信息化焊接管理系統(tǒng)iWeld4.0

劉金龍 李江

1. 概述

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)飛速發(fā)展，使傳統(tǒng)的制造業(yè)及制造技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，焊接制造過程的數(shù)字化、信息化已成為當(dāng)前焊接制造行業(yè)的發(fā)展潮流，焊接工作者越來越認(rèn)識到計(jì)算機(jī)信息技術(shù)將對傳統(tǒng)焊接制造過程產(chǎn)生重要的影響。

唐山松下于2004率先開發(fā)并應(yīng)用了電焊機(jī)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行監(jiān)控軟件對電焊機(jī)的工作狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視；2009年開發(fā)了第二代焊接管理系統(tǒng)，支持有線LAN、無線WiFi方式，增加了對保護(hù)氣體、能源消耗、工件溫度及工件編碼等監(jiān)控； 2011年在吸收和采納眾多行業(yè)用戶使用反饋的基礎(chǔ)上，開發(fā)了第三代焊接管理系統(tǒng)i Weld3.0，它增加了斷點(diǎn)續(xù)傳、多用戶權(quán)限管理、U盤數(shù)據(jù)拷貝以及各種靈活自由的數(shù)據(jù)報(bào)表；2013年i Weld4.0問世，硬件平臺更加穩(wěn)定、可靠，無縫兼容以前版本，具有豐富的擴(kuò)展功能。

i Weld系統(tǒng)推向市場已有十年，累計(jì)行業(yè)用戶有100多家，遍布在汽車行業(yè)、工程機(jī)械行業(yè)、核電行業(yè)、造船行業(yè)等眾多領(lǐng)域，i Weld系統(tǒng)不斷針對用戶的需求進(jìn)行升級，朝著專業(yè)化、集成化、智能化的方向發(fā)展，技術(shù)發(fā)展路線如圖1所示。

圖 1 i Weld系統(tǒng)技術(shù)路線

圖 2 具有數(shù)據(jù)通信接口的數(shù)字焊機(jī)

2. i Weld4.0系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)構(gòu)成i Weld4.0系統(tǒng)由下到上可分為四個(gè)層次，分別為設(shè)備與傳感器層、控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、信息管理層。

設(shè)備層由自動(dòng)化焊接設(shè)備、手工焊接設(shè)備、作業(yè)現(xiàn)場傳感器組成；控制層主要有數(shù)據(jù)通信接口與可編程控制器，作為設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)橋梁；數(shù)據(jù)傳輸層具有多種形式：以太網(wǎng)LAN、無線WiFi、USB存儲(chǔ)與傳輸，具有數(shù)據(jù)通信接口的焊接電源如圖2所示；信息管理層是i Weld軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫，是所有焊接生產(chǎn)數(shù)據(jù)的匯聚中心，通過數(shù)據(jù)接口與其他信息管理層軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。

i Weld系統(tǒng)（見圖3）軟件基于客戶端/服務(wù)器架構(gòu)開發(fā)，服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)接入服務(wù)，接收并解析來自設(shè)備層的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過控制層發(fā)送指令到設(shè)備層，i Weld客戶端是用戶日常辦公所用的軟件，完成工藝數(shù)據(jù)導(dǎo)入、焊接數(shù)據(jù)的分析與匯總等操作。

（2）技術(shù)特點(diǎn) 第一，支持有線、無線、U盤等多種數(shù)據(jù)傳輸方式。有線以太網(wǎng)與無線WiFi是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信方式，其優(yōu)勢在于帶寬高、兼容性好、部署簡單，可依靠用戶已有網(wǎng)絡(luò)搭建焊接設(shè)備到機(jī)房的通信，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般為交換機(jī)、無線路由器等，相比于專用的工業(yè)總線模塊或無線數(shù)傳模塊，用戶無需培訓(xùn)便可對系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)故障用戶可自行解決，有利于系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運(yùn)行。如果焊接生產(chǎn)現(xiàn)場沒有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可采用U盤方式，用戶可自行配置U盤的拷貝時(shí)間，該方案解決了那些不便于實(shí)施聯(lián)網(wǎng)而對焊接過程數(shù)據(jù)又非常關(guān)心的用戶。

