點焊工藝參數(shù)與質(zhì)量的智能化管控探索

王春喜　姜旭東　孟樂　李瑞方

摘 要：點焊，是指焊接時利用柱狀電極，在兩塊搭接工件接觸面之間形成焊點的焊接方法。它是電阻焊的一種，主要用于薄板結(jié)構(gòu)及鋼筋等的焊接。本方案能夠?qū)崿F(xiàn)點焊工藝參數(shù)從研發(fā)端到設(shè)備端的在線管控和點焊質(zhì)量的預(yù)測，以降低人力物力耗費較大的問題，同時提高焊接質(zhì)量并降低成本。本文介紹了點焊工藝參數(shù)與質(zhì)量的智能化管控思路、系統(tǒng)架構(gòu)、工藝控制流程、主要功能等。

關(guān)鍵詞：點焊 工藝參數(shù) 焊接質(zhì)量 智能化

1 引言

焊接工藝作為汽車行業(yè)四大工藝之一，肩負著車身成型、為整車提供支撐框架的重要使命，既要保證外觀造型，還須保證總裝零部件安裝點的精度，在一定程度上決定了車輛的被動安全性能。電阻點焊是白車身制造過程中的主要連接工藝方式，尤其以鋼材料為主的白車身，在主機廠內(nèi)的電阻點焊的數(shù)量一般3000左右個焊點，所以電阻點焊質(zhì)量的穩(wěn)定性，直接決定白車身的連接質(zhì)量水平。近些年，隨著法規(guī)及終端客戶對車身防腐性能及安全性能日益嚴格的要求，鍍鋅鋼板及高強度鋼板、熱成型鋼板、高性能結(jié)構(gòu)膠廣泛應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)，材料的多樣性及差異性導(dǎo)致焊接性能變差。目前焊接參數(shù)及質(zhì)量管控多以線下管理為主，焊接參數(shù)和常規(guī)質(zhì)量檢測多以excel表格進行管控；焊接記錄也大多未實現(xiàn)一車一檔，沒有對焊接質(zhì)量進行在線統(tǒng)計分析及質(zhì)量預(yù)測。如何有效管控焊點參數(shù)及質(zhì)量，成為汽車行業(yè)焊接工程師必須直面的課題。

本文針對上述問題， 打通研發(fā)端與制造基地，實現(xiàn)了車身焊接參數(shù)的自動下發(fā)上傳；在車間點焊質(zhì)量管控方面，實現(xiàn)了超聲波、破壞性、鑿檢等常規(guī)檢查的在線管控；另外通過實時采集焊接記錄不僅實現(xiàn)了一車一檔功能，還通過焊接質(zhì)量預(yù)測提高了質(zhì)檢人員發(fā)現(xiàn)問題的效率，使得質(zhì)檢更加具有針對性。

2 思路綜述

要想實現(xiàn)點焊工藝參數(shù)的整體管控，需要打通研發(fā)端和基地設(shè)備端，實現(xiàn)焊接參數(shù)能夠自動下發(fā)到基地側(cè)，同時基地側(cè)焊接設(shè)備參數(shù)也能夠自動上傳到研發(fā)端，便于整體的參數(shù)管控。

要想實現(xiàn)焊接質(zhì)量的智能化管控，需要實現(xiàn)車身焊接記錄的自動采集、存儲和分析。目前電阻點焊工藝都安裝有群控軟件對焊機進行整體管控，同時它也可采集焊機焊接過程數(shù)據(jù)，一般工藝人員要想查看焊接數(shù)據(jù)需要到群控軟件上進行查看，但目前大多焊接數(shù)據(jù)還未與車身號進行綁定，因此首要工作是實現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)與車身號綁定，實現(xiàn)一車一檔，然后對群控焊接記錄進行自動采集、存儲和分析。

要想實現(xiàn)焊接質(zhì)量的智能化管控，需要實現(xiàn)超聲波、刨檢及鑿檢等常規(guī)點焊質(zhì)檢數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和分析。對于超聲波等設(shè)備質(zhì)檢，可以從設(shè)備自動采集質(zhì)檢信息；對于刨檢、鑿檢等人工質(zhì)檢，可以人工在線錄入質(zhì)檢結(jié)果信息。

