中国能源建设集团西北电力建设工程有限公司 陕西西安 710000
摘要：焊接技术作为工业中应用最广的工艺之一，目前面临着焊接参数选择依靠经验，焊接过程管控难，焊接质量与工艺参数的匹配性难以追溯等困难。作为一种重要的工业生产工艺，将先进的信息技术植入到焊接自动化领域，使自动化焊接设备内部、设备之间以及设备与管理系统之间形成有效信息交互网路就显得十分重要。
关键词：数字化焊接；焊接系统；系统集成
引言：
数字技术的融合必将进一步促进制造业的发展。所谓数字技术，是指以计算机软件和硬件为主要技术手段，基于信息科学的理论方法，如信息的离散表示，传输，处理，存储和执行等的综合技术。在此基础上，发展了数字焊接技术，并将数字处理和微机控制的基本功能，如数值运算，数值分析，实时控制等，融合到焊接过程和焊接过程中，实现了数字化焊接。数字焊接技术的应用和推广将有助于提高焊接过程的稳定性和焊接质量，并有效地控制飞溅的产生。通过将视觉技术，人工智能技术等新领域与机器人技术进一步融合，焊接技术将不可避免地朝着实现焊接工艺数字化和焊接质量智能化的方向发展，以实现更好的灵活性和监控效果。
1焊接数据库及整体目标
1.1数据库
当前，诸如热处理数据库和压力成型数据库之类的数据库技术在设备制造领域中的应用已经相对成熟。通过建立相应的数据库，可以科学地对相关领域中的数据信息进行分类和管理，并且可以进行有效地查询。从20世纪初开始，日本，欧洲和其他国家/地区开始收集和汇总焊接数据并建立焊接数据库。焊接数据库与其他数据库一样，具有数据库本身的一些特征，在配置方面可以分为三个主要组件：前端人机界面，后端数据库，后端管理系统；覆盖数据可大致分为焊接过程和焊接。平台应用数据库，焊接材料数据库，个体企业建立焊接设备管理数据库，焊接生产技术数据库和焊接工人文件管理数据库。通常，现有的一般焊接数据库可以分为焊接基本数据库和焊接CAPP系统[1]。焊接基础数据库包含焊接过程的基础数据，例如焊接基础材料，焊接基础材料，焊接设备，焊接过程参数以及一般焊接标准和规范，而焊接CAPP系统主要管理焊接前过程文件。通过焊接数据库，方便用户快速查询焊接相关数据，然后设计焊接工艺，大大提高工作效率和焊接质量，为焊接专家系统提供基础，实现焊接生产过程的数字化管理。
1.2总体目标
创新团队通过前期研究制定了项目的总体目标：将车间全部焊接设备实现互联互通，在焊接过程中主要焊接工艺参数全部可提取，焊接过程稳定性、焊接质量能够智能评价；焊接工艺自动设计，能自动批处理输出焊接工艺卡、工艺指导书、工艺评定报告等，具有维护方便、界面友好等特点；通过扫码枪扫描工艺卡片、工艺参数表二维码，分别获取加工零件信息、焊接参数信息，并将工艺参数自动下达到焊接设备，实现焊接过程参数可控化管理；采用数字和波形显示实时传感电流、弧压、焊速等工艺参数，实现全程可追溯，能提取和存储任意时段工艺参数平均值、有效值、均方根、短路时间和次数、断路时间和次数、燃弧时间、工时、材料消耗等数据，并能提供相关报表；所有焊缝质量可全程追溯，依据实时传感的工艺参数、结合已有的数据库，离线进行焊接过程稳定性、焊接工艺吻合度等质量的评价；机械手自动焊焊机熔池视觉系统，实现焊接过程熔池变化的实时监控。
2数字化焊接系统关键技术及实现过程
2.1焊接物联网络与工艺传感
焊接监控评价软件模块应实现对联网焊机的实时监控，记录的内容包括：焊接电流、弧压、焊机工作状态、预置焊接工艺参数、送丝速度、使用气体、焊丝材质、焊丝直径、开关时间、焊接时间、焊工姓名、焊机型号、实时波形图等参数。
2.2质量评价与管理
