造船焊接信息化管理

朱韓鋼，邢小龍

(1.江蘇新時代造船技術有限公司，江蘇 靖江 214500；2.用友軟件股份有限公司，北京 100094)

造船焊接信息化管理

朱韓鋼1，邢小龍2

(1.江蘇新時代造船技術有限公司，江蘇 靖江 214500；2.用友軟件股份有限公司，北京 100094)

探討基于信息技術的造船焊接信息化管理的解決方案，它們將在統(tǒng)一的焊接工藝規(guī)范和焊接程序支持下，安排焊接作業(yè)計劃，自動下發(fā)焊接作業(yè)派工單，焊接作業(yè)依據(jù)工藝程序進行全過程管控，實時采集焊接數(shù)據(jù)，綜合統(tǒng)計分析焊接運行信息，考核及預測焊機、焊工的焊接績效，洞悉故障發(fā)生的原因和可能的時間，對可能發(fā)生的故障采取預控措施，防止質量品質問題，提高焊接整體技術水平。

焊接；信息處理系統(tǒng)；過程控制；數(shù)據(jù)分析

0 引言

焊接作業(yè)是船舶及海工建造中非常重要的作業(yè)任務，它的管理水平直接影響建造產(chǎn)品的質量、合同訂單的交付進度和產(chǎn)品建造的作業(yè)成本。目前大多數(shù)造船企業(yè)的焊接管理處于比較原始的狀態(tài)，盡管制定了焊接工藝規(guī)范，但無法采取主動控制的技術手段，只能依靠焊工自身的技術水平和事后的檢驗控制，也無法采集焊接數(shù)據(jù)進行有效分析來實施過程控制。因此，通過實施焊接信息化管理，可加強焊接工藝的執(zhí)行，提高建造產(chǎn)品焊接質量，閉環(huán)追溯焊接質量，杜絕違規(guī)操作，完善焊工技能水平，成為持續(xù)提升造船企業(yè)核心能力和經(jīng)濟效益的支撐手段?；诖?，對焊接過程的信息化應用系統(tǒng)規(guī)劃進行一些探討。

1 整體架構

焊接信息化管理不僅僅是簡單的焊機群控管理，它將焊機群控與造船工藝和生產(chǎn)管理緊密集成，實現(xiàn)工業(yè)自動化的主要目標：盡量減少人力的操作，而能充分利用動物以外的能源與各種信息來進行生產(chǎn)工作。焊接信息化管理的整體架構如圖1所示。

(1)半自動或自動數(shù)控電焊機(帶有無線模塊)通過無線群控基站與焊機群控服務器組成數(shù)控焊機群控系統(tǒng)，工藝參數(shù)和動作可通過群控服務器被設置和控制，同時提供運行數(shù)據(jù)的實時采集。

(2)焊機群控系統(tǒng)與焊接作業(yè)區(qū)(車間)的工業(yè)總線相連接，工業(yè)總線中設置電壓監(jiān)視儀對電焊機供電電壓進行監(jiān)測，按照焊機群控原理，對由 PLC 控制(或無線控制)的焊機進行排隊通電控制，使每個焊接作業(yè)都有足夠的電流工作。

(3)群控服務器通過路由器及防火墻與造船企業(yè)信息局域網(wǎng)連接，焊接工程師可規(guī)劃定義各類基本焊接作業(yè)或產(chǎn)品部件的焊接工藝規(guī)范和焊接程序直接指導焊接作業(yè)。焊接作業(yè)計劃則由作業(yè)部門依據(jù)項目生產(chǎn)計劃規(guī)劃焊機作業(yè)生產(chǎn)計劃，設定焊接工藝規(guī)范參數(shù)，下發(fā)焊接作業(yè)單。電焊工依據(jù)焊接作業(yè)單在焊接作業(yè)終端上指定焊機、刷工卡開始電焊作業(yè)，系統(tǒng)將自動通過群控服務器將工藝參數(shù)鎖定，焊工只能在設定的微調范圍內調整。

(4)焊接作業(yè)過程中，群控服務器采集運行焊接參數(shù)，并被適時轉存至焊機運行信息庫，對違反工藝規(guī)范的動作進行主動干預。焊接數(shù)據(jù)分析將基于焊機運行信息庫內容進行梳理統(tǒng)計和分析，提供焊接效率分析，并對焊工生產(chǎn)任務的焊接數(shù)據(jù)進行實名追溯。

2 焊接工程管理

焊接工程管理包括焊機檔案、焊工檔案、焊接知識庫和焊接工藝管理。

2.1焊機檔案

管理每臺焊機的基本臺賬信息(企業(yè)焊機編號、基本技術規(guī)格、可調整工藝參數(shù)、購買日期、供應廠商等)、安裝調試信息等。

2.2焊工檔案

管理電焊工的基本資料信息(工號、身份證號、姓名、性別、學歷、年齡、電焊工齡、本企業(yè)工齡等)、國家上崗操作證、國家等級證、船級社認證等級，各類證書的取證時間、合格項目、有效期、復試結果。

焊接數(shù)據(jù)分析會將焊機運行信息庫中對應焊工作業(yè)數(shù)據(jù)：作業(yè)時間、工程項目、作業(yè)任務號、焊接程序(焊接類別)、檢驗結果等梳理匯總統(tǒng)計記錄進焊工檔案，作為其焊接作業(yè)績效。

