焊接過程網絡化管理系統

劉江凱

（四機賽瓦石油鉆采設備有限公司，荊州 434100）

隨著網絡技術的不斷發展，物聯網在工業領域的應用越來越廣泛，促使傳統工業不斷向智能制造轉型。其中，比較典型的應用是通過生產過程的實時參數采集、設備監控、工位能力確認以及過程檢測，實現生產過程的智能監控、智能診斷、智能排產以及質量控制過程的自動記錄。

目前，石油裝備制造業很多屬于離散型生產企業，且部分企業焊接人員的能力參差不齊，導致焊工對工藝執行存在偏差，從而嚴重影響焊接質量。本研究在四機賽瓦石油鉆采設備有限公司構建了焊機數據控制總線，基于焊機設備的智能化改造以及與公司ERP 系統的有效集成，實現了焊接過程的信息化管理、焊接參數的自動記錄、焊接偏差的實時預警以及產能計算等，從而有效了提高焊接過程的質量控制和生產的合理安排。

1 系統概述

通過對普通焊機和智能焊機的組網，可實現班組與班組、焊機與焊機以及焊機與人之間的通信。車間調度人員可根據工位能力，從ERP 系統中導出工單并下發到焊工。焊工根據焊接工程師在系統中設置的焊接工藝參數實施焊接，同時實時采集焊接參數，并進行超規范報警[1]。焊接完成后由檢驗員進行焊縫無損檢測，而系統在所有工序完成并經檢驗合格后，根據需要制作完工數據報表。該系統支持焊機狀態管理、焊工管理以及工藝規程管理等多種管理模式。

2 系統網絡結構

系統網絡結構如圖1 所示。其中，Web 應用服務器采用Tomcat 應用服務器，用于系統程序的部署。數據庫服務器主要安裝數據庫管理軟件，用于存儲系統數據。文件服務器主要用于存放系統中上傳的附件。上述3 個服務器可以按照硬件服務器性能獨立部署，也可以進行合并，如應用服務器和文件服務器合并為一個服務器。用戶電腦可以通過IE 瀏覽器訪問系統。無線路由器采用IEEE 802.11b 標準，使用2.4GHz 頻段，傳輸速度為11Mb/s，且信號為球面信號。由于連接焊接設備的網絡屬于工控網，因此根據網絡安全管理要求，工控網應與辦公網絡進行隔離，以確保工控網的安全和聯網設備的安全。

3 系統采集模塊

對于手工數字焊機，基于通信協議，通過特定的指令與焊機進行數據交互，解析從焊機獲取的數據后獲得相關焊機參數，并將數據通過網絡提交給服務器。服務器端可輸入相關焊機的設定參數，通過通信協議的直接轉換實現遠程參數的設定[2]。每臺焊機連接一個焊機參數采集器和一支氣體流量傳感器（適用于氣體保護焊機），用于采集焊機啟停機時間以及運行時的電壓、電流和氣體流量等關鍵數據[3]。焊接速度可通過設置焊縫的實際長度和采集的實際焊接時間進行計算獲得。此外，設置溫度參數接口時，可以接入溫度傳感器或手動輸入焊接實際溫度。該系統可以連接普通焊機、各類協議開放的數字化智能焊機以及焊接機器人。

4 系統軟件運行環境

圖1 系統網絡結構

數據庫服務器采用MySQL 軟件，SQL Server 2008 或以上版本；應用服務器采用Tomcat6.0.14+Apache 軟件；文件服務器采用Offices 2010 或以上版本系列軟件；開發語言采用Java 軟件、JSP 軟件或ExtJS 軟件；服務器操作系統采用Windows Server 2008 或以上版本；PC 端操作系統采用Windows 7 或以上版本；瀏覽器采用IE 10 或以上版本。

5 系統主要功能

5.1 焊接工藝規程管理

通過授權焊接工藝人員，維護各類焊接工藝規程。具體的工藝參數包括電流、電壓、焊接速度、焊前溫度以及氣體流量的上下限值。此外，對每條焊接工藝規程進行編號識別。對于具體需要焊接的產品可能包含多個工藝規程，可由焊接工藝人員在系統中植入焊接工藝路線，識別并調取相應的工藝規程編號。

