基于網(wǎng)絡(luò)控制的焊接知識(shí)管理系統(tǒng)研究

1、基于網(wǎng)絡(luò)控制的焊接知識(shí)管理系統(tǒng)研究黃堅(jiān)，崔志方，皮佑國(guó)（華南理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510641）摘要：分析了傳統(tǒng)焊接過程中存在的缺點(diǎn)，在對(duì)焊接網(wǎng)絡(luò)控制和焊接規(guī)范知識(shí)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，提出了焊接網(wǎng)絡(luò)控制的工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)方案。從服務(wù)器端，數(shù)據(jù)庫(kù)和客戶端這三個(gè)方面的技術(shù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了焊接知識(shí)管理系統(tǒng)。詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的功能需求并在此基礎(chǔ)上討論了編程語言的選擇以及他們的優(yōu)點(diǎn)。提出了以焊縫編號(hào)進(jìn)行焊接規(guī)范參數(shù)設(shè)定的控制策略。引入了權(quán)限管理并討論了詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。在某專用汽車制造廠實(shí)現(xiàn)了鋁合金罐體的焊接設(shè)定控制。關(guān)鍵詞：焊接知識(shí)管理；網(wǎng)絡(luò)控制；工業(yè)以太網(wǎng)中圖分類號(hào)： TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2、Research of Network-Control-Based Welding Knowledge Management SystemHUANG Jian, CUI Zhi-fang, PI You-guo(South China University of Technology, Automation College, Guangdong, Guangzhou 510641)Abstract: This article analyses the drawbacks of traditional welding process and proposed an Ethernet scheme

3、 to implement welding network control base on the analysis of welding network control and welding parameters. Welding knowledge management system is designed according to the technology features of server, database and client. Detailed functionality requirements are described and on this basic this

4、article discusses the choice of programming language, as well as their advantages. A welding parameter setting strategy according to welding joint numbers is carried out. Authority management is introduced and detailed design of database is discussed. The realization of aluminum alloy tank welded se

5、ttings is achieved in a special purpose vehicle factory.Key Words: Welding Knowledge Management; Network control; Industrial Ethernet引 言利用現(xiàn)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是一個(gè)重要的研究方向。制造業(yè)信息化是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，其中制造的網(wǎng)絡(luò)化是信息化的基礎(chǔ)。電焊機(jī)作為焊接設(shè)備，近年來得到了很大發(fā)展。微機(jī)控制的電焊機(jī)己經(jīng)越來越多的應(yīng)用在生產(chǎn)中，能夠支持網(wǎng)絡(luò)功能的焊接設(shè)備在國(guó)外的焊機(jī)中已經(jīng)比較普遍。實(shí)現(xiàn)焊接工藝的網(wǎng)絡(luò)化管理與監(jiān)控，對(duì)焊接質(zhì)量控制和提高焊接制造過程

6、的敏捷性具有重要意義。但是，焊接加工屬于非流程工業(yè)的加工工藝，焊接設(shè)備可能是出自不同的廠家，具有不同的品牌。這些焊機(jī)的聯(lián)網(wǎng)可能具有不同的通訊協(xié)議12。項(xiàng)目基金：粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破招標(biāo)項(xiàng)目（2007168405）作者簡(jiǎn)介：黃堅(jiān)(1984-)，男，廣西，碩士，華南理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院模式識(shí)別專業(yè)，Email：roamer.roamer在焊接過程中，使用不同的焊接材料要求配套不同的焊接條件和環(huán)境。某些金屬如鋁合金等對(duì)焊接的條件要求非?？量?，所以在這些金屬的焊接過程中，不僅要采用高性能的焊機(jī)，而且使用的焊接工藝規(guī)范參數(shù)（Welding Parameters，以下簡(jiǎn)稱WP）都是經(jīng)過許多次的焊接工藝試驗(yàn)評(píng)

