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        解析數(shù)字化在船舶焊接中的應(yīng)用及發(fā)展

        2018-08-10 10:47:16馮燕麗印喬娟
        科學(xué)與財(cái)富 2018年16期
        關(guān)鍵詞:數(shù)字化應(yīng)用發(fā)展

        馮燕麗 印喬娟

        摘 要:近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平提升和信息技術(shù)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(yīng)用數(shù)字化,無(wú)疑能提高焊接效率和質(zhì)量,減輕工作人員負(fù)擔(dān)。對(duì)此,本文則從多方面分析數(shù)字化在船舶焊接具體應(yīng)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(guān)鍵詞:船舶焊接;數(shù)字化;應(yīng)用;發(fā)展

        船舶是我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵。目前船舶焊接為了迎合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,逐漸推進(jìn)新技術(shù)、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(dòng)船舶制造走向自動(dòng)化發(fā)展行列,適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求。

        1數(shù)字化在船舶焊接中的應(yīng)用

        1.1船舶焊接工藝專(zhuān)家系統(tǒng)

        焊接工程師先解決的問(wèn)題就是焊接工藝,傳統(tǒng)焊接設(shè)計(jì)主要依賴(lài)于技術(shù)人員知識(shí)儲(chǔ)備、經(jīng)驗(yàn)以及填寫(xiě)各種焊接工藝文件完成。一般多采用CAD和Word軟件相結(jié)合形式,這種方式無(wú)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(méi)有科學(xué)的分類(lèi)存儲(chǔ)和管理工藝數(shù)據(jù),不能有效利用和重復(fù)性索引,再加上相關(guān)工藝技術(shù)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(jì)90年代中期,船舶焊接領(lǐng)域開(kāi)始研究專(zhuān)家系統(tǒng),隨著應(yīng)用領(lǐng)域拓寬,該系統(tǒng)也越來(lái)越受到重視,很多國(guó)家都開(kāi)始開(kāi)發(fā)和應(yīng)用焊接專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用且涉及焊接生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。①缺陷診斷型專(zhuān)家系統(tǒng);即根據(jù)焊接缺陷特征對(duì)缺陷類(lèi)型進(jìn)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(guān)工作設(shè)置考題并對(duì)焊工進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)度、形狀、具體施工工時(shí)等計(jì)算生產(chǎn)成本。④焊接結(jié)構(gòu)CAD:運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)焊接設(shè)備和相關(guān)輔助機(jī)械等。⑤焊接工藝流程;涵蓋工藝設(shè)計(jì)、工藝選擇并根據(jù)接頭形式、焊接位置、母材牌號(hào)等施焊條件選擇和設(shè)計(jì)焊接工藝。雖然在國(guó)內(nèi)已有學(xué)者研究專(zhuān)家系統(tǒng)軟件和焊接數(shù)據(jù)庫(kù),但很少有學(xué)者針對(duì)船舶材料和船舶標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)家系統(tǒng)和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)內(nèi)還很少涉及。因而有必要總結(jié)和整理大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工藝,并建立符合船舶建造標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家焊接標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù),從而更好地滿(mǎn)足船舶數(shù)字化需求。

        1.2船舶焊接數(shù)據(jù)庫(kù)

        焊接數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在焊接領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)分支,也具有數(shù)據(jù)庫(kù)本身的一般特點(diǎn),其組成有3部分: 焊接數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)和應(yīng)用程序。焊接數(shù)據(jù)庫(kù)部分存儲(chǔ)著所用的數(shù)據(jù)與信息,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為用戶(hù)提供了一個(gè)管理數(shù)據(jù)庫(kù)的平臺(tái),應(yīng)用程序?yàn)橛脩?hù)提供了應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的界面。焊接數(shù)據(jù)庫(kù)將焊接領(lǐng)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(lái),可以快速方便查閱和使用。由于焊接生產(chǎn)的復(fù)雜性,焊接數(shù)據(jù)庫(kù)能極大地提高工作效率和準(zhǔn)確率,因此,焊接數(shù)據(jù)庫(kù)在焊接領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用極其廣泛。從 20 世紀(jì) 80 年代末起,日本、美國(guó)和韓國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展了在船舶焊接領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究工作,包括試驗(yàn)焊接標(biāo)準(zhǔn)、鋼材、焊接方法、坡口形狀、焊接材料、焊接條件、焊縫金屬化學(xué)成分、預(yù)熱處理等條件、無(wú)損檢測(cè)和焊接接頭性能等數(shù)據(jù)庫(kù)。

