焊接數字化的引入與應用

供稿/上海佩納沙士吉打機械有限公司 楊智 編輯/馬晨

上海佩納沙士吉打機械有限公司作為國內專業(yè)的抓斗機械制造企業(yè)，產品的生產制造主要包括下料、冷作、焊接、機加工、噴涂、組裝調試等關鍵工藝區(qū)域。公司在焊接、噴涂、機加工等核心場景設備智能化水平總體還是低于行業(yè)發(fā)展趨勢的，大部分設備單機運轉，信息系統(tǒng)較為陳舊，功能模塊有限，生產數據無法有效采集和關聯(lián)分析。

隨著PLM/ERP/sMES 系統(tǒng)的全面實施，企業(yè)目前基本打通了設計—生產—交付—售后供應鏈條，構建起企業(yè)信息一體化平臺，實現全過程的信息化管理。但企業(yè)不同環(huán)節(jié)間的信息聯(lián)動仍不夠緊密，生產系統(tǒng)和設備還未形成智能化的運轉體系，各環(huán)節(jié)還主要依賴人工經驗進行參數配置和質量判斷，鮮有數據驅動的決策支持系統(tǒng)，亟須引入工業(yè)AI 等智能制造新技術并推進深化應用。

為實現從智能制造進一步向數字化工廠的轉型升級，企業(yè)依托現有條件，嘗試引入智能焊接一體機設備，建立智能焊接系統(tǒng)，建設數字孿生研發(fā)系統(tǒng)。

智能焊接系統(tǒng)可以使焊接過程實現閉環(huán)控制、質量過程可追溯。數字孿生系統(tǒng)可以大幅提升產品設計和驗證效率，縮短產品上市時間。這兩個系統(tǒng)的建設可以使企業(yè)在核心業(yè)務環(huán)節(jié)實現智能化轉型，邁向數字化未來。

初步構建的焊接數字化方案

焊接過程保持穩(wěn)定正確的焊接參數，有利于保證產品焊接的質量。智能焊接一體機設備能實現對焊接電流、電壓、氣體流量等全過程數據的智能采集，實現焊接全過程的數據監(jiān)測，輔助焊工優(yōu)化參數，可以有效提升焊接質量。接下來可以與sMES 系統(tǒng)打通，對需要追蹤的工單或焊縫，實施焊接過程實時監(jiān)測，有效監(jiān)控焊接質量，進一步可以構建焊接質量預測模型，實現對缺陷如氣孔、咬邊等的精準預測，使焊接過程實現“預知維護”，防止質量問題的產生，可減少返工成本。

公司已引入的焊接智能一體機設備，包含現場智能終端、傳感器等，具備高速電流、電壓采集模塊，與焊工現場使用的焊接設備連接，可以對焊接過程中電參數等同步高頻采集，具備先進的傳感技術和濾波算法，保證數據質量。

焊接智能一體機設備

設備現場安裝完成以后，能夠準確采集焊工焊接過程電流、電壓、氣體流量等數據，每秒1000 次以上；可以由焊工自定義焊接過程監(jiān)測規(guī)范，可根據焊縫或工作日（整個工作日工藝規(guī)范不變）進行具體時間段的數據記錄與追溯，可以追溯歷史數據、超規(guī)范報警記錄等。

基于現場實施采集的監(jiān)測數據，通過分析可以從多方面予以分析解讀：

1）焊接作業(yè)率統(tǒng)計與分析：焊機實際作業(yè)率偏低、利用率低。

2）焊縫時長分析：產品長直焊縫少、工件復雜多樣，非標。

3）多次引弧分析統(tǒng)計焊接的穩(wěn)定性。

現場設備采集的數據可用于未來構建焊接的數字孿生系統(tǒng)，以及訓練深度學習模型，可以更全面反映焊接全過程，有利于建立精準的焊接數字孿生。還可以升級焊接智能一體機，配備實時AI 診斷能力。

隨著應用的不斷深入，可以考慮引入多模態(tài)智能焊接裝備，采用機器學習和數據驅動理念，通過集成電流、電壓、圖像等多種傳感器，實現對焊接全過程數據的智能采集，構建數字孿生系統(tǒng)，輔助焊工優(yōu)化參數，提升焊接質量。

目前，焊接數字化的引入與應用工作還處于起步階段，需要不斷地從生產實踐場景中追蹤使用效果，收集實際使用可能遇到的問題，迭代優(yōu)化現有應用系統(tǒng)，與企業(yè)信息一體化平臺貫通，后續(xù)還可以從以下方面推進：

1）搭建數字孿生一體機

通過多源焊接數據構建虛擬焊接場景的數字孿生系統(tǒng)，預測不同焊接參數對焊接質量的影響。通過友好的可視化操作界面，焊工可以快速進行虛擬焊接試驗，優(yōu)化焊接方案。

2）采用先進的焊接數字孿生軟件

通過收集焊接電流、電壓、視頻圖像等多源異構數據，運用數字孿生的仿真算法，構建虛擬的三維焊接場景，可以在虛擬環(huán)境中進行焊接仿真監(jiān)測；對實際焊接過程持續(xù)進行數字孿生的映射，實現焊接工藝和質量的關聯(lián)分析，對出現的焊接缺陷自動判斷原因，如是工藝問題、工況問題還是超規(guī)范操作導致。

配備實時AI 診斷能力的智能一體機升級

高頻數采焊接多模態(tài)數據

3）搭建焊接質量預測系統(tǒng)

結合生產實時焊接電參數和視頻圖像數據，構建預測模型，實時預測焊接存在的各類質量問題，例如氣孔、焊瘤、未融合等典型缺陷。把預測結果呈現在焊工操作界面，以便及時干預和閉環(huán)質量控制。

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，焊接數字化的引入與應用，還需要與信息系統(tǒng)和設備平臺對接、磨合，構建企業(yè)的智能制造軟件系統(tǒng)。上海佩納沙士吉打機械有限公司作為國家專精特新小巨人企業(yè)，秉承不斷創(chuàng)新、追求卓越的企業(yè)精神，必將在傳統(tǒng)制造業(yè)的智能制造、轉型升級之路上不斷踐行,實現安全、綠色、智能高質量發(fā)展。