梁偉 楊晨婷 張哲 孫榮偉 孫汕杰

（常熟理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇省常熟市 215500）

過去的十幾年見證了物聯(lián)網(wǎng)研究及應(yīng)用的飛速發(fā)展。與此同時(shí)，隨著“工業(yè)4.0”的戰(zhàn)略計(jì)劃的提出，工業(yè)生產(chǎn)開始探索新的發(fā)展方向，而智能生產(chǎn)被認(rèn)作現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的最新趨勢。工業(yè)生產(chǎn)智能化以物聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)，將無線通通信技術(shù)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)連接成網(wǎng)絡(luò)，再輔以先進(jìn)技術(shù)，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、邊緣計(jì)算、人機(jī)交互等，可以對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化、提高生產(chǎn)效率。

焊接產(chǎn)業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)的一種，同樣也需要迎合這種發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的焊接生產(chǎn)過程，其中有許多問題。譬如，因?yàn)楹附哟蠖鄶?shù)運(yùn)用高壓、高溫等其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)了金屬與金屬間的重新鑄造或者接合，這個(gè)工程中會(huì)產(chǎn)生較多的有毒害的氣體、光的輻射污染、噪音的污染和廢塵污染，這導(dǎo)致焊接車間的環(huán)境十分惡劣；同時(shí)，傳統(tǒng)焊接工廠因?yàn)楫a(chǎn)量需求往往需要機(jī)器24 小時(shí)不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因而采用一人一設(shè)備，甚至多人一設(shè)備的工作方式，這就需要消耗大量的人力資源；此外，傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備是獨(dú)立的個(gè)體，沒有連接組網(wǎng)，無法實(shí)現(xiàn)集群化管理，導(dǎo)致一些重要的生產(chǎn)參數(shù)無法及時(shí)或記錄不全，給企業(yè)的優(yōu)化、改革帶來了阻礙。

IPv6 作為下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心，利用6LoWPAN 作為媒介，將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，這將為給工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化帶來質(zhì)的飛躍。針對上述問題，本文設(shè)計(jì)一種基于IPv6 的焊接集群監(jiān)控系統(tǒng)，以此來改善、解決傳統(tǒng)焊接產(chǎn)業(yè)中出現(xiàn)的問題。

1 焊接監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)的電焊機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

大部分人工檢測，需要較大的勞動(dòng)力，對勞動(dòng)條件的要求比較高，生產(chǎn)效率也比較低；它有無法控制的生產(chǎn)能力，更新?lián)Q代也不容易實(shí)現(xiàn)。而且對零件的處理能力和質(zhì)量有不利的影響。采用傳統(tǒng)有線通信系統(tǒng)中的線纜設(shè)備，生產(chǎn)成本較高。除此之外，該類設(shè)備大部分都是集成設(shè)備，具有較大的體積，靈活性比較差，而且無法嵌入到焊接的設(shè)備中，與此同時(shí)還要布置纜線，這樣下來會(huì)給車間帶來很多問題。

1.2 已有的焊接管理系統(tǒng)研究狀況

對于傳統(tǒng)焊接，因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)管理存在一些問題，國內(nèi)外設(shè)備生產(chǎn)廠商、院校和機(jī)構(gòu)都競相投入到焊接監(jiān)控系統(tǒng)研究中，并且取得了不少研究成果。這些通過研究獲得的焊接監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)上基本上都是采用的是三層形式，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層中采用的通信方式有所不同，所以可將它們分成如下兩種，一個(gè)是基于有線通信技術(shù)，另一個(gè)則是基于無線通信技術(shù)的焊接系統(tǒng)。使用焊接監(jiān)測設(shè)備不但降低了廢品率和產(chǎn)品的成本，也提高了焊接設(shè)備的利用率，與此同時(shí)也降低了工人操作失誤所帶來的殘次零件風(fēng)險(xiǎn)等其他因素，并且?guī)淼男б嬉彩秋@而易見的。

譬如目前，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器和傳統(tǒng)制造業(yè)相互結(jié)合的背景下，具有通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來解決工業(yè)控制中存在的監(jiān)測問題。在傳感器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制出一套可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制的數(shù)字化焊機(jī)焊接質(zhì)量管理的系統(tǒng)，并且可以滿足焊接生產(chǎn)過程的實(shí)際需要,將其用于比較重要的焊接監(jiān)測。通過在研究的過程中分析目前的焊接生產(chǎn)質(zhì)量管理系統(tǒng)的益處和缺點(diǎn),建立一種運(yùn)用Wi-Fi 技術(shù)為組網(wǎng),并采用MQTT 物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議以解決數(shù)據(jù)傳輸問題的可靠數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

