李 江，時(shí)國(guó)玉，劉金龍

（唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司，河北唐山063000）

0 前言

唐山松下產(chǎn)業(yè)有限公司作為全面焊接解決方案服務(wù)商，于2007年即在行業(yè)內(nèi)率先推出信息化焊接管理系統(tǒng)iWeld 1.0。通過獨(dú)立研究或與第三方公司深入合作，iWeld現(xiàn)已服務(wù)于煤機(jī)、工程機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)、造船、海工、壓力容器、汽車及汽車零部件、健身器材、高速列車等行業(yè)百余家用戶。

iWeld是一套軟件集合。2.0版本的關(guān)注點(diǎn)是如何將焊接設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；3.0版本的關(guān)注點(diǎn)是焊接數(shù)據(jù)的大容量存儲(chǔ)、分類統(tǒng)計(jì)與查詢；4.0版本的關(guān)注點(diǎn)是為客戶定制開發(fā)軟件組件，實(shí)現(xiàn)焊接過程的數(shù)字化管理與精細(xì)化管理；5.0版本的關(guān)注點(diǎn)是互聯(lián)、數(shù)據(jù)、集成、創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型，與“工業(yè)4.0”密不可分，是為客戶提供開放的、可擴(kuò)展的、智能的焊接數(shù)據(jù)平臺(tái)，幫助客戶在焊接智能制造轉(zhuǎn)型的過程中解決焊接過程數(shù)字化與智能化等技術(shù)課題與管理課題[1]。iWeld技術(shù)發(fā)展路線如圖1所示。

圖1 iWeld技術(shù)發(fā)展路線

1 實(shí)踐背景

本研究重點(diǎn)介紹唐山松下在高速列車焊接行業(yè)的信息化解決方案。圍繞建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、智能化企業(yè)的總體戰(zhàn)略目標(biāo)，按照分步實(shí)施原則，制造過程管理系統(tǒng)的實(shí)施推進(jìn)主要分為兩個(gè)階段：（1）第一階段。建立與ERP、PLM系統(tǒng)緊密集成，以生產(chǎn)訂單（任務(wù)）為驅(qū)動(dòng)，以工位為核心的信息化管理平臺(tái)（基礎(chǔ)架構(gòu)），將工位所需要的任務(wù)指令、計(jì)劃要求、技術(shù)文件、作業(yè)指導(dǎo)、質(zhì)量要求、物流狀態(tài)等信息根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)推送到生產(chǎn)工位，將各工位的生產(chǎn)進(jìn)度、加工數(shù)據(jù)、質(zhì)量追溯的數(shù)據(jù)反饋回來，實(shí)現(xiàn)高效精細(xì)化的生產(chǎn)管控。（2）第二階段。將制造過程管理系統(tǒng)再向下延伸，通過與專用生產(chǎn)線MES系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)與工業(yè)化改造的智能化裝備、自動(dòng)化生產(chǎn)線的信息互通，將計(jì)劃指令、制造數(shù)據(jù)直接傳遞到智能設(shè)備，并自動(dòng)采集所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)更智能化、快速反應(yīng)的制造過程管理。目前針對(duì)第一階段目標(biāo)落地的MOM系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段，在此主要介紹第二階段與專用生產(chǎn)線管理系統(tǒng)集成的準(zhǔn)備，基于焊接設(shè)備的智能化改造，以及與公司級(jí)MES系統(tǒng)的有效集成，實(shí)現(xiàn)信息化、智能化的焊接車間運(yùn)行控制。智能焊接智慧工廠整體規(guī)劃如圖2所示。

2 實(shí)施步驟

2.1 焊接設(shè)備信息化改造

通過組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)車間焊接設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的提取及控制，全面掌握焊接資源的利用狀況[2]。

根據(jù)作業(yè)和控制方式的不同，焊接車間的設(shè)備類型主要分為手工焊機(jī)和焊接機(jī)器人兩大類，其中手工焊機(jī)又分為數(shù)字焊機(jī)和非數(shù)字焊機(jī)兩種類型。數(shù)字焊機(jī)主板上具備數(shù)字通訊接口，可直接通過數(shù)據(jù)采集板卡獲取焊接相關(guān)數(shù)據(jù)；非數(shù)字焊機(jī)不具備通訊接口，只能借助外接霍爾傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器方式采集輸出電流、輸出電壓及送絲速度等數(shù)據(jù)；對(duì)于焊接機(jī)器人，通過通信接口及協(xié)議可直接獲取機(jī)器人相關(guān)數(shù)據(jù)。為檢測(cè)焊接過程保護(hù)氣實(shí)際流量，每臺(tái)設(shè)備都加裝氣體流量傳感器。另外，出于過程管理和人機(jī)交互操作的需要，每個(gè)焊接工位加裝觸控終端、掃碼槍等裝置。焊接設(shè)備信息化改造結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 智能焊接智慧工廠整體規(guī)劃