第二，系統(tǒng)支持Oracle、SQL Server、My SQL等主流數(shù)據(jù)庫。支持多種數(shù)據(jù)庫版本便于i Weld系統(tǒng)在不同行業(yè)的推廣，一般用戶企業(yè)管理系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)庫通常為Oracle、SQL Server、My SQL這幾種，在用戶現(xiàn)有軟件資源的基礎(chǔ)上搭建i Weld系統(tǒng)，為用戶省去了數(shù)據(jù)庫軟件的購買成本，降低了部署難度。

第三，基于Flash的數(shù)據(jù)緩存技術(shù)。在上一代i Weld3.0系統(tǒng)中，斷網(wǎng)期間的焊接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)通信接口的SD卡中，重新與服務(wù)器建立連接后，將斷網(wǎng)期間的數(shù)據(jù)重發(fā)到服務(wù)器，以保證焊接數(shù)據(jù)的完整。由于SD卡不適合在工業(yè)場合使用，在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場的故障率較高，所以在i Weld4.0系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信接口中設(shè)計(jì)了基于Flash存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，與SD卡緩存數(shù)據(jù)的方式相比大大降低了存儲(chǔ)過程的可靠性。

第四，支持焊工工號、焊縫編號的統(tǒng)一管理。在焊接信息化生產(chǎn)過程中，如何將焊接參數(shù)、焊接設(shè)備、操作人員、焊縫編號進(jìn)行全局管控是一個(gè)必然要面臨的問題，i Weld4.0為用戶提供了多種信息錄入方式，包括插拔式I C卡、條碼掃描、感應(yīng)式刷卡及終端機(jī)錄入等，根據(jù)不同行業(yè)用戶的企業(yè)自身?xiàng)l件，為用戶推薦最適合其推廣的一套工藝、設(shè)備、人員及焊縫的管理方法，實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)據(jù)的多維度統(tǒng)計(jì)與分析。

第五，支持氣體、焊件溫度及變形量等數(shù)據(jù)的采集。在自動(dòng)化焊接領(lǐng)域，用戶對焊接過程的氣體、工件溫度及變形量等參數(shù)比較關(guān)心，通過加裝數(shù)字化氣體流量計(jì)、溫度傳感器、激光測距傳感器等，將焊接過程中的實(shí)時(shí)氣體流量、工件溫度、工件變形量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與記錄。這些因素對焊接質(zhì)量的影響比較重要，i Weld4.0能夠在這方面為用戶帶來可靠的數(shù)據(jù)支撐，有效保障了焊接質(zhì)量。

圖 3 i Weld系統(tǒng)架構(gòu)

3. 軟件功能架構(gòu)

i Weld4.0按功能模塊劃分如下：工藝管理模塊、生產(chǎn)管理模塊、成本管理模塊、設(shè)備管理模塊、品質(zhì)管理模塊、系統(tǒng)管理模塊，如圖4所示。

（1）工藝管理 工藝規(guī)范管理通過軟件對焊接設(shè)備工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定并下傳，焊接設(shè)備只能遵循下傳的工藝規(guī)范進(jìn)行焊接作業(yè)；焊接電流限定是指焊接設(shè)備的實(shí)際焊接電流與電壓只能在軟件設(shè)定的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，焊接設(shè)備根據(jù)限流參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流電壓輸出，保證焊接設(shè)備嚴(yán)格按照工藝規(guī)范約定來執(zhí)行，工藝模塊操作界面如圖5所示。通過工藝管理功能的合理應(yīng)用，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并禁止超規(guī)范焊接可能造成的品質(zhì)不良。