要想實現(xiàn)焊接質(zhì)量的智能化管控，需要將整個管控流程線上化和智能化，實現(xiàn)信息的自動流轉(zhuǎn)和推送。當出現(xiàn)點焊質(zhì)量等問題時，自動推送到相關(guān)人員進行問題整改和解決，提高管理效率。

3 焊接參數(shù)的集中管控

一般情況下，焊接工藝參數(shù)多通過excel方式進行管理。當研發(fā)端有參數(shù)變更時，一般多通過郵件方式通知基地，基地再進行相應(yīng)參數(shù)修改，研發(fā)端也難以獲取基地實際的工藝參數(shù)；同時基地工藝參數(shù)也經(jīng)常存在與設(shè)備端參數(shù)不一致的情況，焊接工程師需要定期到車間進行工藝文件參數(shù)與設(shè)備端參數(shù)的一致性比對。目前存在參數(shù)更改隨意、維護麻煩等很多問題，焊接參數(shù)的集中管控很難得到有效落實。本方案通過打通研發(fā)端與基地設(shè)備端，實現(xiàn)研發(fā)端焊接參數(shù)的自動下發(fā)和基地設(shè)備端焊接參數(shù)的自動采集，并與工藝文件進行對比，自動識別工藝參數(shù)的變化點，一旦有參數(shù)不一致，進行報警推送，提醒焊接工藝人員。點焊工藝參數(shù)一致性比對頁面如圖1所示。這種管理方式，在確保工藝參數(shù)一致性得到有效管控的同時，也節(jié)省了大量的人工校核工時和溝通成本。另外焊接工藝參數(shù)一旦涉及更改，系統(tǒng)自動記錄更改時間和更改人員，對具體參數(shù)也可以查看更改記錄，實現(xiàn)了參數(shù)的管控檔案。目前焊接參數(shù)集中管控主要實現(xiàn)了以下功能：

（1）焊接工藝文件集中管理，包括研發(fā)端參數(shù)的自動下發(fā)、設(shè)備端參數(shù)的自動采集，研發(fā)端參數(shù)與工藝文件參數(shù)的一致性比對，工藝文件參數(shù)與設(shè)備端參數(shù)的一致性比對，焊接參數(shù)的在線修改等功能；

（2）工藝參數(shù)不一致實時報警推送；

（3）研發(fā)端、工藝文件及設(shè)備端參數(shù)變更記錄及查詢；

4 焊接記錄的自動采集、存儲及分析

要想實現(xiàn)焊接質(zhì)量的智能化管控，首先需要實現(xiàn)焊接記錄的一車一檔，將焊接記錄與車身號綁定，然后對焊接記錄進行自動采集、存儲和智能化分析。

4.1 焊接記錄與車身號綁定

將車身VIN號、焊點號、焊接數(shù)據(jù)進行綁定，為焊接質(zhì)量的智能化管控提供基礎(chǔ)。具體實現(xiàn)路徑如圖2所示。服務(wù)器將訂單號通過車間網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至各線體PLC，PLC收到訂單號后將相關(guān)車型信息寫入起始工位車身RFID電子標簽，車型信息隨車身RFID電子標簽傳遞至后續(xù)焊接工位，車身到達焊接工位后，PLC讀取車身RFID電子標簽信息，PLC將車身訂單號發(fā)送至機器人，機器人將訂單號綁定焊接程序號后發(fā)送至焊接控制器調(diào)取相應(yīng)焊接參數(shù)，焊接控制器將當前的焊接數(shù)據(jù)綁定訂單號后上傳至群控系統(tǒng)作本地存檔。

