基于云智能焊接管控的设计大数据分析系统

52 集成电路应用 第 36 卷 第 4 期（总第 307 期）2019 年 4 月
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创新应用1 引言
焊接制造是一个非常复杂的生产过程，具有非平衡的冶金特点，焊接工艺参数决定了焊接接头的产品质量。

为了保证焊接产品的质量问题，需要对整个焊接的过程中做到有据可查，焊接设备生产厂家需要对整个焊接的生产工业参数进行实时监控[1]，对工艺参数进行记录，能够方便快速地进行查询，对焊接生产实现数字化管控，是整个焊接领域重要的发展趋势。

信息时代快速发展的大背景下，云计算技术、物联网技术遍布世界的各个角落，这些技术作为新一代信息技术的升级，实现了人与机器、机器与机器之间的互联互通，真正实现了人际交互。

本文介绍一种基于云智能下的焊接管控大数据分析系统，对焊接的整个生产状态进行实时监控，保证焊接的质量， 从而实现智能化管理。

2 建立云智能焊接管控大数据分析系统的必要性
焊接技术是制造业的重要技术，在汽车制造领域、家电制造领域以及船舶领域得到了广泛的应用，在焊接生产中，焊接的工艺参数直接影响焊机的质量。

在传统的应用中，保证焊接的质量需要通过对焊
接工艺参数进行校验，在焊接的过程中容易出现很多突发性的因素，因此仅仅通过对工艺参数进行校验的方式无法保证焊接的质量，无法及时发现焊接中出现的缺陷，对于焊接工程较大的场合，如何解决焊接缺陷[2]，减少焊后修复问题，是制造企业需要重点解决的问题。

随着大数据时代的到来，依托物联网技术，将整个思路进行连贯，整个信息孤岛，形成一个基于云智能焊接管控大数据分析系统，对焊接数据进行深入挖掘，并完成信息共享，为焊接工艺参数以及质量控制提供大数据支撑，保证焊接工艺的质量问题，并实现与企业现有的网络系统的无线接缝，对海量的焊接数据进行网络化管理，利用移动终端设备查看分析后的数据结果，以提高焊接质量的控制，这些都是目前市上的迫切需求。

3 架构设计
在进行焊接的过程中包含了很多数据，例如工艺参数信息、焊缝信息、耗材信息以及人员信息等，这些数据相互之间都存在一定的联系，并且包含巨大的价值，需要一款智能化管理系统对这些海
基金项目：甘肃省教育系统科技创新课题项目。

作者简介：孙泽涛，甘肃有色冶金职业技术学院，讲师，研究方向：测控技术与仪器。

高英侠，甘肃有色冶金职业技术学院，讲师，研究方向：自动化控制技术。

收稿日期：2019-03-15，修回日期：2019-03-26。

摘要：分析利用大数据分析技术建立的基于云智能的焊接管控系统。

它解决了焊接作业中存在的质量问题以及管理难度问题，提高焊接工作的管理质量，实现精细化管理。

它可以保证焊接的质量，并对出现焊接质量的源头进行追踪，提高焊接制造的工艺标准，为保证焊接智能化发展提供了技术支持。

关键词：大数据；云智能；焊接管控；分析系统。

中图分类号：TP311；TP393.4 文章编号：1674-2583(2019)04-0052-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2019.04.017
中文引用格式：孙泽涛，高英侠.基于云智能焊接管控的设计大数据分析系统[J].集成电路应用, 2019, 36(04): 52-54.
基于云智能焊接管控的设计大数据分析系统
孙泽涛，高英侠
（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 737100）
Abstract — This paper analyses the welding management and control system based on cloud intelligence, which is established by using big data analysis technology. It solves the problems of quality and management difficulty in welding operation, improves the management quality of welding work and realizes fine management. It can ensure the quality of welding, track the source of welding quality, improve the process standard of welding manufacturing, and provide technical support for the development of welding intelligence.
Index Terms — big data, cloud intelligence, welding control, analysis system.
Design of Big Data Analysis System Based on Cloud in Intelligent Welding Control
SUN Zetao, GAO Yingxia
( Gansu Nonferrous Metallurgical Vocational and Technical College, Gansu 737100, China. )
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集成电路应用 第 36 卷 第 4 期（总第 307 期）2019 年 4 月 53
量的数据进行集中管理，为了解决这些问题，相关领域的科研工作者对此展开了深入的研究，对焊接的生产数据进行集中整理[3]，设计了一款基于 Labview 平台的集群化焊接参数检测系统，在信息化技术的支持下保证焊接检测系统的有效运行。

