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摘要：目前，单轨构架焊接的智能化建设仍处薄弱阶段。在使用大规模焊接设备生产现场中，由于焊接设备生产过程数据缺失、业务流程复杂、焊接过程缺乏*息化管控等原因，造成手工焊机焊接参数不能自动下发的问题，单轨构架焊接迫切需要加强其在生产管理环节*息化建设。介绍了基于工业局域网、大数据、云平台构建的单轨构架焊接智能焊接控制系统，对单轨构架焊接车间实现平台化与网络化管理，同时解决了手工焊机焊接参数不能自动下发的问题，实现了用户单轨构架产品焊接生产过程中手工焊机焊接工艺参数的自动下发控制，提升了设备互联互通能力，提高了焊接设备的自动化和智能化水平，有助于解决焊接质量和生产效率问题。
关键词：单轨构架；焊接；智控系统；参数下发
0引言
伴随工业技术的不断升级，人民生活和社会生产所使用的产品、设备越来越多，在产品的种类、技术的创新和升级过程中，焊接技术的应用也越来越广泛[1]。传统的焊接生产方式大多由人工操作完成，对焊接过程各环节的掌控并不强，导致焊接过程中各流程之间的协调配合不到位[2-3]。改革开放以来，随着我国工业技术的飞快提升，焊接技术也得到迅猛的发展[4-5]，焊接技术也不再停留于传统的人工模式，设备物联、人机物联的趋势越来越明显，在当今*息时代，设备物联网技术、数字技术的使用可以实现焊接车辆之间的*息互联，最大限度地避免*息孤岛，节省劳动力[6-8]。单轨构架是轨道交通车辆系统转向架各部件的承载主体，承载轮对和车体的牵引、制动、横向和垂直力，因此焊接车间集成智能化是十分必要的，以逐步取代原有的低级阶段技术，持续优化车间环境。
从以往的研究来看，焊接技术已经面向智能化的发展，并且有所建树。王宇等[9]基于单片机技术设计出焊接送丝主控系统，利用Linux平台完成设备程序的驱动。张天宇等[10]将HKS智能监测系统引入高速动车组转向架自动焊接技术中，极大降低了车间工作人员劳动强度。李亚南等[11]构建了转向架构架的焊接群控系统，对所有车间进行全方位的网络管理，促进资源的合理调配与优化。田仁勇等[12]详细研究与介绍了此类群控系统如何集成与实现的问题。同样地，焊接作为单轨车辆生产制造中重要的工艺需要严格管控，在先前的研究中，已经讨论了WRP焊接资源管理系统在单轨列车焊接中的应用[13]，并且初步探索了如何利用工业互联网体系来进行单轨列车焊接管理[14]，另外，葛怀普等[15]还针对单轨构架系列产品，讨论对其进行焊接智控系统开发的问题。
然而，就当下而言，单轨构架系列产品的生产仍旧没能形成标准化的高效生产运作流程。尽管相关焊接*息化平台系统已经接入车间，但针对单轨构架焊接智控系统仍需进一步建设实施，特别是接入智能平台后还需进行人工调整焊接工艺参数的繁琐操作。基于此，本文在焊接智控系统的应用基础上，实现了用户单轨构架产品焊接生产过程中手工焊机焊接工艺参数的自动下发控制，避免了人工焊接调整焊接工艺参数的繁琐操作，推动了单轨构架焊接技术进入更深层次的自动化水平。
1焊接系统网络拓扑结构
针对目前单轨构架焊接智控系统的建设实施，需要实现与焊接车间现有焊接设备集成、车间设备物联、焊接工艺参数下发、设备数据采集、焊接质量追溯、车间生产状态综合管理等目标，在项目建设过程中，建立了一套适用于统一协调手动焊机、自动机器人焊接工作站工作的多功能、全方位的智能控制系统。
单轨构架智能焊接系统的网络架构如图1所示，采用物联网广泛使用的分层结构，自上而下分别为核心层、汇聚层和接入层。核心层采用工业以太网协议，连接焊接智能控制系统、自动焊接机器人工作站、传感器、网络摄像头和移动端设备等设备。通过高速转发通*，提供可靠的骨干传输结构。汇聚层主要连接接入层节点与核心层中心，为接入层提供数据聚合、传输、管理和分发处理，控制和限制接入层对核心层的访问，保证核心层的安全和稳定。
接入层主要实现焊接车间设备与上层的数据交互，主要包括：（1）通过车间看板大屏（或PC端），对车间生产情况、焊接过程数据全方位监控；（2）实现焊接工艺参数下发和焊接设备过程参数回传；（3）采集焊接视频*息；（4）实现生产派工管理；（5）保证现场设备焊接的可视化性和可追溯性。
2硬件组成
单轨构架焊接系统硬件组成如图2所示，具体如下。
（1）焊接模块：①自动焊机。由CLOOS机器人组成，负责执行焊接任务的自动化设备，具有高精度、高速度和高稳定性的特点。在工作站安装成套智慧焊接传感系统网关和相关传感器（包含电流传感器、电压传感器及气流量传感器）用于采集焊接电压、焊接电流及气体流量实时数据。另外，针对机器人内部程序进行了重新设计，目前可以实现焊缝编号采集。②手动焊机。采用EWM Tetrix 551与EWM Phoenix 551型焊机。在每台焊机设备各增加焊接数据下达装置（包含焊机内置数据采集网关、气体流量采集器及无线发送接收组件），网关连接在焊机的总线通*接口上，设备无需单独供电，可以通过网页远程控制和管理，模式为HTTP server模式。
（2）视觉系统：通过网络摄像头或传感器采集焊缝的位置、形状等*息，实现焊接过程的自动化。
