一种钢结构桥梁制造信息的采集方法与流程

本发明属于智能制造与生产系统工程
技术领域：
，具体涉及一种钢结构桥梁制造信息的采集方法。
背景技术：
：为了积极响应交通运输部科技在信息化领域的要求，实施交通运输领域“互联网+”行动，加快云计算、大数据等现代信息技术的集成创新与应用，推动互联网产业与交通运输行业的融合，全面提升交通的智能化水平；基础设施领域要求推广钢结构、钢-混凝土组混合结构和无缝桥梁，工厂化制造、装配式施工和整体化受力的中小跨径桥梁。钢结构桥梁制造应能实现人、机、物等多种生产主体之间的自主交互与协同，来提高钢结构桥梁制造过程中的智能化、自治化水平。随着信息物理融合系统、数字孪生等新兴技术在制造业的应用越来越广泛，在传统车间对零部件的制造过程中，已经实现了对制造过程运行状态数据的实时采集、处理与分析，提高了生产过程的透明化程度。然而，目前针对钢结构桥梁的工业化建造特点建立的网络协同制造技术尚为空缺，难以实现对钢结构桥梁制造过程中实时信息模型的构建，进而难以实现钢结构桥梁制造的自治化、智能化生产与管理。针对钢结构桥梁制造过程中实时信息模型构建的问题，已知钢结构桥梁的结构特点及制造过程，如何通过构建信息模型来高效准确地实现钢结构桥梁关键信息要素的采集就成为了瓶颈问题。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明提供了一种钢结构桥梁制造信息的采集方法，旨在为大规模钢结构桥梁的网络协同制造提供一种可行的实时信息采集模型，构建了以事件为驱动的钢结构桥梁信息模型，实现了钢结构桥梁制造过程中关键信息要素的采集功能。本发明的目的在于针对上述钢结构桥梁制造的实时信息采集与监控问题，为达到上述目的，本发明所述一种钢结构桥梁制造信息的采集方法，包括以下步骤：步骤1、搭建编码体系，采用二维码技术建立钢结构桥梁的代码体系，并对钢结构构件/节段进行二维码编制；步骤2、构造智能实体，将二维码标识到钢结构桥梁的构件上，得到智能实体；步骤3、建立信息模型，信息模型要素包括空间位置i、事件e、状态s、工艺状态st、事件时间t以及事件执行者r，建立上述要素和状态流、空间流和工艺流的关系；步骤4、信息采集，通过识别智能实体上的二维码，更新并采集二维码所对应的钢结构桥梁信息模型的要素信息，实现对智能实体的状态流、空间流、工艺流等的监控与制造信息采集。进一步的，步骤3中，空间位置i代表事件发生时智能实体所在的空间位置，智能实体k的空间位置依次递增表示为：其中，表示智能实体k在不同时间的位置，1≤i≤n；事件e包含对智能实体的状态转化时间节点所产生的操作，以通过对数据库的操作为事件发生的标志，表示智能实体k在空间i上发生的事件j，j＝1,2,3,4,5,6,7，分别表示待加工事件、加工中事件、加工完成事件、入库事件、出库事件、运输事件、验收事件，事件作为一系列操作的集合，式中，为二维码编号；表示智能实体k的空间位置，表示智能实体k在空间i上的发生事件j的时刻；表示对智能实体k在空间i上的发生事件j的执行者；表示智能实体k在空间i上处于m状态；其中m＝1,2,3,4,5,6,7，分别表示待加工、加工中、加工完成、库存、出库、运输和验收状态；表示智能实体k在空间i中的工艺状态；事件时间表示智能实体在状态上持续的时间，事件时间表示智能实体k在空间i上的发生事件j的时刻；事件执行者表示对智能实体k在空间i上发生事件j的执行者。进一步的，钢结构桥梁信息模型中对智能实体某一状态的过程信息用表示，其中，表示某一状态的持续时间；对于在同一空间上信息的集合，分别表示为：和进一步的，空间流ik表示为：进一步的，状态流sk表示为：进一步的，工艺流表示为：进一步的，步骤1中，使用工程建设过程模型中建设资源的编码规则编制二维码，建立针对于钢结构桥梁代码的编制规则为：项目编号*大类代码-中类代码.小类代码.细类代码.构件代码。