解析數(shù)字化在船舶焊接中的應用及發(fā)展

馮燕麗 印喬娟

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟水平提升和信息技術快速發(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，減輕工作人員負擔。對此，本文則從多方面分析數(shù)字化在船舶焊接具體應用策略以及其發(fā)展，望給予船舶焊接工作人員提供參考。

關鍵詞：船舶焊接；數(shù)字化；應用；發(fā)展

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

1數(shù)字化在船舶焊接中的應用

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)焊接設計主要依賴于技術人員知識儲備、經(jīng)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(shù)據(jù)管理方面也存在一定的盲區(qū)，即沒有科學的分類存儲和管理工藝數(shù)據(jù)，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(tǒng)，隨著應用領域拓寬，該系統(tǒng)也越來越受到重視，很多國家都開始開發(fā)和應用焊接專家系統(tǒng)應用且涉及焊接生產(chǎn)等各個領域。①缺陷診斷型專家系統(tǒng)；即根據(jù)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(jù)焊接工作內(nèi)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(jù)焊縫坡口長度、形狀、具體施工工時等計算生產(chǎn)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(jù)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(nèi)已有學者研究專家系統(tǒng)軟件和焊接數(shù)據(jù)庫，但很少有學者針對船舶材料和船舶標準的專家系統(tǒng)和工藝數(shù)據(jù)庫國內(nèi)還很少涉及。因而有必要總結和整理大量基礎數(shù)據(jù)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(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，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

焊接數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)庫技術在焊接領域應用的一個分支，也具有數(shù)據(jù)庫本身的一般特點，其組成有3部分： 焊接數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）和應用程序。焊接數(shù)據(jù)庫部分存儲著所用的數(shù)據(jù)與信息，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為用戶提供了一個管理數(shù)據(jù)庫的平臺，應用程序為用戶提供了應用數(shù)據(jù)庫的界面。焊接數(shù)據(jù)庫將焊接領域內(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)的復雜性，焊接數(shù)據(jù)庫能極大地提高工作效率和準確率，因此，焊接數(shù)據(jù)庫在焊接領域內(nèi)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(yè)發(fā)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(shù)據(jù)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(huán)節(jié)，控制焊接質(zhì)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(zhì)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(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，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(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)測儀器，運用焊接參數(shù)監(jiān)測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(tài)下的統(tǒng)計特征值，達到適時檢測焊接質(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(shù)據(jù)計算和外板展開演示。隨著經(jīng)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(fā)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(yè)也開始廣泛深入應用數(shù)字化技術，無疑成為船舶行業(yè)閃光點。西方歐美以及亞洲日本等經(jīng)濟發(fā)達國家在上世紀70年代末開始建設并推廣工藝數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設工作并在此基礎上開發(fā)出具有顯著數(shù)字化信息技術特色的焊接數(shù)據(jù)庫軟件，取得較好的效果。其中美國通用數(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)軟件且成績斐然。該系統(tǒng)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(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，之后軟件則會根據(jù)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(tǒng)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(tài)分析焊接缺陷和結果，進一步提高焊接質(zhì)量。

總之，我國船舶制造業(yè)在經(jīng)濟快速發(fā)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(tǒng)工藝。數(shù)字化出現(xiàn)無疑對船舶傳統(tǒng)焊接技術形成相應的挑戰(zhàn)，通過建立數(shù)字化焊接生產(chǎn)線和應用數(shù)字化技術各種管理軟件大幅度提高船舶產(chǎn)品質(zhì)量，更能推動船舶焊接朝著自動化和機械化方向發(fā)展，也能提高船舶新產(chǎn)品適應市場發(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，進一步推動船舶制造企業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展。

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