2.2 優(yōu)化生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行流程

通過與MOM系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)相關(guān)的任務(wù)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)向車間的有效傳遞及反饋，MOM系統(tǒng)從焊接管理系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)的焊機(jī)狀態(tài)信息將為MOM中的生產(chǎn)排產(chǎn)模塊提供數(shù)據(jù)支持[3]。系統(tǒng)集成方案如圖4所示。

生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行流程如圖5所示。

（1）首先，MOM通過數(shù)據(jù)集成接口將各工位當(dāng)日?qǐng)?zhí)行的焊接任務(wù)傳遞到焊接管理系統(tǒng)。

（2）在具體的焊接工位，作業(yè)者通過掃描工卡登錄系統(tǒng)，對(duì)比登錄人員的資質(zhì)與工藝要求資質(zhì)，完全匹配后允許登錄。

（3）登錄成功后，工位終端顯示作業(yè)者需要完成的焊接任務(wù)。

（4）在開始作業(yè)前，作業(yè)者掃描焊接工單（工單隨工件流轉(zhuǎn)），工位終端顯示工藝要求（包括具體的設(shè)備設(shè)定參數(shù)、焊接操作要求等），同時(shí)系統(tǒng)標(biāo)記工單流入此工位。

（5）查看工藝要求后，作業(yè)者按照要求設(shè)定相關(guān)焊接參數(shù)并開始作業(yè)。

（6）作業(yè)過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集記錄焊接數(shù)據(jù)，并對(duì)過程中出現(xiàn)的焊接參數(shù)異常進(jìn)行報(bào)警通知。

（7）作業(yè)完成后，作業(yè)者在終端進(jìn)行完工反饋，系統(tǒng)生成以工單為核心的焊接報(bào)告，同時(shí)系統(tǒng)標(biāo)記工單流出此工位。

2.3 保障產(chǎn)品焊接品質(zhì)

焊接品質(zhì)保障方案如圖6所示。一方面嚴(yán)格控制實(shí)際設(shè)定參數(shù)與工藝要求參數(shù)的一致性；另一方面，預(yù)警判斷焊接過程產(chǎn)生的真實(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品焊接過程最小粒度數(shù)據(jù)的有效記錄及追溯[4-5]。

圖3 焊接設(shè)備信息化改造結(jié)構(gòu)

圖4 系統(tǒng)集成方案

圖5 生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行流程

在實(shí)際焊接過程中，如果輸出電流、電壓等參數(shù)超出WPS要求范圍，可能會(huì)發(fā)生潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，影響焊縫的機(jī)械性能。例如，焊接電流過小，可能造成未焊透、夾渣等缺陷；焊接電流過大則熔深較大，容易產(chǎn)生燒穿、咬邊等缺陷。為避免以上情況，系統(tǒng)將實(shí)際焊接數(shù)據(jù)與當(dāng)前工單要求的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，如果出現(xiàn)超差情況，系統(tǒng)將及時(shí)報(bào)警提醒或電源通斷控制，同時(shí)對(duì)當(dāng)前工單在報(bào)工時(shí)進(jìn)行標(biāo)記處理。

這樣作業(yè)者或管理人員可以及時(shí)干預(yù)調(diào)整焊接參數(shù)，減少或避免質(zhì)量問題的發(fā)生；另外，作為事后的質(zhì)量控制，可快速地定位焊接參數(shù)超差的工單及產(chǎn)品，有針對(duì)性地進(jìn)行質(zhì)量排查。如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，系統(tǒng)可提供快速分揀的依據(jù)，一定程度上阻止存在質(zhì)量問題的產(chǎn)品流入后續(xù)環(huán)節(jié)，避免造成更大的質(zhì)量事故及損失。

圖6 焊接品質(zhì)保障方案

2.4 精益化車間運(yùn)營(yíng)管理

基于精益生產(chǎn)理論，分析車間運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，為管理層提供直觀的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)和管理瓶頸展示，支撐快速、精準(zhǔn)的管理決策。

通過有效挖掘焊接作業(yè)流程中各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，充分發(fā)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)制造流程中存在的瓶頸，通過合理分配焊接資源、持續(xù)優(yōu)化焊接工藝、合理制訂生產(chǎn)計(jì)劃、消減浪費(fèi)等改善手段，最終達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

3 結(jié)論

通過焊接設(shè)備的信息化改造，構(gòu)建設(shè)備與管理系統(tǒng)、設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人之間的信息通訊環(huán)境。一方面，實(shí)現(xiàn)MOM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)確高效地傳遞給工位、焊接設(shè)備及作業(yè)人員；另一方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接執(zhí)行過程中焊接設(shè)備實(shí)時(shí)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)行過程的管理水平和管理效率。

隨著焊接過程數(shù)據(jù)的不斷積累和挖掘，將實(shí)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)行管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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[5]劉金龍，李江.信息化焊接管理系統(tǒng)iWeld4.0[J].金屬加工，2015（12）：38-41.