近年来，国内外的相关研究人员对海量的焊接数据进行了深入挖掘，开发了一款焊接工艺数据库系统。

但是针对焊接制造中存在的海量数据，如何将这些海量的原始数据能够转变为有用的价值，创建智能化的大数据分析系统的研究较少，基于此，将焊接中所应用到的信息参数进行集中管理，实现焊接的集中管控，努力向工业智能化迈进，以提高企业的综合管理能力。

采用分层结构的方式，将其分为三层，感知层的主要功能就是将现场的设备以及网络层中的数据进行集中管理，并实现交互的功能，采用嵌入式的方式，接收来自远程管控系统的信号，对工艺预设以及焊接设备进行控制；感知层还具有一定的传感功能，可以对焊接的电源状态进行监控，例如焊接中的电压和电流；反馈系统中的二维码，用于记录焊缝的信息，并对工人的信息进行确认；存储系统用于对采集的数据进行存储，以满足设备在运行中的容量记录[4]。

网络层的主要功能就是为其提供很多网络通信的接口，通过有线或者无线的方式将存储的数据传输到相应的网络设备中，然后再通过路由器将数据传输到云端。

手机或者平板等设备也可以实现与智能节点的连接，以实现数据共享的功能，极大的满足在一些特殊情况下的数据收集功能。

云端还具有数据库的备份功能[5]。

应用层主要对数据进行处理，应用层会接入到企业的内网中，与企业中任意的终端进行连接，具有不同权限的用户都需要在浏览器中输入自己的 IP 地址访问服务器，从而实现对焊接作业的实时监控[6]。

4 功能设计
4.1 硬件的配置
智能远程控制焊接集中管理操作系统中，多台焊机都需要通过以太网连接到计算机、平板电脑以及手机终端上，每一台焊机都可以通过触摸屏对参数进行单独调节，也可以通过网络终端对所有的焊机进行集中设置。

在智能远程控制焊接集中管理操作系统中，每一台焊机都配置了触摸屏和信号采集电路；触摸屏和信号采集电路中都具备以太网通讯的功能；触摸屏和信号采集电路中都具备以太网通讯的控制软件；在智能远程控制焊接集中管理操作系统中都安装了计算机、平板电脑以及手机等开发控制软件；每一台焊机和计算机都可以通过 WiFi 无线或者有线连接到网络中；最后将所有的参数信息都通过大屏幕的电视机对焊接作业进行监控画面显示[7]。

4.2 软件的功能
智能远程控制焊接集中管理操作系统符合工业智
能制造标准，并且可以通过计算机、平板电脑以及手机终端在任何的地方对焊接参数进行设置，并对其进行远程监控。

该控制系统具备故障自诊断以及远程故障诊断功能，显示故障的原因，并根据故障原因提出相应的解决办法。

控制系统还具备远程教学以及培训的功能，进入到控制软件系统中有相应的密码保护，并且系统中还带有电子说明书，例如系统使用操作说明书、系统维修保养说明书等。

软件控制系统中具备了手工焊、氩弧焊、气保焊、埋弧焊、机器人工作站、专家数据库等功能。

软件控制系统中还具备了焊接电流、电压、送丝速度、小车行走速度等功能，利用专家数据库对相应的功能进行调用[8]。

软件控制系统可以对数据进行永久保存，功能强大，操作简单，能够实现对焊接参数的实时监控，将其连接到手机终端中，对参数进行远程监控，能够及时发现问题所在，并及时进行故障补救。

5 项目设计 5.1 设计方案
在工业智能化发展的时代背景下，对焊接技术进行管控大数据分析系统设计，将焊接的工艺参数、焊接所使用的设备、焊接工作人员的信息等都归纳到焊接管控大数据分析系统中，对工作环境、焊接材料等进行全程监控[9]。

各个功能模块可以实现的功能有：对焊机的操作流程进行规范化管理，并对焊机进行编号，以便对其进行更好的控制；对焊接车间进行组织架构的设计，根据实际的运行状况对车间以及班组进行网络化管理；对焊接任务进行派单，从而实现闭环控制；实现远程控制，对工艺进行规范化管理；实现对焊接信息的查询。

