CN115178836A - 基于数据驱动的焊接集群控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据驱动的焊接集群控制系统及方法，该系统包括：研发设计定型子系统，用于根据订单数据生成产品的结构模型；TC子系统，用于分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路；MES子系统，用于根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单；主控驱动系统，用于根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令；生产指挥子系统，用于根据任务单和作业指令生成生产计划，并下发至相应生产线的相应工位；采购平台，用于根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。本发明实现了通过订单数据驱动焊接制造全流程的功能。

Description

基于数据驱动的焊接集群控制系统及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种基于数据驱动的焊接集群控制系统及方法。

背景技术

高效率、高质量、低成本的数字化、智能化制造将是中国制造业未来提升自身竞争力、实现转型升级的最佳方式。焊接技术作为工业中应用最广的工艺之一，焊接质量、效率与装备研发质量、周期及成本息息相关。目前焊接生产线采用工作单元无人、作业区域少人的作业方式，实现了设备长时间、全位置自动化焊接作业。但目前的焊接生产线及相应系统存在无法实现通过订单数据驱动焊接制造全流程的问题。

发明内容

本发明提供一种基于数据驱动的焊接集群控制系统及方法，用以解决现有技术中无法实现通过订单数据驱动焊接制造全流程的问题。

本发明提供一种数据驱动的焊接集群控制系统，包括：

研发设计定型子系统，用于根据订单数据生成产品的结构模型；

TC子系统，用于分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路；

MES子系统，用于根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台和主控驱动系统，所述任务单按时间点顺序记录工序、工步和质量控制点，所述工步为每一道工序的最小任务单元，每一工步对应一质量控制点；

主控驱动系统，用于根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，将作业指令发送至生产指挥子系统，将配送指令发送至采购平台；

生产指挥子系统，用于根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位；

采购平台，用于根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，所述主控驱动系统还用于接收工位返回的工步完成信息和完成时间点，并在上一工序的所有工步完成后根据所述任务单驱动工艺链路的下一个工序步骤。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，还包括：IOT子系统，用于接收生产线返回的与所述工步对应的质量控制点的焊接质量问题，并将焊接质量问题返回至主控驱动系统，主控驱动系统还用于对焊接质量问题做逻辑判断，判断后自动修正。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，所述主控驱动系统还用于将焊接质量问题及所述逻辑判断的结果发送至质量信息管理系统。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，每个所述工位通过双目视觉相机检测焊接图像，以识别出所述焊接质量问题。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，所述IOT子系统还用于接收生产线返回的焊接设备的设备信息，并将所述设备信息发送至所述主控驱动系统，所述主控驱动系统还用于对设备信息进行健康数据分析。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，主控驱动系统还用于将健康数据发送至IOT子系统，所述IOT子系统还用于将所述健康数据发送至设备信息管理系统。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，若所述健康数据包括设备异常、设备故障及预防性维修警示的设备维护信息，则所述IOT子系统还用于将所述设备维护信息发送至所述生产指挥子系统，所述生成指挥系统根据设备维护信息生成设备维护计划。

根据本发明提供的一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，所述主控驱动系统还用于接收工位反馈的生产信息，并将所述生产信息发送至所述生产指挥子系统，所述生产指挥子系统还用于根据实时反馈的所述生产信息计算设备利用率，根据所述生产计划和所述设备利用率优化生产计划，所述主控驱动系统还用于根据所述设备利用率和所述任务单更新所述配送指令。

本发明还提供一种利用上述的基于数据驱动的焊接集群控制系统的控制方法，包括：

研发设计定型子系统根据订单数据生成产品的结构模型；

TC子系统分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路；

MES子系统根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台和主控驱动系统，所述任务单按时间点顺序记录工序、工步和质量控制点，所述工步为每一道工序的最小任务单元，每一工步对应一质量控制点；

主控驱动系统根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，将作业指令发送至生产指挥子系统，将配送指令发送至采购平台；

生产指挥子系统根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位；

采购平台根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。

本发明提供的基于数据驱动的焊接集群控制系统及控制方法，通过研发设计定型子系统根据订单数据生成产品的结构模型，TC子系统分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路，MES子系统根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台，主控驱动系统根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，生产指挥子系统根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位，采购平台根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产，从而实现了通过订单数据驱动焊接制造全流程的功能，达到了从订单数据开始到焊接完成整个过程的自动化执行的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的数据驱动的焊接集群控制系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明的数据驱动的焊接集群控制系统，该系统包括：

