焊接过程网络化管理系统

刘江凯

（四机赛瓦石油钻采设备有限公司，荆州 434100）

随着网络技术的不断发展，物联网在工业领域的应用越来越广泛，促使传统工业不断向智能制造转型。其中，比较典型的应用是通过生产过程的实时参数采集、设备监控、工位能力确认以及过程检测，实现生产过程的智能监控、智能诊断、智能排产以及质量控制过程的自动记录。

目前，石油装备制造业很多属于离散型生产企业，且部分企业焊接人员的能力参差不齐，导致焊工对工艺执行存在偏差，从而严重影响焊接质量。本研究在四机赛瓦石油钻采设备有限公司构建了焊机数据控制总线，基于焊机设备的智能化改造以及与公司ERP 系统的有效集成，实现了焊接过程的信息化管理、焊接参数的自动记录、焊接偏差的实时预警以及产能计算等，从而有效了提高焊接过程的质量控制和生产的合理安排。

1 系统概述

通过对普通焊机和智能焊机的组网，可实现班组与班组、焊机与焊机以及焊机与人之间的通信。车间调度人员可根据工位能力，从ERP 系统中导出工单并下发到焊工。焊工根据焊接工程师在系统中设置的焊接工艺参数实施焊接，同时实时采集焊接参数，并进行超规范报警[1]。焊接完成后由检验员进行焊缝无损检测，而系统在所有工序完成并经检验合格后，根据需要制作完工数据报表。该系统支持焊机状态管理、焊工管理以及工艺规程管理等多种管理模式。

2 系统网络结构

系统网络结构如图1 所示。其中，Web 应用服务器采用Tomcat 应用服务器，用于系统程序的部署。数据库服务器主要安装数据库管理软件，用于存储系统数据。文件服务器主要用于存放系统中上传的附件。上述3 个服务器可以按照硬件服务器性能独立部署，也可以进行合并，如应用服务器和文件服务器合并为一个服务器。用户电脑可以通过IE 浏览器访问系统。无线路由器采用IEEE 802.11b 标准，使用2.4GHz 频段，传输速度为11Mb/s，且信号为球面信号。由于连接焊接设备的网络属于工控网，因此根据网络安全管理要求，工控网应与办公网络进行隔离，以确保工控网的安全和联网设备的安全。

3 系统采集模块

对于手工数字焊机，基于通信协议，通过特定的指令与焊机进行数据交互，解析从焊机获取的数据后获得相关焊机参数，并将数据通过网络提交给服务器。服务器端可输入相关焊机的设定参数，通过通信协议的直接转换实现远程参数的设定[2]。每台焊机连接一个焊机参数采集器和一支气体流量传感器（适用于气体保护焊机），用于采集焊机启停机时间以及运行时的电压、电流和气体流量等关键数据[3]。焊接速度可通过设置焊缝的实际长度和采集的实际焊接时间进行计算获得。此外，设置温度参数接口时，可以接入温度传感器或手动输入焊接实际温度。该系统可以连接普通焊机、各类协议开放的数字化智能焊机以及焊接机器人。

4 系统软件运行环境

图1 系统网络结构

数据库服务器采用MySQL 软件，SQL Server 2008 或以上版本；应用服务器采用Tomcat6.0.14+Apache 软件；文件服务器采用Offices 2010 或以上版本系列软件；开发语言采用Java 软件、JSP 软件或ExtJS 软件；服务器操作系统采用Windows Server 2008 或以上版本；PC 端操作系统采用Windows 7 或以上版本；浏览器采用IE 10 或以上版本。

5 系统主要功能

5.1 焊接工艺规程管理

通过授权焊接工艺人员，维护各类焊接工艺规程。具体的工艺参数包括电流、电压、焊接速度、焊前温度以及气体流量的上下限值。此外，对每条焊接工艺规程进行编号识别。对于具体需要焊接的产品可能包含多个工艺规程，可由焊接工艺人员在系统中植入焊接工艺路线，识别并调取相应的工艺规程编号。