软件通过数据处理，提取焊接电流、弧压的瞬态波形和动态特征参数，对焊接质量进行初步预判与分析。结合焊接工艺计算机辅助设计（WCAPP），给出焊接工艺参数与要求的工艺的吻合程度评价；依据提取的动态和瞬态特征参数，评价过程稳定性、缺陷产生概率等质量要素；依据同步传感的信息定位可能存在的焊缝、质量欠缺（或可能存在缺陷）的具体位置以及焊接该焊缝的焊机，给出焊接电流超规范比例、超规范累计时间、波动系数等数据以及其他质量特征分析评价数据，可离线输出评价报告[2]。
2.3焊接工艺任务自动下达
焊接工艺任务自动下达模块能够实现软件对焊接设备工艺参数进行设定并下传，焊接设备遵循下传的工艺规范进行焊接作业。焊接设备根据限流参数动态调节电流电压输出，保证焊接设备严格按照工艺规范约定来执行。
2.4数字化焊接车间生产管理
数字化焊接车间生产管理具体包括生产管理、成本管理和焊机管理等方面。生产管理模块应实现对焊工信息、焊缝信息的采集与焊接设备的使能控制，采集方式包括插拔式IC卡、条码扫描、感应式刷卡终端机等。系统会自动记录下工件编号并调用相应的焊接工艺参数。通过查询功能，可以查询到什么时间、哪个焊工使用哪台焊机焊接了什么工件，把焊工、电焊机、工件统一管理起来，使生产管理具有可追溯性。对于焊接成本管理模块而言，能够查询指定焊工相关数据，包括其在特定时间内的工作时间、焊丝以及电能方面的消耗等数据，而查询条件能够根据天来进行，也能够设定开始以及截止日期来完成，且通过数据表、柱状图等形式来加以呈现，方便管理部门对工时、焊材消耗的及时把握[3]。焊机管理模块对设备运行状态进行采集和监测，采集基于时间域的设备利用状态、设备生产活动时间，对设备利用效率进行统计、分析、测评。当设备产生了相关的故障报警的时候，该焊接管理系统就会弹出一个报警提示，且把报警信息及时地保存至数据库里面，针对于设备报警日志而言，可以通过相关手段完成查询统计，而软件同时会弹出故障方面的提示信息。所有的焊机参数以及焊接过程的宏观、微观图像，均可通过总监控室大屏幕进行检测。
2.5焊接工艺管理
通过多种应用软件集成，实现各类焊接文档管理规范化，以及焊接工艺设计、焊接任务规划和焊接制造过程参数的采集自动化等目标。由不同部门开发相应的应用软件[4]。其中，工艺部门开发焊接工艺设计软件，生产车间设计焊接任务规划软件，焊接工位开发焊接使能及焊接过程的参数采集软件。3个软件以企业局域网为支撑，以共享数据库方式实现软件之间的数据集成及应用软件间的互联互通。
结束语
上所述，创新团队将传统焊接技术与数字化、智能化技术相结合，开辟了一条传统工艺与数字化结合的创新之路，达到了降低焊接成本、提升焊接质量的目标。目前已完成了对焊机控制及传感系统改造，并将所有焊机集成焊接系统物联网；建立了智能化焊接参数设计系统，并将其与产品数据管理（PDM）系统集成，可直接向规程编制人员推荐参数，实现焊接工艺参数设计标准化管理。后期将继续开展智能化焊接技术研究，实现对焊接前、焊接中、焊接后的各项工作的有效管理。
参考文献：
[1]钮会武.大型船舶分段焊接数字化车间总体架构研究及试验验证[J].现代信息科技，2019，3（24）：165-167+170.
[2]胡晓兵，田昆，霍云亮，邓希.多焊接件大型装配体的数字化设计研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019（03）：27-32.
[3]张少林，景奉水，芦虎武，王硕.基于智能机器人的数字化柔性汽车托架焊接工作站设计[J].机器人技术与应用，2017（05）：32-35.
[4]黄强.技工院校焊接专业数字化管理系统的开发与应用[J].职业，2017（13）：79-80.