數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)在核容器主設(shè)備焊接制造過程中的應(yīng)用

◎王鵬春

為了大幅度的提高我公司核電主容器的焊接質(zhì)量，使得焊接生產(chǎn)過程可信息化控制和精益管理，即時(shí)的控制和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品焊接狀態(tài)，結(jié)合我公司現(xiàn)有的模擬焊機(jī)和數(shù)字化焊機(jī)自身工作結(jié)構(gòu)，分別在手工電弧焊、手工氬弧焊、埋弧焊、帶級(jí)電渣焊、脈沖/機(jī)械TIG焊等焊接設(shè)備上配備了數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的搭建和應(yīng)用可加快我公司核電產(chǎn)品焊接從“粗放的經(jīng)驗(yàn)制造”向“精益的數(shù)字制造”提升。

一、核容器主設(shè)備焊接制造過程中存在的問題

核電技術(shù)已經(jīng)歷了“四代”發(fā)展，其一回路中的反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、堆內(nèi)構(gòu)件、主泵泵殼等主設(shè)備的制造過程中存在著大量的焊接工序，其中焊接質(zhì)量尤為重要，直接影響到核反應(yīng)堆運(yùn)行的安危。目前，我公司制造CPR1000、AP1000、CAP1400、華龍一號(hào)、快堆、小堆等堆型容器的過程均嚴(yán)格按照RCCM、ASME和GB、GJB、NB/T等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求執(zhí)行，但是還會(huì)存在一些問題：

1.焊接缺陷。例如其中由于焊工或者焊接操作工擅自改變工藝參數(shù)而偶發(fā)的焊接NCR，嚴(yán)重影響質(zhì)量和工期。

2.生產(chǎn)管控有效性差。在這種大規(guī)模焊接生產(chǎn)中，由于焊接設(shè)備數(shù)量、品牌、類別多，分布范圍廣等因素導(dǎo)致焊接過程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析有效性不足，缺乏數(shù)據(jù)，無法有效統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)成本，同時(shí)也不能有效的進(jìn)行人、機(jī)、料、法、環(huán)等的策劃安排。

3.焊接過程監(jiān)測(cè)及可追溯性差。由于焊接過程監(jiān)測(cè)及焊接記錄存在失控失真風(fēng)險(xiǎn)，所以給產(chǎn)品的焊接質(zhì)量及焊接缺陷原因分析及返修埋下隱患，也無法為后續(xù)的焊接制造提供借鑒。除此之外，焊接過程的記錄與檢查目前主要是依靠人工完成需耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力。

4.焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)收集完整性及及時(shí)性差。產(chǎn)品焊接質(zhì)量的保障，是主要基于焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)及焊接設(shè)備、焊接方法和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征等因素?cái)?shù)據(jù)及其他長(zhǎng)期積累的數(shù)據(jù)。但目前數(shù)據(jù)的收集整理存儲(chǔ)都是依靠人工，所以難免存在完整性及及時(shí)性差的問題。

在車間焊接制造生產(chǎn)過程中，如何確保焊接工藝規(guī)程等的正確執(zhí)行，尤其是焊接工藝參數(shù)符合一致性的問題，是核反應(yīng)堆壓力容器制造過程中的極其重要的基石。針對(duì)以上問題以及我公司現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和需求，要想做到高質(zhì)量高效高速發(fā)展，一方面需要不斷提高焊接技術(shù)水平，另一方面需要實(shí)現(xiàn)焊接車間信息化管理制造，故此我公司率先在核電容器主設(shè)備焊接制造過程中開始應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

二、焊接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

焊接過程中的重要變素，例如電流、電壓、焊接速度等，及其他非重要變素，例如送絲速度等的監(jiān)測(cè)都是通過焊接設(shè)備上儀表所設(shè)置的顯示值來判斷的，但焊接過程往往會(huì)受到電網(wǎng)波動(dòng)、非有效電壓壓降、設(shè)備故障、人為因素等多種因素的限制使得儀表的顯示值不能夠準(zhǔn)確完整的反映焊接工藝參數(shù)值。目前雖然有些焊接設(shè)備可以較高精度的數(shù)顯顯示焊接工藝參數(shù)，但由于焊接設(shè)備技術(shù)水平限制導(dǎo)致數(shù)顯顯示值僅代表某一瞬間的平均值或者有效值，而焊接過程有時(shí)候由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性，例如脈沖TIG焊，其反應(yīng)在毫秒級(jí)別，所以最終導(dǎo)致顯示值并不是實(shí)際的焊接數(shù)值，使得焊接過程狀態(tài)失真。我公司雖然在核電產(chǎn)品焊接過程中嚴(yán)格按照規(guī)范制度對(duì)焊接過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行了人工記錄及檢查，但是一旦發(fā)生焊接質(zhì)量問題卻很難從人工焊接參數(shù)記錄中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題的原因所在。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)出與核電主設(shè)備焊接相關(guān)聯(lián)的先進(jìn)技術(shù)和簡(jiǎn)單的檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)勢(shì)不可擋。