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，能够在钢结构桥梁编码体系确立的基础上，建立基于qr二维码的钢结构桥梁节段/构件智能实体，并通过定义智能实体的空间位置、时间等要素，构建以事件为驱动的钢结构桥梁信息模型，然后通过在不同阶段扫描二维码，对二维码的信息进行更新，实现对钢结构桥梁制造过程中关键信息要素的采集和监控。本发明参考bim的编码体系，使用工程建设过程模型中建设资源的编码规则编制二维码，实现了钢结构桥梁建设过程与bim技术的对接，填补了目前工程上对于钢结构桥梁编码尚没有统一标准的空白，为进一步实现钢结构桥梁建设过程的信息化提供了依据。进一步地，本发明钢结构桥梁智能实体的构建替代了目前钢结构桥梁在制造过程中人工手写完成信息记录的方式，改善了传统信息记录时时效性低、准确性差等缺点，提高了建设过程信息追踪的实时性和可靠性。针对钢结构桥梁的特有工序过程建立了钢结构桥梁信息模型，在钢结构桥梁建设过程中具有通用性，为逐步实现钢结构桥梁建设规范化起到了一定的推动作用。附图说明图1是钢结构桥梁信息模型构建流程图；图2是钢结构桥梁编码规则图；图3是智能实体工作原理图；图4是智能实体的状态信息图；图5是智能实体的空间场景图；图6是钢结构桥梁的信息模型图；图7是钢结构桥梁的制造要求信息；图8是制造信息采集存储图；图9是制造过程的信息统计图；图10是制造过程违规警告图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明涉及一种钢结构桥梁制造信息的采集方法，其具体流程如图1所示，包括搭建编码体系、构造智能实体和建立信息模型三个阶段。实施案例：以某钢结构桥梁s的制造过程为例。项目编号17-24k。其中主梁采用焊接工字钢截面。六主梁结构，四孔，共计24个主梁。通过建立一个简单的原型系统实现对钢结构桥梁制造信息的采集功能，并验证所建模型的可行性。1、搭建编码体系选取第一段主梁作为研究对象，其余构件类似。在bim技术框架下，采用qr二维码技术建立钢结构桥梁的代码体系如表1所示，使用工程建设过程模型中建设资源的编码规则，对钢结构构件/节段进行代码编制和识别，根据图2建立针对钢结构桥梁编码的编制规则为xxxxxx*xx-xx.xx.xx.xx，将此钢结构桥梁编码为“17-24k*10-03.10.10.01”。表1类目代码含义大类10桥涵中类10-03上部结构小类10-03.10梁小类10-03.20联结系细类10-03.10.10主梁细类10-03.10.11横梁细类10-03.10.20横向联结系细类10-03.10.21纵向联结系2、构造智能实体针对传统钢结构桥梁在制造过程中进行手写信息记录时存在的时效性低、准确性差等缺点，利用bim技术对钢结构桥梁构件/节段生成二维码，二维码中包含钢结构桥梁构件/节段制造过程信息，然后将二维码标识到对应需要制造的构件/节段上，这时构件/节段与二维码形成一个智能实体，如图3所示。智能实体的构造过程还包括确定监控变量和定义要素两部分。智能实体在加工过程中的监控变量主要包括状态变化和空间位置变化两种。状态变化能够反映出加工制造的进度，而空间位置变化能够有效地对加工制造过程进行监控，同时能够实时获取空间位置流向，为桥梁的建设提供必要的信息支撑。智能实体的状态包括以下6种状态，其三种典型工作状态如图4所示：(1)待加工状态智能实体进入待加工区，加工前对其进行信息录入和读取，获得加工的要求、所需材料、加工设备、执行标准等必要信息，并更新智能实体的二维码的信息。(2)加工中状态智能实体经过待加工状态之后，将智能实体送入加工设备，并读取待加工状态所更新的二维码信息，开始加工，进入加工中状态。同时加工人员对其姓名、工号、所使用设备型号及设备状态进行记录，并更新智能实体的二维码信息。(3)加工完成状态当加工完成且经检验合格后，读取加工中状态所更新的二维码信息，则智能实体转化为加工完成状态。处在完成加工状态时等待下一步的处理，进入待加工或库存状态，同时更新智能实体的二维码信息。(4)库存与出库状态智能实体在加工完成之后需要进行仓储。