焊接数字化的引入与应用

供稿/上海佩纳沙士吉打机械有限公司 杨智 编辑/马晨

上海佩纳沙士吉打机械有限公司作为国内专业的抓斗机械制造企业，产品的生产制造主要包括下料、冷作、焊接、机加工、喷涂、组装调试等关键工艺区域。公司在焊接、喷涂、机加工等核心场景设备智能化水平总体还是低于行业发展趋势的，大部分设备单机运转，信息系统较为陈旧，功能模块有限，生产数据无法有效采集和关联分析。

随着PLM/ERP/sMES 系统的全面实施，企业目前基本打通了设计—生产—交付—售后供应链条，构建起企业信息一体化平台，实现全过程的信息化管理。但企业不同环节间的信息联动仍不够紧密，生产系统和设备还未形成智能化的运转体系，各环节还主要依赖人工经验进行参数配置和质量判断，鲜有数据驱动的决策支持系统，亟须引入工业AI 等智能制造新技术并推进深化应用。

为实现从智能制造进一步向数字化工厂的转型升级，企业依托现有条件，尝试引入智能焊接一体机设备，建立智能焊接系统，建设数字孪生研发系统。

智能焊接系统可以使焊接过程实现闭环控制、质量过程可追溯。数字孪生系统可以大幅提升产品设计和验证效率，缩短产品上市时间。这两个系统的建设可以使企业在核心业务环节实现智能化转型，迈向数字化未来。

初步构建的焊接数字化方案

焊接过程保持稳定正确的焊接参数，有利于保证产品焊接的质量。智能焊接一体机设备能实现对焊接电流、电压、气体流量等全过程数据的智能采集，实现焊接全过程的数据监测，辅助焊工优化参数，可以有效提升焊接质量。接下来可以与sMES 系统打通，对需要追踪的工单或焊缝，实施焊接过程实时监测，有效监控焊接质量，进一步可以构建焊接质量预测模型，实现对缺陷如气孔、咬边等的精准预测，使焊接过程实现“预知维护”，防止质量问题的产生，可减少返工成本。

公司已引入的焊接智能一体机设备，包含现场智能终端、传感器等，具备高速电流、电压采集模块，与焊工现场使用的焊接设备连接，可以对焊接过程中电参数等同步高频采集，具备先进的传感技术和滤波算法，保证数据质量。

焊接智能一体机设备

设备现场安装完成以后，能够准确采集焊工焊接过程电流、电压、气体流量等数据，每秒1000 次以上；可以由焊工自定义焊接过程监测规范，可根据焊缝或工作日（整个工作日工艺规范不变）进行具体时间段的数据记录与追溯，可以追溯历史数据、超规范报警记录等。

基于现场实施采集的监测数据，通过分析可以从多方面予以分析解读：

1）焊接作业率统计与分析：焊机实际作业率偏低、利用率低。

2）焊缝时长分析：产品长直焊缝少、工件复杂多样，非标。

3）多次引弧分析统计焊接的稳定性。

现场设备采集的数据可用于未来构建焊接的数字孪生系统，以及训练深度学习模型，可以更全面反映焊接全过程，有利于建立精准的焊接数字孪生。还可以升级焊接智能一体机，配备实时AI 诊断能力。

随着应用的不断深入，可以考虑引入多模态智能焊接装备，采用机器学习和数据驱动理念，通过集成电流、电压、图像等多种传感器，实现对焊接全过程数据的智能采集，构建数字孪生系统，辅助焊工优化参数，提升焊接质量。

目前，焊接数字化的引入与应用工作还处于起步阶段，需要不断地从生产实践场景中追踪使用效果，收集实际使用可能遇到的问题，迭代优化现有应用系统，与企业信息一体化平台贯通，后续还可以从以下方面推进：

1）搭建数字孪生一体机

通过多源焊接数据构建虚拟焊接场景的数字孪生系统，预测不同焊接参数对焊接质量的影响。通过友好的可视化操作界面，焊工可以快速进行虚拟焊接试验，优化焊接方案。

2）采用先进的焊接数字孪生软件

通过收集焊接电流、电压、视频图像等多源异构数据，运用数字孪生的仿真算法，构建虚拟的三维焊接场景，可以在虚拟环境中进行焊接仿真监测；对实际焊接过程持续进行数字孪生的映射，实现焊接工艺和质量的关联分析，对出现的焊接缺陷自动判断原因，如是工艺问题、工况问题还是超规范操作导致。

配备实时AI 诊断能力的智能一体机升级

高频数采焊接多模态数据

3）搭建焊接质量预测系统

结合生产实时焊接电参数和视频图像数据，构建预测模型，实时预测焊接存在的各类质量问题，例如气孔、焊瘤、未融合等典型缺陷。把预测结果呈现在焊工操作界面，以便及时干预和闭环质量控制。

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，焊接数字化的引入与应用，还需要与信息系统和设备平台对接、磨合，构建企业的智能制造软件系统。上海佩纳沙士吉打机械有限公司作为国家专精特新小巨人企业，秉承不断创新、追求卓越的企业精神，必将在传统制造业的智能制造、转型升级之路上不断践行,实现安全、绿色、智能高质量发展。