自動(dòng)焊接設(shè)備故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐 東 劉典勇 黃海艇

（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心（上海）有限公司，上海200000）

智能化時(shí)代的到來在一定程度上促進(jìn)了信息技術(shù)的革新，自動(dòng)焊接技術(shù)作為目前工業(yè)化企業(yè)應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，在提升設(shè)備焊接效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，基于市場(chǎng)對(duì)機(jī)械制造行業(yè)重視程度的提升，提供了焊接設(shè)備發(fā)展廣闊的空間[1]。在現(xiàn)代化生產(chǎn)背景下，焊接流程智能化與自動(dòng)化是設(shè)備發(fā)展的必經(jīng)之路。結(jié)合對(duì)焊接設(shè)備的研究，其中包含的主要元部件有：設(shè)備電源，配套安裝控制器端口，利用焊接工藝與設(shè)備空間布置匹配；焊接速度調(diào)控裝置，針對(duì)送絲精確度較高的設(shè)備，增設(shè)速度反饋裝置；終端控制設(shè)備，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，調(diào)整焊接參數(shù)、控制回轉(zhuǎn)設(shè)備，必要時(shí)提供故障診斷及人機(jī)交互功能。自動(dòng)焊接設(shè)備在運(yùn)行期間，終端控制設(shè)備由于受到外界干擾因素的影響，焊接控制部分極易出現(xiàn)故障。若無法在現(xiàn)場(chǎng)快速且精準(zhǔn)地定位故障點(diǎn)，即會(huì)造成設(shè)備的連鎖故障，影響焊接工作的質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于設(shè)備焊接延誤導(dǎo)致工程延期，造成經(jīng)濟(jì)損失。盡管目前市場(chǎng)內(nèi)針對(duì)自動(dòng)焊接設(shè)備故障診斷的方法有很多，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在定位故障點(diǎn)精準(zhǔn)度較低等問題[2]。針對(duì)上述存在的問題，結(jié)合自動(dòng)焊接設(shè)備在工業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文將基于自動(dòng)焊接設(shè)備傳統(tǒng)故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，開展方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 自動(dòng)焊接設(shè)備故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 建立在線故障監(jiān)測(cè)優(yōu)化函數(shù)

提出一類組合函數(shù)，定義函數(shù)中核參數(shù)作為設(shè)備故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)的優(yōu)化變量，預(yù)測(cè)設(shè)備正常運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)，將預(yù)測(cè)目標(biāo)值作為函數(shù)建立的關(guān)鍵指標(biāo)，結(jié)合引力搜索方式，選擇與函數(shù)自適應(yīng)的故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制。引入PVM 故障監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)模型，提升設(shè)備故障的預(yù)測(cè)性能，結(jié)合高斯函數(shù)在工業(yè)市場(chǎng)中的應(yīng)用，以建立多項(xiàng)式方式建立函數(shù)全局核變量，構(gòu)造組合式在線故障監(jiān)測(cè)優(yōu)化函數(shù)[3]。表達(dá)式如下所示。

1.2 故障空間序列重構(gòu)

基于上述建立的在線故障監(jiān)測(cè)優(yōu)化函數(shù)，結(jié)合函數(shù)獲取的數(shù)據(jù)值，下述將整合設(shè)備在線運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，采用時(shí)間排列的方式對(duì)設(shè)備故障實(shí)施空間序列重構(gòu)，確定設(shè)備最佳延時(shí)時(shí)間，提供監(jiān)測(cè)優(yōu)化的故障嵌入維度，明確故障監(jiān)測(cè)周期[5]。引入優(yōu)化檢索模型，劃分最佳時(shí)延t 與故障維度f，用于確保故障數(shù)據(jù)的獲取變量值。設(shè)定自動(dòng)焊接設(shè)備中工作基數(shù)為M，則設(shè)備故障運(yùn)行狀態(tài)下的關(guān)聯(lián)積分表達(dá)如下。

公式中：C 表示為故障積分，也稱設(shè)備故障狀態(tài)空間序列；m表示為自動(dòng)焊接設(shè)備安裝序列；N 表示為空間中故障點(diǎn)發(fā)生序列；r 表示為自動(dòng)焊接設(shè)備工作序列；t 表示為焊接時(shí)間序列；M表示為自動(dòng)焊接設(shè)備外直徑；sM 表示為自動(dòng)焊接設(shè)備內(nèi)直接；θ 表示為焊接角度參數(shù)；d 表示為設(shè)備工作度量值，通常情況下以常數(shù)系數(shù)表達(dá)。設(shè)定故障第一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，以半徑r 為故障發(fā)生點(diǎn)圓心作圓，取所有值中局部最小點(diǎn)，結(jié)合設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)，做出空間排布的合理安排[6]。