7、估而得到的3。因而，通過焊接工藝設(shè)計(jì)、焊接工藝試驗(yàn)和評(píng)估而得到的WP是企業(yè)的技術(shù)秘密，企業(yè)不希望焊接操作人員接觸而失密。另一方面，復(fù)雜的WP設(shè)定提高了對(duì)操作人員的要求，參WP設(shè)定的疏忽有時(shí)會(huì)導(dǎo)致廢品。本文的思路是采用一種專門開發(fā)的焊接網(wǎng)絡(luò)控制器（Welding Network Controller，以下簡(jiǎn)稱WNC）來實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。WNC上連接到局域網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)），下連接到各種焊機(jī)。所有產(chǎn)品的WP存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)操作員登錄系統(tǒng)后根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃設(shè)置各產(chǎn)品的各焊縫的具體WP，WNC以瀏覽器方式工作，焊接人員只需在WNC中選擇相應(yīng)的產(chǎn)品就可以下載該產(chǎn)品的所有焊縫的WP。焊接時(shí)只要選擇焊縫

8、編號(hào)，WNC就會(huì)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行WP設(shè)置控制。整個(gè)過程中，具體WP的下載和設(shè)置都由軟件自動(dòng)完成，保證了數(shù)據(jù)的安全。系統(tǒng)管理員焊接人員人機(jī)交互界面MySql數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)操作員ApachePHP數(shù)據(jù)下載讀取焊機(jī)狀態(tài)中心服務(wù)器本文主要介紹焊接知識(shí)管理系統(tǒng)（Welding Knowledge Management System，以下簡(jiǎn)稱WKMS），WNC另文介紹。本文安排如下：首先介紹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后介紹WKMS的軟件實(shí)現(xiàn)方案，接著介紹軟件設(shè)計(jì)和WKMS的測(cè)試運(yùn)行情況。1 企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，按照功能可以分成下面兩個(gè)部分：圖1 企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.1 企業(yè)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)

9、器、焊機(jī)和WNC（集成了集線器）構(gòu)成了企業(yè)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。WNC向上通過網(wǎng)線連接到中心服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的下載或者焊機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的上傳，向下可以通過工業(yè)以太網(wǎng)、RS232、RS485以及CAN總線接口連接到焊機(jī)并實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)WP的自動(dòng)設(shè)定或焊機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。1.1 企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)企業(yè)的中心服務(wù)器、路由器和各種網(wǎng)絡(luò)終端構(gòu)成了企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)。在企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)終端打開瀏覽器輸入中心服務(wù)器的入口地址，通過身份驗(yàn)證后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)WKMS的維護(hù)。借助路由器，企業(yè)的管理人員可以在任何接通了互聯(lián)網(wǎng)的地方對(duì)WP進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，或者遠(yuǎn)程查看焊機(jī)的工作狀態(tài)。2 WKMS的建立WKMS保存著焊接生產(chǎn)所需的WP和各焊機(jī)的工

10、作狀態(tài)，采用B/S模式,結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1 網(wǎng)站服務(wù)器Apache是目前最流行的網(wǎng)站服務(wù)器，它開放源代碼，用戶可以對(duì)其功能進(jìn)行定制，并且能在各操作系統(tǒng)中安裝使用。PHP則是搭配Apache的最佳服務(wù)器端語言，它為網(wǎng)站開發(fā)所需的常用特性如數(shù)據(jù)庫(kù)連接、字符串處理和身份驗(yàn)證等提供了完備的支持。WKMS選擇Apache作為網(wǎng)站服務(wù)器，PHP作為服務(wù)器端編程語言。圖2 焊接知識(shí)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Apache服務(wù)器接收到客戶端的請(qǐng)求時(shí)，首先對(duì)客戶端進(jìn)行身份驗(yàn)證。WKMS使用Session驗(yàn)證的方式。Apache接收到客戶端的用戶名和密碼后，由PHP來完成驗(yàn)證工作。PHP連接上數(shù)據(jù)庫(kù)后，查看數(shù)據(jù)庫(kù)中是否存在

