馮燕麗 印喬娟

摘 要：近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平提升和信息技術(shù)快速發(fā)展，船舶行業(yè)和以往相比也發(fā)生較大改變。其中最顯著的變化就是在船舶焊接中應(yīng)用數(shù)字化，無疑能提高焊接效率和質(zhì)量，減輕工作人員負(fù)擔(dān)。對(duì)此，本文則從多方面分析數(shù)字化在船舶焊接具體應(yīng)用策略以及其發(fā)展，望給予船舶焊接工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：船舶焊接；數(shù)字化；應(yīng)用；發(fā)展

船舶是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要組成，其中焊接更是決定船舶制造成品效果的關(guān)鍵。目前船舶焊接為了迎合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，逐漸推進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新材料等，不僅可以提高船舶產(chǎn)品質(zhì)量，更能推動(dòng)船舶制造走向自動(dòng)化發(fā)展行列，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求。

1數(shù)字化在船舶焊接中的應(yīng)用

1.1船舶焊接工藝專家系統(tǒng)

焊接工程師先解決的問題就是焊接工藝，傳統(tǒng)焊接設(shè)計(jì)主要依賴于技術(shù)人員知識(shí)儲(chǔ)備、經(jīng)驗(yàn)以及填寫各種焊接工藝文件完成。一般多采用CAD和Word軟件相結(jié)合形式，這種方式無疑在一定程度提升工藝編制速度。然而工藝在數(shù)據(jù)管理方面也存在一定的盲區(qū)，即沒有科學(xué)的分類存儲(chǔ)和管理工藝數(shù)據(jù)，不能有效利用和重復(fù)性索引，再加上相關(guān)工藝技術(shù)人員不斷流失和更替，在很大程度使焊接工藝編制受到影響。20世紀(jì)90年代中期，船舶焊接領(lǐng)域開始研究專家系統(tǒng)，隨著應(yīng)用領(lǐng)域拓寬，該系統(tǒng)也越來越受到重視，很多國(guó)家都開始開發(fā)和應(yīng)用焊接專家系統(tǒng)應(yīng)用且涉及焊接生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。①缺陷診斷型專家系統(tǒng)；即根據(jù)焊接缺陷特征對(duì)缺陷類型進(jìn)行判斷或分析已知缺陷成因。②焊工資格考試選擇；根據(jù)焊接工作內(nèi)容選擇相關(guān)工作設(shè)置考題并對(duì)焊工進(jìn)行測(cè)試，判斷其是否具有焊工資格。③焊縫成本估算；根據(jù)焊縫坡口長(zhǎng)度、形狀、具體施工工時(shí)等計(jì)算生產(chǎn)成本。④焊接結(jié)構(gòu)CAD：運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)焊接設(shè)備和相關(guān)輔助機(jī)械等。⑤焊接工藝流程；涵蓋工藝設(shè)計(jì)、工藝選擇并根據(jù)接頭形式、焊接位置、母材牌號(hào)等施焊條件選擇和設(shè)計(jì)焊接工藝。雖然在國(guó)內(nèi)已有學(xué)者研究專家系統(tǒng)軟件和焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，但很少有學(xué)者針對(duì)船舶材料和船舶標(biāo)準(zhǔn)的專家系統(tǒng)和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)內(nèi)還很少涉及。因而有必要總結(jié)和整理大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工藝，并建立符合船舶建造標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家焊接標(biāo)準(zhǔn)的專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，從而更好地滿足船舶數(shù)字化需求。

1.2船舶焊接數(shù)據(jù)庫(kù)

焊接數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在焊接領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)分支，也具有數(shù)據(jù)庫(kù)本身的一般特點(diǎn)，其組成有3部分： 焊接數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）和應(yīng)用程序。焊接數(shù)據(jù)庫(kù)部分存儲(chǔ)著所用的數(shù)據(jù)與信息，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)管理數(shù)據(jù)庫(kù)的平臺(tái)，應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁┝藨?yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的界面。焊接數(shù)據(jù)庫(kù)將焊接領(lǐng)域內(nèi)的各種數(shù)據(jù)、信息、資料和文件等有規(guī)律地組織保存起來，可以快速方便查閱和使用。由于焊接生產(chǎn)的復(fù)雜性，焊接數(shù)據(jù)庫(kù)能極大地提高工作效率和準(zhǔn)確率，因此，焊接數(shù)據(jù)庫(kù)在焊接領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用極其廣泛。從 20 世紀(jì) 80 年代末起，日本、美國(guó)和韓國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開展了在船舶焊接領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究工作，包括試驗(yàn)焊接標(biāo)準(zhǔn)、鋼材、焊接方法、坡口形狀、焊接材料、焊接條件、焊縫金屬化學(xué)成分、預(yù)熱處理等條件、無損檢測(cè)和焊接接頭性能等數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3船舶焊接信息反饋技術(shù)

