一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)及方法，包括焊接資源知識庫管理模塊、焊接工藝預(yù)制定模塊和焊接工藝仿真與試驗評定模塊，由焊接資源知識庫管理實現(xiàn)對焊接工藝知識的存儲，繼而焊接工藝預(yù)制定由焊接工藝模糊規(guī)則推理制定出焊接工藝，再通過焊接工藝仿真與試驗評定實現(xiàn)推理工藝焊接質(zhì)量測驗，通過人機(jī)交互的焊接資源知識庫管理模塊、焊接工藝制定模塊、焊接工藝仿真與試驗評定模塊，實現(xiàn)對焊接工藝的推理設(shè)計，解決現(xiàn)階段工藝編制效率低、一致性差、設(shè)計經(jīng)驗難以共享、擴(kuò)展性差等問題。
【專利說明】
一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及船體焊接領(lǐng)域，具體涉及一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]船體焊接工藝的制定不僅需要對所使用的焊接材料、焊接設(shè)備、焊接方法、焊縫位置和施工方法等有充分的了解，而且需要根據(jù)多種標(biāo)準(zhǔn)文件和長期積累的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。 傳統(tǒng)的船體焊接工藝設(shè)計一般由手工進(jìn)行，首先根據(jù)初始焊縫信息，依據(jù)焊縫對應(yīng)的焊接信息(例如母材類型，厚度，坡口等)判定是否需要進(jìn)行工藝制定，若不需要制定，則依照滿足此工藝要求的工藝信息選擇焊接工藝指導(dǎo)焊接作業(yè);若需要制定，焊接工藝設(shè)計部門則進(jìn)行焊接工藝設(shè)計，并對該工藝進(jìn)行試驗審核，如果符合要求則形成焊接工藝評定報告 PQR，進(jìn)而生成焊接工藝指導(dǎo)書WPS指導(dǎo)焊接作業(yè);如果數(shù)據(jù)不符合要求，將會重新編制焊接工藝預(yù)規(guī)程和現(xiàn)場試驗評定，直到合格為止。
[0003]由于焊接方法多種多樣、板厚千差萬別、焊接條件各不相同，導(dǎo)致焊接工藝制定存在設(shè)計效率低、一致性差、擴(kuò)展性差等問題；目前，我國船體焊接工藝制定是基于經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)的設(shè)計理論，由試驗測量結(jié)果驗證焊接工藝設(shè)計的正確性;一方面，設(shè)計人員的經(jīng)驗具有獨特性、難以共享性，同時僅僅依賴設(shè)計人員的經(jīng)驗，難以設(shè)計出高質(zhì)量的焊接工藝； 另一方面，試驗評定消耗大量人力、物力、財力，影響焊接工藝的設(shè)計周期。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)及方法，通過對焊接工藝設(shè)計知識的表達(dá)、存儲、調(diào)用，實現(xiàn)對焊接工藝的推理設(shè)計與評定，解決了船體分段焊接工藝設(shè)計效率低、一致性差、難以共享、資源利用率低等問題。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)，包括焊接資源知識庫管理模塊、焊接工藝預(yù)制定模塊、焊接工藝仿真與試驗評定模塊；
[0006]所述焊接資源知識庫管理模塊包括產(chǎn)品信息子模塊和焊接資源信息子模塊，所述產(chǎn)品信息子模塊含有船體分段信息，所述焊接資源信息子模塊含有焊接資源信息和工藝推理模糊規(guī)則信息，所述焊接資源信息包括焊接母材、焊接接頭、焊接材料信息，所述工藝推理模糊規(guī)則信息包括現(xiàn)有焊接工藝實例庫和焊接工藝參數(shù)，即焊接方法、坡口形式、焊接材料和焊接工藝電流電壓規(guī)范參數(shù)的推理規(guī)則，所述焊接資源知識庫管理模塊完成焊接基本信息的分類添加和刪除，屬性信息的查看和修改；
[0007]所述焊接工藝預(yù)制定模塊包括焊接工藝推理預(yù)制定子模塊和焊接工藝手工預(yù)制定子模塊;所述焊接工藝推理預(yù)制定子模塊根據(jù)焊縫初始條件，調(diào)用焊接資源知識庫管理模塊的工藝推理模糊規(guī)則信息，完成工藝預(yù)制定;所述焊接工藝手工預(yù)制定子模塊通過設(shè)計人員手工設(shè)置母材材料、母材厚度、接頭形式、焊接位置等焊縫基本信息、坡口圖、焊接規(guī)范參數(shù)，完成工藝預(yù)制定；
