卞宇 胡海鵬 馬永鋒 楊峰 楊志華

摘要：通過對焊接變形預(yù)測理論的發(fā)展和現(xiàn)狀進(jìn)行一定程度的概述，并且將其具體的劃分成以實驗和理論相結(jié)合為基礎(chǔ)的計算階段、以計算機數(shù)據(jù)模擬圖模型為基礎(chǔ)的分析階段以及以新興數(shù)據(jù)挖掘方法為基礎(chǔ)的研究應(yīng)用階段這三個具有標(biāo)志性的階段。并且作者將這三個階段的預(yù)測技術(shù)在實際應(yīng)用過程中的優(yōu)劣情況進(jìn)行一定的描述和評論，進(jìn)而來對當(dāng)前焊接變形預(yù)測方法的應(yīng)用前景進(jìn)行一定程度的分析。

關(guān)鍵詞：焊接變形；預(yù)測；精度控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：U671.83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-9129（2018）07-0110-02

Abstract： the development and current situation of welding deformation prediction theory are summarized to a certain extent， and it is divided into the calculation stage based on the combination of experiment and theory， the analysis stage based on the computer data simulation model and the research and application stage based on the new data mining method. Three marked stages. And the author makes a certain description and comment on the advantages and disadvantages of these three stages in the practical application process， and then analyzes the application prospect of the current welding deformation prediction method to a certain extent.

Key words： welding deformation； prediction； accuracy control； neural network

1 船舶大型焊件焊接變形預(yù)測理論發(fā)展概況

在近幾十年來國內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者一直長期致力于對焊接變形技術(shù)的研究工作，隨著當(dāng)前人們從機理的角度對焊接引起的變形情況的認(rèn)識越來越成熟，對變形量進(jìn)行預(yù)測的技術(shù)也得到了很明顯的發(fā)展。整體上來看，可以將船用大型結(jié)構(gòu)的焊接變形預(yù)測理論的發(fā)展分成下文所述的三個具體的階段。

1.1 基于實驗和理論的經(jīng)驗計算階段

在這個階段中學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對焊接變形個的變化進(jìn)行研究的主要方法是簡單結(jié)構(gòu)的焊接實驗和理想化假設(shè)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗統(tǒng)計公式以及經(jīng)驗曲線等。還有對一些建造過程中通過實測所收集的一些簡單的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的量化，然后對焊接變形進(jìn)行一定范圍的余量控制。這個階段的焊接預(yù)測技術(shù)在對船舶建造過程進(jìn)行實際應(yīng)用的時候暴露出了極強的局限性。

1.2 基于計算機數(shù)值模擬的模型分析階段

這個階段主要是依賴于快速發(fā)展起來的計算機技術(shù)，通用熱分布有限元方法使對焊接過程中的焊接變形情況進(jìn)行計算。這種方法可以對整個焊接熱循環(huán)過程進(jìn)行全面的考慮，并且通過對焊接構(gòu)件在溫度出現(xiàn)變化時候的彈-塑性過程進(jìn)行分析后應(yīng)用固有的應(yīng)變求出最終的焊接數(shù)據(jù)模擬。這種方法能夠?qū)芏喾N因素做到同時考慮，然后進(jìn)行大量較為繁瑣的計算。并且在不斷發(fā)展的過程中被相關(guān)的研究人員將數(shù)值模型從一維發(fā)展成為了二維直到當(dāng)前的三維。這種方法到當(dāng)前依然是一種比較常用的定量研究方法，不僅能夠?qū)σ恍┳冃吻闆r進(jìn)行預(yù)測，還能對焊接接縫額質(zhì)量以及焊接變形控制進(jìn)行一定的研究。

