焊接有效工時分析系統在核電工程中的應用

楊軍偉

中國核工業二三建設有限公司 北京 101320

1 序言

隨著數字化大數據時代的發展，機器代工必將代替現有的人工記錄、手寫紙質版的方式，成為核電施工發展的趨勢。原有的以消耗焊接材料量和記錄、報備施工作業量為焊工日常工作量和績效的考評方式，存在有效工時統計困難，數據統計誤差，缺乏真實性和權威性，無法精確記錄、統計焊工在某段時間內的工作時長，管理者無法全面、準確、及時地觀察到施工廠區的真實狀態，以及無法實時了解焊工信息和各焊工的工作地點等現象[1]。在執行生產過程中，制定工時定額對提高生產效率具有重大意義[2]。生產中，常采用的辦法有：①根據工人人均每天焊接材料消耗量來統計焊接所需工時， 該方法完全憑經驗， 不同的人得到的結果有差別， 誤差較大[3]。②根據以往類似工程推算所需工時。

隨著各種采集焊接參數的方法逐漸增多，可以通過采集焊接過程中焊接電流等參數，確定焊接有效時長。目前，應用的數據采集系統主要依托于計算機技術、網絡技術以及各類傳感器，通過實時采集、監控、記錄焊接過程中的相關信息，可實現焊接過程的追根溯源[4]，如為了有效監測焊接過程，可設計一種基于PLC等技術的焊接參數實時監測系統[5]。焊接有效工時分析系統通過焊接過程參數采集相關技術，可精確獲取不同時刻在線焊工人員數和焊工焊接引弧、熄弧的具體時間以及工作區域，分析焊工的工作時間分布和累計工作時長，將焊接信息以采集的方式通過直觀、簡潔的圖形，全面、準確、及時地展示給管理者，同時數據具有追溯性，節省了技術人員記錄、統計的時間，減少了管理層的工作量，提高了項目管理效率和工程管理自動化水平。

2 焊接有效工時分析系統的特點

焊接有效工時分析系統是一種采集、統計和分析焊工有效焊接時長的系統，由焊機智能采集終端、信號傳輸設備（網關、中繼器）、信息卡、服務器和可視化界面5部分組成（見圖1）。主要是通過夾在焊機焊槍線上并內置裝有霍爾傳感器的焊機智能采集終端的鉗頭，感應焊工工作時焊槍線上電流的變化，會將信號傳遞至芯片做信息處理，此時芯片中的時鐘會標定電流的發生和停止時間，即完成焊工有效工作時長的采集，經終端的天線將信息通過信號傳輸設備發送至服務器并展示在可視化界面上（見圖2），實現焊接時長的統計和分析。焊接有效工時分析系統具體功能如下。

圖1 焊機智能采集終端使用現場

圖2 可視化界面

1）采集終端完成對焊工焊接時間的采集、記錄。

2）刷信息卡，實現讀取、識別焊工身份信息。

3）在可視化界面實時顯示在線焊工總人數和在線設備總數。

4）實時顯示故障設備、掉線設備、在線設備臺數及占總數百分比。

5）統計待上傳數據和已上傳數據的數量及占總數百分比。

6）能夠分析每個焊工每天/每周/每月的工作時間分布和工作時長。

7）記錄焊工在某段時間內的工作地點。

8）可分析某房間或整個項目部任意時刻焊接工作情況。

9）設定時間/區域，依據焊工工作時長、熟練度對焊工個人進行排名。

10）能夠通過PC端和手機端進行數據查看。

11）界面對終端進行電池電量不足、中繼器未連接等信息報警。

3 焊接有效工時分析系統的應用

3.1 系統調試

在施工現場投入使用前，需對系統進行網絡和功能調試，做好試用的準備工作。調試人員根據現場的環境和施工單位的要求在使用廠區進行網絡設備的布網。在布網時，需要對網關與中繼器和中繼器之間的實際傳輸距離進行測試，在滿足系統正常運行的情況下，盡可能地減少中繼器的數量，降低成本費用。調試人員需登錄系統后臺管理界面，錄入焊工的身份信息和房間區域，同時使用寫卡器對焊工信息卡和房間信息卡進行寫卡操作，保證后臺管理界面和信息卡內容一致。若后續有新入職和離職的人員，只需在后臺管理界面和焊工信息卡中添加、更改信息即可。在完成布網和信息錄入后，需要對每臺終端進行各功能的測試，同時做好相關數據的記錄，保證數據的準確性、完整性和及時性（見圖3）。