焊接企业在进行焊接的过程中会严格按照焊接的流程进行，首先由设计部分对焊缝进行设计，设计完成后将设计图纸发送到各个生产部门，生产部门安排生产顺序，生产车间进行焊接生产，最后由质检部门复杂对焊接的产品进行检验，以保证检验的质量。

每一个部门都有大量的数据源，这些数据之间存在很多的关联性与差异性，数据的各个要素之间存在非常复杂的关系，而且种类较多，需要为其建立合理有效的数据库系统，从而找到数据集成的方式，并构建数据结构，以满足实际的生产需求。

异构关系数据集成的设计，需要以关系代数作为理论支撑，以消除数据之间可能存在的数据冲突。

在关系模型中，通过单一化的数据结构对数据对象之间的关系极性描述，必须遵守一个前提，数据关系之间存在相同的域，如果域不同，则无法进行关系运算。

因此，对数据进行整合之前，必须要进行变换，得到相同结构的关系，然后根据关系代数对其进行运算，从而实现集成。

云计算下的焊接
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管控大数据分析系统的功能结构如图 2 所示。

如果每一台焊机的状态数据按照时间进行计算，以 1 s 为单位对采样频率进行计算，如果是 200 台焊机，则每天会产生上百万条记录，如果运行一个月，将会产生上亿条记录。

因此，在进行数据库设计的过程中，要综合考虑企业中的各个运行状况，对存在焊接实时监控的数据进行查询，并对数据进行回溯，系统需要有较高的实时性功能，在查询的过程中存在一定的复杂性，涉及的海量数据较多，可以从数据库的物理存储着手，对存储的路径进行优化，对索引以及分区进行重新设计，从而改变整个系统的整体性能[10]。

5.2 关键技术
焊接管控就是对生产管理和焊机控制进行严格把控，以实现管控一体化，利用所有能够利用的信息技术，将生产过程中需要使用到的所有数据进行整合，并通过以太网络系统对系统进行集成，为企业的发展奠定基础。

相关管理人员要对生产设备进行科学管理，优化生产过程，保证焊接生产流程，使工业参数能够稳定进行，以提高焊接的质量，为了实现现代企业的智能化管理，本系统涉及以下几种技术：（1）焊接参数自动预设。

焊接工艺规范主要就是为焊接操作中进行规范技术要求的重要文件。

在很多的制造企业中，产品的设计阶段都需要通过实验室进行验证，对产品的焊缝进行技术规范，所有的焊接工作都必须严格按照焊接工艺规范进行，设计的管控系统能够实现对焊缝的自动匹配，工作人员在焊接时可以根据焊接的参数自动进行焊接，能够有效保证焊接的质量。

（2）中间件技术。

根据数字化焊机的相关通信协议，实现基于以太网协议的焊机，可以与管控中心进行交互通信，采用 IEEE802.3 标准，并采用标准的 TCP/IP协议，在应用层中使用现场总线协议，使传输的性能可以更加可靠。

利用中间技术，根据服务注册中心所提供的文件成为会员，并与相应的接口进行绑定，调用函数就可以获取相应的功能。

6 应用分析
采用 B/S 网络结构作为设计平台，设计云智能焊接管控大数据分析系统，除了在服务器中安装软件之外，不需要在其他任何需要访问系统的计算机中安装软件。

在局域网的环境中，只需要在浏览器的地址栏中输入相应的 IP 地址，将对应的用户名和密码输入其中即可远处访问该系统，采用的数据库为 MySQL。

对 MySQL 数据库进行物理优化，以提高数据库的存储功能，对焊接的设计进行优化，以提高焊接的生产能力，还可以对焊接生产尽力数据信息链，对焊接作业的任务进行分级管理，对多种类型的焊接设备进行集中管控，并对焊接中存在的工艺参数进行实时监控，对整个焊接的质量控制进行有效的控制，从而实现闭环管理。

7 结语
本研究中所设计的云智能焊接管控大数据分析系统，通过对数据库进行优化实现了海量数据的存储，设计的焊接管控系统符合焊接企业的生产要求，能够对整个生产过程进行统一管理，该数据库系统能够对各个生产环节进行综合管理，对整个焊接的过程进行全程监控，能够对制造类的企业有一定的帮助，对多个焊机的焊接质量进行有效的管理。

通过实践证明，基于云智能技术下的焊接管控大数据分析系统具有较高的可靠性与实时性效果，能够为集群化焊接提供有力的技术支撑，从而帮助制造类企业实现焊机的集中化管理。

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图 2 数字化管控系统架构
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