楊闖

摘要：隨著德國(guó)“工業(yè)4.0”的提出，我國(guó)提出了“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，工業(yè)生產(chǎn)向信息化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。焊接作為材料加工的重要手段，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、船舶重工、航空航天等重要領(lǐng)域。傳統(tǒng)的焊接過程監(jiān)控不足，焊接過程參數(shù)無(wú)法保留，焊接過程缺陷無(wú)法檢測(cè)，造成巨大的人身和物質(zhì)損失，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代精細(xì)化、高質(zhì)量的生產(chǎn)要求，難以實(shí)現(xiàn)焊接過程的智能控制。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以有效提取焊接設(shè)備的操作、焊接工藝、焊接材料消耗、人員管理等信息并進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的跟蹤，為以后的工作提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算焊接和人員成本。該系統(tǒng)有助于提高裝備制造業(yè)信息化水平，為“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);焊接領(lǐng)域;申請(qǐng)情況;分析研究

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)與原理

1.1數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)采集卡和可編程邏輯控制器（PLC）是常用的數(shù)據(jù)采集方式。例如，PCL-818L數(shù)據(jù)采集卡提供了幾種常見的測(cè)量和控制功能，如模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入和輸出以及時(shí)鐘定時(shí)器控制。通過數(shù)據(jù)采集卡，將設(shè)備采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)焦た貦C(jī)，最終顯示在HMI上。PLC提供模擬量輸入模塊，可接收變送器轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)，并通過PLC的計(jì)算和分析發(fā)出指令。分析的數(shù)值將通過特定的通信模式顯示在HMI上。開發(fā)人員可以在HMI中顯示采集的焊接參數(shù)，如焊接電壓、焊接電流和送絲速度，以及這些參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線圖，以便設(shè)備操作員和車間經(jīng)理能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控焊接過程。

1.2數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

焊接電源具有低電壓、大電流特性，使得難以直接測(cè)量，因此具有隔離電氣特性的霍爾傳感器為最佳方案。選用LV25-P為電壓傳感器，它是基于磁平衡霍爾原理，在待測(cè)電壓通過原邊電阻時(shí)，會(huì)在副邊輸出電流，從而可計(jì)算出原邊電壓。LV25-P額定電壓為10～500V，變比2500：1000。系統(tǒng)使用12位逐次逼近型ADC，輸入電壓為0～3.3V，所以對(duì)采樣電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)后再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。選用LA200-P為電流傳感器，屬于閉環(huán)式霍爾電流傳感器，為非接觸式，將待測(cè)直流穿過傳感器即可測(cè)量，LA200-P額定輸入電流為200A，額定輸出為100mA，變比為1：2000，也需要經(jīng)過調(diào)壓電路后再AD轉(zhuǎn)換。

2焊接工藝參數(shù)的管理

2.1焊接參數(shù)

在焊接過程的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警中，焊接工藝參數(shù)是否符合工藝人員制定的標(biāo)準(zhǔn)是影響焊接質(zhì)量的重要因素。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于焊接作業(yè)在生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的比例，焊機(jī)分布廣泛，操作人員技能水平差距大，往往不按照既定的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的焊接參數(shù)在線監(jiān)測(cè)功能，可以方便生產(chǎn)管理人員對(duì)焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保焊接參數(shù)的準(zhǔn)確性。在焊接車間管理系統(tǒng)的監(jiān)控頁(yè)面，系統(tǒng)可以匯總車間內(nèi)焊接設(shè)備的運(yùn)行情況，可分為正常、空載、超限、停機(jī)和故障五種狀態(tài)。同時(shí)，還可以獲取每臺(tái)設(shè)備的基本信息，如設(shè)備號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備IP等。管理者可以點(diǎn)擊查看設(shè)備的操作參數(shù)曲線，例如焊接電壓數(shù)據(jù)曲線。結(jié)果表明，此時(shí)的焊接電壓為27.17V，不超過監(jiān)測(cè)參數(shù)范圍。此外，還可以顯示設(shè)備的焊接電流和焊接溫度曲線。在焊接過程中，如果工藝參數(shù)的設(shè)置超出了工藝人員制定工藝的范圍，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)通過電話向操作員發(fā)送報(bào)警信息，提醒操作員調(diào)整工藝參數(shù)，同時(shí)將信息上傳到管理層，包括企業(yè)ERP系統(tǒng)和車間ME，幫助管理人員了解實(shí)際焊接情況。