圖3 數據傳輸

3.2 人員培訓

系統在調試完畢后，要對焊工和技術人員進行相關的培訓，系統的功能實用性和相關人員的使用熟練度是決定系統能否成功推廣、應用于施工現場的關鍵因素。系統的操作比較簡單方便，只需三步：第一步，焊工在進入廠房后需要在采集終端的刷卡區刷房間區域卡，待區域燈閃爍，即完成終端對房間信息卡的錄入，此操作不僅反映出焊工在該段時間內的作業地點，同時也為施工項目省去了一筆打卡機的費用；第二步，焊工在焊接開始前需將采集終端的鉗頭夾在焊機的焊槍線上；第三步，刷焊工信息卡，終端自動實現對焊接作業人身份的讀取和識別。若房間區域沒有發生變化，則無需刷終端房間區域卡，若終端屬于個人負責，則最后一步可省略。具體操作流程如圖4所示。

圖4 操作流程

3.3 常見問題與原因分析

焊接有效工時分析系統在應用過程中，出現的常見問題與原因分析見表1。

表1 常見問題與原因分析

3.4 系統優化

（1）硬件優化 施工現場環境復雜多變和使用不當，經常出現鉗頭外殼斷裂的情況，甚至發生終端外殼破損的問題，導致設備不能正常使用。為此，查詢資料并與材料廠家進行咨詢、溝通，將原有的材料換成ABS材質注塑，該材質具有出眾的抗破壞能力，符合現場施工的要求。

（2）軟件優化 系統在實際使用中，管理員發現有一模一樣的數據出現，通過走訪排查發現，由于終端屬于個人負責且部分焊工短期內所使用的焊機都是同一個焊機，白天下班后，焊工未將加持的終端取下，而上夜班的焊工直接將自己的終端也加持在同一個焊機的焊槍線上，因此出現了雷同的數據。為此，進行了軟件優化，使終端具備防雷同數據出現的現象，同時在可視化界面的報警日志中加入了雷同數據報警。

4 焊接有效工時分析系統注意事項和維護

系統定期維護能夠保證其正常、安全、高效地工作，通過介紹更多的注意事項和維護方法，使得相關技術人員更加了解系統原理和操作流程，可以對系統進行一些簡單的自檢、自修操作，從而減少系統發生故障和返修的次數，保證系統更好地服務于現場，達到延長系統使用周期的目的。

注意事項及維護要求如下：

1）使用前確保焊工已刷信息卡。

2）在焊接施工之前要確保終端電量充足，網關、中繼器已通電。

3）檢查中繼器和天線的連接狀態是否良好。

4）天線要盡量放置在窗口或除鐵板之外的地方，避免干擾。

5）注意系統線路是否破損，一旦有破損，應禁止使用。

6）焊接前檢查終端的鉗頭是否夾緊、正確到位。

7）終端的螺絲是否松動，若有松動應及時擰緊。

8）系統的設備一定要采取固定措施，防止其滑落造成人員傷亡。

9）刷卡前后，檢查終端指示燈是否有異常，若有異常，則應查明原因并排除。

10）焊接前，注意一個焊槍線上只能有一個終端，否則數據無效。

11）如果終端電源指示燈閃爍，則應在一周內更換電池，且不可隨意丟棄廢舊電池。

12）觀察可視化界面的數據顯示是否正常，如若有偏差，則應及時聯系維護人員進行修理。

5 結束語

焊接有效工時分析系統將工人信息、有效工時信息和設備等關鍵數據準確地采集、統計和分析并顯示出來，結合施工現場對焊接作業進行有效管理，可提高焊接工作效率，并為管理人員提供數據支持，對我國核電建設事業的發展具有一定的積極作用。