基于国际标准体系焊接实训管理软件开发*

郝 刚

（1.武汉城市职业学院，湖北 武汉 430064；2.海军工程大学，湖北 武汉 430033）

中国是一个材料加工工业大国，每年约有4亿吨钢材料应用焊接加工技术成型，消费焊接材料400 万吨。焊接技术的发展随着工业技术的发展而不断进步，新材料、新方法、新工艺、新设备的引入对焊接技术技能型人才的培养带来新的挑战。

面对智能制造的工业环境变革，焊接技术人才的培养需要与时俱进，适应企业对人才的需要。一方面，高职焊接专业作为传统的技能型专业面临着招生困难和企业需求量大的矛盾；另一方面，焊接专业技能培养中存在教学内容单一、教学方法落后、校企合作环节薄弱、脱离实际生产与应用等问题［1］。引入国际化标准体系的焊工、焊接工程师培训规程和考试标准，为我国焊接技能型人才培养提供新的思路和培养模式的启发［2］。一流的焊接加工企业是通过标准体系和严苛规章制度规范工业现场的管理，焊接技术技能型人才的培养需要适应企业信息化带来的变化。

基于国际标准体系焊接实训管理软件的开发，是基于现有实训管理经验和实训平台的基础，参考校企合作所参与的国际化标准体系工程项目案例，结合目前智能制造背景下高职院校对技术技能型人才培养及满足企业需求所作的探索。该软件的开发与应用使得学生在实训教学中就树立标准化的理念，更快更好地契合焊接工作的需求。

1 需求分析

需求分析是软件架构设计的关键过程，明确软件的使用者角色及功能设计才能更有效地设计合理的架构并精简代码，减少软件出现错误的风险［3-4］。软件的开发需要深入了解业务及相关流程，梳理系统所需的功能及约束条件，建立更好的用户交互界面，合理化设置软件开发项目实践节点，并最终对软件的需求进行汇总，软件的需求分析将从以下几个角度开展。

1.1 业务需求

实训管理软件的业务主要是实训教学资源的管理、实训操作的管理、实训学习资料管理和教师对实训教学管理这四个方面的业务。软件能够提供标准化的业务流程报告、数据项表，能清晰地向用户描述系统的业务流设计目标。

1.2 用户需求

实训管理软件的用户主要有学生、实训教师和超级管理员三个角色。学生主要通过实训管理软件来学习和进行实训操作，在现场教学的过程中，实训管理软件通过实训流程的管理规范学生操作，在课后学习过程中，实训管理软件提供线上教学资源；实训教师主要通过实训管理软件对学生的作业进行跟踪和评分，并最终输出实训报告，实训教师分为校内教师和校外教师，校内教师主要完成以班级为单位的实训教学管理工作和相应的实训成绩分析工作，校外教师为企业工程师，主要完成企业实际工程项目教学任务和项目资料管理工作；超级管理员对实训管理软件的底层数据进行维护。

1.3 功能需求

实训管理软的功能应该涵盖以下需求：（1）涵盖焊接实训及课程教学的所有项目；（2）对项目所有流程有导出记录；（3）对实训操作方法有引导，并提供案例教学资源；（4）教师能够从后台数据的管理跟踪学生的实训学习；（5）能够更新软件相关资料；（6）对学生实训成绩能够管理并输出完整报告［5］。

1.4 性能需求

软件记录的相关数据必须准确，反应迅速，所有的功能切换能够在3 秒内完成。软件的故障信息能够上报并记录，并提醒用户有故障报警。历史日志应该能够保留30日。

2 焊接管理标准体系及其应用

在国际标准化组织内部，焊接领域的标准化工作由焊接及相关工艺技术委员会负责。

《金属材料溶化焊的质量要求》（ISO 3834）系列标准是的质量保证原理结合焊接实践的产物。该系列标准由五部分组成：第一部分为相应质量要求等级的选择准则，对标准后续部分的适用范围进行解释；第二部分为完整的质量要求；第三部分为一般的质量要求；第四部分为基本的质量要求；第五部分为符合各部分质量要求所需要的文件。

