機器人焊接線生產(chǎn)管理系統(tǒng)應用研究

張穎,耿國慶,文小福,曾孔庚

（安川首鋼機器人有限公司，北京，100176）

0 引言

隨著“工業(yè)4.0”的不斷推進與發(fā)展，智能制造對傳統(tǒng)機器人焊接生產(chǎn)線提出了更高要求，因此，面向車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)開始迅速發(fā)展，越來越多的管理者開始部署自己公司的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。作為機器人系統(tǒng)集成商，如何更好地為用戶提供標準化的數(shù)據(jù)接口、提供底層設備的工作狀態(tài)及生產(chǎn)信息，成為生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要的研發(fā)方向。

1 生產(chǎn)管理系統(tǒng)主體結構

本文以機器人焊接線為例，介紹了本公司在生產(chǎn)管理系統(tǒng)方面作的一些研究。機器人焊接線布局圖如圖1所示。

圖1 機器人焊接線布局

汽車零部件機器人焊接線底層設備由機器人、焊機、夾具、PLC等組成，控制層由服務器、工控機、觸摸屏等組成，如圖2所示。其中，PLC負責底層設備數(shù)據(jù)采集，工控機和HMI負責數(shù)據(jù)顯示及相關設置，服務器負責數(shù)據(jù)存儲并與工廠級用戶的MES系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)對接。

根據(jù)不同用戶的需求，生產(chǎn)管理系統(tǒng)為其提供2種接口，一是服務器數(shù)據(jù)庫SQL Server或ORACLE，二是PLC的OPCServer。

圖2 機器人焊接線設備布局

2 生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要功能

機器人焊接線生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量追溯、在線檢測、歷史查詢及報表生成等功能。

2.1 生產(chǎn)監(jiān)控

生產(chǎn)監(jiān)控可以實時了解整個機器人焊接生產(chǎn)線的運行情況、運行狀態(tài)，并及時查看報警情況以便快速響應，提高生產(chǎn)效率。

監(jiān)控內(nèi)容一般包括以下幾方面：

（1）網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)控

主要監(jiān)視各個設備（包括機器人、焊機、PLC、工控機、服務器、觸摸屏、傳感器等）的網(wǎng)絡狀態(tài)，方便維修人員快速查找和處理網(wǎng)絡問題。

（2）生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控

主要監(jiān)視生產(chǎn)線自動運行狀態(tài)、生產(chǎn)節(jié)拍、操作員信息、生產(chǎn)數(shù)量以及故障報警信息等。

（3）機器人狀態(tài)監(jiān)控

主要監(jiān)視機器人工作模式、運行狀態(tài)、報警代碼、報警信息、當前程序名以及程序上傳下載等。

（4）焊接參數(shù)監(jiān)控

主要監(jiān)控焊機工作狀態(tài)、預置焊接電流、預置焊接電壓、實際焊接電流、實際焊接電壓、焊接速度、保護氣流量、使用氣體、焊絲材質(zhì)、焊絲直徑、開關機時間、實際焊接時間、焊工姓名、焊機型號、報警日期與起止時間等。

（5）維護保養(yǎng)提醒

設定焊機及機器人等維護保養(yǎng)時間，當?shù)竭_設定時間時，系統(tǒng)會發(fā)出維護提醒，從而減少焊機及機器人的故障率，避免因設備故障而造成生產(chǎn)線停產(chǎn)。

（6）能源監(jiān)控

監(jiān)控水、電、氣（保護氣）等使用情況，以便企業(yè)實時掌握能源狀況，為實現(xiàn)能源自動化調(diào)控打下堅實的數(shù)據(jù)基礎，同時方便企業(yè)進行能源計量和成本核算等工作。

圖3是本公司為用戶設計的機器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)界面，包括（a）觸摸屏監(jiān)控界面和（b）PC監(jiān)控界面。其中，觸摸屏監(jiān)控界面可實現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、機器人狀態(tài)監(jiān)控、維護保養(yǎng)提醒等功能；PC監(jiān)控界面則實現(xiàn)焊接參數(shù)監(jiān)控、能源監(jiān)控等功能。

