基于EN15085標準的大型養路機械焊接工藝智能化系統開發

張發榮

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明650215）

0 引言

在鐵路車輛及其部件的制造過程中，焊接是一項特殊工藝。焊接工藝作為軌道車輛生產制造的核心技術，是衡量車輛裝備制造能力的重要標志之一。焊接技術水平的提升直接關系到車輛品質、制造成本及生產周期[1]。鐵建裝備于2012年通過EN15085焊接體系CL1級認證，取得了走向國際市場的通行證。該體系經過近九年的有效運行，建立了一套完善的焊接質量控制和生產管理體系，也培養了一支掌握國際先進制造理念的產品設計及工藝研發人員隊伍，全面提升了鐵路大型養路機械的焊接水平和焊接質量。

焊接工藝規程（WPS）是把焊接工藝評定（WPQR）當作基礎數據，將具體的產品當作焊接對象，來指導焊接生產過程的一整套經過評定合格的焊接工藝文件。合理的WPS是確保制造符合規范要求的焊縫的關鍵因素。目前公司的WPS均采用手工編制，這不但要求編制人員有豐富的焊接實踐經驗，而且在編制過程中，還需查詢各種國內外標準和焊接工藝評定報告，導致整個編制過程周期長，效率低。受限于編制人員的經驗、水平，手頭掌握的資料多寡，資料質量的好壞等因素，WPS的品質難以得到保證，質量良莠不齊，其中難免出現各種疏漏和錯誤。此外，每個工程師編制的WPS電子檔都是保存在自己手上或僅在項目組內部流轉，沒有統一規劃的存檔方案。僅靠紙質檔案根本無法實現文件共享，通用性、重用性更是無從談起。

在目前公司新產品不斷增加，研發人員平均從業年限不斷下降的背景下，開發一個焊接工藝規程智能化系統，不但可以解決當務之急，把工藝人員從繁復的標準查找，規則對照等工作中解脫出來，從而提高工作效率和工作質量，縮短工藝開發周期，保障工藝規程準確性、規范性，提高WPS管理水平，增加WPS重用性，也符合公司實現無紙化辦公、數字化生產，智能化管理的大趨勢[2]。

1 系統架構設計

1.1 需求分析

要開發的系統應遵循焊接工藝的一般流程，能夠緊密結合公司生產需要，滿足EN15085焊接管理體系的相關要求，滿足以下功能：

（1）系統能實現對母材/焊材庫、焊接接頭庫、焊接標準庫、焊接工藝評定（WPS）及焊接工藝規程（WPS）等各類焊接工藝文件的管理，如編制、生成、存儲、匯總、在線瀏覽、打印、報批、審批、修改、刪除及查詢等；

（2）系統具有按照母材牌號、材料厚度、焊接方法及接頭形式等進行查詢各類焊接工藝文件的功能；

（3）系統能根據焊接工藝評定標準要求，自動引導編制各類焊接工藝評定（WPQR)文件；

（4）系統能自動判斷焊接接頭適用的工藝評定，并結合生產實際編制生成焊接工藝規程（WPS）；

（5）系統能對焊接工藝規程的產生進行智能化判斷；

（6）系統能夠提供適應權限的編制、審核、批準等動態管理；

（7）系統能提供有效的數據安全機制，保證系統數據安全；

（8）系統具有良好的擴展性，可對系統功能進行升級擴展。

1.2 總體框架設計

系統總體結構設計是整個系統可靠運行的基礎，必須充分考慮到目前及可預見的功能、性能及安全需求，確保結構能夠適應需求的調整。焊接工藝智能化系統劃分為四層進行架構，分別是基礎設施層、數據層、應用服務層和用戶層。

基礎設施層主要包括系統開發運行支撐環境，如網絡、服務器等，支撐環境是整個軟件系統穩定、安全運行的保障。數據層主要是系統開發過程中數據存儲、數據操作所需的支撐工具。應用服務層主要是支撐系統頁面正確運轉所需的后臺服務支撐。用戶層主要是用戶交互頁面的功能模塊。系統總體框架圖見圖1。

