智能焊接云管理系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

劉金龍　柳振國(guó)　李江　閆偉男　馬曉健

摘要：智能焊接云管理系統(tǒng)iWeldCloud是通過焊接設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)連接，它將設(shè)備、人員、材料、工藝等數(shù)據(jù)整合到一個(gè)平臺(tái)來進(jìn)行管理，為焊接行業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)及遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)維服務(wù)，其應(yīng)用對(duì)管控焊接質(zhì)量、提升焊接效率具有明顯的改善作用。通過設(shè)備智能化、管理智能化、服務(wù)智能化三個(gè)方面的技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，分別從焊接設(shè)備使用企業(yè)與焊接設(shè)備制造企業(yè)兩個(gè)角度闡述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)焊接產(chǎn)業(yè)結(jié)合應(yīng)用的先進(jìn)思想與應(yīng)用示范。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);遠(yuǎn)程服務(wù);焊接工藝;效率提升

中圖分類號(hào)：TG408 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1001-2303（2020）02-0045-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.02.09

0 前言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是人類的第三次技術(shù)浪潮，它通過機(jī)器、設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，結(jié)合軟件與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來激發(fā)生產(chǎn)力，創(chuàng)造新價(jià)值。唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司（以下簡(jiǎn)稱松下）面向焊接制造行業(yè)推出了一套具有行業(yè)特點(diǎn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)——智能焊接云管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱iWeldCloud，它通過焊接設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)連接，基于云平臺(tái)為用戶提供一種數(shù)字化管理工具，將焊接設(shè)備、人員、材料、工藝等數(shù)據(jù)整合到一個(gè)平臺(tái)來進(jìn)行管理，為用戶提供設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備管理、工藝管理、生產(chǎn)管理等多方面的數(shù)據(jù)管理服務(wù)，更為重要的是，通過焊接設(shè)備將用戶與公司緊密連接到一個(gè)平臺(tái)，公司能精準(zhǔn)地為客戶提供工藝指導(dǎo)、軟件更新、故障診斷等擴(kuò)展性服務(wù)。系統(tǒng)框架如圖1 所示[1-5]。

1 系統(tǒng)特點(diǎn)

iWeldCloud是部署在阿里云的SaaS系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的軟件產(chǎn)品，它是一種完全創(chuàng)新的軟件應(yīng)用模式，焊接制造企業(yè)在無需安裝傳統(tǒng)軟件采購模式（購買、搭建、維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施）情況下能夠采用先進(jìn)技術(shù)的較佳途徑。用戶購買焊接設(shè)備后可獲取平臺(tái)賬號(hào)，使用瀏覽器即可登錄系統(tǒng)的管理界面。

iWeldCloud是面向焊接制造企業(yè)的專用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，它具備設(shè)備連接能力、系統(tǒng)集成能力和數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，如圖2所示。

數(shù)據(jù)連接能力是一項(xiàng)基礎(chǔ)能力，需要解決焊接車間現(xiàn)場(chǎng)多種設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與交互問題。焊接車間現(xiàn)場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生來源于多種類型設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電焊機(jī)、機(jī)器人、由PLC作為控制器的自動(dòng)化焊接工作站、具有人機(jī)交互功能的智能硬件終端、以及其他類型的加工設(shè)備及數(shù)據(jù)源。

系統(tǒng)集成能力表征一套信息化系統(tǒng)能否與其他信息化系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)方便有效的數(shù)據(jù)共享。iWeldCloud具有完善的Web API接口，能夠與焊接制造企業(yè)的第三方信息化系統(tǒng)進(jìn)行友好對(duì)接，例如焊接工藝資源系統(tǒng)WRP、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES、焊縫質(zhì)量系統(tǒng)、BI系統(tǒng)以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)，iWeldCloud通過Web API接口傳遞設(shè)備狀態(tài)、焊接參數(shù)、規(guī)范符合率、材料用量、作業(yè)者工時(shí)等數(shù)據(jù)，接收焊接工藝要求、生產(chǎn)計(jì)劃、工單信息、檢測(cè)質(zhì)量等數(shù)據(jù)，只有焊接生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)流傳與整合起來，才能發(fā)揮更好的改善作用。