5.2 設備管理

基于焊機的組網，生產部門可獲取車間所有設備的實際工作狀況。通過看板了解各臺設備的工作效率、當前開停狀況、歷史工作時間、故障狀況、焊機氣體及焊絲消耗、焊接成本以及班組業績等，從而實現焊機的全局監控與管理。焊接狀態監控的實時界面，如圖2 所示。

圖2 焊接狀態監控的實時界面

5.3 產能分配

焊接管理系統與公司ERP 系統集成，可使生產管理人員從ERP 系統中導出工單信息到焊接管理系統，并根據當前焊機工作狀況進行產能分工。工單包含具體需要焊接的產品信息。焊接人員可在本地操作屏上打開工作日志瀏覽自己的工作安排，由焊工設置焊機綁定后即可實施焊接。該系統還可提供工單管理看板，使生產管理人員了解當前的工單執行情況。

5.4 質量管理

焊接實際參數超過規范時會產生潛在質量風險，如未熔合和咬邊等缺陷可能會影響成形或機械性能。針對每道焊縫進行編號管理，作業人員可結合工藝卡在終端上的指示及引導，按焊接順序要求依次進行焊縫作業，且每道焊縫與工藝規程編號對應。焊工焊完一個工藝規程后，在觸控終端上按下操作結束按鈕，即可自動進入下道工序的準備中[4]。

焊接參數超過規范時會以聲或光進行報警，提醒焊工已超規范并進行糾偏。為方便質量現場巡視人員對焊接過程進行抽查與監控，觸控終端在焊接過程中以三維圖形著色顯示正在焊接的焊縫，以方便巡視人員進行符合性抽查，如圖3 所示。

圖3 焊縫的著色顯示

單項焊接參數超過公差意味著可能存在焊縫質量問題。由于焊接質量控制實際上是控制焊接線能量，因此對于單項參數超過公差的情況，系統會自動計算焊接線能量。當某項焊接參數超過公差時，通過與工藝評定的線能量范圍的比對來評估焊縫質量。

5.5 焊工管理

系統焊工管理模板能錄入焊工的資質，包括經評估的焊接方法、證書評估日期以及下次評估時間。焊接工藝中設置焊工資質后，可自動尋找合適資質的焊工[5]。焊工的工位可以固定，也可以根據需要使用不同工位的焊機進行綁定后實施機動工作。焊工與焊機的隨機綁定，如圖4 所示。此外，系統也可以查詢焊工的業績，包括每天的工作量，焊工對焊材、焊料和能源的消耗與產出比，以及焊工實施焊接過程中的超規范統計等。

5.6 統計分析

焊接過程網絡化管理系統具有靈活的數據統計功能，可使員工在管理看板上瀏覽所需要的數據，自動生成各種報告或圖表，以滿足不同角色管理人員的個性化要求，并可對設備的實時狀態進行圖形化展現，如圖5 所示。此外，管理人員能夠直觀了解焊接車間的工作效率，發現進度瓶頸，從而提出針對性的解決方案。

圖4 焊工與焊機的隨機綁定

圖5 焊接參數的圖形化展現

5.7 管理看板

系統的看板功能可顯示設備完好率、設備利用率、超規范次數以及焊材與焊料消耗等多種統計數據。顯示的時間段可自由選擇，并支持車間大屏顯示。

6 結語

基于石油裝備制造行業離散化生產特點以及用戶對產品交期和質量的高要求，焊接過程網絡化管理是焊接工廠未來發展的趨勢。在四機賽瓦石油鉆采設備有限公司搭建此系統，成功實現了焊接過程的網絡化和信息化管理，并取得了以下成果：

（1）通過焊機組網實現了各焊機實時運行狀態的可視化管理，有效提高了焊機運行效率，優化了產能配置，并實現了精準施策；

（2）設備管理信息化，使故障維修得到及時響應，有效保障了生產力；

（3）種類繁多的工藝文件能做到標準化處置，且版本得到了有效控制；

（4）焊接人員只需按電腦提示順序實施焊接，避免了工藝文件規定與執行層出現“兩張皮”的現象；

（5）極大地提升了質量管理水平，且焊接參數實時再現，改變了手工記錄不方便和不準確的現狀，為質量追溯和問題分析提供了客觀的數據支撐。