王兆臣，湯澎湃

摘要：淺析一例基于5G通信的焊接質(zhì)量遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可遠程實時監(jiān)控多個地點的多種焊接設(shè)備的工作狀態(tài)和位置信息，獲取焊接電流、焊接電壓、送絲速度、氣體流量等多種信息，實現(xiàn)監(jiān)控焊接過程的實時數(shù)據(jù)、焊后追溯分析、生產(chǎn)質(zhì)量管控、生產(chǎn)資源管理等作業(yè)。

關(guān)鍵詞：5G+;焊接遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控;焊接質(zhì)量監(jiān)控;焊接資源管理

中圖分類號：TG409? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）10-0148-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.10.25

0? ? 前言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)被認為是人類的第三次技術(shù)浪潮，它通過機器、設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，結(jié)合軟件與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來激發(fā)生產(chǎn)力，創(chuàng)造新價值。5G+是新一代移動通信系統(tǒng)，5G與工業(yè)融合之后，逐步成為支撐工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施。我國高度重視5G+與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展，各省市也紛紛制定政策，推進5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用落地。

文中以某汽輪機廠生產(chǎn)車間為例，淺析一例基于5G通信的焊接質(zhì)量遠程監(jiān)控系統(tǒng)——焊接物聯(lián)云平臺。焊接物聯(lián)網(wǎng)云平臺的基本特征是[1]：面向焊接制造業(yè)的數(shù)字化[2]、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，提供海量焊接場景數(shù)據(jù)的采集、匯聚和分析，支撐焊接制造全產(chǎn)業(yè)鏈的資源連接、彈性供給和高效配置。通過該系統(tǒng)可遠程實時監(jiān)控多個地點的多種焊接設(shè)備的工作狀態(tài)和位置信息，獲取焊接電流、焊接電壓、送絲速度、氣體流量等信息，實現(xiàn)焊接過程的實時監(jiān)控、焊后追溯分析、質(zhì)量監(jiān)控、資源管理等作業(yè)。

1 背景陳述

某汽輪機工廠手動焊接時，焊工需要設(shè)置焊接電流和焊接電壓，有時為了趕工期或省事，會用超過標準要求的電流和電壓，此時的焊接強度會降低，且不符合標準。而目前大多數(shù)工廠采用巡檢方式對作業(yè)電流、電壓進行人工抽查，效率較低，也不能準確的反映實際情況。因此該汽輪機廠引進一套數(shù)字化焊接智能管理云平臺，該系統(tǒng)采用遠程監(jiān)控焊機工作電流、電壓等參數(shù)，將焊接參數(shù)實時傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺上，對不規(guī)范的操作進行報警，實現(xiàn)焊接過程的自動監(jiān)測與記錄。

車間焊接設(shè)備總體布局如圖1所示。首先將車間焊接設(shè)備聯(lián)網(wǎng)升級，使全部的數(shù)字焊機部署在智能焊接云平臺系統(tǒng)上，并對接工廠ERP和MES系統(tǒng)，這樣各職能主管就可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測和管理，實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備開機率、資源消耗（焊絲、氣體、電能）等情況，實時對比焊接參數(shù)與焊接工藝，掌控車間的焊接生產(chǎn)狀況。

第二步，通過智能焊接云平臺系統(tǒng)的運行，工廠積累了大量有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可在智能焊接云平臺系統(tǒng)上實現(xiàn)多種統(tǒng)計分析報告，為企業(yè)的生產(chǎn)決策提供支持，構(gòu)建一套完整的生產(chǎn)管理指揮和資源管理系統(tǒng)，從而逐步成為5G智能化工廠。

2 數(shù)字化焊接管理云平臺

2.1 “ 單元級 ”焊接自動化及信息網(wǎng)控

對車間焊機加裝電壓傳感器[3]、電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，收集每臺焊機生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯聚后通過5G CPE發(fā)送至云端的MQTT服務(wù)器，本地的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)器向MQTT服務(wù)器發(fā)出請求，將焊機數(shù)據(jù)收取至本地服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，通過“ 智能焊接平臺 ”處理，實現(xiàn)整個車間手動焊機的5G+數(shù)據(jù)采集、顯示和報警，并能準確定位車間里每臺焊機、每位焊工。在“ 智能焊接平臺 ”系統(tǒng)里可以實時顯示焊接電流、電壓、送絲速度、氣體流量等關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)，確保車間生產(chǎn)工藝有效準確地執(zhí)行，實現(xiàn)遠程管控。

