面向全生命周期管理的高強度螺栓施工管理系統

張明 韓鴻德 趙慶航

[摘? ? 要]在螺栓應用過程中，其施工工序主要特點是復雜性，在這一領域中，信息化水平以及智能化水平相對較低，以此在螺栓連接工作中構建相應管理系統，主要系統構成有數控定扭矩電動扳手系統以及實際應用系統。通過系統應用可有效簡化流程，其中班前班后標定工作減少，螺栓施工過程中，其整體過程可有效管控人以及設備等相關要素，形成新型化的流程，管理模式進行優化。過程中可確定螺栓連接全生命周期的成本內容，施工階段以及運營維護階段可構建成本計算相應模型。文章通過對全生命周期管理的高強度螺栓施工管理系統進行分析，結合其不同部分內容，綜合性分析全生命周期管理背景下的高強度螺栓施工管理系統運行有效性，優化其成本效益。

[關鍵詞]全生命周期管理;高強度;螺栓施工;管理系統

[中圖分類號]U215.1 [文獻標志碼]A [文章編號]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

在高強度螺栓連接施工過程中，其強度數值相對較高，施工比較便利。現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，這一技術方式相對較為成熟，范圍比較廣泛。扭矩法施工中的主要內容是定扭矩電動扳手，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度數值。確保過程中準確性因素，需要在操作前后標定扳手，在終擰后處于規定時間內需要檢查終擰扭矩數值。高強度螺栓連接施工工作中，工序較為復雜，難以獲取比較準確的扭矩數值，施工信息數據主要是借助紙質記錄，過程中管控信息化程度相對較低，難以實現整體過程中的高效管理，因此后期養護工作開展存在難度。

1 系統構成分析

螺栓施工管理系統包括：兩套螺栓微庫，主要用于施工現場管理終端;一套一體機，主要應用在庫房管理終端;一套大尺寸觸摸顯示屏，用于集中顯示微庫系統狀態信息、KIT板組件、KIT板周轉小車、下位機和上位機管理系統軟件。螺栓施工管理系統主要用于KIT板的日常領用、補料管理。系統借助對KIT板組件進行管理，通過對KIT板的周轉、存取的過程進行檢測和記錄。系統應用于庫房與生產現場緊固件材料的閉環管理，其目的在于更精確、及時地跟蹤并記錄各種緊固件KIT板（KIT板）的流轉、領用、庫存情況。

2 管理系統的功能和特點分析

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、設備、材料、流程以及施工環境。在螺栓施工扭矩部分，需要完成實時無線采集，出現超欠擰問題需要進行自動化報警;在二維碼應用過程中，需要協同操作人員以及設備等，實現有效關聯;針對其中的施工聯系單以及記錄表等實現自動化生成;設備實際使用時間大于30 000次情況下可完成自動施擰;在橋位傳輸過程中，網絡信號相對較差，會自動存儲沒有上傳數據，在施擰工作結束后，當天會完成手動一鍵補存。

2.2 系統特點部分

在施工質量管理控制模式中，其主要凸顯實時性、全面新型以及真實性;在扭矩控制過程中，具有較好的穩定性，扭矩控制精確性有效提高;借助二維碼形式可以對多項內容進行有效關聯，將派工單作為基礎，實現快速調整，設置合理化扭矩，其中信息化水平以及智能化水平有效提高;在施擰過程中，信息數據可實現較好的追溯性，在多部門業務流程中，顯示有機協同性。在高強度螺栓施工過程中，其全生命周期管理過程以及信息實現無損流轉過程均具備較好的條件基礎。系統具有顯示和信息傳輸功能，可顯示在庫部件配臺板數量和規格信息，設有工業控制一體機，用于部件配臺板的補料、領用管理。緊固件微庫界面友好，操作方便，便于補料、領用。管理系統構成，如圖1所示。

2.3 緊固件微庫工裝構成

（1）觸摸屏微庫操作系統軟件的載體，用來控制門系統開關、物料出入庫以及出入庫信息顯示等功能。

（2）蜂鳴器用來實現開門時間過久報警功能。

（3）讀卡器用于讀取員工卡信息、將員工信息傳至微庫操作軟件。

（4）主斷路器、品字插座用于控制微庫工裝的總電源開斷。

（5）萬向輪用于控制微庫工裝的移動方向，可360°旋轉，帶有剎車功能。

（6）定向輪用于控制微庫工裝的移動方向，無剎車功能。

（7）門禁開關共4個，門頂部兩個以及門底部兩個，通過微庫軟件操作以及PLC控制來實現對門開關的控制。

（8）位置傳感器用于感應KIT板的出入庫操作。

（9）活動層板方便KIT板的出入庫動作。

（10）鎖扣控制活動層板的抽搐與推進。

3 全要素基礎上流程再造措施

3.1 人員因素

在管理系統運行過程中，其需要結合現場技術人員、操作人員以及相應權限等信息數據形成員工個人二維碼。通過掃描二維碼形式，形成施擰作業中的重要前提條件，施擰信息數據以及相應責任人員關聯性可以具備比較堅實基礎。

3.2 數控定扭矩扳手因素

在班前班后標定工作需首次取消，確定為班前點檢校準，滿足減員增效要求。管理系統運行過程中，針對扳手出廠以及維護工作等相應基礎性信息，其中，信息數據中領用歸還部分、施擰次數等需要完成有效記錄和管理工作，在沒有經過管理系統認證后扳手施擰數據難以有效上傳，保證施擰數據具備安全性，確定應用穩定性，追溯相應作業內容。

