數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)在核容器主設(shè)備焊接制造過(guò)程中的應(yīng)用

◎王鵬春

為了大幅度的提高我公司核電主容器的焊接質(zhì)量，使得焊接生產(chǎn)過(guò)程可信息化控制和精益管理，即時(shí)的控制和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品焊接狀態(tài)，結(jié)合我公司現(xiàn)有的模擬焊機(jī)和數(shù)字化焊機(jī)自身工作結(jié)構(gòu)，分別在手工電弧焊、手工氬弧焊、埋弧焊、帶級(jí)電渣焊、脈沖/機(jī)械TIG焊等焊接設(shè)備上配備了數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的搭建和應(yīng)用可加快我公司核電產(chǎn)品焊接從“粗放的經(jīng)驗(yàn)制造”向“精益的數(shù)字制造”提升。

一、核容器主設(shè)備焊接制造過(guò)程中存在的問(wèn)題

核電技術(shù)已經(jīng)歷了“四代”發(fā)展，其一回路中的反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、堆內(nèi)構(gòu)件、主泵泵殼等主設(shè)備的制造過(guò)程中存在著大量的焊接工序，其中焊接質(zhì)量尤為重要，直接影響到核反應(yīng)堆運(yùn)行的安危。目前，我公司制造CPR1000、AP1000、CAP1400、華龍一號(hào)、快堆、小堆等堆型容器的過(guò)程均嚴(yán)格按照RCCM、ASME和GB、GJB、NB/T等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求執(zhí)行，但是還會(huì)存在一些問(wèn)題：

1.焊接缺陷。例如其中由于焊工或者焊接操作工擅自改變工藝參數(shù)而偶發(fā)的焊接NCR，嚴(yán)重影響質(zhì)量和工期。

2.生產(chǎn)管控有效性差。在這種大規(guī)模焊接生產(chǎn)中，由于焊接設(shè)備數(shù)量、品牌、類(lèi)別多，分布范圍廣等因素導(dǎo)致焊接過(guò)程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析有效性不足，缺乏數(shù)據(jù)，無(wú)法有效統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)成本，同時(shí)也不能有效的進(jìn)行人、機(jī)、料、法、環(huán)等的策劃安排。

3.焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)及可追溯性差。由于焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)及焊接記錄存在失控失真風(fēng)險(xiǎn)，所以給產(chǎn)品的焊接質(zhì)量及焊接缺陷原因分析及返修埋下隱患，也無(wú)法為后續(xù)的焊接制造提供借鑒。除此之外，焊接過(guò)程的記錄與檢查目前主要是依靠人工完成需耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力。

4.焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)收集完整性及及時(shí)性差。產(chǎn)品焊接質(zhì)量的保障，是主要基于焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)及焊接設(shè)備、焊接方法和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征等因素?cái)?shù)據(jù)及其他長(zhǎng)期積累的數(shù)據(jù)。但目前數(shù)據(jù)的收集整理存儲(chǔ)都是依靠人工，所以難免存在完整性及及時(shí)性差的問(wèn)題。

在車(chē)間焊接制造生產(chǎn)過(guò)程中，如何確保焊接工藝規(guī)程等的正確執(zhí)行，尤其是焊接工藝參數(shù)符合一致性的問(wèn)題，是核反應(yīng)堆壓力容器制造過(guò)程中的極其重要的基石。針對(duì)以上問(wèn)題以及我公司現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和需求，要想做到高質(zhì)量高效高速發(fā)展，一方面需要不斷提高焊接技術(shù)水平，另一方面需要實(shí)現(xiàn)焊接車(chē)間信息化管理制造，故此我公司率先在核電容器主設(shè)備焊接制造過(guò)程中開(kāi)始應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

二、焊接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

焊接過(guò)程中的重要變素，例如電流、電壓、焊接速度等，及其他非重要變素，例如送絲速度等的監(jiān)測(cè)都是通過(guò)焊接設(shè)備上儀表所設(shè)置的顯示值來(lái)判斷的，但焊接過(guò)程往往會(huì)受到電網(wǎng)波動(dòng)、非有效電壓壓降、設(shè)備故障、人為因素等多種因素的限制使得儀表的顯示值不能夠準(zhǔn)確完整的反映焊接工藝參數(shù)值。目前雖然有些焊接設(shè)備可以較高精度的數(shù)顯顯示焊接工藝參數(shù)，但由于焊接設(shè)備技術(shù)水平限制導(dǎo)致數(shù)顯顯示值僅代表某一瞬間的平均值或者有效值，而焊接過(guò)程有時(shí)候由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性，例如脈沖TIG焊，其反應(yīng)在毫秒級(jí)別，所以最終導(dǎo)致顯示值并不是實(shí)際的焊接數(shù)值，使得焊接過(guò)程狀態(tài)失真。我公司雖然在核電產(chǎn)品焊接過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范制度對(duì)焊接過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行了人工記錄及檢查，但是一旦發(fā)生焊接質(zhì)量問(wèn)題卻很難從人工焊接參數(shù)記錄中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的原因所在。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出與核電主設(shè)備焊接相關(guān)聯(lián)的先進(jìn)技術(shù)和簡(jiǎn)單的檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)勢(shì)不可擋。

