摘要：伴隨著信息技術與制造業(yè)的不斷融合發(fā)展，新應用新模式層出不窮。作為傳統(tǒng)的制造行業(yè)，焊接制造業(yè)正處于轉型的關鍵階段，需要一個面向焊接行業(yè)的焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺，以信息化手段完成生產流程再造，形成焊接數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應用與系統(tǒng)集成的綜合焊接解決方案，實現(xiàn)信息技術與焊接生產過程的深度融合。介紹基于物聯(lián)網、云服務、云計算、大數(shù)據(jù)技術的焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺的建設目標、主要功能框架、關鍵技術和實際應用價值。

關鍵詞：焊接信息化;工業(yè)互聯(lián)網;平臺;5G

中圖分類號：TG409? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）09-0095-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.09.18

0? ? 前言

在中國制造2025與工業(yè)4.0的時代背景下，物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)等技術在實體經濟領域不斷滲透發(fā)展，通過技術和模式創(chuàng)新為傳統(tǒng)產業(yè)變革帶來了巨大機遇。伴隨制造業(yè)變革與數(shù)字經濟浪潮的交匯融合，信息技術與制造技術、工業(yè)知識的集成創(chuàng)新不斷加速，工業(yè)互聯(lián)網平臺應運而生。

目前，中國已經成為世界上規(guī)模最大的焊接設備生產與使用大國，焊接設備在造船、汽車、軌道客車、工程機械、集裝箱、鋼結構等多個行業(yè)成為主要生產制造設備。

當前焊接制造業(yè)正處在由數(shù)字化、網絡化向智能化發(fā)展的重要階段，其核心是基于海量工業(yè)數(shù)據(jù)的全面收集，通過端到端的數(shù)據(jù)深度集成與建模分析，形成智能化生產、網絡化協(xié)同、個性化定制、服務化延伸等新型制造模式。全新的焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺可實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的低成本、高可靠的存儲和管理;通過數(shù)據(jù)挖掘輔助制造企業(yè)開展精細化、精準化管理和決策;與設計、倉儲、物流、管理等業(yè)務系統(tǒng)進行高效集成和深度協(xié)同。

1 建設焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺的意義

從工信部《智能制造發(fā)展指數(shù)報告（2020）》公開的數(shù)據(jù)來看（見圖1）[1]，75%的制造企業(yè)還處于智能制造的初步規(guī)劃階段，14%的制造企業(yè)對設備進行了信息化升級改造，6%的企業(yè)實現(xiàn)了多系統(tǒng)集成，5%的企業(yè)能夠對原材料、人員、生產等數(shù)據(jù)進行分析挖掘，對核心業(yè)務進行分析和優(yōu)化。離散型制造業(yè)的智能制造成熟水平略高于流程型制造業(yè)。目前，以三一、徐工、海爾為代表的行業(yè)龍頭企業(yè)處于智能制造能力成熟度領先水平，但更多的是針對企業(yè)內部的定制性、獨占性需求較強。

2021年是中國制造2025第二階段和“ 十四五 ”規(guī)劃的開局之年。專家預測，“ 十四五 ”期間宏觀經濟下行趨勢明顯，同時受新冠疫情影響，預計GDP增速會加速向5%下滑?！?十四五 ”規(guī)劃中與制造業(yè)相關的幾個核心點：

（1）向以信息技術、高端制造、汽車、新材料為代表的新動能轉型，實現(xiàn)重點行業(yè)的全面領先。

（2）重視原材料、人工、土地、能源等成本持續(xù)上漲帶來的課題，在商業(yè)模式創(chuàng)新、技術創(chuàng)新上加大投入。

（3）信息技術與傳統(tǒng)產業(yè)的加速融合、人工智能推動實體經濟升級轉型。

（4）生產型企業(yè)通過業(yè)務延伸完成服務化轉變，同時促進產品創(chuàng)新。

到2025年，工業(yè)互聯(lián)網產值將達到3 710億元，占全球GDP的0.34%。工業(yè)互聯(lián)網所體現(xiàn)的價值將逐步提升，自動化工廠、智慧工廠等一系列應用將成為未來工業(yè)領域發(fā)展的趨勢之一。2020年政府工作報告中提出的新基建七大領域中（見圖2），5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網均與制造業(yè)轉型密切相關。

根據(jù)人力資源和社會保障部的分析預測：未來5年，智能制造領域人才需求量將到達900萬人，人才缺口預計達450萬人。智能制造工程技術人員在推動企業(yè)商業(yè)模式、生產方式變革中發(fā)揮著重要作用，是企業(yè)規(guī)劃生產流程和工藝、降低運營成本、提高生產效率和產品質量的關鍵角色。從事制造業(yè)智能化所需的軟硬件開發(fā)與服務人才的嚴重缺失必將帶來關鍵業(yè)務流程改善停滯不前、經營成本居高不下、企業(yè)轉型周期延長等一系列連鎖反應，甚至影響企業(yè)生存、產業(yè)進步。

基于以上原因，有必要構建面向焊接行業(yè)的焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺，整合優(yōu)勢資源，實現(xiàn)信息技術與焊接生產過程的深度融合，以信息化手段完成生產流程再造[2]，形成焊接數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應用與系統(tǒng)集成的綜合焊接解決方案。