焊接是船體建造的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，控制焊接質(zhì)量對(duì)艦船達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)性能至關(guān)重要，因此各國(guó)為了提高艦船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證航行安全，都在控制焊接質(zhì)量方面下功夫。焊接過程是一個(gè)較復(fù)雜的物理過程，控制焊接質(zhì)量主要是控制好焊接電流、電壓和焊接速度等焊接參數(shù)，這些參數(shù)的記錄過去都是靠人工來完成，因而存在較大的隨意性和不連續(xù)性。同時(shí)，由于焊接的物理過程的復(fù)雜性，使得焊接電流和電壓的波形在微觀上不具有重顯性。為了研究和分析焊接過程電弧的燃燒狀態(tài)和電流電壓的變化情況，研究焊接過程，確保焊接質(zhì)量，開始研制和使用焊接參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器，運(yùn)用焊接參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器記錄焊接過程的工藝參數(shù)及電流電壓波形，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理確定焊接過程的電流電壓波形在正常及非正常狀態(tài)下的統(tǒng)計(jì)特征值，達(dá)到適時(shí)檢測(cè)焊接質(zhì)量的目的。

2數(shù)字化在船舶焊接未來發(fā)展

電子計(jì)算機(jī)在是上世界50年代中期開始應(yīng)用于船舶建造，早期階段主要應(yīng)用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)計(jì)算和外板展開演示。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升，計(jì)算機(jī)技術(shù)和運(yùn)算能力也不斷提高，開始朝著小體積大存儲(chǔ)量方向發(fā)展，更廣泛普及應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)和性能當(dāng)中。上世紀(jì)80年代以來，隨著PC計(jì)算機(jī)廣泛普及以及不斷完善的功能，船舶制造業(yè)也開始廣泛深入應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，無疑成為船舶行業(yè)閃光點(diǎn)。西方歐美以及亞洲日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家在上世紀(jì)70年代末開始建設(shè)并推廣工藝數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)工作并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出具有顯著數(shù)字化信息技術(shù)特色的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，取得較好的效果。其中美國(guó)通用數(shù)字工業(yè)公司為軍事船舶焊接工作開發(fā)一款焊接系統(tǒng)軟件且成績(jī)斐然。該系統(tǒng)主要分為在線操作和離線操作兩個(gè)模塊，將船體焊接劃分為焊接前、焊接中、焊接后三個(gè)階段，運(yùn)用該系統(tǒng)用戶在焊接施工之前輸入材料材質(zhì)和板材厚度等邊界數(shù)據(jù)條件，之后軟件則會(huì)根據(jù)邊界條件對(duì)焊接接頭進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)，還可以向用戶推薦適合其應(yīng)用的焊接材料和工藝。與此同時(shí)系統(tǒng)在焊接過程中會(huì)實(shí)時(shí)控制焊接情況，用戶在完成焊接工作后可以借助離線狀態(tài)分析焊接缺陷和結(jié)果，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。

總之，我國(guó)船舶制造業(yè)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下已進(jìn)入全新的階段，無論在材料選擇還是技術(shù)應(yīng)用方面都提出比以往更高的要求，迫切需要改造傳統(tǒng)工藝。數(shù)字化出現(xiàn)無疑對(duì)船舶傳統(tǒng)焊接技術(shù)形成相應(yīng)的挑戰(zhàn)，通過建立數(shù)字化焊接生產(chǎn)線和應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)各種管理軟件大幅度提高船舶產(chǎn)品質(zhì)量，更能推動(dòng)船舶焊接朝著自動(dòng)化和機(jī)械化方向發(fā)展，也能提高船舶新產(chǎn)品適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展能力，從而更好地滿足船舶產(chǎn)品更新?lián)Q代等新型化需求，進(jìn)一步推動(dòng)船舶制造企業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展。

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