（2）生產(chǎn)管理 通過該模塊可實(shí)現(xiàn)對焊工信息、焊縫信息的采集與焊接設(shè)備的使能控制，采集方式包括插拔式I C卡、條碼掃描、感應(yīng)式刷卡終端機(jī)等，如圖6所示。具體實(shí)施方式取決于用戶的生產(chǎn)特點(diǎn)與對成本的要求，該模塊的使用可達(dá)成焊接生產(chǎn)過程中的人-機(jī)-件的精益管理，為用戶提供真實(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為其他資材、人事、生產(chǎn)相關(guān)管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，解決了焊接制造中的生產(chǎn)信息不共享、生產(chǎn)效率低及進(jìn)度不可控等問題。

圖4 iWeld軟件功能模塊

圖5 工藝管理界面

圖6 信息采集方式

（3）成本管理 該模塊可查詢指定焊工在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的焊接時(shí)間、工作時(shí)間、使用效率、焊絲消耗、電能消耗、氣體消耗等數(shù)據(jù)，查詢條件可以按天查詢，也可以設(shè)定開始日期與結(jié)束日期進(jìn)行查詢，并以數(shù)據(jù)表及柱狀圖的形式體現(xiàn)，方便管理部門對工時(shí)、焊材消耗的及時(shí)把握。

（4）設(shè)備管理 該模塊對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集和監(jiān)測，采集基于時(shí)間域的設(shè)備利用狀態(tài)、設(shè)備生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)間，對設(shè)備利用效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、測評，設(shè)備運(yùn)行信息包括：設(shè)備開關(guān)機(jī)時(shí)間、設(shè)備加工起始/終止時(shí)間、設(shè)備待機(jī)時(shí)間、設(shè)備報(bào)警時(shí)間、報(bào)警序號及報(bào)警內(nèi)容、焊接設(shè)備輸出電流/電壓曲線及其他關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)。

設(shè)備出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，焊接管理系統(tǒng)彈出報(bào)警提示并將報(bào)警信息保存到數(shù)據(jù)庫中，對設(shè)備的報(bào)警日志可進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)，軟件同時(shí)彈出故障提示信息。

（5）品質(zhì)管理 該模塊根據(jù)焊接電流的分布對焊接質(zhì)量進(jìn)行初步預(yù)判與分析。包括宏觀質(zhì)量分析與微觀質(zhì)量分析，宏觀分析以圖表方式對所有焊機(jī)進(jìn)行評定，定位可能存在焊接質(zhì)量的焊機(jī)；微觀質(zhì)量分析以圖表方式對特定焊機(jī)的所有焊縫進(jìn)行評定。對于焊縫來說，焊接電流超規(guī)范比例、超規(guī)范累計(jì)時(shí)間、波動(dòng)系數(shù)是用戶較關(guān)心的數(shù)據(jù)，根據(jù)上述參數(shù)定位可能存在焊接質(zhì)量的焊縫。

4. 結(jié)語

本文介紹了唐山松下第四代信息化焊接管理系統(tǒng)i Weld4.0的主要技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用功能，i Weld4.0更加關(guān)注從工藝設(shè)計(jì)、焊接制造、質(zhì)量跟蹤等全面信息的數(shù)據(jù)整合，多元的數(shù)據(jù)接口能夠與企業(yè)的辦公系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)迅速集成，為用戶打通設(shè)計(jì)-執(zhí)行-跟蹤的“信息孤島”，在保障焊接質(zhì)量的前提下提升企業(yè)管理效率、降低管理成本。使越來越多的焊接行業(yè)用戶從傳統(tǒng)焊接制造管理模式向信息化、精益化管理方向邁進(jìn)。

[1] 蘇憲東．焊接數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控[J]. 電焊機(jī)，2011，41(3)：20-23．

[2] 蘇憲東，王偉，劉金龍. 第三代焊接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[J]．金屬加工，2011（22）：26-27．