一、數(shù)字化焊接車間的基本組成

數(shù)字化焊接車間由監(jiān)控服務(wù)器、數(shù)字化焊接設(shè)備、監(jiān)控客戶端、網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻服務(wù)器、電量與非電量傳感器、網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器、網(wǎng)絡(luò)防火墻等組成。數(shù)字化車間系統(tǒng)的各種功能服務(wù)器和客戶端都作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接入到車間的工業(yè)以太網(wǎng)中，實現(xiàn)生產(chǎn)信息的集中監(jiān)控和管理。

 

（1）監(jiān)控服務(wù)器    監(jiān)控服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，負責配置和管理系統(tǒng)中所有的自動化設(shè)備節(jié)點，采集、整理系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)，并對監(jiān)控賬戶進行管理。監(jiān)控服務(wù)器按照功能可分為數(shù)據(jù)庫服務(wù)、視頻服務(wù)、焊接設(shè)備監(jiān)控代理、監(jiān)控服務(wù)四個部分。

（2）自動化焊接設(shè)備    數(shù)字化焊接設(shè)備是數(shù)字車間生產(chǎn)執(zhí)行單元。任何具備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控接口的自動化焊接設(shè)備都可以作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接入系統(tǒng)，能夠提供焊接程序文件和數(shù)據(jù)采集文件的上傳和下載、控制器及各個模塊狀態(tài)的監(jiān)控等。

（3）監(jiān)控設(shè)備    監(jiān)控設(shè)備是管理人員的眼睛，由攝像頭或數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成。管理人員可以查看自動焊接設(shè)備的實時運行狀態(tài)，焊接攝像頭用于采集焊接過程的圖像信息，電量與非電量傳感器用于采集焊接電流、電弧電壓、送絲速度、焊接速度、氣體流量、工件應(yīng)力狀態(tài)等信息。

（4）焊接過程信息整合與處理    將焊接過程的所有信息，比如視頻信息、坡口形貌、實際執(zhí)行的焊接參數(shù)等以時間和畫面的形式組合儲存，對焊接過程進行分析、評估和追溯，并實現(xiàn)遠程診斷和操作。

（5）網(wǎng)絡(luò)交換機    負責網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點的數(shù)據(jù)交換，是各個節(jié)點進行可靠數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。路由器是可選節(jié)點，在需要連接其他網(wǎng)絡(luò)時負責網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)防火墻也是可選節(jié)點，為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供對外的網(wǎng)絡(luò)安全保障，只有在需要連接其他網(wǎng)絡(luò)并且對所連接網(wǎng)絡(luò)不信任時才需要。

二、數(shù)字化焊接車間的管理

 1.  對焊接程序的應(yīng)用與管理

生產(chǎn)管理主要涉及對焊接程序的應(yīng)用與管理，圖2是數(shù)字化焊接車間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的一個例子。管理人員登錄到監(jiān)控服務(wù)器后可以對選定焊接設(shè)備上的焊接程序遠程管理，通過監(jiān)控客戶端的人機交互界面，可對焊接設(shè)備上的焊接程序進行查看、改名、刪除、上傳和下載等操作。使用焊接設(shè)備的離線編程工具，管理人員在辦公室就能編輯焊接程序、設(shè)置焊接程序相關(guān)的各種參數(shù)，并通過監(jiān)控客戶端把焊接程序上傳到焊接設(shè)備，操作人員直接調(diào)用新的焊接程序進行焊接，管理人員實現(xiàn)了焊接參數(shù)的遠程管理和修改。管理人員通過監(jiān)控客戶端，可下載焊接設(shè)備上的焊接程序、配置參數(shù)等各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并且能夠快速的布置到其他焊接設(shè)備，結(jié)合企業(yè)的ERP系統(tǒng)，便捷布置生產(chǎn)任務(wù)。

 

通過監(jiān)控客戶端人機交互界面，管理人員能夠遠程設(shè)置操作人員能夠使用的焊接程序及其參數(shù)調(diào)整范圍，既能達到生產(chǎn)任務(wù)管理的目的，還能給現(xiàn)場操作人員提供根據(jù)工件的實際情況調(diào)整和補償焊接參數(shù)的能力，同時焊接參數(shù)調(diào)整和補償?shù)姆秶�是可以由管理人員事先限定的，不但能保證焊接程序在復雜現(xiàn)場條件下焊接參數(shù)調(diào)整的靈活性，還能通過限制調(diào)整和補償?shù)南薅缺ＷC焊接工藝的安全性。

焊接設(shè)備監(jiān)控及管理包括焊接設(shè)備實時監(jiān)控、焊接設(shè)備歷史運行數(shù)據(jù)查看和焊接設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。焊接設(shè)備的監(jiān)控事件包括焊接設(shè)備啟動、焊接設(shè)備關(guān)閉、焊接設(shè)備模塊上線、焊接設(shè)備模塊下線、焊接程序開始運行、焊接程序停止運行、焊接程序段切換、焊接關(guān)鍵參數(shù)變化、焊接過程中的報警、焊接過程中的出錯、焊接設(shè)備的急停事件等焊接裝備的各種參數(shù)和狀態(tài)。