圖3 機器人焊接監(jiān)控界面

2.2 質(zhì)量追溯

在機器人焊接生產(chǎn)線中，最受關注的參數(shù)就是焊接時的電流和電壓。從一條焊接線生產(chǎn)出來的總成件，需要經(jīng)過多個機器人焊接工作站的不同工位，最終由多個散件拼接而成。大部分生產(chǎn)線在焊接件生產(chǎn)的最后一道工序才打鋼印號，而本公司在前面的每道工序都會對焊接件進行編碼，并在人工介入的生產(chǎn)線中及時打標掃碼，在全自動生產(chǎn)線中則由PLC自動追蹤記錄，最后與最終的鋼印號自動綁定，實現(xiàn)產(chǎn)品追溯。這樣，無論任何時候，只要輸入焊接總成件的鋼印號，就能追溯到該總成件在每個工作站、工位以及焊道的焊接電流和電壓。另外，也可以通過時間查詢到在某一時間段內(nèi)，每個工作站、工位的所有焊接件的編碼及焊接參數(shù)，當條碼丟失或損壞時，可以通過時間查詢，幫助找回丟失的條碼。

圖4是本公司為用戶設計的質(zhì)量追溯查詢系統(tǒng)界面。以2.1小節(jié)生產(chǎn)監(jiān)控畫面中采集的數(shù)據(jù)為基礎，將采集到的數(shù)據(jù)保存在SQL SERVER或ORACLE數(shù)據(jù)庫中，需要查詢時，可以通過總成件的鋼印號或時間進行查詢。

圖4 質(zhì)量追溯查詢系統(tǒng)界面

2.3 在線檢測

焊接總成件尺寸是否合格，是衡量焊接質(zhì)量好壞的重要標準。采用傳統(tǒng)的三坐標測量儀檢測，需要花費大量的人力和時間，無法滿足自動化生產(chǎn)的需求。而自動檢具能通過各種智能傳感器自動檢測焊接件的尺寸，并判斷每個焊接件尺寸是否合格，然后將測量值自動保存到數(shù)據(jù)庫中，最終將測量值與焊接件鋼印碼綁定，這樣不僅方便用戶查詢，還可實現(xiàn)質(zhì)量追溯，同時還能自動將檢測結果通知機器人焊接生產(chǎn)線，以便對合格品和不合格品進行分流處理。

圖5是本公司為用戶設計的自動檢具軟件。在自動檢具軟件主界面中，所有檢測位置的檢測結果采用不同顏色標注，合格為綠色，不合格為紅色，檢測結果一目了然；在詳細界面中（見圖6），會顯示出每個工件的各部分定量檢測結果、理論值、最大公差、最小公差、合格信息等。

圖5 自動檢具主界面

圖6 自動檢具詳細界面

2.4 歷史查詢及報表生成

利用數(shù)據(jù)庫技術，用戶可將生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫表格中，經(jīng)過整理篩選后以表格的形式在查詢界面中顯示出來（如圖7所示），這樣方便管理者對生產(chǎn)情況進行更深入地了解，及時調(diào)整焊接參數(shù)，對設備進行保養(yǎng)以減少停機率。

圖7 歷史查詢界面

3 結語

雖然工業(yè)機器人已在汽車零部件自動化焊接生產(chǎn)線中得到廣泛應用，但信息化管理系統(tǒng)在近幾年才被逐漸引入。該系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，對于企業(yè)提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提升生產(chǎn)管理水平，具有明顯的促進作用，同時也為企業(yè)將來實現(xiàn)智能化生產(chǎn)打下堅實的基礎。

對于企業(yè)舊生產(chǎn)線的升級改造，由于存在數(shù)據(jù)類型雜亂、生產(chǎn)現(xiàn)場布置已成型、已有設備功能不完善等問題，導致信息采集與整理有一定困難，成為信息化應用的難點問題。因此，需要供應商和用戶一起努力，共同推進機器人自動化焊接生產(chǎn)線的信息化發(fā)展。

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