解析數字化在船舶焊接中的應用及發展

馮燕麗 印喬娟

摘 要：近年來，隨著我國經濟水平提升和信息技術快速發展，船舶行業和以往相比也發生較大改變。其中最顯著的變化就是在船舶焊接中應用數字化，無疑能提高焊接效率和質量，減輕工作人員負擔。對此，本文則從多方面分析數字化在船舶焊接具體應用策略以及其發展，望給予船舶焊接工作人員提供參考。

關鍵詞：船舶焊接；數字化；應用；發展

船舶是我國經濟發展重要組成，其中焊接更是決定船舶制造成品效果的關鍵。目前船舶焊接為了迎合我國可持續發展戰略，逐漸推進新技術、新工藝、新材料等，不僅可以提高船舶產品質量，更能推動船舶制造走向自動化發展行列，適應時代發展需求。

1數字化在船舶焊接中的應用

1.1船舶焊接工藝專家系統

焊接工程師先解決的問題就是焊接工藝，傳統焊接設計主要依賴于技術人員知識儲備、經驗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。然而工藝在數據管理方面也存在一定的盲區，即沒有科學的分類存儲和管理工藝數據，不能有效利用和重復性索引，再加上相關工藝技術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90年代中期，船舶焊接領域開始研究專家系統，隨著應用領域拓寬，該系統也越來越受到重視，很多國家都開始開發和應用焊接專家系統應用且涉及焊接生產等各個領域。①缺陷診斷型專家系統；即根據焊接缺陷特征對缺陷類型進行判斷或分析已知缺陷成因。②焊工資格考試選擇；根據焊接工作內容選擇相關工作設置考題并對焊工進行測試，判斷其是否具有焊工資格。③焊縫成本估算；根據焊縫坡口長度、形狀、具體施工工時等計算生產成本。④焊接結構CAD：運用計算機設計焊接設備和相關輔助機械等。⑤焊接工藝流程；涵蓋工藝設計、工藝選擇并根據接頭形式、焊接位置、母材牌號等施焊條件選擇和設計焊接工藝。雖然在國內已有學者研究專家系統軟件和焊接數據庫，但很少有學者針對船舶材料和船舶標準的專家系統和工藝數據庫國內還很少涉及。因而有必要總結和整理大量基礎數據和工藝，并建立符合船舶建造標準和國家焊接標準的專家系統和數據庫，從而更好地滿足船舶數字化需求。

1.2船舶焊接數據庫

焊接數據庫作為數據庫技術在焊接領域應用的一個分支，也具有數據庫本身的一般特點，其組成有3部分： 焊接數據庫、數據庫管理系統（DBMS）和應用程序。焊接數據庫部分存儲著所用的數據與信息，數據庫管理系統為用戶提供了一個管理數據庫的平臺，應用程序為用戶提供了應用數據庫的界面。焊接數據庫將焊接領域內的各種數據、信息、資料和文件等有規律地組織保存起來，可以快速方便查閱和使用。由于焊接生產的復雜性，焊接數據庫能極大地提高工作效率和準確率，因此，焊接數據庫在焊接領域內應用極其廣泛。從 20 世紀 80 年代末起，日本、美國和韓國等工業發達國家相繼開展了在船舶焊接領域應用計算機技術的研究工作，包括試驗焊接標準、鋼材、焊接方法、坡口形狀、焊接材料、焊接條件、焊縫金屬化學成分、預熱處理等條件、無損檢測和焊接接頭性能等數據庫。

1.3船舶焊接信息反饋技術

焊接是船體建造的一個重要環節，控制焊接質量對艦船達到設計技術性能至關重要，因此各國為了提高艦船的結構強度，保證航行安全，都在控制焊接質量方面下功夫。焊接過程是一個較復雜的物理過程，控制焊接質量主要是控制好焊接電流、電壓和焊接速度等焊接參數，這些參數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性。同時，由于焊接的物理過程的復雜性，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和電流電壓的變化情況，研究焊接過程，確保焊接質量，開始研制和使用焊接參數監測儀器，運用焊接參數監測儀器記錄焊接過程的工藝參數及電流電壓波形，利用統計學原理確定焊接過程的電流電壓波形在正常及非正常狀態下的統計特征值，達到適時檢測焊接質量的目的。

2數字化在船舶焊接未來發展

電子計算機在是上世界50年代中期開始應用于船舶建造，早期階段主要應用于簡單的數據計算和外板展開演示。隨著經濟水平的提升，計算機技術和運算能力也不斷提高，開始朝著小體積大存儲量方向發展，更廣泛普及應用于船舶結構和性能當中。上世紀80年代以來，隨著PC計算機廣泛普及以及不斷完善的功能，船舶制造業也開始廣泛深入應用數字化技術，無疑成為船舶行業閃光點。西方歐美以及亞洲日本等經濟發達國家在上世紀70年代末開始建設并推廣工藝數據系統建設工作并在此基礎上開發出具有顯著數字化信息技術特色的焊接數據庫軟件，取得較好的效果。其中美國通用數字工業公司為軍事船舶焊接工作開發一款焊接系統軟件且成績斐然。該系統主要分為在線操作和離線操作兩個模塊，將船體焊接劃分為焊接前、焊接中、焊接后三個階段，運用該系統用戶在焊接施工之前輸入材料材質和板材厚度等邊界數據條件，之后軟件則會根據邊界條件對焊接接頭進行自動化設計，還可以向用戶推薦適合其應用的焊接材料和工藝。與此同時系統在焊接過程中會實時控制焊接情況，用戶在完成焊接工作后可以借助離線狀態分析焊接缺陷和結果，進一步提高焊接質量。

總之，我國船舶制造業在經濟快速發展背景下已進入全新的階段，無論在材料選擇還是技術應用方面都提出比以往更高的要求，迫切需要改造傳統工藝。數字化出現無疑對船舶傳統焊接技術形成相應的挑戰，通過建立數字化焊接生產線和應用數字化技術各種管理軟件大幅度提高船舶產品質量，更能推動船舶焊接朝著自動化和機械化方向發展，也能提高船舶新產品適應市場發展能力，從而更好地滿足船舶產品更新換代等新型化需求，進一步推動船舶制造企業快速穩定發展。

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