同時(shí)此系統(tǒng)也存在有缺陷。比如，室內(nèi)約110m，室外大約210m 的Wi-Fi 覆蓋范圍無法滿足公路交通、海運(yùn)和航天等較大的焊接生產(chǎn)車間監(jiān)控，而且需要布置多個(gè)Wi-Fi 接入節(jié)點(diǎn)，因此會(huì)給節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)帶來不少弊端；除此之外，Wi-Fi 通信安全性不高，焊接數(shù)據(jù)采集的安全性沒有辦法得到相應(yīng)的保證。

在上海交通大學(xué)朱俊杰等人設(shè)計(jì)的基于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的焊接監(jiān)控系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)是運(yùn)用了電流和電壓等傳感器，實(shí)現(xiàn)電焊機(jī)的焊接電流、電壓等數(shù)據(jù)的采集，借助ZigBee 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)監(jiān)測平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)焊接生產(chǎn)過程的監(jiān)測。該系統(tǒng)能夠適應(yīng)生產(chǎn)車間惡劣的環(huán)境，并且解決了的以傳統(tǒng)串口RS485、CAN總線電纜布設(shè)的一系列問題，并且數(shù)據(jù)信號(hào)通信不容易受到干擾。

然而ZigBee 技術(shù)本身也具有一定的缺陷，因?yàn)閆igBee 供電是低功耗的，所以基于ZigBee 通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速率很低、且只有30-70m 覆蓋的范圍。此外，基于ZigBee 的無線焊接網(wǎng)絡(luò)當(dāng)需要與Internet 網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)，則要另外加入?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。

1.3 論文研究的主要內(nèi)容

本文主要是針對現(xiàn)在已有的成果中所存在的問題，提出基于IPv6 的焊接生產(chǎn)集群監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電焊機(jī)焊接生產(chǎn)的遠(yuǎn)程管理。根據(jù)焊接工業(yè)的生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)管理的需要，對焊接監(jiān)控管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)：分為感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層與應(yīng)用層，定義了各層的功能和所使用的技術(shù)；按照生產(chǎn)需要，在焊接設(shè)備上布設(shè)與之相應(yīng)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，并且同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)通信的搭建和調(diào)試，從而完成IPv6 網(wǎng)絡(luò)的組建；采用C++和SQL 開發(fā)電焊機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行的軟件管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)IPv6 焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)企業(yè)監(jiān)管部門能在個(gè)人終端遠(yuǎn)程訪問與控制焊接過程。同時(shí)實(shí)現(xiàn)將焊接監(jiān)測設(shè)備體積縮小，不占據(jù)工作空間，使其成本降低適合大規(guī)模量產(chǎn)；此外實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集群化管理，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)終端管理多臺(tái)電焊機(jī)。

圖1：數(shù)據(jù)的采集、傳輸圖

圖2：焊數(shù)據(jù)采集端

圖3：下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4：現(xiàn)場總控制中心

2 IPv6焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)功能和網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)的主要功能

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IPv6 焊接設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、對焊接生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，根據(jù)焊接生產(chǎn)管理的需求，本系統(tǒng)的主要功能如下：

焊接數(shù)據(jù)感知、采集。根據(jù)生產(chǎn)的需要、設(shè)備的區(qū)別采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方式。對于模擬電焊機(jī)，在電焊機(jī)上布置電壓、電流等傳感器對焊接參數(shù)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)傳輸至下位機(jī)；對于數(shù)字電焊機(jī)，則直接通過數(shù)字接口與下位機(jī)相連，下位機(jī)直接讀取焊接實(shí)時(shí)參數(shù)。

焊接數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)都分配有IP 地址，數(shù)據(jù)通過基于6LoWPAN 的無線網(wǎng)傳輸至總控制中心，最后所有數(shù)據(jù)通過IPv6 網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端服務(wù)器。

（1）焊接設(shè)備的管理。焊接監(jiān)控系統(tǒng)在提供焊接參數(shù)監(jiān)測采集的同時(shí)也為焊接設(shè)備提供一定的安全保障。在數(shù)據(jù)采集端的下位機(jī)上設(shè)置有相應(yīng)的焊接參數(shù)閾值，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過預(yù)警值會(huì)觸發(fā)蜂鳴報(bào)警。

