CN105965179B - 一种船体焊接工艺辅助规划系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船体焊接工艺辅助规划系统及方法，包括焊接资源知识库管理模块、焊接工艺预制定模块和焊接工艺仿真与试验评定模块，由焊接资源知识库管理实现对焊接工艺知识的存储，继而焊接工艺预制定由焊接工艺模糊规则推理制定出焊接工艺，再通过焊接工艺仿真与试验评定实现推理工艺焊接质量测验，通过人机交互的焊接资源知识库管理模块、焊接工艺制定模块、焊接工艺仿真与试验评定模块，实现对焊接工艺的推理设计，解决现阶段工艺编制效率低、一致性差、设计经验难以共享、扩展性差等问题。
Description
技术领域
本发明涉及船体焊接领域，具体涉及一种船体焊接工艺辅助规划系统及方法。
背景技术
船体焊接工艺的制定不仅需要对所使用的焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊缝位置和施工方法等有充分的了解，而且需要根据多种标准文件和长期积累的经验进行设计。传统的船体焊接工艺设计一般由手工进行，首先根据初始焊缝信息，依据焊缝对应的焊接信息(例如母材类型，厚度，坡口等)判定是否需要进行工艺制定，若不需要制定，则依照满足此工艺要求的工艺信息选择焊接工艺指导焊接作业；若需要制定，焊接工艺设计部门则进行焊接工艺设计，并对该工艺进行试验审核，如果符合要求则形成焊接工艺评定报告PQR，进而生成焊接工艺指导书WPS指导焊接作业；如果数据不符合要求，将会重新编制焊接工艺预规程和现场试验评定，直到合格为止。
由于焊接方法多种多样、板厚千差万别、焊接条件各不相同，导致焊接工艺制定存在设计效率低、一致性差、扩展性差等问题；目前，我国船体焊接工艺制定是基于经验和试验数据的设计理论，由试验测量结果验证焊接工艺设计的正确性；一方面，设计人员的经验具有独特性、难以共享性，同时仅仅依赖设计人员的经验，难以设计出高质量的焊接工艺；另一方面，试验评定消耗大量人力、物力、财力，影响焊接工艺的设计周期。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种船体焊接工艺辅助规划系统及方法，通过对焊接工艺设计知识的表达、存储、调用，实现对焊接工艺的推理设计与评定，解决了船体分段焊接工艺设计效率低、一致性差、难以共享、资源利用率低等问题。
技术方案：本发明提供了一种船体焊接工艺辅助规划系统，包括焊接资源知识库管理模块、焊接工艺预制定模块、焊接工艺仿真与试验评定模块；
所述焊接资源知识库管理模块包括产品信息子模块和焊接资源信息子模块，所述产品信息子模块含有船体分段信息，所述焊接资源信息子模块含有焊接资源信息和工艺推理模糊规则信息，所述焊接资源信息包括焊接母材、焊接接头、焊接材料信息，所述工艺推理模糊规则信息包括现有焊接工艺实例库和焊接工艺参数，即焊接方法、坡口形式、焊接材料和焊接工艺电流电压规范参数的推理规则，所述焊接资源知识库管理模块完成焊接基本信息的分类添加和删除，属性信息的查看和修改；
所述焊接工艺预制定模块包括焊接工艺推理预制定子模块和焊接工艺手工预制定子模块；所述焊接工艺推理预制定子模块根据焊缝初始条件，调用焊接资源知识库管理模块的工艺推理模糊规则信息，完成工艺预制定；所述焊接工艺手工预制定子模块通过设计人员手工设置母材材料、母材厚度、接头形式、焊接位置等焊缝基本信息、坡口图、焊接规范参数，完成工艺预制定；
所述焊接工艺仿真与试验评定模块包括焊接仿真子模块和试验评定子模块，所述焊接仿真子模块中含有仿真模型结构树，结构树中各个节点表示不同的仿真模型，供工艺评定人员在仿真模型结构树中选择模型查看仿真基本参数、仿真报告和仿真视频，若所述焊接仿真子模块不存在与实际焊件模型尺寸、坡口形式、焊道顺序相一致的仿真模型，则添加与实际焊件模型尺寸、坡口形式、焊道顺序一致的仿真三维模型；所述试验评定子模块用于工艺评定试验指导报告查看和焊接工艺评定报告PQR管理，方便设计人员查阅。
一种船体焊接工艺辅助规划方法，包括以下步骤：
(1)根据国家与行业标准和现有焊接资源的特点，在焊接资源知识库管理模块中录入产品分段、焊接母材、焊接接头、焊接材料、工艺推理模糊规则和现有焊接工艺实例的资源信息；
