智能焊接云管理系統開發及應用

劉金龍　柳振國　李江　閆偉男　馬曉健

摘要：智能焊接云管理系統iWeldCloud是通過焊接設備的物聯網連接，它將設備、人員、材料、工藝等數據整合到一個平臺來進行管理，為焊接行業用戶提供數據管理服務及遠程設備運維服務，其應用對管控焊接質量、提升焊接效率具有明顯的改善作用。通過設備智能化、管理智能化、服務智能化三個方面的技術開發及應用，分別從焊接設備使用企業與焊接設備制造企業兩個角度闡述了工業互聯網技術與傳統焊接產業結合應用的先進思想與應用示范。

關鍵詞：互聯網平臺;遠程服務;焊接工藝;效率提升

中圖分類號：TG408 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2303（2020）02-0045-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.02.09

0 前言

工業互聯網被認為是人類的第三次技術浪潮，它通過機器、設備的網絡互聯，結合軟件與大數據分析技術來激發生產力，創造新價值。唐山松下產業機器有限公司（以下簡稱松下）面向焊接制造行業推出了一套具有行業特點的工業互聯網平臺——智能焊接云管理系統，簡稱iWeldCloud，它通過焊接設備的物聯網連接，基于云平臺為用戶提供一種數字化管理工具，將焊接設備、人員、材料、工藝等數據整合到一個平臺來進行管理，為用戶提供設備監控、設備管理、工藝管理、生產管理等多方面的數據管理服務，更為重要的是，通過焊接設備將用戶與公司緊密連接到一個平臺，公司能精準地為客戶提供工藝指導、軟件更新、故障診斷等擴展性服務。系統框架如圖1 所示[1-5]。

1 系統特點

iWeldCloud是部署在阿里云的SaaS系統，相較于傳統的軟件產品，它是一種完全創新的軟件應用模式，焊接制造企業在無需安裝傳統軟件采購模式（購買、搭建、維護基礎設施）情況下能夠采用先進技術的較佳途徑。用戶購買焊接設備后可獲取平臺賬號，使用瀏覽器即可登錄系統的管理界面。

iWeldCloud是面向焊接制造企業的專用互聯網平臺，它具備設備連接能力、系統集成能力和數據應用能力，如圖2所示。

數據連接能力是一項基礎能力，需要解決焊接車間現場多種設備的數據采集與交互問題。焊接車間現場會產生來源于多種類型設備的運行數據，包括電焊機、機器人、由PLC作為控制器的自動化焊接工作站、具有人機交互功能的智能硬件終端、以及其他類型的加工設備及數據源。

系統集成能力表征一套信息化系統能否與其他信息化系統之間實現方便有效的數據共享。iWeldCloud具有完善的Web API接口，能夠與焊接制造企業的第三方信息化系統進行友好對接，例如焊接工藝資源系統WRP、生產執行系統MES、焊縫質量系統、BI系統以及其他業務系統，iWeldCloud通過Web API接口傳遞設備狀態、焊接參數、規范符合率、材料用量、作業者工時等數據，接收焊接工藝要求、生產計劃、工單信息、檢測質量等數據，只有焊接生產過程中的數據流傳與整合起來，才能發揮更好的改善作用。

數據應用能力能夠反映一套信息化系統的智能化程度與業務適應性。iWeldCloud系統中管理的數據包括設備數據、工藝數據、人員數據、質量數據、產品數據等，如何將這些數據通過有效的整合與智能化算法，提煉出對業務部門有價值的指導性建議，并成為業務人員愿意使用的數字化工具，是iWeldCloud開發團隊的開發目標，不同人員需要不同的管理模塊，通過對數據的有效應用與挖掘能夠幫助使用者解決實際問題。

2 系統構成

2.1 設備智能化

設備智能化屬性如圖3所示。搭載IOT模塊的焊接設備，通過移動互聯網自動傳輸設備參數到云端，通過APP可方便進行設備管理。焊接設備通過云端連接，隨時獲取豐富的焊接工藝軟件包，以滿足復雜多變的焊接要求，其功能選項可無限擴展。

焊接設備通過AI技術具備了感知、交互、自動決策的能力。例如，焊接設備與智能卡的應用可以幫助用戶建立智能化的人機協作環境，設備通過感知外部環境，自動匹配最優的工作狀態，實現焊接權限管理與工藝參數的有效管控。