入库时读取加工完成状态所更新的二维码信息，并记录进入库存状态。出库时执行同样的操作，进入出库状态。入库和出库时更新智能实体的二维码信息。(5)运输状态智能实体出库时，读取其更新的二维码信息，需要运输至施工现场安装时，由专业的物流公司进行运输。智能实体从仓库出库之后，交接给物流人员后，状态定义为运输状态，并更新智能实体的二维码信息。(6)验收状态钢结构桥梁运输到施工现场之后，存在验收的环节。专业人员通过扫描二维码，完成验收环节，智能实体进入验收状态。智能实体的空间位置变化主要涉及三种场景—设备、仓储、运输，如图5所示，其中设备和仓储场景之下，智能实体未发生空间点持续的变化。而在运输场景之下，智能实体与运输工具相绑定，空间位置在不断变化。由于工艺与设备存在对应关系，同一设备可能对应多个工艺，但工艺的流动不能反映出实际空间位置的流动，所以将设备与工艺相耦合，即空间＝{设备∩工艺、仓储、运输}，从而形成空间与场景的匹配关系。对智能实体的要素做如下定义：定义一：空间位置i空间位置i代表事件发生时智能实体所在的空间位置，按照时间顺序进行排列、编号。智能实体k的空间位置依次递增表示为。定义二：事件e事件e包含对智能实体的一系列操作，以通过对数据库的操作为事件发生的标志。表示智能实体k在空间i上发生的事件j。j＝1,2,3,4,5,6,7分别表示待加工事件、加工中事件、加工完成事件、入库事件、出库事件、运输事件、验收事件。事件作为一系列操作的集合，可以用下式描述为：式中：为二维码编号；表示智能实体k在空间i上的发生事件j的时刻；表示对智能实体k在空间i上的发生事件j的执行者。定义三：状态s状态s是一个过程量，表示两个事件内智能实体所处状态。表示智能实体k在空间i上处于m状态。其中m＝1,2,3,4,5,6,7，分别表示待加工、加工中、加工完成、库存、出库、运输和验收状态。定义四：事件时间t表示智能实体在状态上持续的时间。事件时间表示智能实体k在空间i上的发生事件j的时刻。定义五：事件执行者r事件执行者表示对智能实体k在空间i上发生事件j的执行者。定义六：工艺状态st工艺状态表示智能实体k在空间i中的工艺状态。3、建立信息模型钢结构桥梁信息模型以事件为驱动，由于二维码及数据库的操作是瞬时完成的，故将其看作为一个事件。而智能实体的状态是过程量，由两个连续的事件来判断，当下一事件发生时状态随之改变。对某一状态过程的信息用表示，简写为：展开合并后表示为：其中，表示某一状态的持续时间。对于在同一空间上信息的集合，分别表示为：钢结构桥梁s的信息模型包含工艺、状态和空间变化，如图6所示，信息模型的数学描述为：(1)加工制造过程中共有状态流、空间流和工艺流。空间流ik表示为：状态流sk表示为：工艺流表示为：(2)制造总时间tk等于各个状态持续时间之和，且等于制造终止时间减去制造起始时间，如下式所示：(3)制造总人次的集合为进行加工制造人员集合，包含各个状态人员的集合，如下式所示。4、平台验证为了研究方便，在这里采用微软sqlserver数据库来存储数据信息，选用microsoftvisualstudioenterprise版作为开发平台。首先将智能实体的监控变量和要素信息录入数据库，与web相连接，将二维码编号与数据库中的制造信息对应，针对制造要求和制造信息并建立相应的数据表。根据制造要求执行制造任务。制造要求信息数据表如图7所示。在制造的过程中，通过扫描此二维码纪录制造过程，触发事件并以事件的形式记录制造过程，将信息实时存入到数据库中。制造信息的采集存储如图8所示。根据钢桥信息模型开发出原型系统的部分功能如下：(1)信息统计对当前记录的制造信息进行统计得出当前制造过程所关注的制造时间、人员、进度等要素，结果如图9所示。(2)违规操作判断根据制造要求，钢结构在施焊24小时后由甲级资质检测机构进行无损检测。此时，属于违规操作，平台发出警告，如图10所示。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。当前第1页12