目前，人們通過通信技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合開發(fā)出了焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集裝置，可即時(shí)傳送焊接工藝數(shù)據(jù)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)運(yùn)算，構(gòu)建起焊接設(shè)備參數(shù)自動(dòng)采集裝置、在線監(jiān)測(cè)的群控智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以做到焊接工藝信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及焊后焊接工藝參數(shù)的分析，正逐漸的成為焊接生產(chǎn)質(zhì)量管理的有效手段。通過焊接過程信息的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集焊接過程中實(shí)際的焊接參數(shù)，一方面可以實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接工人的工作情況，另一方面采集到的信號(hào)可以作為焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在核島設(shè)備制造中的應(yīng)用

1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。我公司目前核電焊接車間的焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示，主要包括焊接設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器、無線AP和上位機(jī)軟件等。主要是在不同廠家的焊接電源上配備傳感器等采集設(shè)備來采集焊接數(shù)據(jù)，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，最終傳送到服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及生成。軟件系統(tǒng)界面包括車間管理、設(shè)備管理、工藝管理、生產(chǎn)管理、成本管理、人員信息、質(zhì)量管理、系統(tǒng)管理等操作界面。

圖1核島主容器焊接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能介紹。該系統(tǒng)可連入公司內(nèi)網(wǎng)，可以便捷的通過公司任何一臺(tái)內(nèi)網(wǎng)電腦隨時(shí)隨地訪問，也可以通過無線WIFI連接控制。可以對(duì)每個(gè)工位的產(chǎn)品焊接品質(zhì)進(jìn)行過程化監(jiān)控、跟蹤追溯，規(guī)范人員操作。我公司目前核電焊接車間的焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能：可以對(duì)每個(gè)工位產(chǎn)品焊接品質(zhì)進(jìn)行過程化監(jiān)控和跟蹤，如果焊接出現(xiàn)問題，可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行回放和追溯；可以從不同維度統(tǒng)計(jì)和分析焊接相關(guān)大數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)的分析，量化焊接價(jià)值創(chuàng)造過程，量化焊接能力，量化人、機(jī)、物、料、法環(huán)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，最大程度提高焊接效率，保證焊接質(zhì)量，為焊接過程中出現(xiàn)的不良情況（例如，焊接缺陷、變形、NCR等）的處理、焊接工藝改進(jìn)、焊接質(zhì)量提高提供判據(jù)；可以針對(duì)車間數(shù)量眾多廠家，不同型號(hào)類型的焊接設(shè)備，可快速統(tǒng)計(jì)出每個(gè)焊接設(shè)備的利用率和設(shè)備能效狀態(tài)；可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出每個(gè)焊工、焊接操作工的工作效率和產(chǎn)能，反映處焊接水平，同時(shí)有利于焊接人員的管理和考核；可以統(tǒng)計(jì)記錄焊材使用情況，防止或減少出現(xiàn)焊材的流失和浪費(fèi)現(xiàn)象；可以自動(dòng)形成焊接記錄及焊接工藝參數(shù)歷史曲線；產(chǎn)品人員等信息錄入。

3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用。隨著時(shí)間及生產(chǎn)管理的需要我公司已經(jīng)從最初的手工電弧焊設(shè)備數(shù)據(jù)采集的配備到如今的手工電弧焊設(shè)備、手工氬弧焊、窄間隙埋弧焊、脈沖/機(jī)械TIG焊、焊接專機(jī)等幾大類30于臺(tái)焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集的配備。數(shù)據(jù)傳送方式從最初的有線連接發(fā)展為如今的WIFI無線傳輸，除此之外，WIFI無線網(wǎng)基本可以覆蓋焊接廠區(qū)。但其中也出現(xiàn)了很多問題：（1）車間操作者知識(shí)水平受限導(dǎo)致不能合理的掌握操作流程導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集故障；（2）車間大多數(shù)焊接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)屬于第三方外接形式，采集精度受到限制；（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件、軟件、服務(wù)器維護(hù)不夠及時(shí)有效；（4）數(shù)據(jù)采集及傳輸過程中容易受到車間廠區(qū)其他信號(hào)干擾。因此焊接設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在核電主容器制造過程中的應(yīng)用還存在諸多需要改善的問題。

四、結(jié)論

結(jié)合我公司在核電主容器焊接制造過程中的需求而搭建的這套多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為我公司車間及焊接技術(shù)質(zhì)量信息化管理帶來了極大地便捷，該采集系統(tǒng)的建立為我公司實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)字化、智能化打下了基礎(chǔ)，可推廣到我公司石化容器等產(chǎn)品的焊接制造活動(dòng)中，可有效的推動(dòng)我公司產(chǎn)品焊接質(zhì)量的高速發(fā)展。