        1.3船舶焊接信息反饋技術(shù)

        焊接是船體建造的一個(gè)重要環(huán)節(jié),控制焊接質(zhì)量對(duì)艦船達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)性能至關(guān)重要,因此各國(guó)為了提高艦船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,保證航行安全,都在控制焊接質(zhì)量方面下功夫。焊接過(guò)程是一個(gè)較復(fù)雜的物理過(guò)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(guò)去都是靠人工來(lái)完成,因而存在較大的隨意性和不連續(xù)性。同時(shí),由于焊接的物理過(guò)程的復(fù)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(guò)程電弧的燃燒狀態(tài)和電流電壓的變化情況,研究焊接過(guò)程,確保焊接質(zhì)量,開(kāi)始研制和使用焊接參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器,運(yùn)用焊接參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器記錄焊接過(guò)程的工藝參數(shù)及電流電壓波形,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理確定焊接過(guò)程的電流電壓波形在正常及非正常狀態(tài)下的統(tǒng)計(jì)特征值,達(dá)到適時(shí)檢測(cè)焊接質(zhì)量的目的。

        2數(shù)字化在船舶焊接未來(lái)發(fā)展

        電子計(jì)算機(jī)在是上世界50年代中期開(kāi)始應(yīng)用于船舶建造,早期階段主要應(yīng)用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)計(jì)算和外板展開(kāi)演示。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升,計(jì)算機(jī)技術(shù)和運(yùn)算能力也不斷提高,開(kāi)始朝著小體積大存儲(chǔ)量方向發(fā)展,更廣泛普及應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)和性能當(dāng)中。上世紀(jì)80年代以來(lái),隨著PC計(jì)算機(jī)廣泛普及以及不斷完善的功能,船舶制造業(yè)也開(kāi)始廣泛深入應(yīng)用數(shù)字化技術(shù),無(wú)疑成為船舶行業(yè)閃光點(diǎn)。西方歐美以及亞洲日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家在上世紀(jì)70年代末開(kāi)始建設(shè)并推廣工藝數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)工作并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出具有顯著數(shù)字化信息技術(shù)特色的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)軟件,取得較好的效果。其中美國(guó)通用數(shù)字工業(yè)公司為軍事船舶焊接工作開(kāi)發(fā)一款焊接系統(tǒng)軟件且成績(jī)斐然。該系統(tǒng)主要分為在線(xiàn)操作和離線(xiàn)操作兩個(gè)模塊,將船體焊接劃分為焊接前、焊接中、焊接后三個(gè)階段,運(yùn)用該系統(tǒng)用戶(hù)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(huì)根據(jù)邊界條件對(duì)焊接接頭進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì),還可以向用戶(hù)推薦適合其應(yīng)用的焊接材料和工藝。與此同時(shí)系統(tǒng)在焊接過(guò)程中會(huì)實(shí)時(shí)控制焊接情況,用戶(hù)在完成焊接工作后可以借助離線(xiàn)狀態(tài)分析焊接缺陷和結(jié)果,進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。

        總之,我國(guó)船舶制造業(yè)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下已進(jìn)入全新的階段,無(wú)論在材料選擇還是技術(shù)應(yīng)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(wú)疑對(duì)船舶傳統(tǒng)焊接技術(shù)形成相應(yīng)的挑戰(zhàn),通過(guò)建立數(shù)字化焊接生產(chǎn)線(xiàn)和應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)各種管理軟件大幅度提高船舶產(chǎn)品質(zhì)量,更能推動(dòng)船舶焊接朝著自動(dòng)化和機(jī)械化方向發(fā)展,也能提高船舶新產(chǎn)品適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展能力,從而更好地滿(mǎn)足船舶產(chǎn)品更新?lián)Q代等新型化需求,進(jìn)一步推動(dòng)船舶制造企業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

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        [4]曾俊冬,馮文超,徐昇,等.基于實(shí)時(shí)過(guò)程管理的智能化焊接管控系統(tǒng)[J].上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 23(4):575-582.

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