(2)焊接工艺预制定模块通过调用焊接资源知识库管理模块中的工艺推理模糊规则信息，将焊接工艺表达成由前提条件和结论对应的若干条规则，如果前提条件满足要求，则可得出相应结论：根据焊接工艺设计过程，首先由母材厚度、焊接位置、坡口有无的前提条件推理出结论，即适用的焊接方法；再由母材厚度、接头形式和焊接方法推理出坡口形式；由母材材料、母材厚度和焊接方法，推理出焊丝材料和焊丝直径；最后由推理出的焊接方法、坡口形式和焊丝材料和焊丝直径为前提，推理出包括焊接电流、焊接电压、焊接速度和气体流量的焊接规范参数，推理完成焊接工艺预制定，并以Excel的形式保存，供焊接工艺评定部门参考；或者调用焊接工艺手工预制定子模块，依赖设计人员经验，采用焊接工艺手工预制定；
(3)焊接工艺仿真子模块通过仿真焊接过程，获取焊接参数对温度场、应力应变、变形的影响规律；结合试验评定子模块对仿真认可的工艺进行实际焊接，研究应力应变和变形的分布是否一致，以验证仿真手段的有效性；同时测量焊后变形量、残余应力、抗拉强度等是否满足焊接工艺需求，若满足要求，则完成焊接工艺的制定，否则在焊接资源知识库管理模块中添加适用的新工艺推理模糊规则信息，在焊接工艺推理预制定子模块中重新推理制定焊接工艺预规程，在焊接工艺仿真与试验评定模块完成焊接工艺评定。
进一步，焊接工艺预制定模块根据焊件成型要求，获取焊缝初始信息，在焊接资源知识库管理模块的现有焊接工艺实例库中查询是否已存在与该焊缝相一致的焊接工艺，若存在，则直接调用该工艺，否则进行步骤(2)。
进一步，所述焊接工艺推理预制定子模块根据包括母材材料、母材厚度和接头形式的焊缝初始信息，分析是否需要添加与母材材料或厚度或接头形式相适用的新工艺推理模糊规则信息，若需要则添加规则信息后再进入推理步骤。
进一步，所述焊接工艺手工预制定子模块通过设计人员手工设置焊缝基本信息、坡口图、焊接规范参数，完成工艺预制定，并以Excel的形式保存。
有益效果：本发明由焊接资源知识库管理实现对焊接工艺知识的存储，继而焊接工艺预制定由焊接工艺模糊规则推理制定出焊接工艺，再通过焊接工艺仿真与试验评定实现推理工艺焊接质量测验，通过人机交互的焊接资源知识库管理模块、焊接工艺制定模块、焊接工艺仿真与试验评定模块，实现对焊接工艺的推理设计，解决现阶段工艺编制效率低、一致性差、设计经验难以共享、扩展性差等问题。
附图说明
图1为船体焊接工艺辅助规划系统结构图；
图2为船体焊接工艺辅助规划方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种船体焊接工艺辅助规划系统，如图1所示，包括：船体焊接工艺辅助规划系统人机接口1、焊接资源知识库管理模块2、焊接工艺预制定模块3、焊接工艺仿真与试验评定模块4、焊接工艺知识库5、数值模拟软件6。
用户通过船体焊接工艺辅助规划系统人机接口1调用焊接资源知识库管理模块2、焊接工艺预制定模块3及焊接工艺仿真与试验评定模块4，完成焊接工艺设计。船体焊接工艺辅助规划系统人机接口1为具有输入、显示功能的装置，具体的为设置有键盘和显示器的工业计算机或单片机。船体焊接工艺辅助规划系统人机接口1接收操作人员输入的焊接工艺数据，并将接收到的焊接工艺数据发送给焊接资源知识库管理模块2和焊接工艺预制定模块3。在本申请实施例中，焊接工艺知识是指焊接焊件的材料、尺寸、物理性能，焊接标准、焊接手册、焊接规范中的数据、成熟的焊接工艺文件以及专家经验等与焊接有关的知识。
焊接资源知识库管理模块2内存储有母材资源信息、接头资源信息、焊材资源信息、常用材料的焊接工艺实例和工艺设计模糊规则集。焊接资源知识库管理模块2和焊接工艺预制定模块3对焊接工艺知识库5进行调用，即通过对船体焊接工艺现有工艺案例和船体焊接工艺设计前提-母材材料、母材厚度和接头形式等焊缝初始信息的匹配，完成焊接工艺搜索制定和推理制定。焊接工艺仿真与试验评定模块4调用数值模拟Sysweld软件6进行焊接工艺的模拟仿真，得出焊接工艺参数对温度场、尺寸变形、残余应力的影响规律，并进行试验测量模拟仿真的正确性。
该船体焊接工艺辅助规划系统在工作时，首先人机接口1接收操作人员输入的焊缝基本信息，并将接收到的焊缝基本信息发送给焊接工艺制定模块3，焊接工艺预制定模块3将焊缝基本信息与焊接工艺知识库5中的常用工艺设计模糊规则进行匹配，如果匹配成功，则焊接工艺预制定模块3将该焊接工艺规则发送给人机接口1；如果匹配失败，则人机接口1将依据焊缝基本信息人工存储该焊接工艺所需规则到焊接工艺知识库5中，更新知识库重复做上述步骤完成工艺制定。焊接工艺仿真与试验评定模块4接收焊接工艺预制定模块3推理出的焊接工艺预规程，采用该焊接工艺中的参数进行模拟仿真与试验评定，如果评定满足焊接质量要求则完成该工艺设计；如果不满足要求则反馈至人机接口1，并将接收到的工艺问题发送给焊接资源知识库管理模块2，焊接资源知识库管理模块2经人工修改该工艺并发送至焊接工艺知识库内进行存储。