11、該用戶名的記錄，如果存在，再對(duì)比密碼是否一致，一致則表明用戶名和密碼都正確，登錄成功，然后PHP使用專門的算法自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)在WKMS中唯一的SessionID，然后返回給客戶端?？蛻舳嗽诮酉聛淼恼?qǐng)求中，只需要附上WKMS分配的SessionID，PHP便能根據(jù)SessionID來辨別用戶的身份，從而進(jìn)行相應(yīng)的權(quán)限檢查，進(jìn)而對(duì)客戶的請(qǐng)求做相應(yīng)的處理4。根據(jù)需要在WKMS中設(shè)置三種權(quán)限，系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)操作員和焊接人員。系統(tǒng)管理員具有最高的權(quán)限，具有初始化WKMS、建庫(kù)和維護(hù)等功能。系統(tǒng)操作員由系統(tǒng)管理員進(jìn)行授權(quán)，可以有一個(gè)或者多個(gè)，可以負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品或者系列的數(shù)據(jù)的焊縫的WP的設(shè)置。為方便焊

12、接操作工人熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，快捷地使用WNC下載數(shù)據(jù)，焊接操作工人可以查看產(chǎn)品系列、產(chǎn)品和焊縫編號(hào)信息，但不能查看具體的WP。這樣就保證了WP的保密性。WKMS具有日志功能，能跟蹤用戶對(duì)WKMS進(jìn)行的各種操作，如登錄時(shí)間和操作的內(nèi)容。由于WP是企業(yè)重要數(shù)據(jù)，WKMS每次都要在用戶操作前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)用來保存和查詢WKMS的各種數(shù)據(jù)。本文采用MySql數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的分類及結(jié)構(gòu)如圖3所示。WP庫(kù)中以產(chǎn)品和焊縫編號(hào)為主鍵來記錄每條焊縫下的WP，如焊接材料、焊接電壓、焊接電流、焊接位置、坡口形式等。為方便數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)，用戶信息庫(kù)中保存了用戶的用戶名、密碼和操作權(quán)限等信

13、息，是用戶登錄WKMS進(jìn)行身份認(rèn)證的依據(jù)。系統(tǒng)日志庫(kù)則對(duì)WKMS的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的記錄。2.3 WKMS的功能接口WKMS提供系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)操作員和焊機(jī)人員三類用戶圖形接口。圖形用戶界面使用HTML+CSS+AJAX進(jìn)行開發(fā)。HTML+CSS是靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)制作必不可少的兩門語言，HTML控制圖形界面的顯示內(nèi)容，CSS控制內(nèi)容顯示的格式5。為了提供更友好的交互在WKMS中引入了AJAX。AJAX不是一門技術(shù)，而是一組技術(shù)的概括，是Asynchronous JavaScript and XML的一個(gè)縮寫，把HTML、CSS、JavaScript和XML靈活地綁定在一起。焊接工藝參數(shù)庫(kù)1系列產(chǎn)品 1

14、焊縫 1焊縫 2焊縫 3焊縫 n產(chǎn)品 2產(chǎn)品 nn系列圖3 焊接知識(shí)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)用戶信息庫(kù)系統(tǒng)日志庫(kù)焊接知識(shí)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)焊接材料預(yù)熱溫度送絲速度坡口形式保護(hù)氣體權(quán)限表用戶表用戶名操作內(nèi)容操作時(shí)間用戶名權(quán)限用戶名密碼職位通常，一個(gè)界面有多個(gè)部分組成。如果使用傳統(tǒng)的方法來處理網(wǎng)站服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，瀏覽器內(nèi)的所有數(shù)據(jù)都必須更新，然而使用AJAX，瀏覽器可以僅僅更新發(fā)生了變化的內(nèi)容，這就減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶的等待時(shí)間。使用異步請(qǐng)求使得客戶端的瀏覽器用戶界面具有更好的交互并能對(duì)輸入產(chǎn)生更快的響應(yīng)。每一部分的頁(yè)面都可以獨(dú)立地重新加載，用戶感覺到應(yīng)用程序運(yùn)行得更快。這種工作方式下，JavaScrip

