船體焊接工藝知識庫及工具包設計研究

船體焊接工藝知識庫及工具包設計研究

侯木

(武昌船舶重工集團有限公司武漢430060)

摘要基于知識庫的船體焊接工藝設計方法是隨著智能化普及應用而提出的一種新型船舶焊接工藝設計方法。為了提高焊接設計的效率，克服以往工藝方法依賴焊接專家經驗的問題，分析了基于知識庫快速化、智能化實現焊接工藝設計的基本原理和系統組成，實現了船體焊接工藝知識庫及工具包的系統設計，并給出了船體焊接工藝知識詳細構成。該方法可同時為大型船舶、橋梁和海工裝備的焊接工藝設計制造提供極大的便利。

關鍵詞船體焊接工藝設計知識庫工具包智能化

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.055

收稿日期：2015-01-15

1開發船體焊接工藝知識庫的必要性

船體焊接工藝設計復雜，影響船體焊接質量工藝參數繁多。目前，大多數焊接工藝人員只能通過手工查閱相關標準，以及查閱企業歷史資料，結合自身經驗完成焊接工藝設計，工藝設計效率難以提高。另外，由于每個工藝人員能力、經驗、工作習慣、責任心存在差異，使得焊接工藝規程標準化程度低，從而影響施焊工作開展。

為了實現快速化、智能化焊接工藝設計，有必要開發船體工藝焊接知識庫及工具包，在船體焊接工藝設計中引入知識管理技術，將焊接工藝員從繁重的查手冊、查標準等重復勞動中解放出來，并且將企業焊接工藝人員多年來積累的豐富經驗進行有效的利用，提高焊接工藝設計的效率。

2船體焊接工藝知識庫

2.1　船體焊接工藝知識要素分析

在船體生產制造中，焊接工藝必須根據相應的標準或規范進行嚴格的焊接工藝評定(WPQ)，形成焊接工藝評定報告(PQR)，其后，生成焊接工藝指導書(WPS)，并且依據WPS制定焊接工藝規程，以保證產品的焊接質量和性能[1]。船體焊接工藝設計中主要關注如下幾個方面的問題：焊接方法的選擇、焊接位置的選擇、坡口形式的設計、加工步驟的安排和工藝成本分析等[2]。船體焊接工藝設計中許多問題的可統計性差，影響因素多，因素與因素之間的相互聯系難以明確表達。因此，解決這類問題要借助于經驗知識，比較適合于選用工藝知識庫。

2.2　船體焊接工藝知識庫組成

船體焊接工藝知識庫包含6大類庫：焊接工藝基礎參數庫、母材庫、焊材庫、焊接規范參數庫、檢驗項目庫、施焊要求庫[3]。其中：焊接工藝基礎參數包括：焊接方法庫、接頭形式庫、坡口信息庫、設備信息庫，母材庫包括：種類及規格庫、力學性能庫。

2.3　船體焊接工藝知識庫信息模型

系統主要由系統客戶端、系統服務端和數據庫服務器組成，見圖1。

圖1　船體焊接工藝知識庫信息模型

系統客戶端依據系統功能，設計開發了不同的用戶接口，滿足不同工藝設計和管理人員的需求。系統服務端負責工藝數據的處理和工藝決策的推理。數據庫服務器主要為焊接工藝設計系統提供信息的存儲、查詢和管理服務，積累基礎焊接知識、推理規則和專家經驗，是企業的重要信息資源之一。

3船體焊接工藝過程智能化應用工具包

基于知識庫的快速化、智能化，實現了船體焊接工藝過程智能化應用工具包的系統設計。通過智能化應用工具包，根據焊接工藝設計的特點，可以選擇產生式規則表示方法，作為船舶焊接工藝決策基礎。

選擇產生式規則表示除了符合焊接工藝知識特點外，還具有易于擴展、易于進行一致性檢查等實現方面的優勢。根據對焊接工藝決策需求分析，在引入知識管理技術對焊接工藝知識庫構建的基礎上，焊接工藝設計系統可以建立焊接工藝決策過程，見圖2。

圖2船體焊接智能工藝設計流程圖

3.1　焊接工藝設計集成環境

作為用戶建立產品結構的應用平臺，是系統應用的重要前提，此模塊將用以建立工藝評定數據、文檔的存儲線索，同時，也作為PDM與焊接工藝規程設計系統進行數據集成的接口模塊，可以從PDM系統中得到產品數據，建立焊接工藝設計產品結構。

3.2　焊接工藝指導工具

完成焊接工藝指導書(WPS)的編制、校對、審核、歸檔、瀏覽、打印等工作。焊接工藝指導為

工藝人員提供一個方便實用的工藝設計環境和工具，將工藝人員從大量繁瑣的工藝標準的選擇、工藝資源的查找、工藝指導書的填寫和工序圖的繪制等工作中解放出來，減輕工藝人員的勞動強度，促進企業工藝設計的自動化、標準化和規范化。

3.3　焊接工藝規劃工具

焊接工藝規程，又稱焊接細則，是指導焊工操作的詳細工藝說明書，是以工藝評定為基礎，以具體產品為服務對象的詳盡焊接工藝。每當有新產品出現時，焊接工藝評定可能會有可替代的，但多數焊接工藝規程要重新編制，因此，企業內部積存了高于工藝評定1倍甚至幾倍的焊接工藝規程，造成重復編制和遺漏等現象時有發生。

3.4　焊接工藝評定工具

產品投產之前，必須對所采用的焊接工藝進行焊接工藝評定試驗，驗證合格后，方可用于產品的焊接生產。由于影響焊接性能和質量的工藝參數眾多，每種重要參數的改變，如預熱溫度、熱處理溫度、焊接能量超出規定的范圍，都要進行焊接工藝評定試驗。因此，各船廠積累了大量的焊接工藝評定規則。

4結論

武昌造船廠在船體焊接工藝智能化方面開發建設了船體焊接工藝知識庫及應用工具包，引入知識管理和專家推理，建立了基于網絡環境的焊接工藝評定專家管理系統，實現了船舶焊接工藝評定過程中的數據和流程的全過程管理。這對提升船舶焊接工藝評定的技術水平和推動企業的信息化建設都有著十分重要的意義。

參考文獻

[1]許小平，周飛霓，盧本．船舶鋼結構焊接技術[M].北京:機械工業出版社，2009.

[2]周國勝，關于我國造船焊接技術發展的思考[J].機械工人，2003(5)：23-25.

[3]肖德剛，魏艷紅，劉愛國,等.新一代焊接工藝專家系統[J].焊接，2001,45(9): 11-15.