船廠焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

朱安慶， 馬詩(shī)龍

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

在船舶建造流程中，從鋼材零部件的加工到總段裝配，焊接工時(shí)一般占據(jù)船體建造工程總工時(shí)的30%～40%[1]，焊接質(zhì)量直接影響船體質(zhì)量。工件焊接質(zhì)量問題的影響因素往往是焊工在作業(yè)過程中使用的焊接參數(shù)與要求的焊接參數(shù)不一致，導(dǎo)致工件變形過大或其他焊接質(zhì)量不合格問題，可能需要工人花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)工件進(jìn)行變形校正[2]，嚴(yán)重的情況需要重新選擇材料進(jìn)行加工，不僅浪費(fèi)船廠大量的人力物力，而且增加船舶建造成本，延長(zhǎng)建造周期。船廠焊工是一種自由度較高的職業(yè)，管理人員希望焊工在作業(yè)時(shí)間更具有組織性，更能保證焊工作業(yè)時(shí)的安全。本焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用非接觸式刷卡技術(shù)，將采集的焊機(jī)焊接數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的焊工綁定，可分析焊工的工作時(shí)間，從而更有效地管理作業(yè)人員和作業(yè)過程。焊機(jī)在船廠焊接車間屬于數(shù)量最多的用電設(shè)備，所以在非焊接時(shí)間待機(jī)的焊機(jī)不僅會(huì)產(chǎn)生電能的浪費(fèi)，而且存在一定的安全隱患。本監(jiān)控系統(tǒng)通過分析設(shè)備的工作狀態(tài)，提醒工人在下班時(shí)間關(guān)閉焊機(jī)，增強(qiáng)安全意識(shí)。基于船廠以上需求，研究船廠焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)解決上述問題是非常必要的。

焊接數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)，可以采用具有較高準(zhǔn)確性和合適的精度的分流器、霍爾傳感器[3]采集焊接數(shù)據(jù)，滿足焊機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)采集允許的誤差范圍。應(yīng)用較好的控件和易開發(fā)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程焊機(jī)、焊工作業(yè)查詢以及焊機(jī)、焊工工作時(shí)間分布查詢等功能。

本文提出的焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集焊接參數(shù)、焊工信息、焊機(jī)狀態(tài)等信息，應(yīng)用Wi-Fi技術(shù)[4]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，現(xiàn)場(chǎng)搭建簡(jiǎn)單，減少現(xiàn)場(chǎng)總線復(fù)雜的布線工作，使用便捷。本系統(tǒng)在船廠的初步應(yīng)用情況表明其對(duì)焊機(jī)作業(yè)的智能管理具有一定的推動(dòng)作用，具有較大的推廣價(jià)值。

1 焊機(jī)管理系統(tǒng)構(gòu)成

焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)主要包括焊機(jī)數(shù)據(jù)采集器、無(wú)線接入點(diǎn)(Access Point, AP)基站和上位機(jī)軟件。焊機(jī)上安裝1臺(tái)焊機(jī)數(shù)據(jù)采集器，主要實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)、焊工信息的采集和顯示，同時(shí)根據(jù)需要覆蓋信號(hào)的范圍選擇合適的點(diǎn)位布置無(wú)線AP，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器與上位機(jī)的連接。焊機(jī)數(shù)據(jù)采集器的功能是精準(zhǔn)地采集焊接數(shù)據(jù)，通過設(shè)置數(shù)據(jù)采樣變比，可以將采集的模擬信號(hào)準(zhǔn)確地?fù)Q算成實(shí)際的焊接數(shù)據(jù)，同時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示焊接數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)連接地址設(shè)置。在采集焊接數(shù)據(jù)的過程中，采集器可以對(duì)數(shù)據(jù)通過自動(dòng)異或校驗(yàn)和的方式[5]，檢驗(yàn)采集數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，對(duì)于無(wú)效的數(shù)據(jù)采取拋棄操作，從而保證采集數(shù)據(jù)的有效性，最后通過Wi-Fi通信模塊傳輸至無(wú)線AP。

無(wú)線AP的安裝須考慮船廠分段車間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和自身的信號(hào)覆蓋半徑，安裝高度一般在12 m左右，防止大分段的遮擋切斷焊機(jī)數(shù)據(jù)采集器與無(wú)線AP的網(wǎng)絡(luò)連接。為保證無(wú)線AP信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的焊機(jī)數(shù)據(jù)采集器可以順利地連接，須通過Web網(wǎng)頁(yè)設(shè)置AP的SSID、密碼和靜態(tài)IP，考慮到無(wú)線AP與采集器在同一網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線AP和采集器IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址部分需要一致。