2.2 “ 車間級 ”焊接數(shù)字化

以“ 單元級 ”焊接信息網(wǎng)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建設(shè) “ 車間級 ”焊接數(shù)字化車間，實現(xiàn)工藝編制、下達、排產(chǎn)、派工、施焊及質(zhì)量檢驗全程“ 數(shù)字化 ”流轉(zhuǎn)。此項舉措在2020疫情期間發(fā)揮重要作用，車間主管可遠程監(jiān)控生產(chǎn)過程，全程無接觸操作執(zhí)行。

生產(chǎn)主管將焊接工藝參數(shù)通過云平臺線上強制下發(fā)，焊工在施焊時無法隨意調(diào)節(jié)焊機的電流、電壓等參數(shù)，從而確保了焊接工藝規(guī)程要求在生產(chǎn)現(xiàn)場的準確執(zhí)行。

生產(chǎn)主管亦可隨時線上查看車間的焊絲用量、氣體用量、電能消耗等數(shù)據(jù)，各種報表可自動生成，非常簡便，從而對整個車間（工廠）的采購與庫存進行科學合理的預(yù)測。

2.3 焊接資源管理系統(tǒng)

焊接資源管理系統(tǒng)平臺對各焊接大數(shù)據(jù)進行存儲分析，實現(xiàn)計算機輔助工藝設(shè)計，從而減少了繁雜的人工勞動，提高技術(shù)參數(shù)的準確度，實現(xiàn)管理流程化、簡潔化、準確化，流程如圖2所示。

（1）實現(xiàn)焊接工藝評定。

焊接工藝評定信息以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)形式存儲，通過資源管理系統(tǒng)實現(xiàn)智能化搜索，如查看電子版文件、標準格式化輸出。工藝評定主頁面可顯示評定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且該系統(tǒng)可以將“ 工藝信息 ”“ 工藝參數(shù) ”“ 試驗結(jié)果 ”分別進行編輯。

（2）有效進行項目管理。

在資源管理系統(tǒng)中有完善的項目樹結(jié)構(gòu)，在項目樹下可創(chuàng)建組件、焊縫，組件下可增加焊縫或繼續(xù)創(chuàng)建組件，項目組件信息可以從基本項目中采用“ 復(fù)制 ”“ 粘貼 ”輕松獲取，亦可從其他項目中引入組件下的所有焊縫信息，操作便捷，準確迅速，大大節(jié)省工作時間，提高了效率。項目管理流程如圖3所示。

（3）焊接工藝規(guī)程快速匹配。

在資源管理系統(tǒng)中焊接工藝規(guī)程可實現(xiàn)多種條件組合查詢，完成快速搜索定位，并且工藝評定的工藝信息、工藝參數(shù)可分別進行編輯，實現(xiàn)快速匹配。匹配時既可以多條件匹配，也可以無條件匹配，匹配條件越多，匹配結(jié)果越精準。匹配條件包括：母材厚度或直徑、焊接方法、焊縫形式、機械化程度、焊材等，同時也可對焊縫匹配WPS。

（4）智能管理焊工證書。

焊工證書實現(xiàn)智能高效的電子化管理，主管可快速查閱焊工證書信息，系統(tǒng)可建立數(shù)字焊工檔案，證書過期能提前預(yù)警。

焊工證書信息可被其他模塊調(diào)閱，主管可將焊工資質(zhì)與工藝規(guī)程、工藝評定等進行關(guān)聯(lián)、匹配，從而進一步精細化管控。