[0008]所述焊接工藝仿真與試驗評定模塊包括焊接仿真子模塊和試驗評定子模塊，所述焊接仿真子模塊中含有仿真模型結(jié)構(gòu)樹，結(jié)構(gòu)樹中各個節(jié)點表示不同的仿真模型，供工藝評定人員在仿真模型結(jié)構(gòu)樹中選擇模型查看仿真基本參數(shù)、仿真報告和仿真視頻，若所述焊接仿真子模塊不存在與實際焊件模型尺寸、坡口形式、焊道順序相一致的仿真模型，則添加與實際焊件模型尺寸、坡口形式、焊道順序一致的仿真三維模型;所述試驗評定子模塊用于工藝評定試驗指導(dǎo)報告查看和焊接工藝評定報告PQR管理，方便設(shè)計人員查閱。
[0009]—種船體焊接工藝輔助規(guī)劃方法，包括以下步驟:
[0010](1)根據(jù)國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有焊接資源的特點，在焊接資源知識庫管理模塊中錄入產(chǎn)品分段、焊接母材、焊接接頭、焊接材料、工藝推理模糊規(guī)則和現(xiàn)有焊接工藝實例的資源信息；
[0011](2)焊接工藝預(yù)制定模塊通過調(diào)用焊接資源知識庫管理模塊中的工藝推理模糊規(guī)則信息，將焊接工藝表達(dá)成由前提條件和結(jié)論對應(yīng)的若干條規(guī)則，如果前提條件滿足要求， 則可得出相應(yīng)結(jié)論:根據(jù)焊接工藝設(shè)計過程，首先由母材厚度、焊接位置、坡口有無的前提條件推理出結(jié)論，即適用的焊接方法;再由母材厚度、接頭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，推理出焊絲材料和焊絲直徑;最后由推理出的焊接方法、坡口形式和焊絲材料和焊絲直徑為前提，推理出包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度和氣體流量的焊接規(guī)范參數(shù)，推理完成焊接工藝預(yù)制定，并以Excel的形式保存，供焊接工藝評定部門參考;或者調(diào)用焊接工藝手工預(yù)制定子模塊，依賴設(shè)計人員經(jīng)驗，采用焊接工藝手工預(yù)制定；
[0012](3)焊接工藝仿真子模塊通過仿真焊接過程，獲取焊接參數(shù)對溫度場、應(yīng)力應(yīng)變、 變形的影響規(guī)律;結(jié)合試驗評定子模塊對仿真認(rèn)可的工藝進(jìn)行實際焊接，研究應(yīng)力應(yīng)變和變形的分布是否一致，以驗證仿真手段的有效性；同時測量焊后變形量、殘余應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度等是否滿足焊接工藝需求，若滿足要求，則完成焊接工藝的制定，否則在焊接資源知識庫管理模塊中添加適用的新工藝推理模糊規(guī)則信息，在焊接工藝推理預(yù)制定子模塊中重新推理制定焊接工藝預(yù)規(guī)程，在焊接工藝仿真與試驗評定模塊完成焊接工藝評定。
[0013]進(jìn)一步，焊接工藝預(yù)制定模塊根據(jù)焊件成型要求，獲取焊縫初始信息，在焊接資源知識庫管理模塊的現(xiàn)有焊接工藝實例庫中查詢是否已存在與該焊縫相一致的焊接工藝，若存在，則直接調(diào)用該工藝，否則進(jìn)行步驟(2)。
[0014]進(jìn)一步，所述焊接工藝推理預(yù)制定子模塊根據(jù)包括母材材料、母材厚度和接頭形式的焊縫初始信息，分析是否需要添加與母材材料或厚度或接頭形式相適用的新工藝推理模糊規(guī)則信息，若需要則添加規(guī)則信息后再進(jìn)入推理步驟。
[0015]進(jìn)一步，所述焊接工藝手工預(yù)制定子模塊通過設(shè)計人員手工設(shè)置焊縫基本信息、 坡口圖、焊接規(guī)范參數(shù)，完成工藝預(yù)制定，并以Excel的形式保存。
