供稿/上海佩納沙士吉打機(jī)械有限公司 楊智 編輯/馬晨

上海佩納沙士吉打機(jī)械有限公司作為國(guó)內(nèi)專業(yè)的抓斗機(jī)械制造企業(yè)，產(chǎn)品的生產(chǎn)制造主要包括下料、冷作、焊接、機(jī)加工、噴涂、組裝調(diào)試等關(guān)鍵工藝區(qū)域。公司在焊接、噴涂、機(jī)加工等核心場(chǎng)景設(shè)備智能化水平總體還是低于行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的，大部分設(shè)備單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，信息系統(tǒng)較為陳舊，功能模塊有限，生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法有效采集和關(guān)聯(lián)分析。

隨著PLM/ERP/sMES 系統(tǒng)的全面實(shí)施，企業(yè)目前基本打通了設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—交付—售后供應(yīng)鏈條，構(gòu)建起企業(yè)信息一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全過程的信息化管理。但企業(yè)不同環(huán)節(jié)間的信息聯(lián)動(dòng)仍不夠緊密，生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備還未形成智能化的運(yùn)轉(zhuǎn)體系，各環(huán)節(jié)還主要依賴人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)配置和質(zhì)量判斷，鮮有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)，亟須引入工業(yè)AI 等智能制造新技術(shù)并推進(jìn)深化應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)從智能制造進(jìn)一步向數(shù)字化工廠的轉(zhuǎn)型升級(jí)，企業(yè)依托現(xiàn)有條件，嘗試引入智能焊接一體機(jī)設(shè)備，建立智能焊接系統(tǒng)，建設(shè)數(shù)字孿生研發(fā)系統(tǒng)。

智能焊接系統(tǒng)可以使焊接過程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制、質(zhì)量過程可追溯。數(shù)字孿生系統(tǒng)可以大幅提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)和驗(yàn)證效率，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。這兩個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)可以使企業(yè)在核心業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型，邁向數(shù)字化未來。

初步構(gòu)建的焊接數(shù)字化方案

焊接過程保持穩(wěn)定正確的焊接參數(shù)，有利于保證產(chǎn)品焊接的質(zhì)量。智能焊接一體機(jī)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流、電壓、氣體流量等全過程數(shù)據(jù)的智能采集，實(shí)現(xiàn)焊接全過程的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，輔助焊工優(yōu)化參數(shù)，可以有效提升焊接質(zhì)量。接下來可以與sMES 系統(tǒng)打通，對(duì)需要追蹤的工單或焊縫，實(shí)施焊接過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效監(jiān)控焊接質(zhì)量，進(jìn)一步可以構(gòu)建焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷如氣孔、咬邊等的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，使焊接過程實(shí)現(xiàn)“預(yù)知維護(hù)”，防止質(zhì)量問題的產(chǎn)生，可減少返工成本。

公司已引入的焊接智能一體機(jī)設(shè)備，包含現(xiàn)場(chǎng)智能終端、傳感器等，具備高速電流、電壓采集模塊，與焊工現(xiàn)場(chǎng)使用的焊接設(shè)備連接，可以對(duì)焊接過程中電參數(shù)等同步高頻采集，具備先進(jìn)的傳感技術(shù)和濾波算法，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

焊接智能一體機(jī)設(shè)備

設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝完成以后，能夠準(zhǔn)確采集焊工焊接過程電流、電壓、氣體流量等數(shù)據(jù)，每秒1000 次以上；可以由焊工自定義焊接過程監(jiān)測(cè)規(guī)范，可根據(jù)焊縫或工作日（整個(gè)工作日工藝規(guī)范不變）進(jìn)行具體時(shí)間段的數(shù)據(jù)記錄與追溯，可以追溯歷史數(shù)據(jù)、超規(guī)范報(bào)警記錄等。

基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過分析可以從多方面予以分析解讀：

1）焊接作業(yè)率統(tǒng)計(jì)與分析：焊機(jī)實(shí)際作業(yè)率偏低、利用率低。

2）焊縫時(shí)長(zhǎng)分析：產(chǎn)品長(zhǎng)直焊縫少、工件復(fù)雜多樣，非標(biāo)。

3）多次引弧分析統(tǒng)計(jì)焊接的穩(wěn)定性。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)可用于未來構(gòu)建焊接的數(shù)字孿生系統(tǒng)，以及訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型，可以更全面反映焊接全過程，有利于建立精準(zhǔn)的焊接數(shù)字孿生。還可以升級(jí)焊接智能一體機(jī)，配備實(shí)時(shí)AI 診斷能力。

隨著應(yīng)用的不斷深入，可以考慮引入多模態(tài)智能焊接裝備，采用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)理念，通過集成電流、電壓、圖像等多種傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接全過程數(shù)據(jù)的智能采集，構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，輔助焊工優(yōu)化參數(shù)，提升焊接質(zhì)量。

目前，焊接數(shù)字化的引入與應(yīng)用工作還處于起步階段，需要不斷地從生產(chǎn)實(shí)踐場(chǎng)景中追蹤使用效果，收集實(shí)際使用可能遇到的問題，迭代優(yōu)化現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)，與企業(yè)信息一體化平臺(tái)貫通，后續(xù)還可以從以下方面推進(jìn)：

1）搭建數(shù)字孿生一體機(jī)

通過多源焊接數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬焊接場(chǎng)景的數(shù)字孿生系統(tǒng)，預(yù)測(cè)不同焊接參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響。通過友好的可視化操作界面，焊工可以快速進(jìn)行虛擬焊接試驗(yàn)，優(yōu)化焊接方案。

2）采用先進(jìn)的焊接數(shù)字孿生軟件

通過收集焊接電流、電壓、視頻圖像等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)字孿生的仿真算法，構(gòu)建虛擬的三維焊接場(chǎng)景，可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行焊接仿真監(jiān)測(cè)；對(duì)實(shí)際焊接過程持續(xù)進(jìn)行數(shù)字孿生的映射，實(shí)現(xiàn)焊接工藝和質(zhì)量的關(guān)聯(lián)分析，對(duì)出現(xiàn)的焊接缺陷自動(dòng)判斷原因，如是工藝問題、工況問題還是超規(guī)范操作導(dǎo)致。

配備實(shí)時(shí)AI 診斷能力的智能一體機(jī)升級(jí)

高頻數(shù)采焊接多模態(tài)數(shù)據(jù)

3）搭建焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)系統(tǒng)

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)時(shí)焊接電參數(shù)和視頻圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)焊接存在的各類質(zhì)量問題，例如氣孔、焊瘤、未融合等典型缺陷。把預(yù)測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)在焊工操作界面，以便及時(shí)干預(yù)和閉環(huán)質(zhì)量控制。

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，焊接數(shù)字化的引入與應(yīng)用，還需要與信息系統(tǒng)和設(shè)備平臺(tái)對(duì)接、磨合，構(gòu)建企業(yè)的智能制造軟件系統(tǒng)。上海佩納沙士吉打機(jī)械有限公司作為國(guó)家專精特新小巨人企業(yè)，秉承不斷創(chuàng)新、追求卓越的企業(yè)精神，必將在傳統(tǒng)制造業(yè)的智能制造、轉(zhuǎn)型升級(jí)之路上不斷踐行,實(shí)現(xiàn)安全、綠色、智能高質(zhì)量發(fā)展。