MPLM IG™ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ │ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА │ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ

04.03.2018

Цифровой WPS как инструмент киберфизического синтеза сварочного производства

WPS как инструмент киберфизического синтеза сварочного производства
WPS/СПС (Welding Procedure Specification/Спецификация Процедуры Сварки) – по сути это формальная бюрократическая стандартизированная система определения и контроля параметров сварочных процедур и физических характеристик сварочного шва.

Основной документ регламентирующий структуру и правила применения WPS – ISO 15607:2003 (Specification and qualification of welding procedures for metallic materials -- General rules), ему полностью соответствует российский стандарт ГОСТ Р ИСО 15607-2009 (технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов).
У большинства специалистов в области сварочного производства WPS ассоциируется с бюрократическим формуляром распечатанным на бумажном носителе и подписанным компетентными специалистами.

Но я предлагаю посмотреть на WPS как на стандартизированную структуру данных для организации и управления сварочным производством, не только как систему управления качеством, но и как источник данных для эффективного управления производством и его автоматизации, в том числе на основе промышленных роботов.

Цифровой WPS – это структурированный набор данных который рационально использовать для планирования, контроля и автоматизации производства. Стандартный электронный WPS содержит базовые параметры сварки, которые могут быть дополнены всеми необходимыми данными для автоматизации производства ещё на стадии 3D моделирования изделия (как объекта производства).

На этой фотографии я в офисе "Кемппи Россия" указываю рукой на главную строчку электронного WPS созданного в системе WeldEye в которой указаны основные параметры сварочной процедуры.

В этой строчке основные переменные информационной модели сварочной процедуры:
  • Количество проходов
  • Присадочный материал
  • № Сварочного процесса
  • Скорость подачи проволоки
  • Сила тока
  • Напряжение
  • Ток AC или (DC +/-)
  • Скорость подачи сварочной проволоки (мм/мин)
  • Расход газа (Л/мин)
  • Тепловложение при сварке
Переменных может быть значительно больше, всё зависит от конкретных условий.
Эти и другие переменные можно добавлять прямо в CAD 3D модель, можно создать (программированием) сколько угодно полей в инструменте "сварка", который есть в любой актуальной CAD системе.

Возьмём в качестве примера инструмент "Weld Properties" (далее WP) в САПР "Tekla Structures".



Базовый набор полей переменных в инструменте "WP" сам по себе достаточно полный, но в нём отсутствуют параметры сварочных процедур которые приведены выше. Эти и другие переменные нужно добавить в инструмент "WP" с чем достаточно легко справится любой пользователь Tekla Structures обладающий навыками программирования, или любой программист совместно с пользователем Tekla.

Данные сварочного шва из 3D модели можно визуализировать на чертеже используя стандартные сварочные обозначения, отредактировав в "WP" отображение в соответствии с требованиями производства.

Данные сварочного шва из 3D модели можно визуализировать на чертеже используя стандартные сварочные обозначения
ИСО 15607
Или выгрузить из модели в XML, который использовать для автоматического заполнения в программах для подготовки WPS с последующей печатью на бумажном носителе, если того требует регламент документооборота в рамках проекта. В этом случае на чертеже можно указывать только сквозной номер WPS.

Но будет куда разумнее отказаться от старой парадигмы WPS по ИСО 15607 в пользу структурированных наборов данных, своего рода "Digital Twin" сварочных швов, как объектов и операций производства.

Современное сварочное производство нуждается в новом стандарте "Digital WPS", который обязательно появится, но вряд ли это произойдёт в ближайшие годы. Поэтому для создания эффективного цифрового сварочного производства, нужно разрабатывать стандарт предприятия опираясь на ГОСТ Р ИСО 15607 и согласовывать его с заказчиками.
Разработчик WPS, и контролёр со стороны заказчика могут использовать цифровые подписи в соответствии с ГОСТ Р 34.10-2012 или более простые процессы формирования и проверки электронной цифровой подписи.

Некоторые эстонские металлообрабатывающие предприятия уже давно используют преимущества электронного документооборота пользуясь ID-картами и специальным программным обеспечением для электронной подписи документов. Это очень удобно и экономически целесообразно.

Но даже если заказчик прожжённый бюрократ который требует WPS на бумажных носителях, это не беда, структурированные данные цифрового WPS можно визуализировать как угодно и без значительных затрат рабочего времени при условии автоматизации процесса визуализации.

Internet of Things (IoT) – Интернет вещей для сварочного производства


IoT – организационно-техническая концепция вычислительной сети, в которой физические предметы взаимодействуют друг с другом и внешней средой. Взаимодействие происходит на уровне обмена данными, цифровой WPS – это структурированный набор данных который может быть использован для реализации систем IoT сварочного производства. Люди взаимодействуют с IoT посредством человеко-машинных интерфейсов. Недавно я рассказывал о совместном проекте Kemppi и Suunto «Интернет сварщиков – больше чем IoT», который сейчас находится в стадии R&D – это будущее, а сейчас давайте посмотрим на то, какие преимущества можно получить уже сегодня.

Данные цифрового WPS можно использовать для автоматической настройки сварочных полуавтоматов нового поколения "Kemppi X8". Давайте посмотрим, что из этого получается.

Я не являюсь сварщиком, я понимаю физику сварочных процессов, знаю как нужно держать сварочную дугу, но у меня нет опыта сварки полуавтоматом.