（2）焊接數(shù)據(jù)管理。云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上，數(shù)據(jù)可以通過基于B/S 架構(gòu)的軟件進(jìn)行顯示。軟件將數(shù)據(jù)整理成可視化圖標(biāo)、生產(chǎn)報(bào)表等供管理者查看、分析。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)焊接監(jiān)控系統(tǒng)是在IPv6 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)架構(gòu)共分為三個(gè)層次，分別為焊接數(shù)據(jù)采集層、焊接數(shù)據(jù)傳輸層以及云端服務(wù)器。如圖1所示。

2.2.1 焊接數(shù)據(jù)采集層

在焊接數(shù)據(jù)采集端，每臺(tái)設(shè)備是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)焊接生產(chǎn)車間所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過基于6LoWPAN 無線通信技術(shù)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，采集到的數(shù)據(jù)如電壓、電流及人員操作信息通過6LoWPAN 邊界路由傳輸至總控制中心。采用6LoWPAN 協(xié)議可以解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)與IPv6 網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)幀長度不匹配問題，實(shí)現(xiàn)在IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)上應(yīng)用IPv6 協(xié)議。此外數(shù)據(jù)采集端的下位機(jī)允許焊接工人對一些生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2.2.2 焊接數(shù)據(jù)傳輸層

采集到的數(shù)據(jù)通過6LoWPAN 邊界路由傳輸至總控制中心，總控制中心將數(shù)據(jù)由網(wǎng)關(guān)通過下一代IP 通信協(xié)議（IPv6）傳輸至云端服務(wù)器。IPv6 可以有效的解決IPv4 地址資源不足的問題，能實(shí)現(xiàn)每臺(tái)設(shè)備擁有唯一的地址。

2.2.3 云端服務(wù)器。

云端服務(wù)器主要負(fù)責(zé)焊接數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析處理及展示。云端網(wǎng)絡(luò)層將由總控制中心傳來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，云端服務(wù)器配有基于B/S 框架開發(fā)的云平臺(tái)服務(wù)程序，用于將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。數(shù)據(jù)最終可以以圖表、數(shù)據(jù)報(bào)表的形式展示在Web 界面。

3 焊接監(jiān)控系統(tǒng)感知節(jié)點(diǎn)

3.1 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

焊接數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的原始采集如圖2，根據(jù)焊接設(shè)備的不同可將采集模塊分為兩種：模擬焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集以及數(shù)字焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集。其中模擬焊機(jī)的參數(shù)需要通過傳感器來采集。將電壓傳感器、霍爾電流傳感器布置到電焊機(jī)上，輸出端口與下位機(jī)連接。數(shù)字焊機(jī)通過焊機(jī)的數(shù)據(jù)接口與下位機(jī)相連，直接讀取焊接數(shù)據(jù)。下位機(jī)提供RS232、USB 等接口。

下位機(jī)負(fù)責(zé)對傳感器或數(shù)據(jù)接口傳輸過來的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并向監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)；同時(shí)承擔(dān)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心傳來的指令的接收及下發(fā)工作如圖3。傳感器模擬信號(hào)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)。為保證設(shè)備的靈活性、監(jiān)測的持續(xù)性，下位機(jī)采用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32 處理器，低功耗特點(diǎn)使其可以采用電池供電。數(shù)據(jù)通過RF 傳輸至邊界路由。

3.2 數(shù)據(jù)通信

下位機(jī)中接收到的數(shù)據(jù)通過基于IEEE802.14.5 標(biāo)準(zhǔn)的CC2530無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至6LoWPAN 邊界路由。由于邊界路由接收到的來自下位機(jī)的數(shù)據(jù)包為縮減后，在IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)上流通的數(shù)據(jù)包格式，所以在邊界路由與Internet 網(wǎng)絡(luò)之間加上6LoWPAN 網(wǎng)關(guān)，用于對數(shù)據(jù)包進(jìn)行擴(kuò)充、修改，使其能在IPv6 網(wǎng)絡(luò)上傳輸。對于從Internet 網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的指令則進(jìn)行反向操作，將數(shù)據(jù)包進(jìn)行縮減，通過邊界路由無線傳輸至下位機(jī)如圖4。

4 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 6LoWPAN網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

6LoWPAN 網(wǎng)關(guān)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)與IPv6 主干網(wǎng)絡(luò)通信的核心。IPv6 充足的地址量能為每臺(tái)設(shè)備配置一個(gè)唯一的IP 地址，然而IEEE802.15.4 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)使得IP 協(xié)議無法應(yīng)用在其上。因而在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)上使用IETF 定義6LoWPAN 協(xié)議。在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層仍沿用IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)鏈路層之上加入6LoWPAN適配層，用于對IPv6 數(shù)據(jù)包進(jìn)行精簡，以及對IEEE802.15.4 下的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行擴(kuò)充。網(wǎng)絡(luò)層采用IPv6 協(xié)議。