研发设计定型子系统1，用于根据订单数据生成产品的结构模型。订单数据来源于订单系统11，其中的每一个订单数据表示需要焊接的产品，研发设计定型子系统1获取到订单数据后，对订单数据对应的产品结构进行需求分析，并进行三维建模，以生成产品的结构模型。

TC(Team Center)子系统2，用于分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路，具体地，通过专业仿真系统对产品的结构模型中包括的各部件，及各部件之间的焊接工艺及顺序进行仿真，得到焊接所述产品的工艺链路。

MES(Manufacturing execution system)子系统3，用于根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统4，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台6和主控驱动系统4。其中，所述工步为每一道工序的最小任务单元，每一工步对应一质量控制点，例如：一个工序需要在六个工位完成，一个工位包括七个工步。任务单中，工序、工步和质量控制点都是按时间点顺序记录的，该时间点为工序、工步和质量控制点开始执行的时刻。本步骤中，MES子系统3通过ERP系统12将物料清单发送至采购平台6，采购平台6从物料数据库13中获取物料信息，其中，每个物料均带有RFID标签，能够基于RFID进行物料配送，基于RFID的物流配送属于成熟的技术，此处不在赘述。

主控驱动系统4，用于根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，将作业指令发送至生产指挥子系统5，将配送指令发送至采购平台6。作业指令主要基于任务单生成，在任务单的基础上增加了执行每一工步的指令，对于每个任务单，作业指令包括：开机准备、开机作业、过程中质量控制和完工检查等指令。配送指令指定了物料要配送到哪条生产线上的哪个工位。

生产指挥子系统5，用于根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线8的相应工位。生产计划指定了任务单中的任务下发到哪条生产线上的哪个工位，具体地，将一个工序下发到哪条生产线的哪几个工位上。其中，生产线8包括：组焊机械手、焊接机械手、打磨机械手、探伤机械手和测量机械手等工位，每个工位根据生产计划，在相应的工步执行相应的操作。如：焊接操作、焊后检测等操作，并在质量控制点对焊接质量进行监控。

采购平台6，用于根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。

本实施例提供的基于数据驱动的焊接集群控制系统，通过研发设计定型子系统1根据订单数据生成产品的结构模型，TC子系统2分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路，MES子系统3根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台6，主控驱动系统4根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，生产指挥子系统5根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线8的相应工位，采购平台6根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线8的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产，从而实现了通过订单数据驱动焊接制造全流程的功能，达到了从订单数据开始到焊接完成整个过程的自动化执行的效果。

本实施例中，所述主控驱动系统4还用于接收工位返回的工步完成信息和完成时间点，并在上一工序的所有工步完成后根据所述任务单驱动工艺链路的下一个工序步骤。一个工序包含多个工步，每个工位在完成工步操作后，将工步操作完成信息和完成时间点返回给主控驱动系统4，主控驱动系统4根据收到的工步完成信息检查该工序所有工步是否完成，若完成则根据所述任务单驱动工艺链路的下一个工序步骤。

本实施例的数据驱动的焊接集群控制系统还包括：IOT(Internet Of Things)子系统7，用于接收生产线返回的与所述工步对应的质量控制点的焊接质量问题，并将焊接质量问题返回至主控驱动系统4，主控驱动系统4还用于对焊接质量问题做逻辑判断，判断后自动修正。例如：存在较低的焊接线能量会导致熔池温度不足，造成焊缝区域未熔透等缺陷；较高的焊接线能量则会出现焊缝区域击穿造成的焊漏等缺陷。采用数值模拟方式可以得出在不同焊接速度下熔池截面云图及相应试验，并根据熔池截面云图和相应试验数据进行自动修正，即根据熔池计算获得的截面云图和试验数据获得模型，判断焊缝区域实时熔透状态，根据云图与模型比对实时修正焊接线能量输入。通过焊接过程中的焊接质量问题反馈可以及时发现哪一个工序出了问题，以停止后续焊接。焊接完成后可通过探伤机械手和测量机械手对焊接好的产品进行检测，如有质量问题及时上报。

进一步地，主控驱动系统4还用于将焊接质量问题及所述逻辑判断的结果发送至质量信息管理系统9，使质量信息管理系统9中的数据实时更新，质量信息管理系统9为现有焊接系统的一部分，用于对焊接质量问题进行存储。质量信息管理系统9还用于对质量存在问题判断确定后进行停机处理，生产线8相应的焊接程序退出，通过物流系统将焊接件运输到异常处理流程处，质量信息回传到质量项点确定修复与再制造流程。

