一、數字化焊接車間的基本組成

數字化焊接車間由監(jiān)控服務器、數字化焊接設備、監(jiān)控客戶端、網絡攝像機、視頻服務器、電量與非電量傳感器、網絡交換機、路由器、網絡防火墻等組成。數字化車間系統(tǒng)的各種功能服務器和客戶端都作為網絡節(jié)點接入到車間的工業(yè)以太網中，實現(xiàn)生產信息的集中監(jiān)控和管理。

 

（1）監(jiān)控服務器    監(jiān)控服務器是系統(tǒng)的核心，負責配置和管理系統(tǒng)中所有的自動化設備節(jié)點，采集、整理系統(tǒng)信息和數據，并對監(jiān)控賬戶進行管理。監(jiān)控服務器按照功能可分為數據庫服務、視頻服務、焊接設備監(jiān)控代理、監(jiān)控服務四個部分。

（2）自動化焊接設備    數字化焊接設備是數字車間生產執(zhí)行單元。任何具備網絡監(jiān)控接口的自動化焊接設備都可以作為網絡節(jié)點接入系統(tǒng)，能夠提供焊接程序文件和數據采集文件的上傳和下載、控制器及各個模塊狀態(tài)的監(jiān)控等。

（3）監(jiān)控設備    監(jiān)控設備是管理人員的眼睛，由攝像頭或數據采集設備構成。管理人員可以查看自動焊接設備的實時運行狀態(tài)，焊接攝像頭用于采集焊接過程的圖像信息，電量與非電量傳感器用于采集焊接電流、電弧電壓、送絲速度、焊接速度、氣體流量、工件應力狀態(tài)等信息。

（4）焊接過程信息整合與處理    將焊接過程的所有信息，比如視頻信息、坡口形貌、實際執(zhí)行的焊接參數等以時間和畫面的形式組合儲存，對焊接過程進行分析、評估和追溯，并實現(xiàn)遠程診斷和操作。

（5）網絡交換機    負責網絡上所有節(jié)點的數據交換，是各個節(jié)點進行可靠數據通信的基礎。路由器是可選節(jié)點，在需要連接其他網絡時負責網絡數據轉發(fā)。網絡防火墻也是可選節(jié)點，為系統(tǒng)的網絡節(jié)點提供對外的網絡安全保障，只有在需要連接其他網絡并且對所連接網絡不信任時才需要。

二、數字化焊接車間的管理

 1.  對焊接程序的應用與管理

生產管理主要涉及對焊接程序的應用與管理，圖2是數字化焊接車間的網絡結構圖的一個例子。管理人員登錄到監(jiān)控服務器后可以對選定焊接設備上的焊接程序遠程管理，通過監(jiān)控客戶端的人機交互界面，可對焊接設備上的焊接程序進行查看、改名、刪除、上傳和下載等操作。使用焊接設備的離線編程工具，管理人員在辦公室就能編輯焊接程序、設置焊接程序相關的各種參數，并通過監(jiān)控客戶端把焊接程序上傳到焊接設備，操作人員直接調用新的焊接程序進行焊接，管理人員實現(xiàn)了焊接參數的遠程管理和修改。管理人員通過監(jiān)控客戶端，可下載焊接設備上的焊接程序、配置參數等各種關鍵數據，并且能夠快速的布置到其他焊接設備，結合企業(yè)的ERP系統(tǒng)，便捷布置生產任務。

 

通過監(jiān)控客戶端人機交互界面，管理人員能夠遠程設置操作人員能夠使用的焊接程序及其參數調整范圍，既能達到生產任務管理的目的，還能給現(xiàn)場操作人員提供根據工件的實際情況調整和補償焊接參數的能力，同時焊接參數調整和補償的范圍是可以由管理人員事先限定的，不但能保證焊接程序在復雜現(xiàn)場條件下焊接參數調整的靈活性，還能通過限制調整和補償的限度保證焊接工藝的安全性。

焊接設備監(jiān)控及管理包括焊接設備實時監(jiān)控、焊接設備歷史運行數據查看和焊接設備歷史數據的統(tǒng)計分析。焊接設備的監(jiān)控事件包括焊接設備啟動、焊接設備關閉、焊接設備模塊上線、焊接設備模塊下線、焊接程序開始運行、焊接程序停止運行、焊接程序段切換、焊接關鍵參數變化、焊接過程中的報警、焊接過程中的出錯、焊接設備的急停事件等焊接裝備的各種參數和狀態(tài)。

