輪軸超聲波探傷的智能化技術研究

孟 園，寧 珅，鄒 強，王 翔

(1.中國鐵路上海局集團有限公司合肥車輛段 安徽合肥市 230011；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山市 243000；3.寶武集團馬鋼軌交材料科技有限公司 安徽馬鞍山市 243000)

當前軌道交通正在向著信息化、智能化快速發展，未來將加大5G通信網絡、大數據、區塊鏈、物聯網等新型基礎設施建立、應用，形成大數據中心和人工智能平臺[1]。在這一背景下，也給軌道交通用輪軸探傷技術帶來了智能化高質量發展的新機遇，這其中信息建設是智能化的基礎，信息建設分為數據采集層、生產組織層、作業監控層、應急指揮層、數據分析層、輔助決策層等幾個層次。以輪軸超聲波探傷現狀為例，輪軸超聲波探傷數據作為數據采集層中的一個部分，雖然探傷技術、能力等在大幅提升，但尚未做到基礎數據自動采集和探傷數據傳輸，對輪軸超聲波探傷過程和數據無法實現大數據處理，出現探傷設備先進與數據處理、結果判定落后之間的矛盾，設備、輪軸產品、判定準則、人員的信息以“孤島”的形式存在，更談不上輪軸超聲波探傷網絡化、智能化管理。因此現有的輪軸超聲波探傷需要改進，才能實現輪軸超聲波探傷作業的信息交互、智能輔助及智能判傷。

1 技術方案

1.1 目標

(1)運用掃碼技術、無線傳輸技術及云計算技術，實現輪軸手工超聲波探傷信息化、智能化；

(2)開展輪軸探傷檢測智能庫建設，通過局域網+智能檢測實現輪軸探傷檢測作業的信息交互、智能輔助及智能判傷。

1.2 技術路線

利用無線傳輸技術實現檢測探傷數據與既有信息化系統相融合，即輪軸探傷檢測相關數據與數據平臺(如車輛段的信息系統)互通傳輸，且其他系統不能數據改動。設計實現二維碼讀取的數字化采集模塊，實現輪軸探傷檢測過程中作業人員、探傷檢測信息數據采集與輪軸識別碼綁定，以及數據的網絡化傳輸與管理。運用云計算技術，建模形成分析判據，建立輪軸探傷檢測智能庫，實現輪軸探傷檢測作業的智能輔助和智能判傷。

1.3 研究內容

(1)數據通信模塊設計

設計并應用數據通信模塊，使得多通道超聲波探傷儀中檢測數據及報表能夠通過OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)技術[2]、[3]和無線網絡傳輸[4]-[6]到某車輛段信息系統中，并確保數據傳輸中，探傷數據及報表不發生改變。

(2)輪軸信息自動讀取

編制輪軸單件二維碼[7]，實現一輪(軸)一碼，數、碼互通，實現現場掃碼自動實現輪軸信息讀取，輪軸信息與輪軸檢測數據及報表完整合成。

(3)建立輪軸超聲波探傷過程輔助和智能庫

運用云計算技術，按照輪軸超聲波探傷作業既定作業流程來建模分析建立輪軸超聲波探傷過程輔助和智能庫[8]-[9]，通過局域網+智能檢測實現輪軸探傷作業的智能輔助和智能判傷。

1.4 關鍵技術

(1)圖像處理與識別技術

通過無線掃碼對探傷輪軸信息的自動錄入，實現探傷信息和輪軸身份信息的綁定，為輪軸探傷信息網絡化管理提供關鍵特性。

(2)遠程數據傳輸技術

將采集到的數據(含信息)利用遠程無線傳輸技術實現遠距離發送與收集，從根本上消除以往傳統現場作業相關數據、信息的“孤島化”，實現輪軸探傷作業信息與服務器間的信息的鏈接、交互。

輪軸超聲波探傷通過OPC技術實現作業現場設備檢測、采集、處理的數據遠程無縫對接服務器數據庫；而以往要實現這一功能，往往需要進行底層軟件的二次開發，編程復雜，兼容性、穩定性相對較弱。

(3)大數據云計算處理技術

傳統的超聲波探傷數據處理需要人工介入參與，而這與人員的判傷經驗有直接關系。大宗數據往往更加使得人工處理過程出現判傷偏差的概率加大。而本案運用大數據云計算處理技術，先期在平臺服務器上設定探傷判據準繩，當作業現場輪軸超聲波探傷數據遠程匯總進入后，直接進行數據運算分析，探傷管理分類，“一鍵式”自動生成輪軸探傷各類檢修報表等，建模判斷分析作業標準流程以數據實現探傷作業方案推送及探傷結果輔助判斷，從而實現輪軸探傷作業的智能輔助和智能判傷。