所有采集的有效數(shù)據(jù)都會(huì)被及時(shí)地傳輸至終端，為使處于不同網(wǎng)段的無(wú)線AP將數(shù)據(jù)發(fā)送至同一個(gè)終端，本系統(tǒng)采用3層交換機(jī)，在不同無(wú)線AP之間實(shí)現(xiàn)路由，并與終端構(gòu)成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)監(jiān)控軟件包括2個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集程序和UI界面。數(shù)據(jù)采集程序運(yùn)用線程池，減少程序運(yùn)行的等待時(shí)間，保證焊接數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地處理；UI界面主要呈現(xiàn)焊接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和工人工作時(shí)間分布等信息。

2 焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)功能

船廠焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：焊接數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、焊機(jī)工作時(shí)間分布、焊工工作時(shí)間分布、焊機(jī)狀態(tài)分析和焊機(jī)故障分析等。監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)這些功能前需向系統(tǒng)錄入焊機(jī)、焊工相關(guān)信息和焊接參數(shù)信息，從而將焊接數(shù)據(jù)與焊接工人綁定實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)、焊工和焊接作業(yè)過程的有效監(jiān)控。

將焊工信息錄入對(duì)應(yīng)的施工班組，焊工在使用焊機(jī)前可刷焊工卡將自己的信息錄入數(shù)據(jù)采集器，達(dá)到匹配的目的，如圖1所示。

圖1 焊工信息錄入界面

焊機(jī)作為本系統(tǒng)監(jiān)控的對(duì)象，在使用監(jiān)控系統(tǒng)前必須錄入監(jiān)控焊機(jī)的詳細(xì)信息，如圖2所示。在UI界面的焊機(jī)信息錄入界面中，將焊機(jī)編碼、IP地址和所在車間區(qū)域等信息編輯完整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)的有效監(jiān)控。

圖2 焊機(jī)信息錄入界面

在焊接作業(yè)中，針對(duì)不同的焊接工件須使用對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)，在監(jiān)控系統(tǒng)中需提前錄入對(duì)應(yīng)的焊接類型和正確的焊接參數(shù)。如圖3所示，設(shè)置橫焊、平焊、立焊和仰焊時(shí)的焊機(jī)電流和電壓值以及焊接過程中會(huì)出現(xiàn)的電流和電壓上下限，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接作業(yè)的有效監(jiān)控。

圖3 焊機(jī)參數(shù)設(shè)置

3 焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)在完成焊機(jī)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線AP設(shè)置后，可應(yīng)用于船廠焊接車間。以江蘇新時(shí)代造船有限公司分段車間為例，展示系統(tǒng)在焊接數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、焊機(jī)工作時(shí)間分布、焊工工作時(shí)間分布和焊機(jī)故障分析等方面的應(yīng)用情況。圖4為編號(hào)G3-004的焊機(jī)收弧過程的焊接數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，包括焊機(jī)時(shí)間與焊接參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線圖。

圖4 焊接數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示

在本焊機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UI界面中，用戶可快速查詢焊工在一天內(nèi)的工作時(shí)間分布。圖5所示為編號(hào)為01000001的焊工在當(dāng)前查詢?nèi)掌趦?nèi)上午的工作時(shí)間分布。

圖5 焊工工作時(shí)間分布

本焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)可查詢焊機(jī)工作歷史狀態(tài)與工作時(shí)間分布。在焊機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)中將焊機(jī)狀態(tài)分為4種：工作、空載、關(guān)機(jī)和故障，如圖6所示，同時(shí)顯示編號(hào)為G3-COO001的焊機(jī)在當(dāng)前查詢?nèi)掌谏衔绲墓ぷ鲿r(shí)間分布，有利于用戶了解不同工位焊機(jī)的利用率。

圖6 焊機(jī)工作時(shí)間分布

當(dāng)焊機(jī)發(fā)生故障時(shí)，工人在焊接現(xiàn)場(chǎng)可通過觸發(fā)監(jiān)控裝置故障按鈕上傳焊機(jī)故障信息，焊機(jī)故障信息將記錄在故障分析界面，方便用戶查看。維保部門開展維保工作并記錄故障原因，建立維保數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行故障和維保分析。焊機(jī)故障分析如圖7所示。

圖7 焊機(jī)故障分析

4 結(jié) 論

通過分析當(dāng)前船廠對(duì)焊機(jī)管理監(jiān)控需求的情況，提出應(yīng)用Wi-Fi為傳輸技術(shù)并使用易開發(fā)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言設(shè)計(jì)焊接作業(yè)管理功能模塊，實(shí)現(xiàn)焊機(jī)管理的相關(guān)功能。實(shí)地測(cè)試結(jié)果表明：焊機(jī)管理監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)變化的實(shí)時(shí)顯示，焊接歷史數(shù)據(jù)查詢，焊機(jī)、焊工的工作時(shí)間分布查詢，有利于船廠人員了解焊機(jī)的使用情況以及焊工焊接時(shí)間和非焊接時(shí)間分布；焊機(jī)故障分析有助于船廠及時(shí)修復(fù)焊機(jī)，保障船廠焊機(jī)設(shè)備的完好。