助二维码形式可以对多项内容进行有效关联，将派工单作为基础，实现快速调整，设置合理化扭矩，其中信息化水平以及智能化水平有效提高;在施拧过程中，信息数据可实现较好的追溯性，在多部门业务流程中，显示有机协同性。在高强度螺栓施工过程中，其全生命周期管理过程以及信息实现无损流转过程均具备较好的条件基础。系统具有显示和信息传输功能，可显示在库部件配台板数量和规格信息，设有工业控制一体机，用于部件配台板的补料、领用管理。紧固件微库界面友好，操作方便，便于补料、领用。管理系统构成，如图1所示。

2.3 紧固件微库工装构成

（1）触摸屏微库操作系统软件的载体，用来控制门系统开关、物料出入库以及出入库信息显示等功能。

（2）蜂鸣器用来实现开门时间过久报警功能。

（3）读卡器用于读取员工卡信息、将员工信息传至微库操作软件。

（4）主断路器、品字插座用于控制微库工装的总电源开断。

（5）万向轮用于控制微库工装的移动方向，可360°旋转，带有刹车功能。

（6）定向轮用于控制微库工装的移动方向，无刹车功能。

（7）门禁开关共4个，门顶部两个以及门底部两个，通过微库软件操作以及PLC控制来实现对门开关的控制。

（8）位置传感器用于感应KIT板的出入库操作。

（9）活动层板方便KIT板的出入庫动作。

（10）锁扣控制活动层板的抽搐与推进。

3 全要素基础上流程再造措施

3.1 人员因素

在管理系统运行过程中，其需要结合现场技术人员、操作人员以及相应权限等信息数据形成员工个人二维码。通过扫描二维码形式，形成施拧作业中的重要前提条件，施拧信息数据以及相应责任人员关联性可以具备比较坚实基础。

3.2 数控定扭矩扳手因素

在班前班后标定工作需首次取消，确定为班前点检校准，满足减员增效要求。管理系统运行过程中，针对扳手出厂以及维护工作等相应基础性信息，其中，信息数据中领用归还部分、施拧次数等需要完成有效记录和管理工作，在没有经过管理系统认证后扳手施拧数据难以有效上传，保证施拧数据具备安全性，确定应用稳定性，追溯相应作业内容。

3.3 高强度螺栓因素

螺栓入库阶段、领用阶段以及损耗阶段，需要实现有机融合，将其综合到施拧流程中，管理系统在自动化生成过程中，构成出入库中的相应清单以及高强度螺栓领用清单，联系施拧计划以及相应螺栓批号以及相应规格等。其中某个规格的螺栓库存量数据低于50套，系统会开始自动标识提醒功能。记录管理其中螺栓试验损耗以及不合格情况，统计控制过程中的螺栓损耗率数值，为其提供基础性条件。

3.4 施拧作业因素

形成新型化的施拧流程，工程化实施过程中，需要关联不同螺栓以及相应施拧信息数据，结合螺栓规格，划分相应区域，编号其中的螺栓施拧顺序。其中划分螺栓区域，设置相应施工计划，实现自动化实验室确定相应施工扭矩，通过二维码形式，具备相应关键性信息数据，形成派工单，将这一数据应用在不同螺栓区域施拧动作。在产生超拧等不正常情况下，系统需进行自动化报警，紧急停止工作，现场工作技术人员需确定其中的原因，在经过处理后需要开展施拧工作。施拧扭矩条件不同，处于不同螺栓区域，在扫描派工单中二维码过程中，管理系统在运行过程中需自动化更新施拧扭矩设定数值，过程中不需要更换扳手直接进行相应操作。

3.5 环境因素

桥位现场需要设置相应的温度以及湿度传感器，过程中需要设置2 h时间。在间隔一段时间后需上传相应温度信息以及湿度新信息，螺栓扭矩相应系数在调整过程中需要获得相应数据，过程中需要丰富螺栓现场施拧采集相应数据，在高强度螺栓施拧工作中，确定其中记录单内容的完整性，为其提供基础性条件。