4.2 B/S監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

IPv6 焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控端分成PC 監(jiān)控端和個(gè)人移動(dòng)終端兩個(gè)。前一個(gè)由互聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測電焊機(jī)焊接數(shù)據(jù)以及傳輸相應(yīng)指令；后一個(gè)則是通過IPv6 網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)個(gè)人移動(dòng)終端的。

5 IPv6焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 下位機(jī)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在身份認(rèn)證通過后，下位機(jī)設(shè)備開始初始化，IPv6 模塊初始化，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。具體流程如圖5。

由圖5 可知，身份驗(yàn)證之后，STM32 單片機(jī)初始化，IPv6 模塊初始化；Ipv6 模塊組網(wǎng)成功后，進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)的收集，如果有數(shù)據(jù)的傳入，判斷是否到轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間，反之則重復(fù)數(shù)據(jù)詢問；如果到轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，通過IPv6 模塊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

5.2 上位機(jī)軟件系統(tǒng)

上位機(jī)軟件是由用戶界面和數(shù)據(jù)庫兩部分組成，其中用戶界面具有許多不同功能。用戶通過身份認(rèn)證后就可以登錄進(jìn)入用戶界面。用戶可以在用戶界面對焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行操作；數(shù)據(jù)操作可以細(xì)分為對數(shù)據(jù)的增、刪、改、查這些部分。數(shù)據(jù)庫部分主要與前端的用戶界面相連接，提供數(shù)據(jù)支持和用戶操作如圖6。

圖5：下位機(jī)的工作流程圖

圖6：用戶通過IPv6 訪問云平臺(tái)圖

圖7：云平臺(tái)指令發(fā)布圖

5.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控端軟件系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控端軟件是由Web 頁面和云端數(shù)據(jù)庫所組成。登陸設(shè)計(jì)的Web 頁面，在通過身份認(rèn)證后即可焊接車間的焊接數(shù)據(jù)；可以自行選擇顯示指定焊接設(shè)備或著所有焊接設(shè)備的數(shù)據(jù)信息；個(gè)人終端可以同時(shí)從Web 頁面發(fā)送指令至焊接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)焊接的集群化和遠(yuǎn)程化操作。實(shí)現(xiàn)企業(yè)監(jiān)管部門能在個(gè)人終端遠(yuǎn)程訪問與控制焊接過程。同時(shí)實(shí)現(xiàn)將焊接監(jiān)測設(shè)備體積縮小，不占據(jù)工作空間，使其成本降低適合大規(guī)模量產(chǎn)；此外實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集群化管理，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)終端管理多臺(tái)焊接設(shè)備如圖7。

6 系統(tǒng)測試和焊接數(shù)據(jù)分析

對IPv6 焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行配置調(diào)試之后，進(jìn)行過多次模擬測試。通過測試，通過電焊機(jī)上的電流電壓數(shù)據(jù)采集傳感器采集數(shù)據(jù)，采集電流電壓數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，在監(jiān)控端可以準(zhǔn)確地接收來自IPv6 焊接設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)采集端發(fā)來的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)附舆^程進(jìn)行有效地控制，以及用戶可以在上位機(jī)進(jìn)行相關(guān)的控制命令操作。

表1：方差分析結(jié)果

在上位機(jī)操作控制的窗口，設(shè)有電焊機(jī)焊接生產(chǎn)的電流電壓上下限的控制按鈕。管理的工作人員可以根據(jù)焊接生產(chǎn)的需要來設(shè)置相應(yīng)的所需要的焊接電流電壓安全閾值。顯示窗口界面包括電焊機(jī)焊接網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集端所采集的電壓、電流數(shù)據(jù)信息、焊接操作工工號(hào)和焊接設(shè)備編號(hào)。此外還有初始電壓、電流安全閾值，供數(shù)據(jù)監(jiān)控端的管理者進(jìn)行分析對比。

