焊接信息化现状及其在游乐设施上的应用研究

焊接信息化现状及其在游乐设施上的应用研究

高正翔

浙江省特种设备科学研究院浙江310000

摘要：当前，游乐设施的生产安装开始朝着数字化、信息化方向发展，焊接作为游乐设施生产建造过程中不可缺少的一环，实现信息化是大势所趋。通过分析焊接的发展历程以及国内焊接信息化现状，对焊接生产自动化、焊接过程模拟、焊接过程信息检测、焊接生产过程管理信息化等做了进一步分析，提出焊接信息化在游乐设施行业中的应用。

关键词：游乐设施；焊接管理；信息化

1当前游乐设施焊接的应用意义

目前，随着信息化、网络化技术的提升，德国率先提出了工业4.0战略。以互联网、云计算、移动端应用、物联网和大数据等为基础，将物联信息系统应用到制造产业链中的每个环节，使制造业向着更高的智能化方向转型。在这样的趋势下，焊接技术一方面要实现对焊接过程中更全面、更详细信息的获取，另一方面要加强人与机器之间的交互，实现智能焊接。游乐设施是典型的受动载荷影响的设备，由于游乐设施的很多主要部件，比如轨道、大臂、安全压杠等，大多都是通过焊接方式连接的，所以焊接是游乐设施制造环节中最为重要的一环，这一环节占到了整个制造环节工作量的50%以上，因此焊接质量的好坏决定着游乐设施质量的好坏，也是游乐设施是否能安全运行的前提。而国内游乐设施设计企业更加看重游乐设施结构的整体性，对于焊接质量方面的要求则较少，因此常常会发生因焊接质量问题导致的危险事故。随着时代的发展，越来越多的人们开始追求更加刺激的娱乐方式，这也使游乐设施的结构和运行方式都开始往复杂化方向发展，因此对于焊接质量更需要严格的掌控。

2我国游乐设施焊接信息化要求

国家监管部门对游乐设施的焊接有着严格的要求，游乐设施企业应提高焊接过程中的智能化水平，通过采用相关传感器对加工过程中的有关数据、环境信息等进行检测，保证焊接的质量，实现智能化焊接。在目前的游乐设施中，由于游乐设施零部件众多，对零件的焊接方式也有各自的要求。因此，这就需要游乐设施焊接生产部门实现信息共享与管理，通过将计算机技术和互联网技术引入焊接部门，针对不同种类的数据进行整理，提高信息的可靠性，减少工艺生产过程中的不确定性，同时解决焊接生产过程中的质量管理、责任落实与可追溯性等问题，提高游乐设施的焊接质量，保证游乐设施的安全运行。为了焊接部门能够快速完成焊接工艺过程的设计，需要配备CAPP系统，这样不仅有利于较少工作人员的劳动量，也有利于实现信息的共享。

3国内焊接信息化现状

3.1焊接生产自动化现状

焊接生产自动化是采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按照规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。焊接机器人是目前焊接生产自动化的研究热点，目前主要用于汽车、铁路、船舶等行业。焊接机器人主要问题有三个方面，一是零部件价格昂贵、二是复杂焊件的焊接编程问题、三是寻位和清枪辅助时间过程问题。针对这些问题南昌大学设计了一套具有稳定性与便捷性的焊接机器人按键控制系统，为焊接机器人应用工业焊接做出了贡献；北京大学针对焊接机器人工具坐标系标定可以保证在更换焊枪或误操作碰撞焊枪的情况下，简单、标准地实现系统标定；南昌大学建立以旋转电弧和激光视觉位传感方式的自主移动机器人硬件系统。

3.2焊接过程模拟现状

目前焊接模拟已经成为国内外的重要研究方向，通过相应的软件对焊接过程进行模拟并计算分析，为产品质量提供焊接理论数据，有利于在焊接过程中减少缺陷的产生，达到工艺规定的性能。为此中国航空工业集团、沈阳飞机工业有限公司采用SYSWELD焊接模拟软件，建立三维模型与双椭球热源模型，对焊接过程进行了模拟分析，为改善焊接变形提供了借鉴依据。兰州空间技术物理研究所与哈尔滨工业大学采用旋转高斯曲面体热源模型，通过模拟分析获得了典型关系曲线，为获得高质量要求的焊缝提供了参考。

