解析数字化在船舶焊接中的应用及发展

冯燕丽 印乔娟

摘 要：近年来，随着我国经济水平提升和信息技术快速发展，船舶行业和以往相比也发生较大改变。其中最显著的变化就是在船舶焊接中应用数字化，无疑能提高焊接效率和质量，减轻工作人员负担。对此，本文则从多方面分析数字化在船舶焊接具体应用策略以及其发展，望给予船舶焊接工作人员提供参考。

关键词：船舶焊接；数字化；应用；发展

船舶是我国经济发展重要组成，其中焊接更是决定船舶制造成品效果的关键。目前船舶焊接为了迎合我国可持续发展战略，逐渐推进新技术、新工艺、新材料等，不仅可以提高船舶产品质量，更能推动船舶制造走向自动化发展行列，适应时代发展需求。

1数字化在船舶焊接中的应用

1.1船舶焊接工艺专家系统

焊接工程师先解决的问题就是焊接工艺，传统焊接设计主要依赖于技术人员知识储备、经验以及填写各种焊接工艺文件完成。一般多采用CAD和Word软件相结合形式，这种方式无疑在一定程度提升工艺编制速度。然而工艺在数据管理方面也存在一定的盲区，即没有科学的分类存储和管理工艺数据，不能有效利用和重复性索引，再加上相关工艺技术人员不断流失和更替，在很大程度使焊接工艺编制受到影响。20世纪90年代中期，船舶焊接领域开始研究专家系统，随着应用领域拓宽，该系统也越来越受到重视，很多国家都开始开发和应用焊接专家系统应用且涉及焊接生产等各个领域。①缺陷诊断型专家系统；即根据焊接缺陷特征对缺陷类型进行判断或分析已知缺陷成因。②焊工资格考试选择；根据焊接工作内容选择相关工作设置考题并对焊工进行测试，判断其是否具有焊工资格。③焊缝成本估算；根据焊缝坡口长度、形状、具体施工工时等计算生产成本。④焊接结构CAD：运用计算机设计焊接设备和相关辅助机械等。⑤焊接工艺流程；涵盖工艺设计、工艺选择并根据接头形式、焊接位置、母材牌号等施焊条件选择和设计焊接工艺。虽然在国内已有学者研究专家系统软件和焊接数据库，但很少有学者针对船舶材料和船舶标准的专家系统和工艺数据库国内还很少涉及。因而有必要总结和整理大量基础数据和工艺，并建立符合船舶建造标准和国家焊接标准的专家系统和数据库，从而更好地满足船舶数字化需求。

1.2船舶焊接数据库

焊接数据库作为数据库技术在焊接领域应用的一个分支，也具有数据库本身的一般特点，其组成有3部分： 焊接数据库、数据库管理系统（DBMS）和应用程序。焊接数据库部分存储着所用的数据与信息，数据库管理系统为用户提供了一个管理数据库的平台，应用程序为用户提供了应用数据库的界面。焊接数据库将焊接领域内的各种数据、信息、资料和文件等有规律地组织保存起来，可以快速方便查阅和使用。由于焊接生产的复杂性，焊接数据库能极大地提高工作效率和准确率，因此，焊接数据库在焊接领域内应用极其广泛。从 20 世纪 80 年代末起，日本、美国和韩国等工业发达国家相继开展了在船舶焊接领域应用计算机技术的研究工作，包括试验焊接标准、钢材、焊接方法、坡口形状、焊接材料、焊接条件、焊缝金属化学成分、预热处理等条件、无损检测和焊接接头性能等数据库。

1.3船舶焊接信息反馈技术

焊接是船体建造的一个重要环节，控制焊接质量对舰船达到设计技术性能至关重要，因此各国为了提高舰船的结构强度，保证航行安全，都在控制焊接质量方面下功夫。焊接过程是一个较复杂的物理过程，控制焊接质量主要是控制好焊接电流、电压和焊接速度等焊接参数，这些参数的记录过去都是靠人工来完成，因而存在较大的随意性和不连续性。同时，由于焊接的物理过程的复杂性，使得焊接电流和电压的波形在微观上不具有重显性。为了研究和分析焊接过程电弧的燃烧状态和电流电压的变化情况，研究焊接过程，确保焊接质量，开始研制和使用焊接参数监测仪器，运用焊接参数监测仪器记录焊接过程的工艺参数及电流电压波形，利用统计学原理确定焊接过程的电流电压波形在正常及非正常状态下的统计特征值，达到适时检测焊接质量的目的。

2数字化在船舶焊接未来发展

电子计算机在是上世界50年代中期开始应用于船舶建造，早期阶段主要应用于简单的数据计算和外板展开演示。随着经济水平的提升，计算机技术和运算能力也不断提高，开始朝着小体积大存储量方向发展，更广泛普及应用于船舶结构和性能当中。上世纪80年代以来，随着PC计算机广泛普及以及不断完善的功能，船舶制造业也开始广泛深入应用数字化技术，无疑成为船舶行业闪光点。西方欧美以及亚洲日本等经济发达国家在上世纪70年代末开始建设并推广工艺数据系统建设工作并在此基础上开发出具有显著数字化信息技术特色的焊接数据库软件，取得较好的效果。其中美国通用数字工业公司为军事船舶焊接工作开发一款焊接系统软件且成绩斐然。该系统主要分为在线操作和离线操作两个模块，将船体焊接划分为焊接前、焊接中、焊接后三个阶段，运用该系统用户在焊接施工之前输入材料材质和板材厚度等边界数据条件，之后软件则会根据边界条件对焊接接头进行自动化设计，还可以向用户推荐适合其应用的焊接材料和工艺。与此同时系统在焊接过程中会实时控制焊接情况，用户在完成焊接工作后可以借助离线状态分析焊接缺陷和结果，进一步提高焊接质量。

总之，我国船舶制造业在经济快速发展背景下已进入全新的阶段，无论在材料选择还是技术应用方面都提出比以往更高的要求，迫切需要改造传统工艺。数字化出现无疑对船舶传统焊接技术形成相应的挑战，通过建立数字化焊接生产线和应用数字化技术各种管理软件大幅度提高船舶产品质量，更能推动船舶焊接朝着自动化和机械化方向发展，也能提高船舶新产品适应市场发展能力，从而更好地满足船舶产品更新换代等新型化需求，进一步推动船舶制造企业快速稳定发展。

参考文献：

[1]钱建民，邹家仁，许祥平.数字化在船舶焊接中的应用及发展[J].江苏船舶，2011（4）：27-28.

[2]罗滨，尤栋，闫大海.船舶焊接技术向自动化、高效化、绿色化和数字化飞速发展[J].中国水运（下半月）， 2015， 15（9）：14-16.

[3]吴兴旺，李玉琪，陈志来，等. 一种用于船舶分段数字化制造的系统精度控制方法：， CN105808891A[P]. 2016.

[4]曾俊冬，馮文超，徐昇，等.基于实时过程管理的智能化焊接管控系统[J].上海大学学报（自然科学版）， 2017， 23（4）：575-582.