 對焊接設(shè)備實時監(jiān)控時，監(jiān)控客戶端通過監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)的監(jiān)控服務(wù)連接焊接設(shè)備監(jiān)控代理，焊接設(shè)備監(jiān)控代理根據(jù)自動化焊接設(shè)備標識連接到焊接設(shè)備，得到焊接設(shè)備當時的監(jiān)控狀態(tài)，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)實時的發(fā)送回監(jiān)控客戶端。在查看和統(tǒng)計分析焊接設(shè)備歷史運行數(shù)據(jù)時，監(jiān)控客戶端通過監(jiān)控服務(wù)器的監(jiān)控服務(wù)連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)，取出存儲在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的焊接設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)，返回給監(jiān)控客戶端查看或者用于統(tǒng)計分析。通過焊接設(shè)備實時監(jiān)控和歷史運行數(shù)據(jù)分析，管理人員可以精確掌握每臺設(shè)備的負荷，為生產(chǎn)任務(wù)的管理和安排提供重要參考。管理人員通過分析和比較同一臺焊接設(shè)備上不同操作人員、不同時段、不同工況、不同生產(chǎn)任務(wù)中的監(jiān)控數(shù)據(jù)，能夠分析出操作人員的操作習慣對焊接工藝、生產(chǎn)效率、焊接質(zhì)量等方面的影響，為操作人員的管理和培訓提供有效的幫助。圖3是對上述數(shù)字化焊接車間的各類信息及其管理的匯總。

 

2.  數(shù)字化焊接工廠生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)信息流

（1）焊前質(zhì)量控制    基本信息和實施方案如下：

       �r  通過條形碼或RFID卡等多種形式，對每一個部件進行跟蹤。

       �r  所有物件的信息，都通過工廠或車間網(wǎng)絡(luò)保存，通過各工位終端了解被授權(quán)的信息。

       �r  可以通過定位系統(tǒng)，實現(xiàn)物件的物流管理和定位。

       �r  待焊接材料的質(zhì)量，工件焊前各工序加工質(zhì)量，如坡口加工、熱處理狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)。

       �r  輔助材料的質(zhì)量，如氣體、焊劑、耗材。

       �r  填充材料和各種輔助耗材也可以通過其自身的信息系統(tǒng)獲得質(zhì)量和成分情況。

       �r  通過激光或其他的焊縫掃描手段進行組對和坡口質(zhì)量檢查，并記錄在案。也可以通過專業(yè)軟件幫助判斷是否適合進行下道工序。

（2） 焊接工藝與條件    基本信息和實施方案如下：

       �r  焊前準備工序的質(zhì)量，如焊接位置尺寸檢驗、坡口清理、組對狀態(tài)控制等。

       �r  工作環(huán)境狀態(tài)檢查。

       �r  操作者資質(zhì)、設(shè)備操作的授權(quán)和工作權(quán)限確認。

       �r  當前焊接程序確認。

       �r  當前工件狀態(tài)和填充材料、耗材確認。

       �r  設(shè)備各部分狀態(tài)確認，如試板焊接。

       �r  焊接過程參數(shù)輸入控制。

（3）焊接過程的質(zhì)量控制   基本信息和實施方案如下：

       �r  采用數(shù)字信號處理技術(shù)和智能控制技術(shù)，對焊接過程進行精量控制。

       �r  通過工廠網(wǎng)絡(luò)和工件附帶標記，自動判斷加工工序的完備性，并獲得本工序加工的允許指令。

       �r  焊接過程中對焊接參數(shù)的監(jiān)控，焊接參數(shù)超差自動處置，自動的弧壓控制，適應(yīng)坡口變化自動調(diào)節(jié)填充等。

       �r  實現(xiàn)焊接過程的在線監(jiān)測與輸出的閉環(huán)控制，利用傳感器技術(shù)進行焊接過程智能化協(xié)同。

       �r  實現(xiàn)遠程的焊接程序調(diào)用或遠程的程序編制和測試。

       �r  對現(xiàn)有模擬控制的焊接系統(tǒng)、關(guān)鍵參數(shù)進行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造，引入分布式控制模式，為將來升級改造提供基礎(chǔ)。

（4）焊后質(zhì)量信息化    基本信息和實施方案如下：

       �r  焊接過程參數(shù)實時記錄與保存。

       �r  焊接過程操作記錄與保存。

       �r  焊接熔池圖像實時記錄與保存。

       �r  工件目測檢驗報告。

       �r  無損探傷報告及判定依據(jù)。

（5）全過程追溯能力    基本信息和實施方案如下：

       �r  產(chǎn)品批號管理。

       �r  焊接材料信息管理。

       �r  產(chǎn)品編號管理。

       �r  工藝制定管理。

       �r  設(shè)備故障追溯。

隨著計算機與信息技術(shù)的不斷進步以及互聯(lián)網(wǎng)、工廠內(nèi)GPS系統(tǒng)和云計算技術(shù)的成熟與普及，都使得焊接生產(chǎn)信息完全可以與物流控制、網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)共享等技術(shù)結(jié)合起來，在實際應(yīng)用中，將逐步建立相關(guān)的行業(yè)標準，為用戶提供可靠、有效的具有感知—決策—執(zhí)行能力的數(shù)字化焊接制造智能監(jiān)控和管理平臺，從而滿足現(xiàn)代焊接制造對高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的迫切需求。

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