如图2，一种船体焊接工艺辅助规划系统，其焊接工艺编制工作流程的具体步骤如下：
步骤一，根据国家与行业标准和企业独特的焊接资源特点，在焊接资源知识库管理模块中录入产品分段、焊接母材、焊接接头、焊接材料、模糊规则和现有焊接工艺实例的资源信息，其中规则和实例为工艺推理的基础；
步骤二，根据焊件成型要求，获取母材材料、母材厚度和接头形式等焊缝初始信息，在焊接资源知识库管理模块的现有焊接工艺实例库中查询是否已存在与该焊缝相一致的焊接工艺，若存在，则直接调用该工艺，否则进行步骤三；
步骤三，选择焊接工艺制定手段，若采用焊接工艺手工预制定，则进行步骤四，若采用焊接工艺推理预制定，则进行步骤五和六；
步骤四，在焊接工艺手工预制定子模块中通过设计人员手工设置母材材料、母材厚度、接头形式、焊接位置等焊缝基本信息、坡口图、焊接规范参数，完成工艺预制定，并以Excel的形式保存，并进行步骤七；
步骤五，根据焊缝初始信息，分析是否需要添加与母材材料或厚度或接头形式相适用的新规则，若需要则添加规则后再进入推理步骤；
步骤六，通过焊接工艺推理预制定子模块调用焊接资源知识库管理模块的模糊规则信息，依据工艺设计流程推理制定焊接工艺预规程，并以Excel的形式保存，供焊接工艺评定部门参考，并进行步骤七；
步骤七，运用焊接模拟技术仿真焊接过程，获取焊接参数对温度场、应力应变、变形的影响规律，以达到指导焊接工艺编制的目的；结合试验评定子模块，采用试验验证手段测量焊后变形量、残余应力、抗拉强度等是否满足焊接工艺需求，若满足要求，则生成焊接工艺评定报告PQR，进一步完成焊接工艺指导书WPS的制定；否则重复步骤三及其之后的步骤。
Claims (5)
1.一种船体焊接工艺辅助规划系统，其特征在于：包括焊接资源知识库管理模块、焊接工艺预制定模块、焊接工艺仿真与试验评定模块；
所述焊接资源知识库管理模块包括产品信息子模块和焊接资源信息子模块，所述产品信息子模块含有船体分段信息，所述焊接资源信息子模块含有焊接资源信息和工艺推理模糊规则信息，所述焊接资源信息包括焊接母材、焊接接头、焊接材料信息，所述工艺推理模糊规则信息包括现有焊接工艺实例库和焊接工艺参数，即焊接方法、坡口形式、焊接材料和焊接工艺电流电压规范参数的推理规则，所述焊接资源知识库管理模块完成焊接基本信息的分类添加和删除，属性信息的查看和修改；
所述焊接工艺预制定模块包括焊接工艺推理预制定子模块和焊接工艺手工预制定子模块；所述焊接工艺推理预制定子模块根据焊缝初始条件，调用焊接资源知识库管理模块的工艺推理模糊规则信息，完成工艺预制定；所述焊接工艺手工预制定子模块通过设计人员手工设置母材材料、母材厚度、接头形式、焊接位置焊缝基本信息、坡口图、焊接规范参数，完成工艺预制定；
所述焊接工艺仿真与试验评定模块包括焊接仿真子模块和试验评定子模块，所述焊接仿真子模块中含有仿真模型结构树，结构树中各个节点表示不同的仿真模型，供工艺评定人员在仿真模型结构树中选择模型查看仿真基本参数、仿真报告和仿真视频，若所述焊接仿真子模块不存在与实际焊件模型尺寸、坡口形式、焊道顺序相一致的仿真模型，则添加与实际焊件模型尺寸、坡口形式、焊道顺序一致的仿真三维模型；所述试验评定子模块用于工艺评定试验指导报告查看和焊接工艺评定报告PQR管理，方便设计人员查阅。
2.一种船体焊接工艺辅助规划方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）根据国家与行业标准和现有焊接资源的特点，在焊接资源知识库管理模块中录入产品分段、焊接母材、焊接接头、焊接材料、工艺推理模糊规则和现有焊接工艺实例的资源信息；
（2）焊接工艺预制定模块通过调用焊接资源知识库管理模块中的工艺推理模糊规则信息，将焊接工艺表达成由前提条件和结论对应的若干条规则，如果前提条件满足要求，则可得出相应结论：根据焊接工艺设计过程，首先由母材厚度、焊接位置、坡口有无的前提条件推理出结论，即适用的焊接方法；再由母材厚度、接头形式和焊接方法推理出坡口形式；由母材材料、母材厚度和焊接方法，推理出焊丝材料和焊丝直径；最后由推理出的焊接方法、坡口形式和焊丝材料和焊丝直径为前提，推理出包括焊接电流、焊接电压、焊接速度和气体流量的焊接规范参数，推理完成焊接工艺预制定，并以Excel的形式保存，供焊接工艺评定部门参考；或者调用焊接工艺手工预制定子模块，依赖设计人员经验，采用焊接工艺手工预制定；