ISO 3834标准为评估企业的焊接能力和指导建立可靠的焊接质量保证体系提供了指南。自1994年颁布实施以来，这套标准引起了广泛关注，特别是标准中所描述的焊接质量控制的各个关键环节，包括人员认可、工艺评定、工艺过程、试验和检验等成为了标准化的热点。

《焊工的资格考试》（ISO 9606）是焊工资格考试的通用国际标准，替代原有《熔化焊焊工考试标准》（EN 287），该标准分为五个部分，第一部分为钢的熔焊焊工的资格考试，第二部分为铝和铝合金的熔焊焊工的资格考试，第三部分为铜和铜合金的熔焊焊工的资格考试，第四部分为镍和镍合金的熔焊焊工的资格考试，第五部分为钛和钛合金的熔焊焊工的资格考试。该标准覆盖了工业常用焊接材料的手工及半自动机械焊接的焊工考核内容。

若为全自动化焊工考试则应参考ISO 14732《金属材料机械化和自动化焊接操作工作技能评定》。

焊接人员资质和技能评定是质量保证的重要环节。按照维也纳协议，EN 719和EN 287系列标准分别被等同转化为ISO 14731 和ISO 9606 系列标准。而且ISO 14731 所规定的各类焊接人员资质要求，经过欧洲焊接联合会和国际焊接学会细化，相应的国际焊接教育、培训和认证制度已经在全球范围内普遍展开［6］。

焊接工艺的编制直接影响材料成型及控制的过程与结果，美国焊接协会（American Welding Society，AWS）对焊接通用工艺规程有标准的模板和严格的控制，主要包含预焊接工艺规程（PWPS）和焊接工艺评定报告（WPQR）两个部分组成。

选择合适的焊接工艺参数是确保焊接质量的前提，而焊接工艺规程的确定则离不开工艺评定这一关键环节。EN 288 系列标准的颁布为焊接工艺评定和规程的确定提供了参照依据。该系列标准随后被ISO/TC 44 等同转化为ISO 9956 系列标准。由于焊接工艺的评定受母材种类、材料厚度、焊接方法的限制，ISO 9956系列标准无法涵盖所有材料和方法的工艺评定和规程标准体系［7］。

3 焊接实训管理软件架构设计

随着互联网和云存储的发展，近年来实训管理软件的开发与部署成为实训室软实力建设的重要发展方向。实训教学软件的开发主要涵盖实训基地管理、实训资源共享、实训项目研发、技能培训与鉴定等方面，同时利用互联网搭建政府部门、行业企业、高职院校、科研院所四方联动的协同参与机制，由此形成线上的实训管理平台与线下的共享实训基地融合发展的实训体系，进而提升高职院校的实践教学水平与实训基地的社会服务水平［6-7］。

目前，大多数高校研发和使用的实训管理软件主要从普适性教学管理的方向开发，即一次安装，多个专业适用。焊接专业作为特种作业的专业，其独立体系的管理更加规范和严苛，普适性实训教学管理软件无法满足实训教学的要求，有针对性的开发焊接实训管理软件具有实践的意义。

促进焊接实训教学开展，同时规范焊接实训车间的管理和焊接实训课程的管理，形成以实训软件为载体，以国际标准体系为核心，以实训管理规范化为目标，实现焊接实训车间管理的信息化。同时，教师和学生以实训教学管理软件为接口，对教学效果和教学管理实现量化考评，接受国际标准体系培养的学生未来走上工作岗位能够更好满足任职需求，对学生的影响较为深远。

焊接实训管理软件架构的设计，一方面充分考虑到焊接技术及自动化专业课程体系的建设，另一方面从智能化工业现场的角度出发，焊接现场的流程管理也应引入其中。

图1 焊接实训管理软件架构设计图

3.1 材料成型及控制流程管理

以《金属材料熔化焊的质量要求》（ISO 3834）及相关的国际标准为依托，建立材料加工过程的流程管理，具体流程如下：

以上流程管理过程中涉及的课程有“金属材料及热处理”“焊接工艺编制”“焊接方法与设备”“焊接检验”“焊接生产管理”等，在实际工程应用中，从材料到产品的过程多是由标准体系文件规定下的表格完成整个流程的控制。在此，我们也设计相应的表格来存储学生在实训过程中的所有的操作数据，最终生成带有详细参数的生产流程报告［8］。

