船体焊接工艺知识库及工具包设计研究

船体焊接工艺知识库及工具包设计研究

侯木

(武昌船舶重工集团有限公司武汉430060)

摘要基于知识库的船体焊接工艺设计方法是随着智能化普及应用而提出的一种新型船舶焊接工艺设计方法。为了提高焊接设计的效率，克服以往工艺方法依赖焊接专家经验的问题，分析了基于知识库快速化、智能化实现焊接工艺设计的基本原理和系统组成，实现了船体焊接工艺知识库及工具包的系统设计，并给出了船体焊接工艺知识详细构成。该方法可同时为大型船舶、桥梁和海工装备的焊接工艺设计制造提供极大的便利。

关键词船体焊接工艺设计知识库工具包智能化

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.055

收稿日期：2015-01-15

1开发船体焊接工艺知识库的必要性

船体焊接工艺设计复杂，影响船体焊接质量工艺参数繁多。目前，大多数焊接工艺人员只能通过手工查阅相关标准，以及查阅企业历史资料，结合自身经验完成焊接工艺设计，工艺设计效率难以提高。另外，由于每个工艺人员能力、经验、工作习惯、责任心存在差异，使得焊接工艺规程标准化程度低，从而影响施焊工作开展。

为了实现快速化、智能化焊接工艺设计，有必要开发船体工艺焊接知识库及工具包，在船体焊接工艺设计中引入知识管理技术，将焊接工艺员从繁重的查手册、查标准等重复劳动中解放出来，并且将企业焊接工艺人员多年来积累的丰富经验进行有效的利用，提高焊接工艺设计的效率。

2船体焊接工艺知识库

2.1　船体焊接工艺知识要素分析

在船体生产制造中，焊接工艺必须根据相应的标准或规范进行严格的焊接工艺评定(WPQ)，形成焊接工艺评定报告(PQR)，其后，生成焊接工艺指导书(WPS)，并且依据WPS制定焊接工艺规程，以保证产品的焊接质量和性能[1]。船体焊接工艺设计中主要关注如下几个方面的问题：焊接方法的选择、焊接位置的选择、坡口形式的设计、加工步骤的安排和工艺成本分析等[2]。船体焊接工艺设计中许多问题的可统计性差，影响因素多，因素与因素之间的相互联系难以明确表达。因此，解决这类问题要借助于经验知识，比较适合于选用工艺知识库。

2.2　船体焊接工艺知识库组成

船体焊接工艺知识库包含6大类库：焊接工艺基础参数库、母材库、焊材库、焊接规范参数库、检验项目库、施焊要求库[3]。其中：焊接工艺基础参数包括：焊接方法库、接头形式库、坡口信息库、设备信息库，母材库包括：种类及规格库、力学性能库。

2.3　船体焊接工艺知识库信息模型

系统主要由系统客户端、系统服务端和数据库服务器组成，见图1。

图1　船体焊接工艺知识库信息模型

系统客户端依据系统功能，设计开发了不同的用户接口，满足不同工艺设计和管理人员的需求。系统服务端负责工艺数据的处理和工艺决策的推理。数据库服务器主要为焊接工艺设计系统提供信息的存储、查询和管理服务，积累基础焊接知识、推理规则和专家经验，是企业的重要信息资源之一。

3船体焊接工艺过程智能化应用工具包

基于知识库的快速化、智能化，实现了船体焊接工艺过程智能化应用工具包的系统设计。通过智能化应用工具包，根据焊接工艺设计的特点，可以选择产生式规则表示方法，作为船舶焊接工艺决策基础。

选择产生式规则表示除了符合焊接工艺知识特点外，还具有易于扩展、易于进行一致性检查等实现方面的优势。根据对焊接工艺决策需求分析，在引入知识管理技术对焊接工艺知识库构建的基础上，焊接工艺设计系统可以建立焊接工艺决策过程，见图2。

图2船体焊接智能工艺设计流程图

3.1　焊接工艺设计集成环境

作为用户建立产品结构的应用平台，是系统应用的重要前提，此模块将用以建立工艺评定数据、文档的存储线索，同时，也作为PDM与焊接工艺规程设计系统进行数据集成的接口模块，可以从PDM系统中得到产品数据，建立焊接工艺设计产品结构。

3.2　焊接工艺指导工具

完成焊接工艺指导书(WPS)的编制、校对、审核、归档、浏览、打印等工作。焊接工艺指导为

工艺人员提供一个方便实用的工艺设计环境和工具，将工艺人员从大量繁琐的工艺标准的选择、工艺资源的查找、工艺指导书的填写和工序图的绘制等工作中解放出来，减轻工艺人员的劳动强度，促进企业工艺设计的自动化、标准化和规范化。

3.3　焊接工艺规划工具

焊接工艺规程，又称焊接细则，是指导焊工操作的详细工艺说明书，是以工艺评定为基础，以具体产品为服务对象的详尽焊接工艺。每当有新产品出现时，焊接工艺评定可能会有可替代的，但多数焊接工艺规程要重新编制，因此，企业内部积存了高于工艺评定1倍甚至几倍的焊接工艺规程，造成重复编制和遗漏等现象时有发生。

3.4　焊接工艺评定工具

产品投产之前，必须对所采用的焊接工艺进行焊接工艺评定试验，验证合格后，方可用于产品的焊接生产。由于影响焊接性能和质量的工艺参数众多，每种重要参数的改变，如预热温度、热处理温度、焊接能量超出规定的范围，都要进行焊接工艺评定试验。因此，各船厂积累了大量的焊接工艺评定规则。

4结论

武昌造船厂在船体焊接工艺智能化方面开发建设了船体焊接工艺知识库及应用工具包，引入知识管理和专家推理，建立了基于网络环境的焊接工艺评定专家管理系统，实现了船舶焊接工艺评定过程中的数据和流程的全过程管理。这对提升船舶焊接工艺评定的技术水平和推动企业的信息化建设都有着十分重要的意义。

参考文献

[1]许小平，周飞霓，卢本．船舶钢结构焊接技术[M].北京:机械工业出版社，2009.

[2]周国胜，关于我国造船焊接技术发展的思考[J].机械工人，2003(5)：23-25.

[3]肖德刚，魏艳红，刘爱国,等.新一代焊接工艺专家系统[J].焊接，2001,45(9): 11-15.