4 系统管理升级内容分析

4.1 中心库部分

（1）中心库一体机主要用作库房管理终端，用于显示各微库终端的操作信息;当日配料信息以及历史信息查询显示，也能用于存储、记录、查询KIT板信息以及KIT板领用信息管理，记录所配KIT板数量、各工位已配数量、周转区域KIT板数量、当日配料总数以及班组领用数量等。管理人员通过中心库显示终端，根据生产计划编制Kit板配料计划，自动生成物料明细;配料作业人员，通过固定配料台或移动配料台车终端刷员工卡启动配料作业程序，显示KIT配料计划和物料明细，系统生成KIT板配料清单。

（2）配料作业人员根据打印的物料清单，从物料架紧固件物料盒的二维码信息，一次性或批次从物料架取料，并放置到物料周转车;然后，回到固定配料作业台，逐一配置KIT板。

（3）启用中心库系统时，先检查与各微库终端的网络连接是否正常，网络连接正常后启动中心库端管理软件，输入经授权的员工信息登录系统。

（4）创建KIT板信息时，按软件界面提示，依次填入KIT板名称及KIT板包含的各物料编码、名称、数量等信息。

4.2 KIT板组件方案

（1）为了便于紧固件系统的后期维护，KIT板的名称应与厂内对应的工步名称一致。例如，“高压设备箱”，更便于从ERP系统导出对应工步的BOM明细到KIT板配料系统内。KIT板的编码建议按“工步编号+序列号”的形式定义，这样可实现KIT板有序编号的同时，又做到了KIT板编号唯一性。

（2）KIT板应按照青岛8号线车下设备安装作业单元设计，且按照班组分工进行设计，避免不同施工小组所需紧固件设计在同一块KIT，造成施工不便。

4.3 大尺寸方案触摸显示屏方案

大尺寸触摸显示屏主要用于集中显示微库系统状态信息，选用65寸（216.7 cm）触摸式一体机，能够更直观地展示当前各微库终端的摆放位置，当前微库系统KIT板的流转情况。便于现场管理人员及时的对微库终端进行补料等操作。

5 分析实际应用效果

行实时获取，开展监控以及查询工作，主要对象为不同螺栓的施拧扭矩，全面性管理螺栓施拧规格以及现场温度、湿度等，施工质量的管理控制能力有效提升，延迟断裂发生率有效降低，在螺栓全生命周期管理中具备坚实基础，提供可实施的路径。在现场实际应用反馈过程中，系统相比于传统施拧流程，主要优势是工效提高，人力资源有效节约，规范性相对来说十分显著。在以下项目应用前，其使用现状如下：施拧顺序，仅存在一种原则性规定;班前标定，过程较为烦琐，需要在过程中反复调整扳手;班后标定，试验室一人进行;试验室数据记录，需要手工抄录，出入库等相关清单，专门制作或者是人为传递;终拧扭矩检查：不同节点的螺栓区域占比需要按照10 %或全部检查。在應用系统后，施拧顺序，结合实际情况制定施拧顺序的编号，确保规范化操作，对应螺栓以及施拧信息，为其提供重要条件。班前标定：取消这一工序，将其更改为点检校准，对扳手稳定性进行验证。班后标定：取消。试验室数据记录：借助App上传记录，过程中不需要额外的时间、出入库清单等，信息会自动化上传，报表也可自动打印。终拧扭矩检查：基于技术条件可按照占比5 %检查，后期阶段会逐渐减少直到取消，人力成本下降。

6 结束语

螺栓连接工作中，全生命周期成本管理可以划分为以下内容，分别为设计成本、施工成本以及运营成本等，在施工成本中内容划分为施工人员成本因素以及螺栓成本艺术等，在运营成本控制工作中，包括运营期间螺栓检查费用以及养护费用成本等，结合实际施工原因应用运营阶段的螺栓断裂计算方式。管理系统运行过程中，其经济效益显著，优化全生命周期成本效益，推广价值显著。

参考文献

[1] 潘永杰.面向全生命周期管理的高强度螺栓施工管理系统[J].铁道建筑，2020（4）：122-126.

[2] 朱琳，陆明.信息系统建设者视角下生命周期安全管理研究[J].2020（12）：1139-1144.

[3] 陈建.基于全生命周期造价管理的工程项目造价[J].建筑工程技术与设计，2018（26）：984.