本实施例中，每个所述工位通过双目视觉相机检测焊接图像，以识别出所述焊接质量问题。具体地，在焊接制造过程中，通过双目视觉相机检测电弧熔池表面的图像，实现不同焊接参数下的电弧熔池表面形貌的三维重建。通过双目视觉相机检测焊接图像能够实现焊接质量的在线采集及预测，及时发现焊接质量问题。

为了避免因为设备问题导致焊接质量问题，如：设备故障导致焊接质量问题，IOT子系统7还用于接收生产线返回的焊接设备的设备信息，并将设备信息发送至主控驱动系统4，主控驱动系统4还用于对设备信息进行健康数据分析。其中，设备信息可以包括焊接设备关键部件，如：焊机、司服、升降臂和传动载荷等的信息。

进一步地，主控驱动系统4还用于将健康数据发送至设备信息管理系统10，使设备信息管理系统10中的数据实时更新，设备信息管理系统10为现有焊接系统的一部分，用于存储设备信息，若所述健康数据包括设备异常、设备故障及预防性维修警示的设备维护信息，则所述IOT子系统还用于将所述设备维护信息发送至所述生产指挥子系统，所述生成指挥系统根据设备维护信息生成设备维护计划，例如：出现设备故障时，及时报修。

所述主控驱动系统4还用于接收工位反馈的生产信息，并将所述生产信息发送至所述生产指挥子系统5。其中，生产信息包括：工位上设备开关机信息、暂停信息等。所述生产指挥子系统5还用于根据实时反馈的所述生产信息计算设备利用率，所述生产计划和所述设备利用率优化生产计划，所述主控驱动系统4还用于根据所述设备利用率和所述任务单更新所述配送指令。

具体地，主控驱动系统4收到某一生产线上一个工位上的设备关机信息，可能是由于设备故障停机，主控驱动系统4将该生产信息发送至生产指挥子系统5，由于该工位上设备出现关机信息，生产指挥子系统5需要将本来下发到该工位的任务调整到其它工位的相应设备。因此，生产指挥子系统5重新计算工位上设备的利用率(设备的利用率反映设备被利用的频次，频次越多负荷越大)，再根据所述生产计划和所述设备利用率优化生产计划，其优化的目的是平衡设备的负荷，尽量避免由于负荷过重导致的设备暂停或停机的故障。由于任务调整，因此主控驱动系统4还需要根据所述设备利用率和任务单更新所述配送指令，即将原来配送到该工位的物料调整到上述其它工位。

本发明还提供了一种利用上述基于数据驱动的焊接集群控制系统的控制方法，包括：

研发设计定型子系统根据订单数据生成产品的结构模型。

TC子系统分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路。

MES子系统根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台和主控驱动系统，所述工步为每一道工序的最小任务单元，每一工步对应一质量控制点。

主控驱动系统根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，将作业指令发送至生产指挥子系统，将配送指令发送至采购平台。

生产指挥子系统根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位。

采购平台根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。

本实施例提供的基于数据驱动的焊接集群控制方法，通过研发设计定型子系统根据订单数据生成产品的结构模型，TC子系统分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路，MES子系统根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台，主控驱动系统根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，生产指挥子系统根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位，采购平台根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产，从而实现了通过订单数据驱动焊接制造全流程的功能，达到了从订单数据开始到焊接完成整个过程的自动化执行的效果。

可选地，在工位完成相应的工步之后，主控驱动系统还接收工位返回的工步完成信息和完成时间点，并在上一工序的所有工步完成后根据所述任务单驱动工艺链路的下一个工序步骤。

可选地，基于数据驱动的焊接集群控制系统还包括：IOT子系统，该方法还包括：IOT子系统接收生产线返回的与所述工步对应的质量控制点的焊接质量问题，并将焊接质量问题返回至主控驱动系统，主控驱动系统对焊接质量问题做逻辑判断，判断后自动修正。