3.3焊接过程信息检测现状

通过传感器对相应的信息进行采集，然后通过计算机对采集的数据进行处理分析。目前国内外有关的研究学者利用传感器采集焊接过程中的声、光、电、热等数据信息，通过对这些信息数据整理、分析来监测焊接过程的质量问题，并进行实时调整[1]。天津大学和中北大学合作建立了焊接多信息同步采集系统，实现了焊接多信息的同步采集与分析，对进一步诊断其他焊接方法在各种状态下对电弧的影响奠定了基础；清华大学郑军和潘际銮二人研发了基于被动视觉的焊接过程多信息检测系统，有效地避免了焊接过程的夹渣和未熔透等缺陷；华南理工大学和广东技术师范学院建立了可同时进行多通道信号采集、处理、分析的焊接过程多源信息采集分析系统，解决了焊接质量在线评价的可靠性问题；北京工业大学、华东船舶工业学院、天津大学研发了变极性TIG焊接电弧多信息测试分析系统。

4焊接信息化在游乐设施中的应用措施

4.1重视焊接工人的管理

由于游乐设施多品种、小批量的特点，导致在生产过程中会产生大量的文件等加工信息，开展对焊接信息管理方面的信息化研究有利于提高企业的工作效率，防止文件丢失，同时可以增加对信息的追溯与共享能力，明确责任问题[2]。焊接工人的信息管理也同样重要，不管是人为的手工焊接还是使用机器人进行焊接的操作者都需要通过国家相应的机构考核后才允许上岗工作，焊工有特定的资格证书才能进行相应的焊接工作，焊接工人的资质决定着他能够焊接的级别。管理人员要随时掌握焊工的资质以及平时的工作情况，以确保在调遣焊工时不会出现差错。

4.2游乐设施企业实现焊接过程的信息化

通过相应传感器采集焊接过程中的焊机电极两端的电压和焊机回路上的电流，通过Labview绘制电压、电流波形图，判断焊接过程是否稳定[3]。除了用传感器采集电压和电流以外，还有通过人机交互的方式，当焊接参数超过预设值时，警报响起，操作人员对焊接的各种参数进行范围调整，保证零部件在焊接过程中的质量，提高游乐设施运行的安全性。

4.3加强焊接派生式CAPP系统的设计

利用计算机编制出焊接工艺过程基础上、焊接工序基础上、焊接零部件工艺路线基础表等，需要对内容进行编制、修改等操作时可以由工艺人员进行操作。这样不仅可以提高工作效率还使得企业员工的经验得以保留和传递。派生式CAPP系统也是最简单的CAPP系统，游乐设施产品的定制化、产品众多的特点意味着CAPP将会朝着更加智能化的方向发展，游乐设施企业可以通过大量的实践经验，完成零部件的详细描述以及相关工艺规程决策逻辑的建立[4]。这样在游乐设施零部件生产加工过程中，工人只需要在系统上详细描述出零件的特征，CAPP系统就可以自动产生出零件最优的加工规程。

4.4重视焊接机器人的应用

在汽车行业、轮船制造业等离散型行业已普遍装备了焊接机器人，游乐设施同样可以将焊接机器人引入焊接生产当中。在焊接过程中，使用机器人焊接具有焊接参数稳定、智能化焊缝跟踪、多机器人协调配合的优点，可以减少人为因素导致的焊接质量参差不齐，提高焊接过程中的稳定性，保证焊接的质量。同时，采用机器人进行焊接，可以提高生产效率，保证产品在计划时间内完成，不会出现拖延。

结语：

本文对我国焊接信息化研究现状进行了总结，并指出其研究的目的，再结合游乐设施行业的现状，提出游乐设施焊接信息化的工作方向，为游乐设施焊接信息化的发展提供参考依据。

参考文献：

[1]刘文正.大型游乐设施结构件焊缝设计计算分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2018(03):158-159.

[2]刘金龙,李江,李海泉.基于焊接制造协同管理的信息化平台[J].金属加工(热加工),2016(16):23-26.

[3]曹洪庆,周磊.游乐设施中焊接技术分析[J].信息化建设,2015(10):157.

[4]李振华,王伟.焊接技术在游乐设施中的应用[J].科技创新与应用,2015(16):152.