1.3 基于新興數(shù)據(jù)挖掘方法的研究應(yīng)用階段

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要是通過一些學(xué)者對在大量的實際建造過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，然后對一些變化的規(guī)律進(jìn)行挖掘，進(jìn)而來對原理分析的環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的規(guī)避，以此來實現(xiàn)更好的實際應(yīng)用效果。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要是應(yīng)用在回歸分析過程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和聚類分析以及支持向量機，在所有的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)之中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在對船海工程中焊接變形情況進(jìn)行預(yù)測所得到的結(jié)果更加的可靠。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)因為其自身具有極強的自學(xué)習(xí)能力和非線性建模能力，所以在被應(yīng)用到復(fù)雜的船舶與海洋工程的數(shù)據(jù)分析過程中可以得到很好的效果。通過對大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練節(jié)點權(quán)值進(jìn)行建造和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力來對船舶建造中焊接變形數(shù)據(jù)之間復(fù)雜的內(nèi)在函數(shù)關(guān)系進(jìn)行有效的規(guī)避，進(jìn)而直接準(zhǔn)確的預(yù)測出焊接變形的具體數(shù)值，在具體的應(yīng)用過程中對于工程精度方面的控制有著非常重要的意義。

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新型焊接變形預(yù)測理論優(yōu)勢和研究前景

當(dāng)前以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)不斷趨于成熟，為焊接變形預(yù)測技術(shù)的發(fā)展找到了更多的發(fā)展方向。結(jié)合當(dāng)前船舶建造的結(jié)構(gòu)和工程較為復(fù)雜的特點，應(yīng)用傳統(tǒng)的建模分析預(yù)測方法非常容易產(chǎn)生誤差，而通過對大量實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷發(fā)展，以大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對變化的規(guī)律進(jìn)行研究的方法能夠收到出更佳理想的效果，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)在對船舶與海洋工程中的焊接變形進(jìn)行預(yù)測的時候具有比較大的優(yōu)勢，并且這種方法在當(dāng)前的預(yù)測過程中的應(yīng)用也比較廣泛。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于一種對生物學(xué)中的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬的簡單處理單元構(gòu)成的規(guī)模較大的并行分布式處理器。在對船舶建造過程中的焊接變形情況進(jìn)行預(yù)測的時候能夠通過對輸入的參數(shù)和輸出的變形量進(jìn)行建模，額應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)能力較強的特點對各個節(jié)點的權(quán)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來對新的輸入進(jìn)行較為準(zhǔn)確的響應(yīng)輸出，通過這樣一個流程來實現(xiàn)對變形情況的預(yù)測。

上述模型圖為當(dāng)前應(yīng)用較廣的一種前饋型網(wǎng)絡(luò)模型，主要是對船舶高強度焊接參數(shù)和變形情況來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建。

雖然這種方法具有一定的預(yù)測能力，但是在當(dāng)前的應(yīng)用研究方面還存在這一定的問題。比如在應(yīng)用BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行實際的擬合預(yù)測過程中存在一定的跳動情況，這種情況的出現(xiàn)會使網(wǎng)絡(luò)的泛化能力以及適應(yīng)性與理想效果存在差別。而且因為BP網(wǎng)絡(luò)本身在訓(xùn)練算法方面就存在著一定的缺陷，在代價函數(shù)方面很容易陷入局部最小的情況，這樣就很難使預(yù)測的精度達(dá)到理想的范圍。

3 結(jié)束語

焊接變形預(yù)測的技術(shù)的優(yōu)劣在船舶與海洋工程建造過程中控制技術(shù)的精度有著極為重要的影響，想要更好的將船舶在實踐建造過程中的變形情況進(jìn)行精準(zhǔn)的把握并且將補償量進(jìn)行準(zhǔn)確的量化在當(dāng)前還沒有特別成熟的方法，因此在今后的技術(shù)發(fā)展過程中這個領(lǐng)域依然需要被相關(guān)的研究人員不斷進(jìn)行開發(fā)。在今后進(jìn)行研究的過程中要主要側(cè)重如何將各種網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行更好的改進(jìn)和應(yīng)用的問題之中。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海峰.海洋工程和船舶焊接變形預(yù)測方法研究[J].中國建材科技，2018，27（01）：14-15.

[2]王建勛，初冠南，于昌利，王國學(xué)，桂洪斌.船舶與海洋工程中的焊接變形預(yù)測方法研究[J].船舶工程，2011，33（S2）：1-5.

[3]周宏，羅宇，蔣志勇，馬坤明.大型船舶結(jié)構(gòu)焊接變形固有應(yīng)變法預(yù)測研究[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，24（02）：134-138.

[4]徐東，楊潤黨，王文榮，金燁.船體結(jié)構(gòu)焊接變形預(yù)測與控制技術(shù)研究進(jìn)展[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2010，31（01）：132-137.