[0016]有益效果:本發(fā)明由焊接資源知識庫管理實現(xiàn)對焊接工藝知識的存儲，繼而焊接工藝預(yù)制定由焊接工藝模糊規(guī)則推理制定出焊接工藝，再通過焊接工藝仿真與試驗評定實現(xiàn)推理工藝焊接質(zhì)量測驗，通過人機(jī)交互的焊接資源知識庫管理模塊、焊接工藝制定模塊、 焊接工藝仿真與試驗評定模塊，實現(xiàn)對焊接工藝的推理設(shè)計，解決現(xiàn)階段工藝編制效率低、 一致性差、設(shè)計經(jīng)驗難以共享、擴(kuò)展性差等問題。【附圖說明】
[0017]圖1為船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為船體焊接工藝輔助規(guī)劃方法流程圖?！揪唧w實施方式】
[0019]下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。
[0020]實施例:一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)，如圖1所示，包括:船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)人機(jī)接口 1、焊接資源知識庫管理模塊2、焊接工藝預(yù)制定模塊3、焊接工藝仿真與試驗評定模塊4、焊接工藝知識庫5、數(shù)值模擬軟件6。
[0021]用戶通過船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)人機(jī)接口 1調(diào)用焊接資源知識庫管理模塊2、 焊接工藝預(yù)制定模塊3及焊接工藝仿真與試驗評定模塊4,完成焊接工藝設(shè)計。船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)人機(jī)接口 1為具有輸入、顯示功能的裝置，具體的為設(shè)置有鍵盤和顯示器的工業(yè)計算機(jī)或單片機(jī)。船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)人機(jī)接口 1接收操作人員輸入的焊接工藝數(shù)據(jù)，并將接收到的焊接工藝數(shù)據(jù)發(fā)送給焊接資源知識庫管理模塊2和焊接工藝預(yù)制定模塊3。在本申請實施例中，焊接工藝知識是指焊接焊件的材料、尺寸、物理性能，焊接標(biāo)準(zhǔn)、 焊接手冊、焊接規(guī)范中的數(shù)據(jù)、成熟的焊接工藝文件以及專家經(jīng)驗等與焊接有關(guān)的知識。
[0022]焊接資源知識庫管理模塊2內(nèi)存儲有母材資源信息、接頭資源信息、焊材資源信息、常用材料的焊接工藝實例和工藝設(shè)計模糊規(guī)則集。焊接資源知識庫管理模塊2和焊接工藝預(yù)制定模塊3對焊接工藝知識庫5進(jìn)行調(diào)用，即通過對船體焊接工藝現(xiàn)有工藝案例和船體焊接工藝設(shè)計前提-母材材料、母材厚度和接頭形式等焊縫初始信息的匹配，完成焊接工藝搜索制定和推理制定。焊接工藝仿真與試驗評定模塊4調(diào)用數(shù)值模擬Sysweld軟件6進(jìn)行焊接工藝的模擬仿真，得出焊接工藝參數(shù)對溫度場、尺寸變形、殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，并進(jìn)行試驗測量模擬仿真的正確性。
[0023]該船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)在工作時，首先人機(jī)接口 1接收操作人員輸入的焊縫基本信息，并將接收到的焊縫基本信息發(fā)送給焊接工藝制定模塊3,焊接工藝預(yù)制定模塊 3將焊縫基本信息與焊接工藝知識庫5中的常用工藝設(shè)計模糊規(guī)則進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則焊接工藝預(yù)制定模塊3將該焊接工藝規(guī)則發(fā)送給人機(jī)接口 1;如果匹配失敗，則人機(jī)接口 1將依據(jù)焊縫基本信息人工存儲該焊接工藝所需規(guī)則到焊接工藝知識庫5中，更新知識庫重復(fù)做上述步驟完成工藝制定。焊接工藝仿真與試驗評定模塊4接收焊接工藝預(yù)制定模塊3 推理出的焊接工藝預(yù)規(guī)程，采用該焊接工藝中的參數(shù)進(jìn)行模擬仿真與試驗評定，如果評定滿足焊接質(zhì)量要求則完成該工藝設(shè)計;如果不滿足要求則反饋至人機(jī)接口 1，并將接收到的工藝問題發(fā)送給焊接資源知識庫管理模塊2,焊接資源知識庫管理模塊2經(jīng)人工修改該工藝并發(fā)送至焊接工藝知識庫內(nèi)進(jìn)行存儲。