3.3 高強度螺栓因素

螺栓入庫階段、領用階段以及損耗階段，需要實現有機融合，將其綜合到施擰流程中，管理系統在自動化生成過程中，構成出入庫中的相應清單以及高強度螺栓領用清單，聯系施擰計劃以及相應螺栓批號以及相應規格等。其中某個規格的螺栓庫存量數據低于50套，系統會開始自動標識提醒功能。記錄管理其中螺栓試驗損耗以及不合格情況，統計控制過程中的螺栓損耗率數值，為其提供基礎性條件。

3.4 施擰作業因素

形成新型化的施擰流程，工程化實施過程中，需要關聯不同螺栓以及相應施擰信息數據，結合螺栓規格，劃分相應區域，編號其中的螺栓施擰順序。其中劃分螺栓區域，設置相應施工計劃，實現自動化實驗室確定相應施工扭矩，通過二維碼形式，具備相應關鍵性信息數據，形成派工單，將這一數據應用在不同螺栓區域施擰動作。在產生超擰等不正常情況下，系統需進行自動化報警，緊急停止工作，現場工作技術人員需確定其中的原因，在經過處理后需要開展施擰工作。施擰扭矩條件不同，處于不同螺栓區域，在掃描派工單中二維碼過程中，管理系統在運行過程中需自動化更新施擰扭矩設定數值，過程中不需要更換扳手直接進行相應操作。

3.5 環境因素

橋位現場需要設置相應的溫度以及濕度傳感器，過程中需要設置2 h時間。在間隔一段時間后需上傳相應溫度信息以及濕度新信息，螺栓扭矩相應系數在調整過程中需要獲得相應數據，過程中需要豐富螺栓現場施擰采集相應數據，在高強度螺栓施擰工作中，確定其中記錄單內容的完整性，為其提供基礎性條件。

4 系統管理升級內容分析

4.1 中心庫部分

（1）中心庫一體機主要用作庫房管理終端，用于顯示各微庫終端的操作信息;當日配料信息以及歷史信息查詢顯示，也能用于存儲、記錄、查詢KIT板信息以及KIT板領用信息管理，記錄所配KIT板數量、各工位已配數量、周轉區域KIT板數量、當日配料總數以及班組領用數量等。管理人員通過中心庫顯示終端，根據生產計劃編制Kit板配料計劃，自動生成物料明細;配料作業人員，通過固定配料臺或移動配料臺車終端刷員工卡啟動配料作業程序，顯示KIT配料計劃和物料明細，系統生成KIT板配料清單。

（2）配料作業人員根據打印的物料清單，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，并放置到物料周轉車;然后，回到固定配料作業臺，逐一配置KIT板。

（3）啟用中心庫系統時，先檢查與各微庫終端的網絡連接是否正常，網絡連接正常后啟動中心庫端管理軟件，輸入經授權的員工信息登錄系統。

（4）創建KIT板信息時，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、數量等信息。

4.2 KIT板組件方案

（1）為了便于緊固件系統的后期維護，KIT板的名稱應與廠內對應的工步名稱一致。例如，“高壓設備箱”，更便于從ERP系統導出對應工步的BOM明細到KIT板配料系統內。KIT板的編碼建議按“工步編號+序列號”的形式定義，這樣可實現KIT板有序編號的同時，又做到了KIT板編號唯一性。

（2）KIT板應按照青島8號線車下設備安裝作業單元設計，且按照班組分工進行設計，避免不同施工小組所需緊固件設計在同一塊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系統狀態信息，選用65寸（216.7 cm）觸摸式一體機，能夠更直觀地展示當前各微庫終端的擺放位置，當前微庫系統KIT板的流轉情況。便于現場管理人員及時的對微庫終端進行補料等操作。

5 分析實際應用效果

行實時獲取，開展監控以及查詢工作，主要對象為不同螺栓的施擰扭矩，全面性管理螺栓施擰規格以及現場溫度、濕度等，施工質量的管理控制能力有效提升，延遲斷裂發生率有效降低，在螺栓全生命周期管理中具備堅實基礎，提供可實施的路徑。在現場實際應用反饋過程中，系統相比于傳統施擰流程，主要優勢是工效提高，人力資源有效節約，規范性相對來說十分顯著。在以下項目應用前，其使用現狀如下：施擰順序，僅存在一種原則性規定;班前標定，過程較為煩瑣，需要在過程中反復調整扳手;班后標定，試驗室一人進行;試驗室數據記錄，需要手工抄錄，出入庫等相關清單，專門制作或者是人為傳遞;終擰扭矩檢查：不同節點的螺栓區域占比需要按照10 %或全部檢查。在應用系統后，施擰順序，結合實際情況制定施擰順序的編號，確保規范化操作，對應螺栓以及施擰信息，為其提供重要條件。班前標定：取消這一工序，將其更改為點檢校準，對扳手穩定性進行驗證。班后標定：取消。試驗室數據記錄：借助App上傳記錄，過程中不需要額外的時間、出入庫清單等，信息會自動化上傳，報表也可自動打印。終擰扭矩檢查：基于技術條件可按照占比5 %檢查，后期階段會逐漸減少直到取消，人力成本下降。

6 結束語

螺栓連接工作中，全生命周期成本管理可以劃分為以下內容，分別為設計成本、施工成本以及運營成本等，在施工成本中內容劃分為施工人員成本因素以及螺栓成本藝術等，在運營成本控制工作中，包括運營期間螺栓檢查費用以及養護費用成本等，結合實際施工原因應用運營階段的螺栓斷裂計算方式。管理系統運行過程中，其經濟效益顯著，優化全生命周期成本效益，推廣價值顯著。

參考文獻

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