為保證IPv6 焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)通信可靠性，在焊接生產(chǎn)車間進(jìn)行了現(xiàn)場的測試?，F(xiàn)場測試包括了認(rèn)證系統(tǒng)身份、采集數(shù)據(jù)、設(shè)置安全閾值、顯示數(shù)據(jù)、傳輸指令等。在數(shù)據(jù)收集過程中，需要每個(gè)傳感器采集到的有效數(shù)據(jù)以無線傳輸方式及時(shí)、準(zhǔn)確的傳回服務(wù)器。在焊接數(shù)據(jù)采集端，每臺(tái)設(shè)備是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)焊接生產(chǎn)車間所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過基于6LoWPAN 無線通信技術(shù)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，采集到的數(shù)據(jù)如電壓、電流及人員操作信息通過6LoWPAN 邊界路由傳輸至總控制中心。采用6LoWPAN 協(xié)議可以解決無線傳感網(wǎng)絡(luò)與IPv6 網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)幀長度不匹配問題，實(shí)現(xiàn)在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)上應(yīng)用IPv6 協(xié)議。此外數(shù)據(jù)采集端的下位機(jī)允許焊接工人對一些生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。測試結(jié)果顯示，IPv6 通訊節(jié)點(diǎn)在測試車間通信性能可靠性能夠保證。與此同時(shí)，上傳數(shù)據(jù)和下發(fā)指令的時(shí)間延時(shí)小于1s，能夠滿足了焊接生產(chǎn)需要。

焊劑選擇的標(biāo)準(zhǔn)：Basicity 基本指數(shù)、焊接工藝后形成的焊縫性能（特定元素的含量：碳、硅、錳、鉬、鉻、鎳；強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、延伸率）和價(jià)格。焊接性能不但會(huì)受焊劑的影響，還會(huì)受所用焊絲的影響。為了達(dá)到研究的目的，從5 個(gè)不同的生產(chǎn)商的商業(yè)報(bào)價(jià)中收集了焊劑的輸入數(shù)據(jù)。

焊接數(shù)據(jù)分析采用凝聚法采用層次分析法，選擇一組給定的焊劑和焊絲組合，采用聚類分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。聚類分析是用來選擇最接近的焊接材料組的有效工具。首先收集必要的描述分析對象的客觀、同質(zhì)和完整數(shù)據(jù)，使用支持聚類分析的專業(yè)軟件。為了獲得可靠的分析結(jié)果，仔細(xì)準(zhǔn)備和整理數(shù)據(jù)，因?yàn)榫垲惙治鰧τ谶@些會(huì)受到很大的影響。采用歐幾里德距離和分組技術(shù)ward 法對聚類對象進(jìn)行聚類。ward 方法使用方差分析來求最小化簇內(nèi)距離偏差的平方和。進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)的分析。在聚類分析的下一步中，使用在上一步中選擇的聚類數(shù)作為廣義k-均值方法的輸入。表1 顯示了方差分析的結(jié)果，該分析的目的是找出所分析數(shù)據(jù)集的哪些特征在所獲得的聚類之間有顯著的差異。實(shí)驗(yàn)證明，交叉驗(yàn)證所假設(shè)的準(zhǔn)則的最優(yōu)群數(shù)也是4。在超過4 個(gè)集群的情況下，成本變得不相關(guān)。然后，也采用了廣義k-均值法對結(jié)果進(jìn)行了分析。分析參數(shù)包括歐氏距離、隨機(jī)選擇初始聚類中心和50 次迭代。

表1 方差分析的結(jié)果表明，為聚類分析選擇的所有特征有助于區(qū)分聚類，這意味著至少一個(gè)聚類的平均值與所考慮的每個(gè)特征的其他聚類的平均值顯著不同。并且在所有分析的特征上使用Y 軸上的單個(gè)標(biāo)度應(yīng)用聚類分析方法解決了埋弧焊劑（SAW）選擇的實(shí)際問題。進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)的分析，能滿足焊接生產(chǎn)對IPv6 網(wǎng)絡(luò)安全和時(shí)延性能的要求。

7 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一套IPv6 焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，使用此IPv6 焊接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)不但可以減少廢品的產(chǎn)生和降低產(chǎn)品成本，而且提高了焊接設(shè)備的利用率，并且降低了操作員工操作失誤帶來的殘次焊接產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)，它帶來的效益也是顯而易見的。憑借其巨大的地址空間，IPv6 允許在大范圍內(nèi)的大量IPv6 智能設(shè)備之間進(jìn)行連接。該協(xié)議還支持節(jié)點(diǎn)的自組織，即在不需要人工干預(yù)的情況下進(jìn)行自檢測、自修復(fù)和自配置。對改善焊接勞動(dòng)條件，提高焊接生產(chǎn)效率比較有利;并且具有更強(qiáng)的可控的焊接生產(chǎn)能力，可以加快焊接生產(chǎn)技術(shù)的更新?lián)Q代，提高焊接零件的生產(chǎn)能力和焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。