可选地，在所述主控驱动系统收到焊接质量信息并做出逻辑判断之后还包括：所述主控驱动系统还将焊接质量问题及所述逻辑判断的结果发送至质量信息管理系统。

可选地，每个所述工位通过双目视觉相机检测焊接图像，以识别出所述焊接质量问题。

可选地，该方法还包括：所述IOT子系统接收生产线返回的焊接设备的设备信息，并将所述设备信息发送至所述主控驱动系统，所述主控驱动系统对设备信息进行健康数据分析。

可选地，在主控驱动系统对设备信息进行健康数据分析之后还包括：主控驱动系统将健康数据发送至IOT子系统，所述IOT子系统将所述健康数据发送至设备信息管理系统。

可选地，在IOT子系统收到健康数据之后还包括：若所述健康数据包括设备异常、设备故障及预防性维修警示的设备维护信息，所述IOT子系统将所述设备维护信息发送至所述生产指挥子系统，所述生成指挥系统根据设备维护信息生成设备维护计划。

可选地，该方法还包括：所述主控驱动系统接收工位反馈的生产信息，并将所述生产信息发送至所述生产指挥子系统，所述生产指挥子系统根据实时反馈的所述生产信息计算设备利用率，根据所述生产计划和所述设备利用率优化生产计划，所述主控驱动系统根据所述设备利用率和所述任务单更新所述配送指令。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，包括：

研发设计定型子系统，用于根据订单数据生成产品的结构模型；

TC子系统，用于分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路；

MES子系统，用于根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台和主控驱动系统，所述任务单按时间点顺序记录工序、工步和质量控制点，所述工步为每一道工序的最小任务单元，每一工步对应一质量控制点；

主控驱动系统，用于根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，将作业指令发送至生产指挥子系统，将配送指令发送至采购平台；

生产指挥子系统，用于根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位；

采购平台，用于根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。

2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，所述主控驱动系统还用于接收工位返回的工步完成信息和完成时间点，并在上一工序的所有工步完成后根据所述任务单驱动工艺链路的下一个工序步骤。

3.根据权利要求1的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，还包括：IOT子系统，用于接收生产线返回的与所述工步对应的质量控制点的焊接质量问题，并将焊接质量问题返回至主控驱动系统，主控驱动系统还用于对焊接质量问题做逻辑判断，判断后自动修正。

4.根据权利要求3所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，所述主控驱动系统还用于将焊接质量问题及所述逻辑判断的结果发送至质量信息管理系统。

5.根据权利要求3所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，每个所述工位通过双目视觉相机检测焊接图像，以识别出所述焊接质量问题。

6.根据权利要求3所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，所述IOT子系统还用于接收生产线返回的焊接设备的设备信息，并将所述设备信息发送至所述主控驱动系统，所述主控驱动系统还用于对设备信息进行健康数据分析。

7.根据权利要求6所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，主控驱动系统还用于将健康数据发送至IOT子系统，所述IOT子系统还用于将所述健康数据发送至设备信息管理系统。

8.根据权利要求7所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，若所述健康数据包括设备异常、设备故障及预防性维修警示的设备维护信息，则所述IOT子系统还用于将所述设备维护信息发送至所述生产指挥子系统，所述生成指挥系统根据设备维护信息生成设备维护计划。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统，其特征在于，所述主控驱动系统还用于接收工位反馈的生产信息，并将所述生产信息发送至所述生产指挥子系统，所述生产指挥子系统还用于根据实时反馈的所述生产信息计算设备利用率，根据所述生产计划和所述设备利用率优化生产计划，所述主控驱动系统还用于根据所述设备利用率和所述任务单更新所述配送指令。

10.一种权利要求1～9中任一项所述的基于数据驱动的焊接集群控制系统的控制方法，其特征在于，包括：

研发设计定型子系统根据订单数据生成产品的结构模型；

TC子系统分解所述产品的结构模型，以得到焊接所述产品的工艺链路；

MES子系统根据工艺链路生成包括工序、工步和质量控制点的任务单，将所述任务单发送至主控驱动系统，并将工艺链路需要的物料清单发送至采购平台和主控驱动系统，所述任务单按时间点顺序记录工序、工步和质量控制点，所述工步为每一道工序的最小任务单元，每一工步对应一质量控制点；

主控驱动系统根据工艺链路及所述任务单生成作业指令，并根据物料清单生成基于RFID驱动物流的配送指令，将作业指令发送至生产指挥子系统，将配送指令发送至采购平台；

生产指挥子系统根据所述任务单和作业指令生成生产计划，并将所述生产计划下发至相应生产线的相应工位；

采购平台根据物料清单和配送指令将物料配送至相应生产线的相应工位，以使每个工位按所述生产计划进行生产。

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