目前，人們通過(guò)通信技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合開(kāi)發(fā)出了焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集裝置，可即時(shí)傳送焊接工藝數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)運(yùn)算，構(gòu)建起焊接設(shè)備參數(shù)自動(dòng)采集裝置、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的群控智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以做到焊接工藝信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及焊后焊接工藝參數(shù)的分析，正逐漸的成為焊接生產(chǎn)質(zhì)量管理的有效手段。通過(guò)焊接過(guò)程信息的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程中實(shí)際的焊接參數(shù)，一方面可以實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接工人的工作情況，另一方面采集到的信號(hào)可以作為焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在核島設(shè)備制造中的應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。我公司目前核電焊接車(chē)間的焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示，主要包括焊接設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器、無(wú)線(xiàn)AP和上位機(jī)軟件等。主要是在不同廠(chǎng)家的焊接電源上配備傳感器等采集設(shè)備來(lái)采集焊接數(shù)據(jù)，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，最終傳送到服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及生成。軟件系統(tǒng)界面包括車(chē)間管理、設(shè)備管理、工藝管理、生產(chǎn)管理、成本管理、人員信息、質(zhì)量管理、系統(tǒng)管理等操作界面。

圖1核島主容器焊接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能介紹。該系統(tǒng)可連入公司內(nèi)網(wǎng)，可以便捷的通過(guò)公司任何一臺(tái)內(nèi)網(wǎng)電腦隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)，也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)WIFI連接控制。可以對(duì)每個(gè)工位的產(chǎn)品焊接品質(zhì)進(jìn)行過(guò)程化監(jiān)控、跟蹤追溯，規(guī)范人員操作。我公司目前核電焊接車(chē)間的焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能：可以對(duì)每個(gè)工位產(chǎn)品焊接品質(zhì)進(jìn)行過(guò)程化監(jiān)控和跟蹤，如果焊接出現(xiàn)問(wèn)題，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行回放和追溯；可以從不同維度統(tǒng)計(jì)和分析焊接相關(guān)大數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析，量化焊接價(jià)值創(chuàng)造過(guò)程，量化焊接能力，量化人、機(jī)、物、料、法環(huán)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，最大程度提高焊接效率，保證焊接質(zhì)量，為焊接過(guò)程中出現(xiàn)的不良情況（例如，焊接缺陷、變形、NCR等）的處理、焊接工藝改進(jìn)、焊接質(zhì)量提高提供判據(jù)；可以針對(duì)車(chē)間數(shù)量眾多廠(chǎng)家，不同型號(hào)類(lèi)型的焊接設(shè)備，可快速統(tǒng)計(jì)出每個(gè)焊接設(shè)備的利用率和設(shè)備能效狀態(tài)；可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出每個(gè)焊工、焊接操作工的工作效率和產(chǎn)能，反映處焊接水平，同時(shí)有利于焊接人員的管理和考核；可以統(tǒng)計(jì)記錄焊材使用情況，防止或減少出現(xiàn)焊材的流失和浪費(fèi)現(xiàn)象；可以自動(dòng)形成焊接記錄及焊接工藝參數(shù)歷史曲線(xiàn)；產(chǎn)品人員等信息錄入。

3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用。隨著時(shí)間及生產(chǎn)管理的需要我公司已經(jīng)從最初的手工電弧焊設(shè)備數(shù)據(jù)采集的配備到如今的手工電弧焊設(shè)備、手工氬弧焊、窄間隙埋弧焊、脈沖/機(jī)械TIG焊、焊接專(zhuān)機(jī)等幾大類(lèi)30于臺(tái)焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集的配備。數(shù)據(jù)傳送方式從最初的有線(xiàn)連接發(fā)展為如今的WIFI無(wú)線(xiàn)傳輸，除此之外，WIFI無(wú)線(xiàn)網(wǎng)基本可以覆蓋焊接廠(chǎng)區(qū)。但其中也出現(xiàn)了很多問(wèn)題：（1）車(chē)間操作者知識(shí)水平受限導(dǎo)致不能合理的掌握操作流程導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集故障；（2）車(chē)間大多數(shù)焊接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)屬于第三方外接形式，采集精度受到限制；（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件、軟件、服務(wù)器維護(hù)不夠及時(shí)有效；（4）數(shù)據(jù)采集及傳輸過(guò)程中容易受到車(chē)間廠(chǎng)區(qū)其他信號(hào)干擾。因此焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在核電主容器制造過(guò)程中的應(yīng)用還存在諸多需要改善的問(wèn)題。

四、結(jié)論

結(jié)合我公司在核電主容器焊接制造過(guò)程中的需求而搭建的這套多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為我公司車(chē)間及焊接技術(shù)質(zhì)量信息化管理帶來(lái)了極大地便捷，該采集系統(tǒng)的建立為我公司實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)字化、智能化打下了基礎(chǔ)，可推廣到我公司石化容器等產(chǎn)品的焊接制造活動(dòng)中，可有效的推動(dòng)我公司產(chǎn)品焊接質(zhì)量的高速發(fā)展。