圖1 系統總體框架

1.3 軟件架構設計

焊接工藝智能化系統的功能架構分為了三個模塊，分別是基礎數據庫模塊、焊接工藝規程模塊和系統管理模塊，軟件架構圖如圖2所示。

圖2 軟件架構

1.4 硬件架構設計

焊接工藝智能化系統硬件支撐主要包括網絡環境及服務器支撐環境，依照應用系統部署需求，應用系統部署在鐵建裝備內網。

2 軟件實現

2.1 軟件平臺的選擇

系統完成后，不僅要優質、高效地實現需求，還要具有良好的安全性、可靠性和便捷性，所以選擇了瀏覽器/服務器模式（即Browser/Server模式）。這樣，客戶機上只要有瀏覽器就可以使用系統，大大減輕了客戶機的負擔，也可實現跨平臺、跨終端使用。相應地，開發語言選擇的是面向對象程序設計語言Java，它有卓越的通用性、高效性和安全性，適合用來開發可靠性要求高的系統[2]。此外，還用到了JavaScript、CSS、HTML。數據庫選用的是MySQL。

2.2 數據庫設計

2.2.1 表設計

正確地進行表設計（正式名稱是“數據庫規范化”，包括表的命名規范等），使用正確的數據結構，不僅便于對數據庫進行相應的存取操作，而且可以極大地簡化應用程序的其他內容（查詢、報表、代碼等）。基本表及其字段之間的關系,盡量滿足第三范式，必要時適當降低范式標準，增加冗余，在運行效率和存儲空間之間取得平衡。

2.2.2 庫的流程和邏輯設計

每個數據庫都要執行添加、修改、刪除、查詢、瀏覽、導出到Excel等操作，接下來需要對每個庫的各個操作設計處理流程。如焊材信息的處理流程設計如表1所示。

表1 焊材信息的處理流程

2.3 界面設計

系統的界面框架由三部分組成，分別是：菜單欄、header欄、Tab標簽欄及標簽頁。菜單欄是整個系統的功能頁面路徑索引，共兩級菜單項，通過鼠標點擊展開或收起，一級菜單項默認為展開狀態。Header欄主要是系統樣式設置以及當前用戶信息操作。Tab標簽欄及標簽頁是系統的功能頁面顯示部分，能顯示多個標簽頁信息，默認顯示首頁且首頁無法關閉，其他標簽頁可手動關閉。

2.4 權限管理

系統具有完善的權限管理方案，內置了三種用戶角色:超級管理員、管理員和一般用戶。不同角色可配置不同權限，根據實際需求設置。用戶的權限取決于他所屬的角色類別，還可以根據工作崗位調整角色、啟用和停用。超級管理員擁有所有權限。

2.5 功能設計

用戶進入系統后，可以進行母材、焊材、保護方式、接頭信息、工藝評定等的添加、修改、查詢、預覽，下載，批量導出等操作，也可以進行WPS的編制、審批、查閱（需要有相關權限）。為了提高效率，減少錯誤，保證質量，根據公司實際情況，通過一系列人性化的設置，把一些經驗、知識固化到了系統內部，大大減少手動輸入的煩瑣，減少人為疏漏對數據的影響，提高了系統的用戶體驗[2]。比如：

（1）提供下拉選項，減少手工輸入，避免人為錯誤的發生；

（2）設置填充規則，必填項為空或者填充內容不符合規則會彈出提示框；

（3）設置數據聯動，比如填入母材牌號會自動選擇材料級別，母材類別選板材時，外徑變為：N/A不適用等；

（4）常用內容自動填充，也可根據需要修改，比如母材級別分類標準默認為：ISO/TR 15608；

圖3 母材信息錄入

2.6 WPS生成

系統搭建完成后，對母材信息庫，焊村信息庫，保護方式庫、焊接接頭庫、工藝評定庫標準信息庫進行了基礎數據錄入。這個過程其實也是對系統功能的測試。

接下來就是最核心的部分：WPS的生成。選定一個焊接接頭，系統通過接頭信息調用相應的WPQR，根據WPQR的內容調用其他各庫的內容，生成預焊接工藝規程pWPS。焊接工藝開發人員根據需要進行調整后，提交審批，審批合格后生成正式WPS，供打印下發。這種過程可用以下流程圖表示：

圖4 WPS生成流程圖

審批完之后的WPS即可導出和打印，用于指導生產。

3 結語

本焊接工藝智能化系統從公司實際出發，針對性強，解決了公司焊接工藝編制周期長，質量不均一，焊接工藝文件無法共享和重用等痛點問題，降低了編制門檻，提高了WPS編制效率和質量，規范了焊接工藝文件的管理，建立了焊接知識庫，為新產品的焊接工藝開發奠定了基礎，提高了企業的信息化辦公、無紙化辦公程度。

另外，本系統從前期規劃到后期部署和系統維護都是由公司內部人員完成，它也是公司在軟件系統開發方面實力的一次展示和明證。