机器人焊接线生产管理系统应用研究

张颖,耿国庆,文小福,曾孔庚

（安川首钢机器人有限公司，北京，100176）

0 引言

随着“工业4.0”的不断推进与发展，智能制造对传统机器人焊接生产线提出了更高要求，因此，面向车间执行层的生产信息管理系统开始迅速发展，越来越多的管理者开始部署自己公司的生产管理系统。作为机器人系统集成商，如何更好地为用户提供标准化的数据接口、提供底层设备的工作状态及生产信息，成为生产管理系统主要的研发方向。

1 生产管理系统主体结构

本文以机器人焊接线为例，介绍了本公司在生产管理系统方面作的一些研究。机器人焊接线布局图如图1所示。

图1 机器人焊接线布局

汽车零部件机器人焊接线底层设备由机器人、焊机、夹具、PLC等组成，控制层由服务器、工控机、触摸屏等组成，如图2所示。其中，PLC负责底层设备数据采集，工控机和HMI负责数据显示及相关设置，服务器负责数据存储并与工厂级用户的MES系统进行数据对接。

根据不同用户的需求，生产管理系统为其提供2种接口，一是服务器数据库SQL Server或ORACLE，二是PLC的OPCServer。

图2 机器人焊接线设备布局

2 生产管理系统主要功能

机器人焊接线生产管理系统主要包括生产监控、质量追溯、在线检测、历史查询及报表生成等功能。

2.1 生产监控

生产监控可以实时了解整个机器人焊接生产线的运行情况、运行状态，并及时查看报警情况以便快速响应，提高生产效率。

监控内容一般包括以下几方面：

（1）网络状态监控

主要监视各个设备（包括机器人、焊机、PLC、工控机、服务器、触摸屏、传感器等）的网络状态，方便维修人员快速查找和处理网络问题。

（2）生产状态监控

主要监视生产线自动运行状态、生产节拍、操作员信息、生产数量以及故障报警信息等。

（3）机器人状态监控

主要监视机器人工作模式、运行状态、报警代码、报警信息、当前程序名以及程序上传下载等。

（4）焊接参数监控

主要监控焊机工作状态、预置焊接电流、预置焊接电压、实际焊接电流、实际焊接电压、焊接速度、保护气流量、使用气体、焊丝材质、焊丝直径、开关机时间、实际焊接时间、焊工姓名、焊机型号、报警日期与起止时间等。

（5）维护保养提醒

设定焊机及机器人等维护保养时间，当到达设定时间时，系统会发出维护提醒，从而减少焊机及机器人的故障率，避免因设备故障而造成生产线停产。

（6）能源监控

监控水、电、气（保护气）等使用情况，以便企业实时掌握能源状况，为实现能源自动化调控打下坚实的数据基础，同时方便企业进行能源计量和成本核算等工作。

图3是本公司为用户设计的机器人焊接监控系统界面，包括（a）触摸屏监控界面和（b）PC监控界面。其中，触摸屏监控界面可实现网络状态监控、生产状态监控、机器人状态监控、维护保养提醒等功能；PC监控界面则实现焊接参数监控、能源监控等功能。

图3 机器人焊接监控界面

2.2 质量追溯

在机器人焊接生产线中，最受关注的参数就是焊接时的电流和电压。从一条焊接线生产出来的总成件，需要经过多个机器人焊接工作站的不同工位，最终由多个散件拼接而成。大部分生产线在焊接件生产的最后一道工序才打钢印号，而本公司在前面的每道工序都会对焊接件进行编码，并在人工介入的生产线中及时打标扫码，在全自动生产线中则由PLC自动追踪记录，最后与最终的钢印号自动绑定，实现产品追溯。这样，无论任何时候，只要输入焊接总成件的钢印号，就能追溯到该总成件在每个工作站、工位以及焊道的焊接电流和电压。另外，也可以通过时间查询到在某一时间段内，每个工作站、工位的所有焊接件的编码及焊接参数，当条码丢失或损坏时，可以通过时间查询，帮助找回丢失的条码。

图4是本公司为用户设计的质量追溯查询系统界面。以2.1小节生产监控画面中采集的数据为基础，将采集到的数据保存在SQL SERVER或ORACLE数据库中，需要查询时，可以通过总成件的钢印号或时间进行查询。

图4 质量追溯查询系统界面

2.3 在线检测

焊接总成件尺寸是否合格，是衡量焊接质量好坏的重要标准。采用传统的三坐标测量仪检测，需要花费大量的人力和时间，无法满足自动化生产的需求。而自动检具能通过各种智能传感器自动检测焊接件的尺寸，并判断每个焊接件尺寸是否合格，然后将测量值自动保存到数据库中，最终将测量值与焊接件钢印码绑定，这样不仅方便用户查询，还可实现质量追溯，同时还能自动将检测结果通知机器人焊接生产线，以便对合格品和不合格品进行分流处理。

图5是本公司为用户设计的自动检具软件。在自动检具软件主界面中，所有检测位置的检测结果采用不同颜色标注，合格为绿色，不合格为红色，检测结果一目了然；在详细界面中（见图6），会显示出每个工件的各部分定量检测结果、理论值、最大公差、最小公差、合格信息等。

图5 自动检具主界面

图6 自动检具详细界面

2.4 历史查询及报表生成

利用数据库技术，用户可将生产监控系统采集到的数据存储在数据库表格中，经过整理筛选后以表格的形式在查询界面中显示出来（如图7所示），这样方便管理者对生产情况进行更深入地了解，及时调整焊接参数，对设备进行保养以减少停机率。

图7 历史查询界面

3 结语

虽然工业机器人已在汽车零部件自动化焊接生产线中得到广泛应用，但信息化管理系统在近几年才被逐渐引入。该系统采集到的数据，对于企业提高生产效率、保证产品质量、提升生产管理水平，具有明显的促进作用，同时也为企业将来实现智能化生产打下坚实的基础。

对于企业旧生产线的升级改造，由于存在数据类型杂乱、生产现场布置已成型、已有设备功能不完善等问题，导致信息采集与整理有一定困难，成为信息化应用的难点问题。因此，需要供应商和用户一起努力，共同推进机器人自动化焊接生产线的信息化发展。

参考文献

[1]熊有伦.机器人技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社,1996：146-147.

[2]蔡鹤皋.机器人技术的发展与在制造业中的应用[J].机械制造与自动化,2004,33(1)：6-7.

[3]张晓林,吴斌,晁阳.Oracle数据库开发基础教程[M].北京：清华大学出版社,2009：1-2.

[4]王学武,杨尚咏,郭敬.焊接机器人系统远程实时监控与维护[J].上海交通大学学报,2016(s1)：10-13.

[5]曹凤,张英华,朱成华.基于精益生产方式的焊接机器人生产线网络监控系统设计[J].电焊机,2013,43(10)：28-31.