基于云架构的船舶建造焊缝检测管理系统

王 晨，王鹏宇，许 凌

(1.上海船舶工艺研究所，上海 200032；2.上海申博信息系统工程有限公司，上海 200032)

0 引 言

焊接施工管理和质量管理直接影响产品及工程的安全运行和使用寿命[1]。焊缝检测作为管理的重要环节，直接影响船舶建造质量。船舶建造焊缝检测存在原始数据缺乏、检测数据集中管理困难、检测结果无法溯源等问题，已成为我国船舶高质量发展的痛点问题。

在当前船舶建造焊缝检测工艺中，无损检测(Non-Destructive Testing，NDT)技术已得到广泛应用，检测效果得到行业的认可[2]。常见的NDT方式主要为液体渗透探伤、超声波探伤及射线探伤。由于焊缝检测业务种类繁多，数据繁杂且涉及专业面广、数据结构不统一，分析过程具有非结构性和不确定性，使建造现场的焊缝检测分析统计工作比较粗放、准确性低[3]，因此需要船舶建造焊缝检测管理系统管理和使用数据，提高焊缝检测效率和质量。

近年来随着云计算应用的兴起，云架构技术越来越多地应用于各类云计算的软件系统。云架构并没有准确的科学定义，比较公认的云架构划分为基础设施即服务(Infrastructure as a Service，IaaS)、平台即服务(Platform as a Service，PaaS)和软件即服务(Software as a Service，SaaS)等3个层次[4]。云架构技术可使系统存储大量的数据[5]，几乎为无限存储；在计算机崩溃时，所有数据在云中均为安全状态，仍可对系统进行访问；支持多用户同时在线协同工作，并可保证系统的运行速度。

1 系统需求分析

船舶建造焊缝检测是一项涉及多专业和多部门的工作，在系统研发时需要考虑各专业的特殊需求和各部门的角色定位与系统使用权限。不仅造船企业可组织人员进行焊缝检测，而且船舶所有人和船级社人员可按规范要求进行焊缝检测。因此，系统需要根据检测人员的身份对检测流程和使用权限加以区分。NDT是目前船舶建造的主要检测手段，系统需要覆盖整个NDT的业务流程，并根据NDT的检测数据自动生成相关的NDT报告，保证检测报告与焊缝检测原始记录关联时的一致性，支持检测数据的溯源。焊接工人需要经专业的焊接培训获得相关焊接资质证书后方可进行焊接活动。因此，系统需要管理焊接工人的个人信息及所持焊接证书的信息。

2 系统架构设计

云架构技术可使系统存储大量的数据，并可保证系统运行的速度及安全性。造船企业的焊缝检测业务流程并不完全相同，采用云架构技术可使系统具备良好的柔性和可配置性，可根据对船舶建造焊缝检测管理及流程定制的需求，通过配置SaaS，快速满足造船企业的差异化需求，缩短系统研发周期。云架构设计的难点在于将实际的各种业务需求进行抽象归类，设计云架构各层级的具体功能。通过运用现代造船模式，结合造船企业实际的作业环境、业务需求和业务流程，设计船舶建造焊缝检测管理系统架构，如图1所示。

图1 船舶建造焊缝检测管理系统架构

IaaS提供与焊缝检测数据管理相关的基础设施类服务，包括云服务器、检测数据库、工艺知识库、安全与管理及大规模计算，为系统提供必要的数据服务支持。

PaaS提供组件服务，分为业务组件和基础组件。业务组件包括数据服务、报表服务、消息服务及业务规则引擎等。基础组件包括统一权限认证管理、设备物联数据采集及移动应用开发平台。业务组件主要为应用层功能提供通用的软件功能服务，而基础组件主要提供数据接口类服务。

SaaS提供具体的功能服务，分为基础功能和应用功能。基础功能包括基础信息管理、权限管理及流程管理。应用功能包括检测工艺管理、检测任务管理及焊工信息管理等。基础功能提供系统的基本数据管理服务，应用功能针对具体的业务应用场景提供服务。

3 系统功能设置

船舶建造焊缝检测管理系统可覆盖船舶建造焊缝检测的整个流程，如图2所示。系统可使焊缝检测数据回溯至任意建造阶段。

图2 船舶建造焊缝检测流程

系统由4个功能模块构成，分别为常规检验(Routine Inspection，RI)、NDT、焊工管理(Welder Management，WM)及基本数据管理(Basic Data Management，BDM)。

RI主要分为结构、轮机、电气、内装、涂装、和调试等6个专业，包括造船企业的内检和船舶所有人与船级社的外检。RI模块可按照建造流程分别管理各阶段的检验数据，根据检验数据自动生成周报和月报，并提供焊接过程中的巡检单自动生成功能。RI模块界面如图3所示。

图3 RI模块界面

NDT模块分为检验工艺管理、任务单管理及检测报告管理等。检验工艺管理根据NDT工艺参数进行定义，为每次检验提供检验方法工艺参数。检验工艺按照项目进行管理。任务单管理主要针对生产车间根据检验项目填写申请单的相关数据及任务分配与审批流程。检测报告管理可提供根据数据库中的实时数据动态生成的各种报告，包括NDT报告、周报及月报等。NDT模块界面如图4所示。

图4 NDT模块界面

WM模块分为焊工基本信息和焊工身份信息。WM模块提供各类信息一键导入功能，并自动关联部门和班组数据，可根据焊工身份证号自动关联焊工相关的身份信息。对于重复数据，系统会自动忽略，并给出提示信息。WM模块界面如图5所示。

图5 WM模块界面

BDM模块分为基本信息、权限管理和流程管理。基本信息主要包括工程项目信息、组织结构信息、标准检验项信息和号船检验项信息等。权限管理主要包括角色管理、角色权限管理和用户角色管理。流程管理主要包括工作组管理和流程模块管理。BDM模块界面如图6所示。

图6 BDM模块界面

4 结 语

船舶建造焊缝检测管理系统采用云架构技术使系统具备良好的柔性和可配置性，可满足不同造船企业对船舶建造焊缝检测管理及流程定制的需求，并支持多用户同时在线协同工作，保证在任意一台用户计算机出现崩溃的情况下，其他计算机仍可正常工作。该系统将制造现场产生的检测数据以标准的数据格式存入数据库统一管理，并覆盖整个焊缝检测流程。目前，该系统已在探险邮船、自升式钻井平台、集装箱船、打捞工程船、打桩船、散货船、矿砂船等各类船舶与海洋工程产品及海洋装备等的建造焊缝检测中推广应用。该系统在应用后，降低管理人员在审批、录入和数据统计过程的劳动强度，节约管理人员工时约20%，平均每人每天数据录入时间缩短1 h，数据统计周期平均缩短5 d。该系统取消申请和检测报告打印环节，减少纸张和打印机的损耗，而电子报表的普及使用可减少纸质图纸使用量，纸张打印成本平均节约20%。