焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

目前在各類大中型焊接生產(chǎn)過程中，普遍依賴手工焊接，從而對整個焊接過程的管控存在一定難度。為了統(tǒng)一管理焊接設(shè)備、工藝文件、焊接人員、焊接過程等各個環(huán)節(jié)，德州迪格特電子科技有限公司根據(jù)焊接生產(chǎn)的實際情況和要求，通過采用智能信息采集模塊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)將焊接技術(shù)、信息技術(shù)、通信控制和管理理念相融合，基于模擬與數(shù)字化焊機(jī)焊接數(shù)據(jù)的實時采集、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲存、顯示以及對人員管理和焊機(jī)設(shè)備管理等功能，實現(xiàn)了焊接設(shè)備、工藝文件、焊接人員、焊接過程、焊材、能耗等參數(shù)的統(tǒng)一管理，能夠在很大程度上提高焊接效率、提升綜合管理能力、保障焊接質(zhì)量，同時在生產(chǎn)過程優(yōu)化、人員設(shè)備管理以及資源調(diào)配等方面為管理人員提供重要的數(shù)據(jù)支持。

1 聯(lián)網(wǎng)化焊機(jī)數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)

通過智能化焊機(jī)的改造組網(wǎng),基于焊接過程管理系統(tǒng)構(gòu)建焊機(jī)與管理系統(tǒng)、焊機(jī)與焊機(jī)、焊機(jī)與人之間的信息通訊環(huán)境,實現(xiàn)MES等信息系統(tǒng)下發(fā)到車間的數(shù)據(jù)(包括人、機(jī)、料、法、環(huán))能夠準(zhǔn)確高效地傳遞給車間、焊機(jī)及人員;同時實現(xiàn)對焊接執(zhí)行過程中焊機(jī)實時運(yùn)行數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)的有效監(jiān)視、控制、記錄和追溯,從而提升焊接執(zhí)行過程的質(zhì)量管理水平及管理效率,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。隨著焊接過程數(shù)據(jù)的不斷積累和分析,系統(tǒng)將實現(xiàn)指令下發(fā)、過程監(jiān)視、質(zhì)量分析、工藝優(yōu)化的智能化閉環(huán)控制,即構(gòu)建智能監(jiān)視、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)、智能優(yōu)化的焊接執(zhí)行過程管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)簡介

焊機(jī)數(shù)據(jù)控制總線建設(shè)主要包括以下內(nèi)容:焊機(jī)組網(wǎng)、焊機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制、焊機(jī)狀態(tài)監(jiān)控、工單執(zhí)行、焊接質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、設(shè)備運(yùn)維管理、成本管理、數(shù)據(jù)安全管理、與MES集成等。

2.1 焊機(jī)組網(wǎng)

目前,根據(jù)焊機(jī)作業(yè)和控制方式的不同,焊機(jī)類型包括手工焊機(jī)和機(jī)器人焊機(jī)兩大類,其中,手工焊機(jī)又有數(shù)字焊機(jī)和非數(shù)字焊機(jī)兩種類型,德州迪格特電子科技有限公司焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以手工焊接為舉例對象,其組網(wǎng)拓?fù)涫疽馊鐖D2所示。

手工數(shù)字焊機(jī)的主控板上具備I/O通訊接口，可使用數(shù)據(jù)采集板卡直接通過通信接口進(jìn)行連接通訊;手工非數(shù)字焊機(jī)不提供通訊接口,可通過加裝霍爾傳感器采集數(shù)據(jù),然后使用編碼器及采集板卡將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊;同時,針對兩種焊機(jī)都加裝走絲速度和氣體流量傳感器,傳感器數(shù)據(jù)通過采集板卡接入系統(tǒng);此外,出于過程管理和人機(jī)互操作的需要,每個焊機(jī)工位加裝觸控操作屏、條碼槍、紅外手持測溫儀等裝置。數(shù)據(jù)采集板卡及焊接工位周邊的裝置與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸使用無線傳輸,在采集板卡端增加無線AP和廠房中的無線AP 節(jié)點進(jìn)行通訊,廠房中的無線AP網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)控制總線服務(wù)器。

2.2 數(shù)據(jù)采集和控制

對于手工數(shù)字焊機(jī),基于通信協(xié)議,通過特定的指令與焊機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,解析從焊機(jī)獲取的數(shù)據(jù)后獲得相關(guān)焊機(jī)參數(shù),然后將數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器，同時,服務(wù)器端可進(jìn)行相關(guān)焊機(jī)設(shè)定參數(shù)的輸入，通過通信協(xié)議直接轉(zhuǎn)換實現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)的設(shè)定。從焊機(jī)獲取及控制的參數(shù)有:電流、電壓、報警信息,同時,基于加裝的氣體流量計和送絲速度傳感器,采集實時的氣體流量信息和焊絲送絲速度信息。

2.3 焊機(jī)狀態(tài)監(jiān)控

基于采集的焊機(jī)參數(shù),定義及展現(xiàn)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài),典型的展示狀態(tài)為:開機(jī)、關(guān)機(jī)、工作中、閑置中、故障維護(hù)中等,見圖3。焊接執(zhí)行過程管理系統(tǒng)采用 BS 機(jī)構(gòu),基于該架構(gòu)用戶可通過Web客戶端、移動客戶端以及大屏展示終端監(jiān)控焊機(jī)狀態(tài)。