數(shù)據(jù)應(yīng)用能力能夠反映一套信息化系統(tǒng)的智能化程度與業(yè)務(wù)適應(yīng)性。iWeldCloud系統(tǒng)中管理的數(shù)據(jù)包括設(shè)備數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等，如何將這些數(shù)據(jù)通過有效的整合與智能化算法，提煉出對(duì)業(yè)務(wù)部門有價(jià)值的指導(dǎo)性建議，并成為業(yè)務(wù)人員愿意使用的數(shù)字化工具，是iWeldCloud開發(fā)團(tuán)隊(duì)的開發(fā)目標(biāo)，不同人員需要不同的管理模塊，通過對(duì)數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用與挖掘能夠幫助使用者解決實(shí)際問題。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 設(shè)備智能化

設(shè)備智能化屬性如圖3所示。搭載IOT模塊的焊接設(shè)備，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)傳輸設(shè)備參數(shù)到云端，通過APP可方便進(jìn)行設(shè)備管理。焊接設(shè)備通過云端連接，隨時(shí)獲取豐富的焊接工藝軟件包，以滿足復(fù)雜多變的焊接要求，其功能選項(xiàng)可無限擴(kuò)展。

焊接設(shè)備通過AI技術(shù)具備了感知、交互、自動(dòng)決策的能力。例如，焊接設(shè)備與智能卡的應(yīng)用可以幫助用戶建立智能化的人機(jī)協(xié)作環(huán)境，設(shè)備通過感知外部環(huán)境，自動(dòng)匹配最優(yōu)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)焊接權(quán)限管理與工藝參數(shù)的有效管控。

2.2 管理智能化

iWeldCloud提供的各種APP可實(shí)現(xiàn)焊接工藝規(guī)范化管理、作業(yè)者資質(zhì)管理、焊接成本管理、品質(zhì)追溯與績(jī)效分析。焊接過程控制對(duì)焊接質(zhì)量具有重要影響，管理者希望每個(gè)焊接工位都能嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，以確保焊接質(zhì)量的一致性，iWeldCloud能精確匹配焊接規(guī)范數(shù)據(jù)庫、焊接設(shè)備、作業(yè)者資質(zhì)，有效控制焊接質(zhì)量。在自動(dòng)化焊接領(lǐng)域，系統(tǒng)集成商會(huì)根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)搭建由掃碼、搬運(yùn)、焊接、檢測(cè)組成的智能焊接工作站，通過iWeldCloud的應(yīng)用，可自動(dòng)采集工件編號(hào)、生產(chǎn)節(jié)拍、焊接參數(shù)、焊縫檢測(cè)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)焊接過程的可追溯管理。

iWeldCloud系統(tǒng)與MES系統(tǒng)、焊接工藝資源WRP系統(tǒng)集成應(yīng)用的模型如圖4所示。通過數(shù)據(jù)通道的建立，幫助焊接用戶實(shí)現(xiàn)從原材料、工藝設(shè)計(jì)到車間執(zhí)行、數(shù)據(jù)分析等過程的縱向連接，數(shù)據(jù)孤島的打通是工廠邁向數(shù)字化與智能化的關(guān)鍵步驟。

2.3 服務(wù)智能化

iWeldCloud提供了一個(gè)焊接專家團(tuán)隊(duì)與用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的互動(dòng)平臺(tái)，構(gòu)建了基于云平臺(tái)的智能化服務(wù)體系，基于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的提取，以及智能化算法的應(yīng)用，提供以下技術(shù)支持與指導(dǎo)：

