“?5G+工業互聯網?”的焊接、切割及大數據系統的推廣和應用

王兆臣，湯澎湃

摘要：淺析一例基于5G通信的焊接質量遠程監控系統。該系統可遠程實時監控多個地點的多種焊接設備的工作狀態和位置信息，獲取焊接電流、焊接電壓、送絲速度、氣體流量等多種信息，實現監控焊接過程的實時數據、焊后追溯分析、生產質量管控、生產資源管理等作業。

關鍵詞：5G+;焊接遠程聯網監控;焊接質量監控;焊接資源管理

中圖分類號：TG409? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）10-0148-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.10.25

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。5G+是新一代移動通信系統，5G與工業融合之后，逐步成為支撐工業生產的基礎設施。我國高度重視5G+與工業互聯網的融合發展，各省市也紛紛制定政策，推進5G+工業互聯網的應用落地。

文中以某汽輪機廠生產車間為例，淺析一例基于5G通信的焊接質量遠程監控系統——焊接物聯云平臺。焊接物聯網云平臺的基本特征是[1]：面向焊接制造業的數字化[2]、網絡化、智能化需求，提供海量焊接場景數據的采集、匯聚和分析，支撐焊接制造全產業鏈的資源連接、彈性供給和高效配置。通過該系統可遠程實時監控多個地點的多種焊接設備的工作狀態和位置信息，獲取焊接電流、焊接電壓、送絲速度、氣體流量等信息，實現焊接過程的實時監控、焊后追溯分析、質量監控、資源管理等作業。

1 背景陳述

某汽輪機工廠手動焊接時，焊工需要設置焊接電流和焊接電壓，有時為了趕工期或省事，會用超過標準要求的電流和電壓，此時的焊接強度會降低，且不符合標準。而目前大多數工廠采用巡檢方式對作業電流、電壓進行人工抽查，效率較低，也不能準確的反映實際情況。因此該汽輪機廠引進一套數字化焊接智能管理云平臺，該系統采用遠程監控焊機工作電流、電壓等參數，將焊接參數實時傳輸到監控平臺上，對不規范的操作進行報警，實現焊接過程的自動監測與記錄。

車間焊接設備總體布局如圖1所示。首先將車間焊接設備聯網升級，使全部的數字焊機部署在智能焊接云平臺系統上，并對接工廠ERP和MES系統，這樣各職能主管就可以實現遠程監測和管理，實時掌握設備運行狀態、設備開機率、資源消耗（焊絲、氣體、電能）等情況，實時對比焊接參數與焊接工藝，掌控車間的焊接生產狀況。

第二步，通過智能焊接云平臺系統的運行，工廠積累了大量有效的生產數據，可在智能焊接云平臺系統上實現多種統計分析報告，為企業的生產決策提供支持，構建一套完整的生產管理指揮和資源管理系統，從而逐步成為5G智能化工廠。

2 數字化焊接管理云平臺

2.1 “ 單元級 ”焊接自動化及信息網控

對車間焊機加裝電壓傳感器[3]、電流傳感器、數據采集器等數據采集設備，收集每臺焊機生產過程中的實時數據，將數據匯聚后通過5G CPE發送至云端的MQTT服務器，本地的聯網系統服務器向MQTT服務器發出請求，將焊機數據收取至本地服務器數據庫，通過“ 智能焊接平臺 ”處理，實現整個車間手動焊機的5G+數據采集、顯示和報警，并能準確定位車間里每臺焊機、每位焊工。在“ 智能焊接平臺 ”系統里可以實時顯示焊接電流、電壓、送絲速度、氣體流量等關鍵工藝數據，確保車間生產工藝有效準確地執行，實現遠程管控。

2.2 “ 車間級 ”焊接數字化

以“ 單元級 ”焊接信息網控系統為基礎，建設 “ 車間級 ”焊接數字化車間，實現工藝編制、下達、排產、派工、施焊及質量檢驗全程“ 數字化 ”流轉。此項舉措在2020疫情期間發揮重要作用，車間主管可遠程監控生產過程，全程無接觸操作執行。

生產主管將焊接工藝參數通過云平臺線上強制下發，焊工在施焊時無法隨意調節焊機的電流、電壓等參數，從而確保了焊接工藝規程要求在生產現場的準確執行。

生產主管亦可隨時線上查看車間的焊絲用量、氣體用量、電能消耗等數據，各種報表可自動生成，非常簡便，從而對整個車間（工廠）的采購與庫存進行科學合理的預測。

2.3 焊接資源管理系統

焊接資源管理系統平臺對各焊接大數據進行存儲分析，實現計算機輔助工藝設計，從而減少了繁雜的人工勞動，提高技術參數的準確度，實現管理流程化、簡潔化、準確化，流程如圖2所示。