2 技術構架

2.1 基本構架

本研究技術構架由信息采集、智能輔助和智能判傷等組成(見圖1)，管理系統平臺主體由硬件系統、軟件系統以及服務器等構成。

圖1 輪軸超聲波探傷智能化技術構架圖

(1)數據互通(數據采集層)

輪軸超聲波探傷各種數據、信息等通過掃碼識別技術、遠程數據傳輸進行實時采集、信息收集、數據提取和識別。

(2)智能輔助(數據分析層)

在探傷作業過程中通過建模引導，逐步推送作業要求和方案，彌補職工業務素質差異，實現智能輔助作業，提高輪軸超聲波探傷作業質量。

(3)智能判傷(輔助決策層)

對采集到的探傷數據、事件信息進行后加工依照作業流程處理，以及建模編排，最終自動優選應對方案和措施，同步反饋給探傷人員進行工作流程處理，基于智能庫管理系統進行智能判傷。

2.2 硬件系統

(1)圖像識別器。采用可實現金屬二維碼識別的掃描槍進行信息采集、無線傳輸等，識別準確率高、信息延時短。

(2)可移動式工作站。由移動承載車、不間斷電源、超聲波探傷系統等部分組成。

(3)平臺系統服務器。觸摸式顯示屏、高配置工程控制機(千兆無線網絡數據連接保障數據訪問的流暢性)。

2.3 軟件系統

軟件系統包括服務器運行系統、智能輔助和智能判傷數據庫存管理系統、終端嵌入式軟件系統，以及相應的界面操作系統等。其中服務器內裝SQL Server2012數據庫。

以輪軸超聲波探傷管理系統、輪軸超聲波探傷智能庫處理運行管理系統為主體的處理運行管理系統，在現行windows系統環境下運行。采用C#編程語言在.net框架下開發，利用Web Service技術可實現客房機和服務器相互交換數據或集成，極大的降低了與第三方軟件在數據交互上的耦合性。

3 功能實現

3.1 輪軸超聲波探傷儀無線傳輸應用升級

應用無線傳輸技術、OPC技術實現輪軸超聲波探傷數據的遠距離收集與發送、實現輪軸超聲波探傷作業信息與服務器間的信息交互、實現現場設備的數據遠程無縫對接服務器數據庫。

3.2 實現超聲波操傷流程化智能管理

通過對輪軸二維碼掃碼進行超聲波探傷作業，使每一條輪對的超聲波探傷信息跟輪軸二維碼綁定，通過無線方式上傳至服務器可以實時查詢、終身追溯[8]。

應用二維碼掃碼技術通過無線掃碼槍對探傷輪軸二維碼的自動錄入，將之前“人工觀察、人工記錄”的舊有模式變更升級為“信息讀碼化、臺賬自動合成化”的數字化、智能化采集模式。

所有超聲波探傷作業項目完成后，在服務器里可以對輪軸超聲波探傷結果直接查詢，為諸如《鐵路客車輪軸超聲波探傷記錄表》、《鐵路客車車輪輪輞超聲波探傷記錄表》等記錄提供輪軸超聲波探傷信息，實現臺賬記錄電子化、無紙化。

3.3 實現輪軸超聲波探傷基層操作向著智能化提升

在探傷作業過程中通過建模引導，逐步推送作業要求和方案，彌補職工業務素質差異，實現智能輔助作業，提高輪軸超聲波探傷作業質量。

依照作業流程對采集到的探傷數據、事件信息進行后加工處理后，開展事件信息處理、建模編排，自動優選應對方案和措施，反饋給探傷工進行工作流程處理，通過智能庫管理系統進行智能判傷。

3.4 應用案例

在某車輛段對輪對車軸探傷時，根據輪型來推送統一的可視化作業方案，輔助探傷工按照推送的作業方案一步步進行作業，并對作業過程進行步步卡控，確保作業過程規范、無漏項。如對RD3A輪對超聲波探傷時可按照如圖作業流程作業(見圖2)。作業過程中儀器可根據探頭型號、探傷部位、波形等參數與智能庫中既有的裂紋故障參數比對進行智能判傷。

4 結論

輪軸超聲波探傷智能化已成未來發展趨勢，無線傳輸技術及云計算技術可實現輪軸傳統手工超聲波探傷向信息化、自動判定提升；

圖2 輪軸超聲波探傷作業流程示例圖

本文的設計以某車輛段探傷工程實際應用為出發點，設計搭建系統構架，完成輪軸超聲波探傷管理系統和輪軸超聲波探傷智能庫管理系統，最終實現了輪軸超聲波探傷作業的信息交互、智能輔助及智能判傷。