鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王榮波，史天運(yùn)，王 彤，徐成偉，王輝麟

（中國鐵道科學(xué)研究院， 北京 100081）

鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王榮波，史天運(yùn)，王 彤，徐成偉，王輝麟

（中國鐵道科學(xué)研究院， 北京 100081）

本文對鐵路工地試驗(yàn)室試驗(yàn)終端系統(tǒng)框架、軟件功能和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。該系統(tǒng)按照鐵路工地試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求，試驗(yàn)室試驗(yàn)員實(shí)名登陸試驗(yàn)終端進(jìn)行基本信息錄入和各種試驗(yàn)類型的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，判定試驗(yàn)結(jié)果，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和表格自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告，與鐵路工程管理平臺(tái)進(jìn)行信息交互等功能。

工地試驗(yàn)室；標(biāo)準(zhǔn)化管理；信息系統(tǒng)

鐵路工地試驗(yàn)室是工程建設(shè)中的重要組成部分，它既要為施工過程提供質(zhì)量控制依據(jù)，又要為工程竣工驗(yàn)收、移交提供質(zhì)量保證數(shù)據(jù)，還應(yīng)采用先進(jìn)的、成熟的科學(xué)檢測手段進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測數(shù)據(jù)必須具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性、真實(shí)性、合法性。因此，鐵路工地試驗(yàn)室是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵，鐵路建設(shè)需要試驗(yàn)室發(fā)揮其作用。

推廣和應(yīng)用試驗(yàn)終端軟件是鐵路工地試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化管理的重要內(nèi)容，是規(guī)范試驗(yàn)操作、保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的重要手段。通過該軟件的應(yīng)用，能有效解決試驗(yàn)操作的規(guī)范、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集、試驗(yàn)結(jié)果的正確判定、試驗(yàn)進(jìn)度的監(jiān)控，提高試驗(yàn)效率、實(shí)時(shí)反映試驗(yàn)任務(wù)的完成情況。利用試驗(yàn)終端軟件配合試驗(yàn)室人員作業(yè)，自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制曲線圖，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評判并生成試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)完成后不可對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修改，并及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到工程管理平臺(tái)，便于各級(jí)管理部門進(jìn)行質(zhì)量檢測。

1 軟件架構(gòu)

鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件總體架構(gòu)如圖1所示，通過層級(jí)結(jié)構(gòu)的劃分可以全面、整體的展現(xiàn)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)思路。終端軟件通過不同的通信方式（串口通信、UDP通信及DDE通信）和不同的伺服控制方式發(fā)送控制命令到試驗(yàn)機(jī)控制器，控制器把試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)發(fā)送給終端軟件；終端軟件在登陸時(shí)通過Webservice獲取用戶信息和更新已加載的委托信息；試驗(yàn)完成后，終端軟件通過Webservice上傳委托信息、試驗(yàn)信息及相關(guān)的文檔信息。

2 軟件功能設(shè)計(jì)

鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件應(yīng)能實(shí)現(xiàn)壓力試驗(yàn)機(jī)和萬能試驗(yàn)機(jī)兩種設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)傳輸，具有提醒、分析、統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控等功能，在數(shù)據(jù)的采集及傳輸工程中應(yīng)確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、試驗(yàn)過程規(guī)范、結(jié)果能夠追溯，對試驗(yàn)的結(jié)果能自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算及判定，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和表格自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將壓力試驗(yàn)機(jī)和萬能試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到鐵路總公司信息化平臺(tái)，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理。

鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件主要功能如圖2所示，充分保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集、試驗(yàn)結(jié)果的正確判定、試驗(yàn)報(bào)告的自動(dòng)生成、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及文檔的及時(shí)上傳。

圖1 軟件總體架構(gòu)

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 委托信息基本操作

包含新建委托、查詢委托（以委托編號(hào)、試驗(yàn)類型、試驗(yàn)狀態(tài)、開始日期和創(chuàng)建日期為查詢條件）、編輯委托、刪除委托等。