 對焊接設備實時監(jiān)控時，監(jiān)控客戶端通過監(jiān)控服務器內的監(jiān)控服務連接焊接設備監(jiān)控代理，焊接設備監(jiān)控代理根據自動化焊接設備標識連接到焊接設備，得到焊接設備當時的監(jiān)控狀態(tài)，并將狀態(tài)數據實時的發(fā)送回監(jiān)控客戶端。在查看和統(tǒng)計分析焊接設備歷史運行數據時，監(jiān)控客戶端通過監(jiān)控服務器的監(jiān)控服務連接數據庫服務，取出存儲在數據庫服務器中的焊接設備監(jiān)控數據，返回給監(jiān)控客戶端查看或者用于統(tǒng)計分析。通過焊接設備實時監(jiān)控和歷史運行數據分析，管理人員可以精確掌握每臺設備的負荷，為生產任務的管理和安排提供重要參考。管理人員通過分析和比較同一臺焊接設備上不同操作人員、不同時段、不同工況、不同生產任務中的監(jiān)控數據，能夠分析出操作人員的操作習慣對焊接工藝、生產效率、焊接質量等方面的影響，為操作人員的管理和培訓提供有效的幫助。圖3是對上述數字化焊接車間的各類信息及其管理的匯總。

 

2.  數字化焊接工廠生產過程各個環(huán)節(jié)信息流

（1）焊前質量控制    基本信息和實施方案如下：

       �r  通過條形碼或RFID卡等多種形式，對每一個部件進行跟蹤。

       �r  所有物件的信息，都通過工廠或車間網絡保存，通過各工位終端了解被授權的信息。

       �r  可以通過定位系統(tǒng)，實現(xiàn)物件的物流管理和定位。

       �r  待焊接材料的質量，工件焊前各工序加工質量，如坡口加工、熱處理狀態(tài)、應力狀態(tài)。

       �r  輔助材料的質量，如氣體、焊劑、耗材。

       �r  填充材料和各種輔助耗材也可以通過其自身的信息系統(tǒng)獲得質量和成分情況。

       �r  通過激光或其他的焊縫掃描手段進行組對和坡口質量檢查，并記錄在案。也可以通過專業(yè)軟件幫助判斷是否適合進行下道工序。

（2） 焊接工藝與條件    基本信息和實施方案如下：

       �r  焊前準備工序的質量，如焊接位置尺寸檢驗、坡口清理、組對狀態(tài)控制等。

       �r  工作環(huán)境狀態(tài)檢查。

       �r  操作者資質、設備操作的授權和工作權限確認。

       �r  當前焊接程序確認。

       �r  當前工件狀態(tài)和填充材料、耗材確認。

       �r  設備各部分狀態(tài)確認，如試板焊接。

       �r  焊接過程參數輸入控制。

（3）焊接過程的質量控制   基本信息和實施方案如下：

       �r  采用數字信號處理技術和智能控制技術，對焊接過程進行精量控制。

       �r  通過工廠網絡和工件附帶標記，自動判斷加工工序的完備性，并獲得本工序加工的允許指令。

       �r  焊接過程中對焊接參數的監(jiān)控，焊接參數超差自動處置，自動的弧壓控制，適應坡口變化自動調節(jié)填充等。

       �r  實現(xiàn)焊接過程的在線監(jiān)測與輸出的閉環(huán)控制，利用傳感器技術進行焊接過程智能化協(xié)同。

       �r  實現(xiàn)遠程的焊接程序調用或遠程的程序編制和測試。

       �r  對現(xiàn)有模擬控制的焊接系統(tǒng)、關鍵參數進行數字化、網絡化、智能化改造，引入分布式控制模式，為將來升級改造提供基礎。

（4）焊后質量信息化    基本信息和實施方案如下：

       �r  焊接過程參數實時記錄與保存。

       �r  焊接過程操作記錄與保存。

       �r  焊接熔池圖像實時記錄與保存。

       �r  工件目測檢驗報告。

       �r  無損探傷報告及判定依據。

（5）全過程追溯能力    基本信息和實施方案如下：

       �r  產品批號管理。

       �r  焊接材料信息管理。

       �r  產品編號管理。

       �r  工藝制定管理。

       �r  設備故障追溯。

隨著計算機與信息技術的不斷進步以及互聯(lián)網、工廠內GPS系統(tǒng)和云計算技術的成熟與普及，都使得焊接生產信息完全可以與物流控制、網絡間數據共享等技術結合起來，在實際應用中，將逐步建立相關的行業(yè)標準，為用戶提供可靠、有效的具有感知—決策—執(zhí)行能力的數字化焊接制造智能監(jiān)控和管理平臺，從而滿足現(xiàn)代焊接制造對高質量、高效率生產的迫切需求。

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