5.2 设备管理

基于焊机的组网，生产部门可获取车间所有设备的实际工作状况。通过看板了解各台设备的工作效率、当前开停状况、历史工作时间、故障状况、焊机气体及焊丝消耗、焊接成本以及班组业绩等，从而实现焊机的全局监控与管理。焊接状态监控的实时界面，如图2 所示。

图2 焊接状态监控的实时界面

5.3 产能分配

焊接管理系统与公司ERP 系统集成，可使生产管理人员从ERP 系统中导出工单信息到焊接管理系统，并根据当前焊机工作状况进行产能分工。工单包含具体需要焊接的产品信息。焊接人员可在本地操作屏上打开工作日志浏览自己的工作安排，由焊工设置焊机绑定后即可实施焊接。该系统还可提供工单管理看板，使生产管理人员了解当前的工单执行情况。

5.4 质量管理

焊接实际参数超过规范时会产生潜在质量风险，如未熔合和咬边等缺陷可能会影响成形或机械性能。针对每道焊缝进行编号管理，作业人员可结合工艺卡在终端上的指示及引导，按焊接顺序要求依次进行焊缝作业，且每道焊缝与工艺规程编号对应。焊工焊完一个工艺规程后，在触控终端上按下操作结束按钮，即可自动进入下道工序的准备中[4]。

焊接参数超过规范时会以声或光进行报警，提醒焊工已超规范并进行纠偏。为方便质量现场巡视人员对焊接过程进行抽查与监控，触控终端在焊接过程中以三维图形着色显示正在焊接的焊缝，以方便巡视人员进行符合性抽查，如图3 所示。

图3 焊缝的着色显示

单项焊接参数超过公差意味着可能存在焊缝质量问题。由于焊接质量控制实际上是控制焊接线能量，因此对于单项参数超过公差的情况，系统会自动计算焊接线能量。当某项焊接参数超过公差时，通过与工艺评定的线能量范围的比对来评估焊缝质量。

5.5 焊工管理

系统焊工管理模板能录入焊工的资质，包括经评估的焊接方法、证书评估日期以及下次评估时间。焊接工艺中设置焊工资质后，可自动寻找合适资质的焊工[5]。焊工的工位可以固定，也可以根据需要使用不同工位的焊机进行绑定后实施机动工作。焊工与焊机的随机绑定，如图4 所示。此外，系统也可以查询焊工的业绩，包括每天的工作量，焊工对焊材、焊料和能源的消耗与产出比，以及焊工实施焊接过程中的超规范统计等。

5.6 统计分析

焊接过程网络化管理系统具有灵活的数据统计功能，可使员工在管理看板上浏览所需要的数据，自动生成各种报告或图表，以满足不同角色管理人员的个性化要求，并可对设备的实时状态进行图形化展现，如图5 所示。此外，管理人员能够直观了解焊接车间的工作效率，发现进度瓶颈，从而提出针对性的解决方案。

图4 焊工与焊机的随机绑定

图5 焊接参数的图形化展现

5.7 管理看板

系统的看板功能可显示设备完好率、设备利用率、超规范次数以及焊材与焊料消耗等多种统计数据。显示的时间段可自由选择，并支持车间大屏显示。

6 结语

基于石油装备制造行业离散化生产特点以及用户对产品交期和质量的高要求，焊接过程网络化管理是焊接工厂未来发展的趋势。在四机赛瓦石油钻采设备有限公司搭建此系统，成功实现了焊接过程的网络化和信息化管理，并取得了以下成果：

（1）通过焊机组网实现了各焊机实时运行状态的可视化管理，有效提高了焊机运行效率，优化了产能配置，并实现了精准施策；

（2）设备管理信息化，使故障维修得到及时响应，有效保障了生产力；

（3）种类繁多的工艺文件能做到标准化处置，且版本得到了有效控制；

（4）焊接人员只需按电脑提示顺序实施焊接，避免了工艺文件规定与执行层出现“两张皮”的现象；

（5）极大地提升了质量管理水平，且焊接参数实时再现，改变了手工记录不方便和不准确的现状，为质量追溯和问题分析提供了客观的数据支撑。