2.2 到期混凝土試驗(yàn)提醒

對達(dá)到規(guī)定齡期的混凝土試驗(yàn)給予可進(jìn)行試驗(yàn)的提醒；未到齡期和已超齡期的混凝土試驗(yàn)不可進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)信息管理

包含查詢試驗(yàn)（以試驗(yàn)類型、委托編號(hào)及上傳狀態(tài)為查詢條件）、加載試驗(yàn)、編輯試驗(yàn)、刪除試驗(yàn)等。

2.4 試驗(yàn)文檔管理

針對不同的試驗(yàn)類型，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和表格自動(dòng)生成相應(yīng)的試驗(yàn)報(bào)告，自動(dòng)填充試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

針對不同的控制器類型利用不同的通信方式，試驗(yàn)軟件自動(dòng)實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，并自動(dòng)繪制出曲線圖。

2.6 試驗(yàn)參數(shù)分析

根據(jù)試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算材料性能參數(shù)值（抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、實(shí)測抗拉強(qiáng)度與實(shí)測屈服強(qiáng)度之比、實(shí)測屈服強(qiáng)度與規(guī)定的屈服強(qiáng)度特征值之比、伸長率、最大力下的總伸長率、抗壓強(qiáng)度單塊值和抗壓強(qiáng)度組值等）。

2.7 試驗(yàn)合格性判定

依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)判定試驗(yàn)結(jié)果是否合格。如果不合格，確定造成不合格的參數(shù)。

2.8試驗(yàn)數(shù)據(jù)修約

按照各個(gè)試驗(yàn)類型的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（YB/T 081-2013冶金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值修約與檢測數(shù)值的判定、GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行相應(yīng)的修約。

2.9 試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸

完成試驗(yàn)后通過無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)以加密方式由Webservice實(shí)時(shí)發(fā)送試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)信息、報(bào)告數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)至平臺(tái)功能，如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)后數(shù)據(jù)可斷點(diǎn)續(xù)傳。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件以Visual Studio 2010作為開發(fā)工具，以.Net（c#）作為開發(fā)語言，以MySql數(shù)據(jù)庫作為終端軟件的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，跟前端控制器廠家通過串口通信、UDP通信和DDE通信的方式進(jìn)行通信或者直接控制控制器的方式，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過Webservice的方式加密上傳到平臺(tái)。

3.1 設(shè)計(jì)策略

3.1.1面向接口編程方法

針對不同的控制器廠家，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接收模塊與上層數(shù)據(jù)處理的接口。

3.1.2安全策略

登陸軟件時(shí)用戶實(shí)名認(rèn)證，跟鐵路工程管理平臺(tái)上的信息不一致時(shí)無法登陸終端軟件；數(shù)據(jù)加密，上傳或獲取用戶信息時(shí)采用MD5加密方式；軟件登陸前需要進(jìn)行軟件注冊，軟件注冊碼必須跟獲取到的注冊碼一致才可使用軟件。

3.1.3可復(fù)用性策略

數(shù)據(jù)庫處理模塊，跟數(shù)據(jù)庫相關(guān)的增加、刪除、更新操作；數(shù)據(jù)上傳判斷模塊，試驗(yàn)是否完成的檢測及自動(dòng)上傳的處理；數(shù)據(jù)上傳模塊，數(shù)據(jù)上傳內(nèi)容的順序和上傳失敗的狀態(tài)顯示；文檔處理模塊，對文檔的打開、關(guān)閉、保存和數(shù)據(jù)填充的處理單獨(dú)封裝。

3.1.4錯(cuò)誤檢測策略

對用戶手動(dòng)輸入的一些信息進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，包括不可輸入漢字、鋼筋斷后標(biāo)距一定大于原始標(biāo)距等。

3.2 數(shù)據(jù)流程

委托信息錄入系統(tǒng)和試驗(yàn)信息管理的信息保存到各自的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集到試驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)和其他信息組成試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)的分析、試驗(yàn)合格性的判定、數(shù)據(jù)修約，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告和記錄，完成試驗(yàn)后,通過平臺(tái)Webservice進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)流程圖