系統(tǒng)能實現(xiàn)焊工鋼印號管理，為實現(xiàn)質(zhì)量生產(chǎn)智能化做儲備。

2.4 獨特優(yōu)勢

（1）物聯(lián)網(wǎng)終端方面可采集海量數(shù)據(jù)，采樣頻率達1 000 Hz，輸入接口多，支持三大數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（UDP，TCP，MQTT），接口協(xié)議眾多且全部開放，兼容性強。

（2）軟件方面。純BS架構(gòu)，支持公有云和私有云部署，滿足絕大多數(shù)客戶對數(shù)據(jù)保護的需求，定期更新迭代，更好適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)訂單的改變，兼顧離散型制造（多批次/小批量），同時預(yù)留Web Service接口，方便與客戶原有的ERP/MES/SAP等平臺對接，解決數(shù)據(jù)孤島的痛點。同時也可以根據(jù)客戶的需求，進行二次開發(fā)。

（3）MODI智能物聯(lián)網(wǎng)采集終端系列產(chǎn)品是上海模呈自主設(shè)計研發(fā)的具有高性能、低能耗、通用的數(shù)據(jù)采集模塊，內(nèi)置工控板增加網(wǎng)絡(luò)隔離、CAN總線隔離、485隔離，集成多個數(shù)字I/O接口。

①通用的數(shù)據(jù)接口：COAP物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、Modbus、OPC工控協(xié)議、TCP和UDP。

②智能核心算法：數(shù)據(jù)采集能力適應(yīng)高頻、高精度的生產(chǎn)場景，多種焊接生產(chǎn)數(shù)據(jù)判別、分析算法。

③多種傳感器擴展：電流、電壓、溫度、氣流、送絲速度等同時接入、同步處理。

3 結(jié)論

平臺[4]的建設(shè)目標是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將焊機等生產(chǎn)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于云數(shù)據(jù)管理的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，從而使生產(chǎn)設(shè)備能夠?qū)⒐ぷ餍畔ⅰ⒂涗浀韧ㄟ^網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)平臺產(chǎn)生延伸價值。

MODI智能焊接資源管理系統(tǒng)通過信息化手段實現(xiàn)了焊接過程的知識積累和有效管理，大量減少繁雜的人工操作，保證知識的傳遞和復(fù)用，提高工藝和技術(shù)參數(shù)的準確度，實現(xiàn)管理流程化、過程簡單化，通過定義標準以及規(guī)則實現(xiàn)焊接工藝及焊工的自動匹配。

（1）實時掌握設(shè)備運行狀態(tài)、利用率和資源消耗（焊絲、氣體、電能）。

（2）通過實時的焊接參數(shù)與焊接工藝對比，利用聲光設(shè)備進行超規(guī)范報警，為質(zhì)量檢驗提供依據(jù)。

（3）通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的運行積累，按照不同管理維度生成統(tǒng)計分析報告，為企業(yè)管理決策提供數(shù)據(jù)支撐。

隨著技術(shù)的不斷進步以及現(xiàn)代生產(chǎn)對高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)的迫切要求[5]，數(shù)字化焊接生產(chǎn)車間必然是未來焊接工廠的主要發(fā)展方向。而焊接物聯(lián)網(wǎng)云平臺作為數(shù)字化焊接生產(chǎn)車間的重要組成部分也將在未來發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]張?zhí)m，齊曉雷，趙智江.焊接物聯(lián)網(wǎng)云平臺設(shè)計[J].電焊機，2019，49（10）：62-65.

[2]覃科.基于SDN的機器人焊接物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].桂林航天工業(yè)學院學報，2018，89（1）：5-11.

[3]數(shù)字化車間通用技術(shù)要求GB/T 37393-2019及數(shù)字化焊接車間信息化系統(tǒng)通用技術(shù)要求T/CWAN? 0024—2020 T/CEEIA 472—2020.

[4]張志鑫，張波，胡德計.智能焊接裝備物聯(lián)網(wǎng)的平臺研究與設(shè)計[J].中小企業(yè)管理與科技，2018（5）：182-183.

[5]蔡東紅，王旭光，楊旭東.數(shù)字化焊接車間的技術(shù)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)[J].電焊機2012，42（6）：4-11.