15、t和CSS只需下載一次，這就大大減少了從網(wǎng)站服務(wù)器下載的數(shù)據(jù)。由于頁(yè)面沒有被更新，JavaScript變量可以長(zhǎng)期保存用戶的狀態(tài)，使得服務(wù)更有針對(duì)性67。在查看焊機(jī)狀態(tài)的界面中，AJAX的優(yōu)勢(shì)更是發(fā)揮得淋漓盡致。由于焊機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)是不斷從WNC發(fā)送到網(wǎng)站服務(wù)器的，這就要求界面上的焊機(jī)狀態(tài)也能跟著變化，如果使用傳統(tǒng)的瀏覽器交互方式，頻繁的頁(yè)面刷新嚴(yán)重干擾了用戶的正常使用，特別是在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳的時(shí)候，這種交互根本無法完成。而通過AJAX只需要下載狀態(tài)數(shù)據(jù)，其異步工作方式可以在用戶毫無察覺之下就完成了數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，然后進(jìn)行局部更新，整個(gè)界面非常流暢。通過系統(tǒng)管理員接口可以對(duì)WKMS進(jìn)行初始化設(shè)置，可以

16、建立數(shù)據(jù)庫(kù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行日常的維護(hù)，還可以對(duì)其他的用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置。通過系統(tǒng)操作員接口可以在某一個(gè)系列中添加或刪除一個(gè)產(chǎn)品，也可以對(duì)某個(gè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除或修改。他們操作的結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，供WNC下載。焊接人員接口是一個(gè)受限的接口，通過該接口只能查看焊機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)品系列，產(chǎn)品名稱和焊縫，但不能查看焊縫的WP。數(shù)據(jù)下載接口不需要圖形界面，WNC通過程序直接訪問數(shù)據(jù)下載接口就可以完成數(shù)據(jù)下載功能。WNC向WKMS請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，可以請(qǐng)求某個(gè)產(chǎn)品的所有數(shù)據(jù)，也可以是某個(gè)產(chǎn)品的某條焊縫或某幾條焊縫的數(shù)據(jù)，或者某些字段的數(shù)據(jù)，WKMS根據(jù)請(qǐng)求所提供的參數(shù)來進(jìn)行相應(yīng)處理。3 測(cè)試運(yùn)行本文設(shè)計(jì)的WKMS已

17、在某專用汽車制造廠通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,由基于Arm板和Linux操作系統(tǒng)的WNC和福尼斯TPS-4000焊機(jī)構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。WNC通過用Socket發(fā)送Http數(shù)據(jù)包訪問網(wǎng)站服務(wù)器來獲取WP，然后再對(duì)福尼斯焊機(jī)進(jìn)行WP設(shè)置8。測(cè)試過程中，WNC工作穩(wěn)定，WP獲取準(zhǔn)確可靠。焊縫質(zhì)量達(dá)到企業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，射線探傷檢測(cè)結(jié)果也表明焊縫內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到了企業(yè)的質(zhì)量要求。4 測(cè)試運(yùn)行本文詳細(xì)討論了不同通信協(xié)議焊機(jī)的組網(wǎng)方案和WKMS的設(shè)計(jì)，在某專用汽車制造廠構(gòu)成焊接控制網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)了鋁合金罐體焊接生產(chǎn)線上焊機(jī)的設(shè)定控制。采用焊縫檢索的焊接知識(shí)管理方法保證了企業(yè)技術(shù)秘密的安全，也降低了對(duì)操作人員的要求。雖然本方案只對(duì)焊機(jī)進(jìn)行了設(shè)定控制，但方案可以推廣到其它非流程工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)控制中去。參考文獻(xiàn)1 曹彪，劉方，曾敏等. 逆變弧焊電源的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究J.電焊機(jī).2008-05.38:34-352 楊曉峰，童彥剛，尹登科. 數(shù)字化焊接電源及其智能