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼筋規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度算法

鋼筋在拉伸試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)拉力值超過彈性極限，即使拉力值不再增加，而鋼筋繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，此時(shí)的最小拉力值對應(yīng)的強(qiáng)度即為屈服點(diǎn)。但實(shí)際上很多鋼筋原材并沒有明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微小的塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度，即鋼筋規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度。造成鋼筋沒有明顯屈服的原因除了跟鋼筋的材料有關(guān)外，還跟試驗(yàn)員的操作習(xí)慣（鋼筋拉伸試驗(yàn)時(shí)夾具未夾緊鋼筋及做試驗(yàn)的速度等）、萬能試驗(yàn)機(jī)的質(zhì)量（鋼筋過了打滑點(diǎn)后又出現(xiàn)多次打滑，造成鋸齒點(diǎn)過多，鋸齒點(diǎn)在正常屈服附近，導(dǎo)致鋸齒點(diǎn)不好過濾）等有關(guān)。

在試驗(yàn)參數(shù)分析中，鋼筋規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度是鋼筋試驗(yàn)參數(shù)中比較難計(jì)算的參數(shù)，但又是判斷鋼筋合格的重要參數(shù)。目前，鋼筋規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的計(jì)算方法主要包括4種：常規(guī)平行線方法、滯后環(huán)方法、逐步逼近方法、力一夾頭位移方法。從可操作性和方便性來說，常規(guī)平行線方法和力一夾頭位移方法用的比較多，但是都需要用到引伸計(jì)。而使用道格拉斯-普克抽稀算法，不需要引伸計(jì)就可以將力值-時(shí)間曲線進(jìn)行平滑處理，濾去由于試驗(yàn)機(jī)的夾具與鋼筋原材的摩擦產(chǎn)生的鋸齒點(diǎn)，從而正確地計(jì)算出鋼筋的屈服點(diǎn)。道格拉斯-普克抽稀算法的精度跟所取得閾值有關(guān)，而閾值則由鋼筋試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)屈服點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的比值范圍及大量的數(shù)據(jù)分析綜合確定。

4.2 試驗(yàn)文檔管理技術(shù)

NPOI是一個(gè)讀寫Excel、Word等微軟OLE2組件文檔的開源項(xiàng)目。NPOI可進(jìn)行Excel的讀取值、寫入值、修改值等操作，并保存為Office 97-2003格式的Excel。NPOI中讀寫通過哪一個(gè)工作?。╓orkBook）、哪一個(gè)工作表（Sheet）、哪一行（Row）、哪一列（Column）來確定唯一的單元格（Cell），NPOI的行和列的索引都是從0開始。NPOI讀取Excel分為HSSF（適用2007以前的版本）和XSSF（適用2007版本及其以上的）。在終端軟件在中需要進(jìn)行試驗(yàn)文檔的管理，包括文檔展示和試驗(yàn)數(shù)據(jù)填充，而用c#基于Office的控件只能對文檔進(jìn)行展示而不能進(jìn)行數(shù)據(jù)填充，所以采用了NPOI技術(shù)將試驗(yàn)數(shù)據(jù)填充進(jìn)相應(yīng)的試驗(yàn)文檔中。

通過NPOI技術(shù)的應(yīng)用，試驗(yàn)終端軟件解決了試驗(yàn)文檔打開慢、文檔數(shù)據(jù)處理慢及可能由于保存與關(guān)閉的快慢問題導(dǎo)致的亂碼問題。由于NPOI數(shù)據(jù)不需要客戶安裝Office軟件，大大增強(qiáng)了試驗(yàn)終端軟件文檔操作的適用性。試驗(yàn)終端軟件為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要在文檔打開前、后對文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋處理，NPOI對文檔的處理非?？欤纳屏擞脩趔w驗(yàn)。

4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和委托信息的數(shù)據(jù)融合技術(shù)

