基于軌道交通行業的焊接專家系統設計與實現

靳慶穩 周雷 石培鑫

【摘 要】無縫軌道焊接施工技術是保障高鐵安全、舒適運行的關鍵環節之一，而現階段各個國家對于高速鐵路軌道的焊接質量有不同的指標要求，對不同的焊接施工方法也有不同認識。因此，本研究旨在進一步理順各種軌道焊接方法之間的關系及適用條件，并在系統分析現有軌道焊接方法及裝備特點的基礎上，探討軌道焊接質量的控制策略與方法，以期進一步提高軌道焊接質量，提升高鐵建設水平。

【關鍵詞】家系統;焊接;軌道交通

引言

焊接作為一種重要的金屬連接工藝，在管道運輸、航空航天、能源化工等領域發揮著重要作用。隨著工業技術的發展，焊接工藝隨之不斷改進，相關焊接標準也逐步細化和完善。不同的行業對焊接質量的要求有所不同，因此針對不同的行業設計不同的焊接工藝規程，對提高生產效率、合理分配生產資料具有重要意義。專家系統（ExpertSystem，ES）是人工智能（ArtificialIntelligence，AI）領域的重要分支。它利用人工智能技術，以搜集的專家知識為基礎，對其進行分析處理，從中獲取推理規則，并對數據進行解釋和說明。專家系統以計算機為工作載體，具有工作效率高、可繼承性好等特點。對于輸入的參數能快速做出響應，減少推理、決策所需的時間。同時系統以及數據庫可以移植，有利于相關專家知識的繼承。基于以上特點，專家系統在焊接生產中具有廣闊的應用前景。國內外眾多學者對此進行了研究，在焊接工藝設計、材料定額計算、焊接質量評定以及焊工資質考核等領域取得了相應的成果。

1系統方案設計

系統以知識庫、結論庫以及推理機為核心，結合焊接工藝制定流程，將專家系統所提供的分析推理、邏輯判斷以及歸納整理功能穿插其中，系統總體結構如圖1所示。

1.1基礎數據庫設計

基礎數據庫存儲系統底層基礎數據，同時為焊接專家系統進行推理提供數據支撐。設計合理的焊接基礎數據庫不僅能加快系統推理查詢的速度，同時能減少存儲資源的占用，是系統良好運行的重要保證。系統依據軌道交通焊接行業歐洲標準，結合企業實際生產需求，設計了焊接接頭數據庫、WPS數據庫、WPQR數據庫、產品焊縫統計數據庫以及焊接標準數據庫等基礎數據庫。（1）焊接接頭數據庫依據ISO15085-3標準和企業自定義的相關接頭分類標準，存儲焊接接頭分類數據，為實際工作試件的焊接接頭提供分類依據，同時為WPS制訂提供底層數據支持。（2）WPS數據庫基于ISO15609-1標準，根據該標準設計數據庫相關字段，存儲焊接生產過程中的WPS數據，實現WPS數據的信息化管理。同時可以根據焊縫統計數據庫中的特定焊縫自動匹配WPS項目，實現WPS編號自動輸出。（3）WPQR數據庫基于ISO15614-1，ISO15614-2以及ISO15613標準，存儲焊接過程WPQR數據，并為新編WPS文件提供數據輸出及范圍驗證。（4）產品焊縫統計數據庫存儲企業生產項目中焊縫數據，幫助焊接工藝人員以項目為單位對焊縫進行管理，避免同一項目WPS工藝文件漏編以及重復編制等問題。（5）焊接標準工藝庫存儲及管理企業焊接生產中參照的焊接標準，實現焊接標準的數字化管理。

1.2推理機及知識庫設計

推理機與知識庫是焊接專家系統的核心所在，也是系統設計中最需要時間成本與人力成本的模塊。本系統編制WPS主要包括三大邏輯匹配規則，分別是：（1）焊縫信息與WPS匹配。為項目焊縫統計表中WPS項目自動提取提供底層的匹配規則邏輯算法支持，提高焊縫信息引用WPS精準度，避免WPS漏評、錯評情況的發生。（2）焊縫信息與WPQR匹配。在焊縫信息未匹配到WPS項目時匹配WPQR項目，為WPQR項目自動提取提供底層的匹配規則邏輯算法支持，提高焊縫信息引用WPQR精準度，避免WPQR漏評、錯評情況的發生。（3）WPS與WPQR匹配。焊縫信息未匹配到對應的WPS而匹配到了WPQR時，則需要根據WPQR編制新的工藝，WPS與WPQR匹配指導進行WPS文件的編制，WPS引用WPQR的正確性進行判斷，避免新編WPS時出現WPQR不能覆蓋等問題的發生。

2軌道焊接鋪設質量保證措施

2.1通過現場的施工工藝的變化減少現場環境與狀態變化的影響

目前現場施工工藝有動端墊滾筒焊接施工方式和撥曲線焊接施工方式兩種。動端墊滾筒焊接施工方式解決了摩擦阻力問題，但未解決鋼軌質量變化、上下坡阻力變化問題，對長軌焊接的質量保證有一定作用，但沒從根本上解決問題;撥曲線焊接施工方法基本上能解決以上大部分問題，但對撥曲線的方式和加速頂鍛前的人工配合要求較高。從保證質量上來講，撥曲線焊接是目前設備狀態下保證長軌焊接質量最可靠的焊接施工方法。

2.2將合適的焊接方法與裝備應用于適合位置施工

將鋁熱焊用于斷軌搶修和空間位置受限位置的鋼軌焊接;大型數控氣壓焊應用于合攏鎖定焊位置的施工;其余位置的焊接采用鋼軌閃光焊方法與裝備。由于氣壓焊的加熱受氣體質量影響、加熱熱源采用外部熱源進行加熱以及焊接接頭焊前端面處理質量要求較高等原因，使得其焊接效率低于閃光焊，焊接質量受人為因素的影響比閃光焊大，因此，除合攏鎖定焊位置采用大型數控氣壓焊和焊接空間位置受限的采用鋁熱焊外，其他位置鋼軌的焊接適合采用鋼軌閃光焊，包括現場單元焊、地鐵25m鋼軌的連入焊及其他長軌的焊接。

2.3通過研制帶自適應功能的現場鋼軌閃光焊焊接設備來保證

通過數值模擬研究鋼軌長度變化、現場環境變化對設備隨動性影響的規律，并將該規律應用于控制過程：通過調整液壓壓力和流量，使焊接過程的隨動性與試驗狀態保持一致，從而保證焊接接頭的質量。

結語

經過多年的發展，傳統的焊接方法已經不斷成熟，焊接工藝和焊接裝備已經迎來了全面現代化的時代。隨著焊接技術的穩步發展，我們需要在新技術不斷應用的過程中，不斷發現問題，改進完善，從而更加進步。質量問題始終不可小覷，而焊接質量控制又是車輛制造和成品推出的重要因素。建立焊接質量管理體系及完整的評價系統是對焊接技術應用的保證，軌道交通制造的進步將隨著焊接技術的不斷應用而提高，同時焊接技術的發展將會進一步促進軌道車輛制造的長遠發展，二者相輔相成。“科技改變世界”，它融入了我們的生活，進化了我們的思想，使我們對這個世界有了更多的認識和無限的創意。

參考文獻：

[1]常云龍，高峰，路林，等.TIG焊接技術研究現狀及發展趨勢[C]//中國船舶與海洋工程焊接與涂裝技術發展論壇論文集.2012.

[2]吳葉軍.焊接專家系統的現狀與趨勢[J].信息技術，2013（14）：126.

（作者單位：中車四方車輛有限公司）