4.2 焊接記錄的自動采集及存儲

要想實現(xiàn)焊接群控數(shù)據(jù)采集，首先需要焊接群控電腦連接到車間網(wǎng)絡(luò)，并在焊接群控電腦安裝數(shù)據(jù)采集接口軟件IOT Connector，該軟件可以根據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求對外提供MQTT傳輸協(xié)議。具體數(shù)采方案如圖3所示。焊接控制器SST連接到群控電腦Line PC，群控電腦上BOS6000數(shù)據(jù)庫存儲焊接工藝參數(shù)、焊機報警記錄、焊接記錄、參數(shù)更改記錄等數(shù)據(jù)，其中焊接記錄包括車身的每個焊點的焊接電壓、電流、能量、UIP和PSF等信息，焊接曲線以.rui文件格式存儲；焊接群控數(shù)據(jù)通過MQTT方式傳輸?shù)街醒敕?wù)器進行集中存儲。

4.3 焊接記錄的統(tǒng)計分析

通過對焊接設(shè)備中提取的焊接數(shù)據(jù)多維度展示分析，可以幫助管理人員及時發(fā)現(xiàn)問題，提高管理效率。

（1）車身焊接質(zhì)量檔案

管理人員可以通過VIN號、焊點號等查詢具體車身的焊點質(zhì)量數(shù)據(jù)，用于質(zhì)量追溯分析，具體查詢界面如圖4所示。

（2）焊接質(zhì)量多維度分析

對焊接質(zhì)量數(shù)據(jù)可以從自適應(yīng)開啟率、飛濺率、電壓、電流、能量、UIP、PSF等維度進行多維度分析，幫助工藝質(zhì)量人員及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和設(shè)備問題，比如飛濺率排名、平均UIP排名、自適應(yīng)開啟率排名等。UIR自適應(yīng)開啟率統(tǒng)計頁面如圖5所示。

（3）焊機報警統(tǒng)計分析

按照故障類別、故障次數(shù)等維度進行焊機報警統(tǒng)計分析，重要故障信息進行報警推送。圖6所示為焊機故障統(tǒng)計分析。

（4）漏焊統(tǒng)計分析

在焊接記錄及一車一檔基礎(chǔ)上，對車身漏焊焊點進行統(tǒng)計，讓工藝質(zhì)量人員及時識別車身漏焊焊點。

5 超聲波、刨檢及鑿檢數(shù)據(jù)的自動采集、存儲及分析

要想實現(xiàn)焊接質(zhì)量的智能化管控，需要實現(xiàn)超聲波、刨檢及鑿檢等常規(guī)點焊質(zhì)檢數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和分析。對于超聲波等設(shè)備質(zhì)檢，可以從設(shè)備自動采集質(zhì)檢信息；對于刨檢、鑿檢等人工質(zhì)檢，可以人工在線錄入質(zhì)檢結(jié)果信息。

（1）超聲波數(shù)據(jù)的自動采集、存儲及分析

對于點焊焊接質(zhì)量，我們通常每天采用超聲波檢測設(shè)備進行線下抽檢，隨著科技的進步，目前超聲波設(shè)備都已具備聯(lián)網(wǎng)功能，可以直接采集超聲波檢測記錄并存儲到中央服務(wù)器，并進行相應(yīng)統(tǒng)計分析。超聲波統(tǒng)計分析頁面如圖7所示。

（2）破壞性質(zhì)檢數(shù)據(jù)的自動采集、存儲及分析

除了超聲波檢測，車間還會定期進行破壞性檢查，對車身進行破拆后檢查每個焊點的質(zhì)量情況，由于焊點眾多，檢查人員需要通過PII文件查找焊點號及具體位置，同時對檢查結(jié)果進行手工記錄，影響了檢查效率。本方案提供焊點在線查看及檢查結(jié)果錄入界面，界面顯示車身數(shù)模，檢查人員通過點擊數(shù)模上的檢查焊點后，自動顯示該焊點信息，并且實現(xiàn)焊接結(jié)果的在線錄入功能。刨檢在線錄入頁面如圖8所示。

（3）線上質(zhì)檢數(shù)據(jù)的自動采集、存儲及分析

和破壞性檢查一樣，本方案同樣可以給線上檢查工位提供焊點在線查看及檢查結(jié)果錄入界面，線上檢查工位界面會自動以數(shù)模方式顯示出待檢查的焊點，檢查人員通過點擊數(shù)模上的檢查焊點后，自動顯示該焊點信息，并且實現(xiàn)焊接結(jié)果的在線錄入功能。線上檢查工位錄入頁面如圖9所示。