3.2 作业人员管理

目前，国内产品的焊工管理遵循《TSG Z6002—2010 特种设备焊接操作人员考核细则》，对于出口产品的的焊工管理遵循《国际焊工考试标准》（ISO 9606），原有的《欧洲钢的焊工考试标准》（EN 287）已经废止，同样遵循ISO 9606 标准。为此建立焊接操作人员管理，具体流程如下：

以上焊接操作人员管理模拟了焊工管理的流程，将焊接操作模拟为焊工考试，系统使用人员模拟为焊工考试的监考员或者裁判员。对焊工整个学习和作业流程进行管理，并生成学习的数据，最终生成带有详细参数的学习流程报告。

3.3 教师现场管理

教师作为实训现场的主要管理责任人，应该遵循《焊接协调员-任务和职责》（ISO 14731-2006）和《质量保证体系》（ISO 9001）的要求，对实训现场进行管理，保证实训安全，保障实训教学的顺利进行。现场管理是具体流程如下：

以上现场管理的流程涵盖了实训教学中实训教师应该承担的任务，利用软件对实训教师的任务进行强化。实训教师在保证安全的情况下，讲授实训操作方法并下达实训任务，监督实训过程，最后对学生实训的结果进行评定。基于这样一个流程，借助软件的操作对整个流程强化管理，并生成相应的现场管理数据，最终生成带有详细参数的学生实训考评报告，可以替代原有的单一的考评方法［9-10］。

4 焊接实训管理软件系统设计及集成

焊接实训软件采用浏览器/服务器架构（即B/S，Browser/Server 架构），服务器与客户端之间通过网络实现数据共享，客户可以使用电脑登录网页，也可以通过手机登录网页与数据库进行交互。数据库采用开源关系数据库MySQL，软件的前端采用JavaScript 编写，软件的后台采用Java 编写，使用SSH 架构。SSH 架构分为表示层、业务逻辑层、数据持久层和域模块层四个层级，清晰的层级以帮助开发人员在短期内搭建结构清晰、可复用性好、维护方便的Web应用程序［11-12］。

实训管理软件通过结构树的形式，参考焊接实训的特点，建立从原材料出库到焊接生产模拟到最终的成品入库的全部流程模拟。每个关键环节和控制点通过软件节点的控制来管控，这些节点的设计严格参考国际标准体系的相关文件制定。

操作人员在开始焊接实训前，应该按照ISO 9606的要求，登记相关的作业人员信息，主要包括姓名、学号、作业种类、适用规范等；领取相应的材料前对焊接母材和焊接材料及作业设备进行登记；按照焊接材料及特性编制焊接工艺；操作时如实记录操作信息；作业完成后开展相应的焊接检验和工艺评定工作；最后软件按照实训作业流程导出相应的完整作业信息并存档。

目前，焊接实训管理软件已在武汉城市职业学院焊接实训室投入试运行，在焊接实训过程中加强对教学的管理，同时企业工程项目资料引入中国一冶台山核电站冷却塔项目和湖北齐星集团铝合金镜面罐车罐体焊接项目作为典型企业项目资料，上传至线上学习平台。该软件在实训教学现场的使用，一方面能够提高焊接实训室教学运作效率，完善实训室管理制度；另一方面，利用网络资源提升实训教学水平，拓宽教学资源取得良好的效果。当然，该软件目前功能模块较少，教学资源缺乏等问题也是后期急需解决的实际问题。

5 结论

高等职业教育的目标是培养适应行业和区域经济发展的高技术技能型人才，行业技术的发展带来新技术的引入与应用，也带来适应行业发展人才培养的新挑战［13］。基于国际标准体系的焊接实训教学管理软件开发，充分参考现行的国内外行业规范和指南，结合目前企业实施的作业管理方法，建立标准化的焊接实训管理流程。从软件的使用和评价来看，该焊接实训管理软件能够满足焊接实训教学的需求，同时对实训人员建立国际标准化的理念起到引导的作用，具有一定的实践意义和推广意义。