鐵路工地試驗(yàn)室的萬能試驗(yàn)機(jī)和壓力試驗(yàn)機(jī)的廠家和通訊協(xié)議不同，如果分開進(jìn)行處理會(huì)做很多重復(fù)性的工作，采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行處理后，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳遞給試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊，保證了軟件上層模塊對數(shù)據(jù)分析的一致性，使軟件上層模塊不用區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的具體來源。

鐵路工地試驗(yàn)室的委托信息可以在鐵路工程管理平臺(tái)錄入，也可以在終端軟件錄入，采用委托信息數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行處理后，將工程管理平臺(tái)和終端軟件的委托信息結(jié)合，重復(fù)的數(shù)據(jù)以工程管理平臺(tái)為主，如果網(wǎng)絡(luò)連接失敗，則以終端軟件為主，通過數(shù)據(jù)保存模塊進(jìn)行保存，達(dá)到了數(shù)據(jù)展現(xiàn)模塊對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理效果。

5 結(jié)束語

截止到2015年2月底，鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件已在三大片區(qū)的35條線路上部署，壓力機(jī)采集系統(tǒng)安裝476臺(tái)，萬能機(jī)采集系統(tǒng)安裝509臺(tái)，上傳報(bào)告數(shù)562 493份，信息統(tǒng)計(jì)見表1。工地試驗(yàn)室如果發(fā)現(xiàn)該批次有不合格的鋼筋試驗(yàn)、混凝土試驗(yàn)及其他試驗(yàn)，則需要進(jìn)行雙倍根數(shù)（塊數(shù)）的復(fù)檢，如果復(fù)檢再不合格，則需要進(jìn)行退場處理，如果復(fù)檢合格，則可以繼續(xù)使用。

表1 三大片區(qū)的信息統(tǒng)計(jì)

鐵路工地試驗(yàn)室終端軟件能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格的試驗(yàn)，規(guī)范現(xiàn)場試驗(yàn)室人員的行為，避免個(gè)別試驗(yàn)人員弄虛作假現(xiàn)象，促使他們及時(shí)進(jìn)行不合格試驗(yàn)的處理；能夠提高試驗(yàn)室管理水平，使管理者能夠更加方便地管理試驗(yàn)室工作；能夠?yàn)楣こ藤|(zhì)量分析提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，使工程質(zhì)量問題的追溯變得有據(jù)可查；減少試驗(yàn)員在填寫報(bào)告中的重復(fù)性工作。

[1] 朱紅梅.淺談鐵路工程監(jiān)理工地試驗(yàn)室的管理[J].中小企業(yè)管理與科技，2012（11）：41-42.

[2] 賀智超.淺談高速鐵路工地試驗(yàn)室的管理分析[J].民營科技，2012（10）：224-225.

[3]鐵道部工程管理中心.工管辦函[2013]381號(hào) 鐵路工地試驗(yàn)及試驗(yàn)室數(shù)據(jù)接口暫行規(guī)定[S].北京：鐵道部工程管理中心，2013.

[4] 王 江.鐵路工地試驗(yàn)室壓力機(jī)萬能機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，23（4）.

[5] 鐵道部工程管理中心.工管辦函[2013]284號(hào) 鐵路工地試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化管理實(shí)施意見[S].北京：鐵道部工程管理中心，2013.

[6] 顧麗英.力一夾頭位移法測定規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度剖析[J].機(jī)車車輛工藝，2011（2）.

責(zé)任編輯 陳 蓉

Test Terminal Management System of railway construction site laboratory

WANG Rongbo, SHI Tianyun, WANG Tong, XU Chengwei, WANG Huilin
( China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

The article described the framework, software functionality and key technologies for Test Terminal Management System of railway construction site laboratory. The System was in strict accordance with the standardization management requirements of the laboratory. The laboratory assistant of real name logged in the test terminal to import the basic information and made data acquisition for all kinds of tests, implemented automatic calculation of test data, determined the test results automatically, generated test report according to current standards and tables, interacted information by the railway project management platform.

railway construction site laboratory; standardized management; Information System

U21∶TP39

A

1005-8451（2015）12-0043-04

2015-04-01

王榮波，研究實(shí)習(xí)員；史天運(yùn)，研究員。