焊機(jī)狀態(tài)監(jiān)控頁面

2.4 工單執(zhí)行

焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)可實現(xiàn)與企業(yè)端MES 的集成,基于MES 中獲取 WPS數(shù)據(jù)內(nèi)容:工單信息(編號、名稱、零件編號、數(shù)量、負(fù)責(zé)人、要求完成時間等)、焊接零件的相關(guān)工藝文件(三維指導(dǎo)卡、二維指導(dǎo)卡等)、焊接工藝要求參數(shù)(電流、電壓等),并顯示在工位的觸控終端上,針對具體工單，作業(yè)人員需使用碼槍掃描工卡認(rèn)證其作業(yè)資格,然后基于終端進(jìn)行查看指導(dǎo)卡、完工報工等操作。

2.5 焊接質(zhì)量管理

在實際焊接操作過程中,焊機(jī)設(shè)定的電流、電壓等參數(shù)如果超出工藝設(shè)計要求范圍時,可能會發(fā)生潛在質(zhì)量風(fēng)險。例如,焊接電流過小可能造成未焊透和夾渣等缺陷,焊接電流過大使得熔深較大，容易產(chǎn)生燒穿和焊瘤等缺陷,還可能會影響焊縫的機(jī)械性能。針對關(guān)鍵工序,對焊縫進(jìn)行編號管理,作業(yè)人員可結(jié)合工藝卡在終端上的指示及引導(dǎo),按焊接順序要求依次進(jìn)行焊縫作業(yè),焊縫切換由作業(yè)者在觸控終端上點鈕實現(xiàn),焊接質(zhì)量管理操作流程如圖4所示。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

德州迪格特電子科技有限公司焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有強(qiáng)大、靈活的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及展現(xiàn)或輸出功能,可實現(xiàn)各種報告或圖表的自動生產(chǎn),以滿足不同角色管理人員的個性化要求。統(tǒng)計報表支持Excel、PDF、html等多種格式,并支持輸出文件做系統(tǒng)外的應(yīng)用,滿足在各種終端上的展現(xiàn)要求。

2.7 設(shè)備運(yùn)維管理

基于焊機(jī)的聯(lián)網(wǎng),設(shè)備管理部門可獲取車間所有設(shè)備的實施狀況,實現(xiàn)全局設(shè)備的主動監(jiān)控;當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)可通過郵件、短信、微信等形式自動通知提醒設(shè)備維護(hù)人員;另外,現(xiàn)場作業(yè)人員需要設(shè)備維修支持時,可通過工位觸控終端進(jìn)行維修支持請求。

2.8 數(shù)據(jù)安全管理

在設(shè)備監(jiān)控過程中,為了避免網(wǎng)絡(luò)故障影響數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集模塊將提供數(shù)據(jù)緩存,支持緩存一周以上的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)采集過程中,現(xiàn)場終端的緩存區(qū)會有實時數(shù)據(jù)的緩存管理,當(dāng)終端與服務(wù)器出現(xiàn)通訊故障等情況時,數(shù)據(jù)不會丟失,通訊恢復(fù)后緩存區(qū)完整的數(shù)據(jù)將及時傳遞到服務(wù)器。

3 結(jié)論

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及現(xiàn)代生產(chǎn)對高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的迫切需求,數(shù)字化焊接車間成為未來焊接工廠建設(shè)的發(fā)展方向。根據(jù)焊接控制數(shù)字化的發(fā)展趨勢,并結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)搭建的德州迪格特電子科技有限公司焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)功能已經(jīng)初步實現(xiàn),將焊接信息進(jìn)行可靠、有效的管理,并取得以下成果:

(1)焊機(jī)設(shè)備智能化改造。通過焊機(jī)組網(wǎng),實現(xiàn)車間實時焊機(jī)運(yùn)行參數(shù)的提取及控制,有效管控焊機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

(2)優(yōu)化生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行控制。基于集成MOM 系統(tǒng)實現(xiàn)與生產(chǎn)相關(guān)的任務(wù)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)向車間有效傳遞及反饋,實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行過程的可視管理。

(3)提升質(zhì)量管理水平?；谛畔⒒能囬g生產(chǎn)執(zhí)行過程管理,一方面通過信息技術(shù)保障工藝要求與實際的設(shè)備設(shè)定一致,另一方面實現(xiàn)對焊機(jī)控制參數(shù)異常的預(yù)警控制,同時實現(xiàn)對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的有效記錄及追溯。

(4)信息化設(shè)備運(yùn)維?；趯笝C(jī)運(yùn)行參數(shù)的有效監(jiān)控,實現(xiàn)焊機(jī)異常預(yù)警管理,提升故障報告及響應(yīng)效率。

(5)精益化車間運(yùn)營管理?；诰嫔a(chǎn)理論分析車間運(yùn)營數(shù)據(jù),為管理層提供直觀的運(yùn)營指標(biāo)和管理瓶頸展示,支撐快速、精準(zhǔn)的管理決策。

審核編輯 黃宇