1.3 故障結(jié)果數(shù)據(jù)優(yōu)化

基于上述對(duì)故障空間序列的重構(gòu)，下述將采用分批評(píng)估的方式，對(duì)終端輸出故障結(jié)果實(shí)施數(shù)據(jù)整合，確保故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性[7]。故障數(shù)據(jù)優(yōu)化流程如圖1 所示。

圖1 故障結(jié)果數(shù)據(jù)優(yōu)化流程

根據(jù)上述圖1 中表述信息，將故障點(diǎn)狀態(tài)以“1”、“2”等數(shù)字形式輸出，引入云平臺(tái)技術(shù)，將故障評(píng)估優(yōu)化分為設(shè)備層故障結(jié)果優(yōu)化及應(yīng)用層故障結(jié)果優(yōu)化。劃分設(shè)備層數(shù)據(jù)為設(shè)備屬性

與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，整合風(fēng)險(xiǎn)收益數(shù)據(jù)，得出終端故障數(shù)據(jù)，完成故障結(jié)果的優(yōu)化，輸出最終故障數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位自動(dòng)焊接設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的故障點(diǎn)，分析設(shè)備出現(xiàn)故障的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)化。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

提出仿真實(shí)驗(yàn)，以市場(chǎng)內(nèi)某自動(dòng)焊接設(shè)備為此次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，基于實(shí)驗(yàn)環(huán)境及條件受到外界環(huán)境因素的抑制，因此實(shí)驗(yàn)僅設(shè)置10 種故障，且設(shè)置故障可在相同機(jī)器上同時(shí)發(fā)生。故障設(shè)置如表1 所示。

結(jié)合表1 中表述信息，將自動(dòng)焊接設(shè)備按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安裝在實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上，分別對(duì)其實(shí)施無故障操作及堆積故障操作。為提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化程度，忽略其它影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素。先采用傳統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)方法對(duì)模擬的設(shè)備故障實(shí)施動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，定位設(shè)備出現(xiàn)故障的故障點(diǎn)，分析故障表達(dá)方式，獲取5 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出終端實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定義該組為此次實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組。在采用本文優(yōu)化后的故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法實(shí)施相同步驟的操作，定義該組為實(shí)驗(yàn)組。監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)記錄方式參考設(shè)備輸入電壓與在線測(cè)量反饋電位計(jì)信號(hào)記錄方式。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄方式表達(dá)為：（監(jiān)測(cè)故障點(diǎn)數(shù)量；監(jiān)測(cè)故障類型；故障表達(dá)方式；故障終端平均輸出值；設(shè)備可自動(dòng)調(diào)整故障點(diǎn)數(shù)量）。故障監(jiān)測(cè)過程中，設(shè)置故障樣本采集周期為35s，每7s 采集150個(gè)數(shù)據(jù)集，采用多次獲取數(shù)據(jù)取平均值的方式，分析故障點(diǎn)在設(shè)備中的權(quán)重。

表1 自動(dòng)焊接設(shè)備故障設(shè)置

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)表2 中表述數(shù)據(jù)及上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)流程，可得出如下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相比傳統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)化后的故障監(jiān)測(cè)方法可提高故障點(diǎn)的識(shí)別數(shù)量，進(jìn)而為故障類型判別提供數(shù)據(jù)支撐，以此可清楚地分辨設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下的故障表達(dá)方式，更具備市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值，因此，應(yīng)加大該方法在自動(dòng)焊接設(shè)備故障監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，提升設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性，進(jìn)而提高設(shè)備的工作效率及質(zhì)量，為工業(yè)化行業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)化的技術(shù)支撐。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比/個(gè)

結(jié)束語

由于自動(dòng)焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此運(yùn)行中出現(xiàn)故障的原因較多，針對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的故障若不及時(shí)進(jìn)行排查或處理，極易導(dǎo)致工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的延誤。以此，基于早期故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的條件下，本文從3 個(gè)方面，開展了其方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)。并采用設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，模擬設(shè)備故障點(diǎn)的方式，驗(yàn)證了優(yōu)化后的故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中可提升故障點(diǎn)的識(shí)別數(shù)量，提升設(shè)備運(yùn)行中的安全。盡管本文研究在應(yīng)用中已取得一定的成績(jī)，但在后期的發(fā)展中，將從故障管理層面分析問題，搭建多元功能數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，用于存儲(chǔ)多種形式故障數(shù)據(jù)，以便設(shè)備出現(xiàn)相同故障時(shí)可在最短時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，提高設(shè)備的可持續(xù)運(yùn)行能力，為工業(yè)行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。