（3）电源模块：为焊接机器人提供稳定、高效的电力输出，保证焊接质量。
（4）通*模块：考虑到用户车间内有手持PAD和手工焊接联网设备等设备的在车间内使用位置均有不确定性，通过无线/有线两种通*方式将数据上传至网络交换设备。
（5）控制系统：负责对焊接机器人进行实时监控和控制，包括运动控制、路径规划等功能，焊接机器人按照预定的运动轨迹进行焊接，实时监控焊接参数，保证焊接质量。
3软件架构
如图3所示，软件部分架构了轨道交通车辆单轨构架焊接核心数据，从基础*息库、工艺资源库、项目管理、工艺管理、生产管理、生产追溯等方面构建了较为完整的作业体系。在其标准化的作业体系基础上，加入企业特有的管理流程，部署私有云，结合公司现有的数据加密技术，确保焊接数据的云端积累和数据的安全。系统登录人员可通过接入企业内网中的任意PC机、移动终端来访问焊接群控系统服务器，从而实现对焊接作业现场的远程监控、焊接全过程的生产管理、质量管理以及生产过程追溯。
（1）基础*息库：涵盖了接头形式、焊缝尺寸、标准、焊接方法、焊接位置、焊材组别、母材类型、焊材材料、焊缝细节、焊缝质量等级、焊缝检验等级以及缺陷评定标准，所有的程序都是基于现有国内外的工业标准、手册执行。
（2）工艺资源库：包括焊接工艺规范、焊接设备*息、焊接参数*息、焊接质量检测*息以及焊接工艺的实际应用案例，通过这些*息的收集、整理和管理，可以提高焊接质量、降低成本、提高生产效率。
（3）项目管理：包括项目计划、项目组织、项目实施以及项目总结。通过制动焊接项目计划、统筹焊接项目组织、贯彻焊接项目实施、焊接项目实时总结这4个步骤，对项目进行全面的计划、组织、实施、监控和控制，保证焊接项目能够按计划顺利完成，同时可以总结经验和教训，为下一次项目提供参考和借鉴。
（4）工艺管理：基于焊接工艺设计、工艺评估、工艺规程、工艺文件管理、工艺改进等方面，保障焊接过程和焊接产品质量。
（5）生产管理：从焊机设备管理、工区资源配置、生产执行管理三个角度对设备、质量、资源、人员和安全等方面进行管理，以确保焊接产品质量、资源合理分配、生产效率和安全性。
（6）生产追溯：查询任务执行历史、工位看板历史、工站监控历史，对焊接产品生产过程进行全面记录，为后续的质量控制和改进提供依据。
4应用与效果分析
目前，单轨构架焊接车间的生产现场已经完成了改造，焊接车间墙面配置了可触摸操作型车间级看板，用于反映焊接车间的生产状况。焊接工位增加了3台可触摸的工位看板，用于动态显示工位的生产状况，并在车间内投入使用了用于生产过程工单派发、开工、报工及异常提报功能操作的手持工业平板18台。
在实际应用生产中，该系统克服了人工焊接焊缝调整焊接工艺参数的繁琐操作，当焊接设备参数下发激活时，能实现WPS设定焊接参数自动下发焊机，所设定的焊接参数包括序号、焊机名称、焊机类型（TIG/MAG/自动）、焊机编号、所属工位、联网情况（联网成功为绿色标记，联网失败为灰色标记）、焊接基本参数值（焊接电流、焊接电压、气体流量、送丝速度、焊缝编号等）。具体操作为在手工焊机内部加装智能板卡，当人工在焊接智控系统PAD平板上触发开工时，系统下发的焊接工艺参数通过车间无线局域网将工艺参数传输到焊机的智能板卡，驱动焊机焊接参数调整到焊接工艺参数设定值，完成用户单轨构架产品焊接生产过程中手工焊机焊接工艺参数的自动下发控制。
焊接参数控制功能在焊接智控系统软件界面工艺设计模块的焊接参数下发界面展示，分Phoenix和Tetrix区域显示这两类焊机的焊接参数控制情况，支持单选和全选各台焊机，并显示各台焊机参数控制状态及参数调整范围。焊机焊接参数由焊接智控系统依据焊接工艺评定标准WPQR设定值来下发，下发成功后，对应焊机焊接参数将被控制，手工调整焊接参数只能在焊接工艺评定标准WPQR设定值范围内调整。
焊接参数自动下发功能的实现可以减少人为因素对焊接质量和生产效率的影响，避免由于人为操作不当导致的误操作，从而减少焊接设备的故障率和维护成本。同时也可以减少焊接过程中的人力操作，提高生产效率。
5结束语
单轨构架的焊接智能控制系统具有广泛的应用前景，可以提高焊接质量和生产效率，减少人为因素对焊接质量的影响，但在设计和开发过程中需要充分考虑实际需求和问题，本文基于工业局域网、大数据、云平台构建的单轨构架焊接智能焊接控制系统，对单轨构架焊接车间实现平台化与网络化管理，设计与构建了单轨构架焊接智能控制系统，并已投入车间使用，解决了传统单轨构架焊接车间作业时焊接参数不能自动下发的问题，进一步靠近了单轨列车或轨道交通行业的平台化协同运作的大方向。未来，可以进一步提高系统的性能和适用范围。同时，也可以将该系统应用于其他焊接领域，如汽车制造、航空制造等，推动焊接自动化技术的发展。
参考文献：
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面向单轨车辆构架的焊接智控系统研究论文
人参与 2024-07-16 11:17:13 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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