（1）當(dāng)焊接設(shè)備發(fā)生停機(jī)類故障時(shí)，立即發(fā)出服務(wù)流程，協(xié)助用戶進(jìn)行故障排除。

（2）通過提取焊接參數(shù)特征，主動(dòng)提供如引弧不良、斷弧、粘絲等焊接異常的優(yōu)化建議。

（3）根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，主動(dòng)為用戶推送維保知識(shí)與方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)。

基于iWeldCloud平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)的實(shí)際數(shù)據(jù)如圖5所示。

3 應(yīng)用案例

iWeldCloud系統(tǒng)最重要的價(jià)值體現(xiàn)是提升焊接用戶現(xiàn)場(chǎng)管理水平，下面通過實(shí)際應(yīng)用案例闡述iWeldCloud系統(tǒng)如何幫助工廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)改善。

3.1 規(guī)范管控

某機(jī)械制造用戶原來為了確保每個(gè)焊接工位嚴(yán)格執(zhí)行焊接規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)管理者采用將送絲機(jī)調(diào)整旋鈕上鎖的方法進(jìn)行控制，既不靈活又增加了現(xiàn)場(chǎng)改造的工作量。使用iWeldCloud的工藝規(guī)范管控，一方面簡(jiǎn)化了焊機(jī)操作，工藝人員將制定好的工藝規(guī)范直接下發(fā)到設(shè)備并鎖定，作業(yè)者可以快速調(diào)用規(guī)范參數(shù);另一方面保證了工藝規(guī)范的可控性，無需質(zhì)量監(jiān)管人員現(xiàn)場(chǎng)巡視，節(jié)約了工作成本。規(guī)范管理應(yīng)用如圖6所示。

3.2 作業(yè)者實(shí)名制管理

某核電設(shè)備用戶的現(xiàn)場(chǎng)焊機(jī)大多為模擬焊機(jī)，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)綁定，在焊機(jī)外部增加了參數(shù)采集裝置并安裝IC讀卡器，被授權(quán)的IC卡才能啟動(dòng)焊機(jī);通過應(yīng)用松下GL5全數(shù)字IoT焊機(jī)，作業(yè)者權(quán)限管理功能全部?jī)?nèi)置到設(shè)備上，通過RFID非接觸式讀卡，可確保在高粉塵環(huán)境下的穩(wěn)定性，同時(shí)還可以通過iWeldCloud靈活配置作業(yè)者卡片與機(jī)器的權(quán)限關(guān)系，方便管理者準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)作業(yè)者的工時(shí)績(jī)效。RFID刷卡應(yīng)用如圖7所示。

3.3 焊接產(chǎn)品追溯

某汽車零部件用戶在生產(chǎn)線上增加了掃碼槍來采集工件的二維碼，通過應(yīng)用iWeldCloud，將掃碼槍采集數(shù)據(jù)與焊機(jī)相關(guān)聯(lián)，焊機(jī)可自動(dòng)判斷當(dāng)前采集的二維碼、是否啟動(dòng)焊接，每次焊接過程均會(huì)記錄下來并存在云服務(wù)器，幫助用戶形成每個(gè)工件產(chǎn)品的焊接記錄，實(shí)現(xiàn)工件的可追溯，如圖8所示。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉金龍，李江，李海泉. 基于焊接制造協(xié)同管理的信息化平臺(tái)[J]. 金屬加工（熱加工），2016（16）：23-26.

[2] 李江，劉金龍，柳振國(guó). 智能焊接管理系統(tǒng)iWeld5[J]. 金屬加工（熱加工），2016（12）：24-26.

[3] 李江，時(shí)國(guó)玉，劉金龍. 數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)在高速列車焊接車間的實(shí)踐應(yīng)用[J]. 電焊機(jī)，2018，48（3）：43-47.

[4] 李再興，劉金龍，遠(yuǎn)東，等. 基于IOT的焊接設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電焊機(jī)，2019，49（3）：53-56.

[5] 敬朝暉. “物聯(lián)網(wǎng)+人工智能”技術(shù)運(yùn)用的研究[J]. 自然科學(xué)（全文版），2018（10）：197-198.