[0024]如圖2,一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)，其焊接工藝編制工作流程的具體步驟如下:
[0025]步驟一，根據(jù)國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)獨特的焊接資源特點，在焊接資源知識庫管理模塊中錄入產(chǎn)品分段、焊接母材、焊接接頭、焊接材料、模糊規(guī)則和現(xiàn)有焊接工藝實例的資源信息，其中規(guī)則和實例為工藝推理的基礎(chǔ)；
[0026]步驟二，根據(jù)焊件成型要求，獲取母材材料、母材厚度和接頭形式等焊縫初始信息，在焊接資源知識庫管理模塊的現(xiàn)有焊接工藝實例庫中查詢是否已存在與該焊縫相一致的焊接工藝，若存在，則直接調(diào)用該工藝，否則進(jìn)行步驟三；[〇〇27]步驟三，選擇焊接工藝制定手段，若采用焊接工藝手工預(yù)制定，則進(jìn)行步驟四，若采用焊接工藝推理預(yù)制定，則進(jìn)行步驟五和六；
[0028]步驟四，在焊接工藝手工預(yù)制定子模塊中通過設(shè)計人員手工設(shè)置母材材料、母材厚度、接頭形式、焊接位置等焊縫基本信息、坡口圖、焊接規(guī)范參數(shù)，完成工藝預(yù)制定，并以 Excel的形式保存，并進(jìn)行步驟七；
[0029]步驟五，根據(jù)焊縫初始信息，分析是否需要添加與母材材料或厚度或接頭形式相適用的新規(guī)則，若需要則添加規(guī)則后再進(jìn)入推理步驟；
[0030]步驟六，通過焊接工藝推理預(yù)制定子模塊調(diào)用焊接資源知識庫管理模塊的模糊規(guī)則信息，依據(jù)工藝設(shè)計流程推理制定焊接工藝預(yù)規(guī)程，并以Excel的形式保存，供焊接工藝評定部門參考，并進(jìn)彳丁步驟七；
[0031]步驟七，運(yùn)用焊接模擬技術(shù)仿真焊接過程，獲取焊接參數(shù)對溫度場、應(yīng)力應(yīng)變、變形的影響規(guī)律，以達(dá)到指導(dǎo)焊接工藝編制的目的;結(jié)合試驗評定子模塊，采用試驗驗證手段測量焊后變形量、殘余應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度等是否滿足焊接工藝需求，若滿足要求，則生成焊接工藝評定報告PQR，進(jìn)一步完成焊接工藝指導(dǎo)書WPS的制定；否則重復(fù)步驟三及其之后的步驟。
【主權(quán)項】
1.一種船體焊接工藝輔助規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于:包括焊接資源知識庫管理模塊、焊接 工藝預(yù)制定模塊、焊接工藝仿真與試驗評定模塊；所述焊接資源知識庫管理模塊包括產(chǎn)品信息子模塊和焊接資源信息子模塊，所述產(chǎn)品 信息子模塊含有船體分段信息，所述焊接資源信息子模塊含有焊接資源信息和工藝推理模 糊規(guī)則信息，所述焊接資源信息包括焊接母材、焊接接頭、焊接材料信息，所述工藝推理模 糊規(guī)則信息包括現(xiàn)有焊接工藝實例庫和焊接工藝參數(shù)，即焊接方法、坡口形式、焊接材料和 焊接工藝電流電壓規(guī)范參數(shù)的推理規(guī)則，所述焊接資源知識庫管理模塊完成焊接基本信息 的分類添加和刪除，屬性信息的查看和修改；所述焊接工藝預(yù)制定模塊包括焊接工藝推理預(yù)制定子模塊和焊接工藝手工預(yù)制定子 模塊;所述焊接工藝推理預(yù)制定子模塊根據(jù)焊縫初始條件，調(diào)用焊接資源知識庫管理模塊 的工藝推理模糊規(guī)則信息，完成工藝預(yù)制定;所述焊接工藝手工預(yù)制定子模塊通過設(shè)計人 員手工設(shè)置母材材料、母材厚度、接頭形式、焊接位置等焊縫基本信息、坡口圖、焊接規(guī)范參 數(shù)，完成工藝預(yù)制定；所述焊接工藝仿真與試驗評定模塊包括焊接仿真子模塊和試驗評定子模塊，所述焊接 仿真子模塊中含有仿真模型結(jié)構(gòu)樹，結(jié)構(gòu)樹中各個節(jié)點表示不同的仿真模型，供工藝評定 人員在仿真模型結(jié)構(gòu)樹中選擇模型查看仿真基本參數(shù)、仿真報告和仿真視頻，若所述焊接 仿真子模塊不存在與實際焊件模型尺寸、坡口形式、焊道順序相一致的仿真模型，則添加與 實際焊件模型尺寸、坡口形式、焊道順序一致的仿真三維模型;所述試驗評定子模塊用于工 藝評定試驗指導(dǎo)報告查看和焊接工藝評定報告PQR管理，方便設(shè)計人員查閱。