（3）焊接工艺仿真子模块通过仿真焊接过程，获取焊接参数对温度场、应力应变、变形的影响规律；结合试验评定子模块对仿真认可的工艺进行实际焊接，研究应力应变和变形的分布是否一致，以验证仿真手段的有效性；同时测量焊后变形量、残余应力、抗拉强度是否满足焊接工艺需求，若满足要求，则完成焊接工艺的制定，否则在焊接资源知识库管理模块中添加适用的新工艺推理模糊规则信息，在焊接工艺推理预制定子模块中重新推理制定焊接工艺预规程，在焊接工艺仿真与试验评定模块完成焊接工艺评定。
3.根据权利要求2所述的船体焊接工艺辅助规划方法，其特征在于：焊接工艺预制定模块根据焊件成型要求，获取焊缝初始信息，在焊接资源知识库管理模块的现有焊接工艺实例库中查询是否已存在与该焊缝相一致的焊接工艺，若存在，则直接调用该焊接工艺，否则进行步骤（2）。
4.根据权利要求2所述的船体焊接工艺辅助规划方法，其特征在于：所述焊接工艺推理预制定子模块根据包括母材材料、母材厚度和接头形式的焊缝初始信息，分析是否需要添加与母材材料或厚度或接头形式相适用的新工艺推理模糊规则信息，若需要则添加规则信息后再进入推理步骤。
5.根据权利要求2所述的船体焊接工艺辅助规划方法，其特征在于：所述焊接工艺手工预制定子模块通过设计人员手工设置焊缝基本信息、坡口图、焊接规范参数，完成工艺预制定，并以Excel的形式保存。
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Application publication date: 20160928 Assignee: ZHENJIANG JINDING GEARBOX Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2020980007285 Denomination of invention: An auxiliary planning system and method for hull welding process Granted publication date: 20171117 License type: Common License Record date: 20201102 |
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Assignee: ZHENJIANG JINDING GEARBOX Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2020980007285 Date of cancellation: 20201223 |
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Application publication date: 20160928 Assignee: Jiangsu University of Science and Technology Technology Transfer Center Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2022980022975 Denomination of invention: An aided planning system and method for hull welding process Granted publication date: 20171117 License type: Common License Record date: 20221128 |
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Assignee: Jiangsu University of Science and Technology Technology Transfer Center Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2022980022975 Date of cancellation: 20230310 |
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