圖1焊接信息化管理的整體架構圖

2.3焊接工藝管理

焊接工藝管理和焊接知識庫主要由焊接工程師使用，其基本結構如圖2所示。

圖2 焊接工藝管理結構

根據(jù)相應的標準和規(guī)范可在系統(tǒng)中建立焊接工藝評定報告(PQR)、焊接工藝指導書(WPS)，制定典型焊接程序，根據(jù)材質的基本焊接類型或基本焊縫類型定義焊接過程的每個工藝技術參數(shù)，結合船型產(chǎn)品結構(BOM)建立焊接部件工藝路線，包括一系列作業(yè)工序、工序作業(yè)步驟、焊材類型及焊材定額數(shù)量、工裝、焊工等級、標準作業(yè)工期、標準作業(yè)工時以及相應的適用焊接程序。

3 編制焊接作業(yè)計劃

根據(jù)項目生產(chǎn)計劃時間要求，編制焊接作業(yè)計劃，如圖3所示。

圖3 焊接工藝管理和焊接作業(yè)計劃結構

焊接作業(yè)計劃的制定需要按照生產(chǎn)計劃對應的產(chǎn)品部件位置的焊接作業(yè)工藝卡分派至指定電焊工及焊機，批準后將生成相應的焊接作業(yè)派工單。

4 焊接過程控制

焊接過程控制是依據(jù)規(guī)劃的焊接工藝裝備及焊接計劃、焊接派工單派發(fā)內容實施主動的焊接作業(yè)過程控制，其內容包括：權限控制、工藝參數(shù)控制和動作控制。電焊工可在終端上確認接收焊接作業(yè)派工單，作業(yè)前在焊接作業(yè)終端上刷卡確認作業(yè)派工單。選擇具體作業(yè)內容可按看板方式動態(tài)展示焊機集群的作業(yè)狀態(tài)。

系統(tǒng)通過群控服務器自動將焊接派工單的焊接程序傳輸并鎖定至確定的電焊機，焊工只能在焊接程序設定的微調范圍進行調整。焊工一旦開始焊接即自動進入工作狀態(tài)，工業(yè)總線上的電壓監(jiān)視儀對電焊機供電電壓進行監(jiān)測和控制，以保障焊接質量。

焊接派工單作業(yè)完工后，焊工再刷卡進入焊接作業(yè)終端，確定作業(yè)完工。焊接作業(yè)完成后可在后臺錄入或錄入焊接檢驗結果(以焊接派工單號為依據(jù))，或與質量系統(tǒng)集成獲得。

5 焊接數(shù)據(jù)分析

焊接過程中所有的運行參數(shù)都將被群控服務器實時采集，群控服務器中原始數(shù)據(jù)將轉存至更穩(wěn)定的焊機運行信息庫以備進一步統(tǒng)計和分析，結合焊接作業(yè)派工單可形成綜合統(tǒng)計分析報告和圖表。焊接作業(yè)統(tǒng)計表見表1。焊接檢驗數(shù)據(jù)中對故障、缺陷的統(tǒng)計分析可借助統(tǒng)計過程控制來預測焊機設備和焊工的故障發(fā)生期間提前維護或維修，防范故障或缺陷，達到事前質量控制，提高質量的水平。

表1 焊接作業(yè)統(tǒng)計表

焊接數(shù)據(jù)分析將把焊機運行信息庫與焊機檔案、焊接工藝、焊接作業(yè)計劃、焊接作業(yè)派工單綜合集成起來，組成真正的焊接知識庫，它將對焊接工藝的不斷完善、焊機設備的維護保養(yǎng)和焊工的技術水平提高帶來極大的幫助。

6 結語

造船企業(yè)的焊接過程控制將不再滿足于最為簡單、直接的人為檢查，而是根據(jù)實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)行為(設備運轉、人員操作)進行預先策劃和動態(tài)監(jiān)控。在此基礎上，輔以過程控制方法論手段，進行科學、系統(tǒng)的設備維護和產(chǎn)品質量過程分析，支持現(xiàn)場生產(chǎn)過程的判定和及時控制處理，提高設備生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量水平。 焊接技術的發(fā)展趨勢是自動化的不斷應用，全自動焊接及焊接機器人將不斷深入應用，焊接信息化管理也將不斷探索在新技術、新工藝環(huán)境中的應用，逐步實現(xiàn)準備、焊接、檢驗的自動化作業(yè)、智能化控制，減少人為干涉，提高焊接生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質量，改善勞動條件，持續(xù)提高焊接管理水平，提升造船企業(yè)的競爭能力。

[1]楊敏.船舶制造基礎[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2]劉玉君，李艷君，李瑞.現(xiàn)代造船技術[M].大連：大連理工大學出版社，2012.

[3]張光先，陳冬巖，李朋.焊接設備的數(shù)字化、網(wǎng)絡化及群控系統(tǒng)[J].電焊機,2013(5):10-16.

[4]馬逢時.六西格瑪管理統(tǒng)計指南[M].北京：中國人民大學出版社，2007.

2014-07-08

朱韓鋼(1979-)，男，工程師，從事企業(yè)信息化管理、船舶先進制造技術研究推進工作。

U671.99

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