6 焊接質(zhì)量預(yù)測

傳統(tǒng)的焊接質(zhì)量線上檢查工作一般采用循環(huán)檢測方式，例如A車檢測1～10號焊點、B車檢測11～20號焊點，以此類推。這種檢查方式相對隨機，缺乏針對性，將存在缺陷的焊點遺漏的可能性較大，不能起到杜絕質(zhì)量流出的作用。焊接記錄的集中采集和存儲為機器學(xué)習(xí)提供了大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，再結(jié)合焊點的板材、位置坐標等數(shù)據(jù)作為輸入，超聲波、破壞性檢查和線上檢查結(jié)果作為輸出，建立焊接質(zhì)量預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到每個焊點的合格判斷標準，在車身到達檢查工位后，調(diào)取該車身焊接數(shù)據(jù)，結(jié)合每個焊點的合格判斷標準，實現(xiàn)可疑焊點實時推送，幫助檢查工位人員有針對性地對可疑焊點進行檢查。

7 焊接最優(yōu)參數(shù)推薦

焊接參數(shù)的調(diào)試過程，一般基于調(diào)試人員經(jīng)驗，輸入初始工藝參數(shù)后，通過現(xiàn)場實際工況下不斷的調(diào)試改進，并結(jié)合多輪鑿測破檢等質(zhì)量檢測手段，最終達到滿足質(zhì)量要求的工藝參數(shù)設(shè)定，過程需要耗費大量的時間和資源。通過焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立，基于大量焊接歷史數(shù)據(jù)（含板材信息/焊接參數(shù)/焊接結(jié)果等因素），以板材組合和焊接參數(shù)數(shù)據(jù)作為輸入，以焊接結(jié)果評價值作為輸出，選擇線性回歸算法進行數(shù)據(jù)訓(xùn)練，可得到基于板材組合和焊接參數(shù)數(shù)據(jù)對焊接結(jié)果評價的預(yù)測模型，構(gòu)建得出焊接結(jié)果評價值。焊接最優(yōu)參數(shù)推薦邏輯示意圖如圖10所示。應(yīng)用焊接結(jié)果預(yù)測模型，可以逐一求解出不同板材組合條件下每種參數(shù)組合對應(yīng)的焊接結(jié)果預(yù)測值，從中選取得到最高預(yù)測結(jié)果值的參數(shù)組合，作為該特定板材條件下的最優(yōu)焊接參數(shù)組合，可作為焊接調(diào)試項目啟動時焊接參數(shù)的初始設(shè)定值，這樣就可以減少大量的調(diào)試時間和調(diào)試費用。

8 點焊質(zhì)量管理流程智能化

在上述點焊工藝參數(shù)和質(zhì)量的智能管理和分析基礎(chǔ)上，完全可以實現(xiàn)點焊質(zhì)量管理信息的自動流轉(zhuǎn)和推送，當出現(xiàn)點焊質(zhì)量等問題時，自動推送到相關(guān)人員進行問題整改和解決，提高管理效率。

（1）線上檢查工位檢查焊點的自動推送

當超聲波、刨檢檢測出有質(zhì)量問題的焊點時，系統(tǒng)自動推送到線上檢查工位；當焊點參數(shù)發(fā)送變更時，系統(tǒng)自動推送焊點到檢查工位；同時系統(tǒng)也會將質(zhì)量預(yù)測的可疑焊點推送到檢查工位。

（2）質(zhì)量問題整改的自動推送

當超聲波、刨檢、線檢發(fā)現(xiàn)焊點質(zhì)量問題時，系統(tǒng)自動生成問題整改工單進行問題閉環(huán)管理。

9 總結(jié)

點焊工藝參數(shù)與質(zhì)量的智能化管控項目實施表明：通過打通研發(fā)端和基地設(shè)備端，實現(xiàn)焊接參數(shù)能夠自動下發(fā)到基地側(cè)，同時基地側(cè)焊接設(shè)備參數(shù)也能夠自動上傳到研發(fā)端，便于整體的參數(shù)管控；通過焊接質(zhì)量的智能管控，實現(xiàn)了點焊質(zhì)量和管理效率的提升。

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