（1）實現焊接工藝評定。

焊接工藝評定信息以結構化數據形式存儲，通過資源管理系統實現智能化搜索，如查看電子版文件、標準格式化輸出。工藝評定主頁面可顯示評定的基礎數據，并且該系統可以將“ 工藝信息 ”“ 工藝參數 ”“ 試驗結果 ”分別進行編輯。

（2）有效進行項目管理。

在資源管理系統中有完善的項目樹結構，在項目樹下可創建組件、焊縫，組件下可增加焊縫或繼續創建組件，項目組件信息可以從基本項目中采用“ 復制 ”“ 粘貼 ”輕松獲取，亦可從其他項目中引入組件下的所有焊縫信息，操作便捷，準確迅速，大大節省工作時間，提高了效率。項目管理流程如圖3所示。

（3）焊接工藝規程快速匹配。

在資源管理系統中焊接工藝規程可實現多種條件組合查詢，完成快速搜索定位，并且工藝評定的工藝信息、工藝參數可分別進行編輯，實現快速匹配。匹配時既可以多條件匹配，也可以無條件匹配，匹配條件越多，匹配結果越精準。匹配條件包括：母材厚度或直徑、焊接方法、焊縫形式、機械化程度、焊材等，同時也可對焊縫匹配WPS。

（4）智能管理焊工證書。

焊工證書實現智能高效的電子化管理，主管可快速查閱焊工證書信息，系統可建立數字焊工檔案，證書過期能提前預警。

焊工證書信息可被其他模塊調閱，主管可將焊工資質與工藝規程、工藝評定等進行關聯、匹配，從而進一步精細化管控。

系統能實現焊工鋼印號管理，為實現質量生產智能化做儲備。

2.4 獨特優勢

（1）物聯網終端方面可采集海量數據，采樣頻率達1 000 Hz，輸入接口多，支持三大數據傳輸協議（UDP，TCP，MQTT），接口協議眾多且全部開放，兼容性強。

（2）軟件方面。純BS架構，支持公有云和私有云部署，滿足絕大多數客戶對數據保護的需求，定期更新迭代，更好適應現代化生產訂單的改變，兼顧離散型制造（多批次/小批量），同時預留Web Service接口，方便與客戶原有的ERP/MES/SAP等平臺對接，解決數據孤島的痛點。同時也可以根據客戶的需求，進行二次開發。

（3）MODI智能物聯網采集終端系列產品是上海模呈自主設計研發的具有高性能、低能耗、通用的數據采集模塊，內置工控板增加網絡隔離、CAN總線隔離、485隔離，集成多個數字I/O接口。

①通用的數據接口：COAP物聯網協議、Modbus、OPC工控協議、TCP和UDP。

②智能核心算法：數據采集能力適應高頻、高精度的生產場景，多種焊接生產數據判別、分析算法。

③多種傳感器擴展：電流、電壓、溫度、氣流、送絲速度等同時接入、同步處理。

3 結論

平臺[4]的建設目標是利用物聯網技術，將焊機等生產設備接入網絡，構建基于云數據管理的網絡化物理設備系統，從而使生產設備能夠將工作信息、記錄等通過網絡物聯網平臺產生延伸價值。

MODI智能焊接資源管理系統通過信息化手段實現了焊接過程的知識積累和有效管理，大量減少繁雜的人工操作，保證知識的傳遞和復用，提高工藝和技術參數的準確度，實現管理流程化、過程簡單化，通過定義標準以及規則實現焊接工藝及焊工的自動匹配。

（1）實時掌握設備運行狀態、利用率和資源消耗（焊絲、氣體、電能）。

（2）通過實時的焊接參數與焊接工藝對比，利用聲光設備進行超規范報警，為質量檢驗提供依據。

（3）通過生產數據的運行積累，按照不同管理維度生成統計分析報告，為企業管理決策提供數據支撐。

隨著技術的不斷進步以及現代生產對高質量、高效率生產的迫切要求[5]，數字化焊接生產車間必然是未來焊接工廠的主要發展方向。而焊接物聯網云平臺作為數字化焊接生產車間的重要組成部分也將在未來發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]張蘭，齊曉雷，趙智江.焊接物聯網云平臺設計[J].電焊機，2019，49（10）：62-65.

[2]覃科.基于SDN的機器人焊接物聯網監測系統研究[J].桂林航天工業學院學報，2018，89（1）：5-11.

[3]數字化車間通用技術要求GB/T 37393-2019及數字化焊接車間信息化系統通用技術要求T/CWAN? 0024—2020 T/CEEIA 472—2020.

[4]張志鑫，張波，胡德計.智能焊接裝備物聯網的平臺研究與設計[J].中小企業管理與科技，2018（5）：182-183.

[5]蔡東紅，王旭光，楊旭東.數字化焊接車間的技術基礎與結構[J].電焊機2012，42（6）：4-11.