2.2焊接參數(shù)的存儲(chǔ)和可追溯性

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)一個(gè)零件出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題時(shí)，如焊縫金屬的不連續(xù)性和不致密性，就需要找出焊接缺陷的來(lái)源，即找到焊接過程中的數(shù)據(jù)。焊接數(shù)據(jù)通常通過設(shè)置采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在Excel或數(shù)據(jù)庫(kù)中。工件上有許多焊縫。只有當(dāng)收集和存儲(chǔ)的工藝參數(shù)能夠與焊縫準(zhǔn)確跟蹤時(shí)，這些數(shù)據(jù)才會(huì)有效;否則，就沒有進(jìn)行分析的條件。某汽車股份有限公司的MAG弧焊參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)為每個(gè)工件生成唯一的可追溯代碼?？勺匪菪源a包括工件的產(chǎn)品代碼、生產(chǎn)日期、班次、工作站編號(hào)、夾具編號(hào)、工裝編號(hào)和序列號(hào)。系統(tǒng)將狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在可追溯代碼中，以實(shí)現(xiàn)工件與生產(chǎn)時(shí)間和焊接參數(shù)之間的精確對(duì)應(yīng)。焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)包括一臺(tái)打印機(jī)，該打印機(jī)將跟蹤代碼打印到工件表面，形成模板。焊接開始時(shí)，機(jī)器人焊工將可追溯代碼發(fā)送給PLC，然后PLC將可追溯代碼發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將焊接狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄在相關(guān)的焊接規(guī)范上，可以更好地滿足產(chǎn)品的可追溯性。

3焊接數(shù)據(jù)庫(kù)與焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)

通過使用該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對(duì)各種焊接方法過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和保存，并建立焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以被不同行業(yè)的廣域網(wǎng)共享，在焊接數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的數(shù)據(jù)主要包括以下幾個(gè)方面：（1）新材料焊接、焊接工藝研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的開發(fā);（2）企業(yè)在長(zhǎng)期焊接各種成熟穩(wěn)定的產(chǎn)品過程中積累了大量成熟的焊接工藝文件，包括產(chǎn)品的焊接方法、材料等重要信息;（3）記錄產(chǎn)品實(shí)際焊接生產(chǎn)過程中由于焊接現(xiàn)場(chǎng)條件等客觀因素影響焊接質(zhì)量的問題，以及焊接工程師為解決這些問題所采取的措施。借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，工程師可以借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)效率，減少重復(fù)試驗(yàn)，縮短工程周期，科學(xué)地為焊接工藝人員解決焊接生產(chǎn)中的各種問題，因此焊接數(shù)據(jù)庫(kù)具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。近年來(lái)，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)的全面數(shù)字化應(yīng)用，在焊接數(shù)據(jù)庫(kù)研究的基礎(chǔ)上，提出了焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)。

4結(jié)論

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車間管理數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程故障診斷和參數(shù)發(fā)布、記錄和查詢等功能。（2）隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的成熟，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注如何從數(shù)千個(gè)收集的數(shù)據(jù)中分析有價(jià)值的信息。如果能夠建立一套大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，優(yōu)化焊接工藝，共享各企業(yè)數(shù)據(jù)，管理海量數(shù)據(jù)，提高焊接質(zhì)量，那么中國(guó)的工業(yè)智能制造水平將進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1]張國(guó)浩.PD理論原數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[D].貴州大學(xué)，2018.