2 焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺架構

焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺整體采用云服務架構，如圖3所示。IoT終端收集到設備數(shù)據(jù)后通過4G或5G網絡推送到平臺數(shù)據(jù)接收服務器（數(shù)據(jù)接收服務器采用負載均衡工作模式，根據(jù)接入設備數(shù)量和數(shù)據(jù)吞吐量可靈活擴展），數(shù)據(jù)接收服務器完成數(shù)據(jù)解析之后將數(shù)據(jù)按照應用類型分別寫入實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫。平臺按實際應用場景分別設置3種類型服務器：應用服務器負責前臺發(fā)起的業(yè)務邏輯處理，BI服務器負責報表管理、數(shù)據(jù)可視化，API服務器負責與其他系統(tǒng)對接。平臺包含PC端、APP、小程序、API等多種應用入口。

同時，焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺應具備兼容多種品牌、多種類型焊接設備的能力，以適應焊接生產企業(yè)現(xiàn)場同時存在多種廠家設備的實際情況。有3個方法可提供這種能力：（1）焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺推出標準數(shù)據(jù)通信協(xié)議，由焊接設備生產廠家完成適配;（2）開發(fā)智能網關，完成多種通信協(xié)議向統(tǒng)一協(xié)議的轉換;（3）焊接行業(yè)出臺政策，焊接設備生產廠家和焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺統(tǒng)一標準。

3 焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺功能及流程

焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺具有PC端和移動端兩部分，PC端以編輯、展現(xiàn)為主[3]，移動端以簡單填報、查看為主，如圖4所示。以上功能可以形成3個閉環(huán)：設備管理（設備臺賬、設備故障報修、設備維保計劃、設備維保、設備維保記錄）、工藝管理（工藝數(shù)據(jù)庫、工藝設計、工藝分配、工藝下發(fā)、工藝超差監(jiān)控）、生產管理（產品、訂單、計劃、執(zhí)行、進度、數(shù)據(jù)記錄、追溯）?？紤]到不同制造企業(yè)現(xiàn)階段智能制造成熟程度的差異和面向未來精細化管理的發(fā)展方向，平臺可以支持設備—人、設備—人—工件、設備—人—工件—計劃、設備—人—工件—計劃—焊縫等多層級、多精度關聯(lián)。

典型應用場景：生產計劃人員按照生產訂單編制生產計劃[4]，將計劃下發(fā)到具體焊接工位?，F(xiàn)場作業(yè)人員通過手機APP或現(xiàn)場終端選擇設備，查看該工位被分配的生產計劃。選擇具體的生產計劃，查看產品相關作業(yè)指導書，掃描工件流水號，開始焊接作業(yè)，同時平臺記錄設備、人員、工件、計劃相關數(shù)據(jù)，焊接作業(yè)完成后由現(xiàn)場作業(yè)人員在手機APP或現(xiàn)場終端選擇完工，工件流入其他工序，平臺實時更新生產進度。生產流程如圖5所示。

4 5G及AI應用

5G大流量、低延時、高可靠性的特征適合工業(yè)現(xiàn)場高頻率數(shù)據(jù)采集、超高清視頻傳輸、遠程實時控制等應用場景。在焊接領域，5G可以實現(xiàn)在關鍵工件、關鍵焊縫微秒級采樣數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)多協(xié)調焊接機器人示教程序的實時修正，以及焊接產線控制系統(tǒng)的遠程調整。

AI在焊接領域的應用有3個方向：質量、產能、維保。AI智慧引擎通過對自動焊接工作站單一產品的焊接數(shù)據(jù)和后續(xù)檢驗工序反饋結果的挖掘訓練，可以分別形成引弧、主焊接、回燒階段的數(shù)據(jù)檢驗模型，通過檢驗模型對焊接質量的預判，可以有效減免后續(xù)檢驗工序，縮短生產周期[5];AI智慧引擎通過對焊接產品的數(shù)據(jù)收集，可以精確統(tǒng)計生產節(jié)拍、成本消耗、合格率，通過對以場地、設備、人員、部品、庫存為核心的數(shù)據(jù)模型進行運算，得到訂單緊急程度和生產成本的最優(yōu)解，同時完成訂單結束時間和消耗成本預測，實現(xiàn)低成本快速響應;AI智慧引擎通過對大量焊接設備衰減周期、衰減特征與維保內容的統(tǒng)計分析，形成預測性設備維保模型，以延長設備使用壽命，減少因設備原因導致的停產損失。

5 結論

焊接工業(yè)互聯(lián)網平臺通過物聯(lián)網、云計算、AI智慧引擎等技術幫助制造企業(yè)有效收集設備、產線和生產現(xiàn)場不同類型的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了焊接生產過程的高度透明、生產數(shù)據(jù)的精確計算[6]，強化了制造企業(yè)的數(shù)據(jù)洞察能力，能夠實現(xiàn)生產資源的快速整合利用，低成本快速響應市場需求，催生個性化定制、網絡化協(xié)同等新模式新業(yè)態(tài)。以期幫助焊接生產企業(yè)在中國制造2025第二階段和“ 十四五 ”期間完成新舊動能的轉換，真正實現(xiàn)高水平、高質量的發(fā)展。

參考文獻：

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