2.2 管理智能化

iWeldCloud提供的各種APP可實現焊接工藝規范化管理、作業者資質管理、焊接成本管理、品質追溯與績效分析。焊接過程控制對焊接質量具有重要影響，管理者希望每個焊接工位都能嚴格執行工藝要求，以確保焊接質量的一致性，iWeldCloud能精確匹配焊接規范數據庫、焊接設備、作業者資質，有效控制焊接質量。在自動化焊接領域，系統集成商會根據用戶需求設計搭建由掃碼、搬運、焊接、檢測組成的智能焊接工作站，通過iWeldCloud的應用，可自動采集工件編號、生產節拍、焊接參數、焊縫檢測等關鍵數據，實現焊接過程的可追溯管理。

iWeldCloud系統與MES系統、焊接工藝資源WRP系統集成應用的模型如圖4所示。通過數據通道的建立，幫助焊接用戶實現從原材料、工藝設計到車間執行、數據分析等過程的縱向連接，數據孤島的打通是工廠邁向數字化與智能化的關鍵步驟。

2.3 服務智能化

iWeldCloud提供了一個焊接專家團隊與用戶進行數據共享的互動平臺，構建了基于云平臺的智能化服務體系，基于設備運轉數據的提取，以及智能化算法的應用，提供以下技術支持與指導：

（1）當焊接設備發生停機類故障時，立即發出服務流程，協助用戶進行故障排除。

（2）通過提取焊接參數特征，主動提供如引弧不良、斷弧、粘絲等焊接異常的優化建議。

（3）根據設備運轉數據，主動為用戶推送維保知識與方法，實現設備的預防性維護。

基于iWeldCloud平臺進行遠程運維服務的實際數據如圖5所示。

3 應用案例

iWeldCloud系統最重要的價值體現是提升焊接用戶現場管理水平，下面通過實際應用案例闡述iWeldCloud系統如何幫助工廠現場進行生產改善。

3.1 規范管控

某機械制造用戶原來為了確保每個焊接工位嚴格執行焊接規范，現場管理者采用將送絲機調整旋鈕上鎖的方法進行控制，既不靈活又增加了現場改造的工作量。使用iWeldCloud的工藝規范管控，一方面簡化了焊機操作，工藝人員將制定好的工藝規范直接下發到設備并鎖定，作業者可以快速調用規范參數;另一方面保證了工藝規范的可控性，無需質量監管人員現場巡視，節約了工作成本。規范管理應用如圖6所示。

3.2 作業者實名制管理

某核電設備用戶的現場焊機大多為模擬焊機，為實現人機綁定，在焊機外部增加了參數采集裝置并安裝IC讀卡器，被授權的IC卡才能啟動焊機;通過應用松下GL5全數字IoT焊機，作業者權限管理功能全部內置到設備上，通過RFID非接觸式讀卡，可確保在高粉塵環境下的穩定性，同時還可以通過iWeldCloud靈活配置作業者卡片與機器的權限關系，方便管理者準確統計和評價作業者的工時績效。RFID刷卡應用如圖7所示。

3.3 焊接產品追溯

某汽車零部件用戶在生產線上增加了掃碼槍來采集工件的二維碼，通過應用iWeldCloud，將掃碼槍采集數據與焊機相關聯，焊機可自動判斷當前采集的二維碼、是否啟動焊接，每次焊接過程均會記錄下來并存在云服務器，幫助用戶形成每個工件產品的焊接記錄，實現工件的可追溯，如圖8所示。

參考文獻：

[1] 劉金龍，李江，李海泉. 基于焊接制造協同管理的信息化平臺[J]. 金屬加工（熱加工），2016（16）：23-26.

[2] 李江，劉金龍，柳振國. 智能焊接管理系統iWeld5[J]. 金屬加工（熱加工），2016（12）：24-26.

[3] 李江，時國玉，劉金龍. 數字化與網絡化技術在高速列車焊接車間的實踐應用[J]. 電焊機，2018，48（3）：43-47.

[4] 李再興，劉金龍，遠東，等. 基于IOT的焊接設備監控系統設計[J]. 電焊機，2019，49（3）：53-56.

[5] 敬朝暉. “物聯網+人工智能”技術運用的研究[J]. 自然科學（全文版），2018（10）：197-198.