Умный сварочный полуавтомат Kemppi X8 настроился автоматически по WPS загруженной из системы WeldEye. Я просто держал дугу и вёл её так как мне подсказывала интуиция. Всё очень просто, когда у вас есть Kemppi X8 MIG Welder.

X8 + WeldEye идеально подходят для организации сварочного производства по системе обезличенных рабочих мест.

Какие преимущества даёт автоматическая настройка сварочного полуавтомата по данным цифрового WPS?

Экономия рабочего времени при настройках сварочного оборудования. Сварщики затрачивают до 4 – 5% рабочего времени на настройку сварочного оборудования, за исключением случаев однотипной работы в одном пространственном положении.

Допустим, если у вас работают 25 сварщиков и каждому из них постоянно приходится изменять пространственное положение, сваривать детали в нижнем положении, через 20 минут вертикал, ещё через полчаса горизонтальный шов, а также настраиваться под разные толщины и другие условия, то один из 25 сварщиков постоянно занимается настройкой сварочного полуавтомата.

Сами посчитайте выгоду от внедрения системы цифровых WPS с полуавтоматами X8:
Количество работающих сварщиков на своём производстве разделите на 25 и умножьте на среднегодовую заработную плату сварщика у вас на заводе. Прибавьте к полученному значению увеличение прибыли на 0,25% за счёт увеличения производительности.

Уже интересно? Но это только начало!

Сварщики теряют много времени на поиски нужных бумажных WPS, или если таковые на производстве не используются, то на поиск информации о сварке в чертежах. А если что-то непонятно, то вообще «Дело — труба!». Сварной идёт к мастеру, мастер тупит и идёт к начальнику цеха, тот собирает консилиум приглашая конструкторов и технологов. Консилиум заводских мудрецов к концу рабочей смены выносит решение – Семёныч, вари катетом А5! Семёныч с ухмылкой и словами "Варят борщ, а стальные детали сваривают" идёт на рабочее место и приваривает рым за 2 минуты.

Потери рабочего времени из-за проблем связанных с поиском информации о сварке на бумажных носителях сказываются на общей производительности по-разному, на одном заводе потери несущественны, на другом съедают более 10% рабочего времени. Это зависит от многих факторов и для того чтобы посчитать потери корректно, необходимо провести на предприятии индуктивный анализ с подробным изучением частных случаев.    
Независимо от того сколько бы рабочего времени сварщиков не отнимали эти проблемы (на вашем заводе), вы их можете сократить более чем на 80% при внедрении системы цифровых WPS.

Но это только малая часть выгоды, которую вы можете получить от разработки и внедрения системы цифровых WPS с расширенными возможностями на своём заводе.

В течении марта я планирую опубликовать две статьи с результатами технико-экономических исследований в области "Digital Twin" и киберфизической автоматизации управления сварочным производством.

Одна статья будет по материалам совместных исследований Kari Kemppi (Director of Software Customer Operations at Kemppi Oy) и доктора технических наук Туомаса Кивисаари (Tuomas Kivisaari) который раньше работал менеджером программных продуктов в Kemppi, а сейчас является партнёров в консалтинговой компании Melkki Oy.

Недавно Кари и Туомас опубликовали совместную статью под названием "Value Impact of Welding Management Software Over the Welding Value Chain".
В статье приведены интересные технико-экономические данные, которые заслуживают вашего внимания. Статью на английском языке можно скачать на сайте Kemppi Oy.

Вторая статья будет на тему киберфизического синтеза сварочного производства. В ней будет рассказано о расширении возможностей WeldEye, более подробна будет затронута тема интеграции с САПР 3D-моделью и АСУП уровней MES и ERP.

Ближайшие планы по развитию системы киберфизического синтеза сварочного производства


Недавно мы провели переговоры с Кари Кемппи, на которых договорились об обмене информацией с целью создания комплексного интегрированного решения.

Переговоры с Кари Кемппи по вопросам интеграции WeldEye с CAD 3D
За кадром программисты-разработчики WeldEye, которые обещали в ближайшее время подготовить спецификацию API для передачи данных из CAD 3D модели в модуль WPS WeldEye.

Первоочередной задачей является интеграция сварочных работ с CAD 3D моделью через прикладное программное обеспечение, передача данных должна быть двусторонней, от CAD 3D модели до сварочного аппарата и от сварочного аппарата до MES и объектно-ориентированных приложений. В нашем случае хранение и отработка данных осуществляется через AWS, но могут быть и другие варианты.

Вторым этапом (параллельный запуск) является разработка взаимодействия WeldEye с различными АСУ уровней MES (предпочтительный), или ERP (если в системе уже есть реализованные инструменты управления сварочным производством).

Третий этап – интеграция с системами автоматизации сварочного производства на основе промышленных роботов. Третий этап подразумевает интеграцию WPA с CAM-системами.

Четвёртый этап – внедрение системы автоматического управления сварочным производством на основе технологий "Искусственного Интеллекта".

ИИ непрерывно анализирует получаемые данные из киберфизической среды производства выдавая адекватные решения задач производства в режиме реального времени.


Информация создаётся в модели САПР один раз и используется повторно всеми участниками жизненного цикла, как людьми, так и машинами (системами автоматизации).  


Релевантные публикации блога:

Комментариев нет:

Отправить комментарий

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