2.—種船體焊接工藝輔助規(guī)劃方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)根據(jù)國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有焊接資源的特點，在焊接資源知識庫管理模塊中錄入 產(chǎn)品分段、焊接母材、焊接接頭、焊接材料、工藝推理模糊規(guī)則和現(xiàn)有焊接工藝實例的資源 信息；(2)焊接工藝預(yù)制定模塊通過調(diào)用焊接資源知識庫管理模塊中的工藝推理模糊規(guī)則信 息，將焊接工藝表達(dá)成由前提條件和結(jié)論對應(yīng)的若干條規(guī)則，如果前提條件滿足要求，則可 得出相應(yīng)結(jié)論:根據(jù)焊接工藝設(shè)計過程，首先由母材厚度、焊接位置、坡口有無的前提條件 推理出結(jié)論，即適用的焊接方法;再由母材厚度、接頭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，推理出焊絲材料和焊絲直徑;最后由推理出的焊接方法、 坡口形式和焊絲材料和焊絲直徑為前提，推理出包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度和氣體 流量的焊接規(guī)范參數(shù)，推理完成焊接工藝預(yù)制定，并以Excel的形式保存，供焊接工藝評定 部門參考;或者調(diào)用焊接工藝手工預(yù)制定子模塊，依賴設(shè)計人員經(jīng)驗，采用焊接工藝手工預(yù) 制定；(3)焊接工藝仿真子模塊通過仿真焊接過程，獲取焊接參數(shù)對溫度場、應(yīng)力應(yīng)變、變形 的影響規(guī)律;結(jié)合試驗評定子模塊對仿真認(rèn)可的工藝進(jìn)行實際焊接，研究應(yīng)力應(yīng)變和變形 的分布是否一致，以驗證仿真手段的有效性；同時測量焊后變形量、殘余應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度等 是否滿足焊接工藝需求，若滿足要求，則完成焊接工藝的制定，否則在焊接資源知識庫管理 模塊中添加適用的新工藝推理模糊規(guī)則信息，在焊接工藝推理預(yù)制定子模塊中重新推理制 定焊接工藝預(yù)規(guī)程，在焊接工藝仿真與試驗評定模塊完成焊接工藝評定。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船體焊接工藝輔助規(guī)劃方法，其特征在于:焊接工藝預(yù)制定模塊根據(jù)焊件成型要求，獲取焊縫初始信息，在焊接資源知識庫管理模塊的現(xiàn)有焊接工藝實 例庫中查詢是否已存在與該焊縫相一致的焊接工藝，若存在，則直接調(diào)用該工藝，否則進(jìn)行 步驟(2)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船體焊接工藝輔助規(guī)劃方法，其特征在于:所述焊接工藝推理 預(yù)制定子模塊根據(jù)包括母材材料、母材厚度和接頭形式的焊縫初始信息，分析是否需要添 加與母材材料或厚度或接頭形式相適用的新工藝推理模糊規(guī)則信息，若需要則添加規(guī)則信 息后再進(jìn)入推理步驟。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船體焊接工藝輔助規(guī)劃方法，其特征在于:所述焊接工藝手工 預(yù)制定子模塊通過設(shè)計人員手工設(shè)置焊縫基本信息、坡口圖、焊接規(guī)范參數(shù)，完成工藝預(yù)制 定，并以Excel的形式保存。
【文檔編號】B23K37/00GK105965179SQ201610384072
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】周宏根, 李磊, 戴凱云, 李純金, 李國超, 田桂中, 景旭文
【申請人】江蘇科技大學(xué)