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焊接过程自动化技术(2)
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:8/20/2007 阅读:15416

 

 

焊接过程自动化技术

 

 

三、超声波监控

1. 监控原理

点焊质量的超声波监控技术是根据超声波在金属介质中传播的特性,利用界面反射(反射法)或利用穿透熔核的声波衰减程度(穿透法)来判断焊点质量好坏的一种质量监控技术。常用穿透法,又称W法。

穿透法是在上下电极中各安放一个压电晶片。一个发射超声波,另一个接受超声波。当超声波穿过焊点熔核时,由于金属从固态变液态,又从液态变固态,从而使超声波产生不同的衰减变化。在显示器上出现“W”形状的信号波形(图27)。根据W图形的宽度,幅度和规则程度可判别焊点质量的好坏。

 

 

2.监控仪器及方法

点焊质量的超声波监控系统,因监控方式不同而有差异。对穿透法的监控系统主要由超声波探伤仪,探头和记录仪组成。超声波探伤仪和记录仪为通用仪器。探头是用陶器压电晶片,安装在上下电极内部,用银导线与晶片的“+”端连接,并引出接在超声波探伤仪的发射上。晶片的“-”端接地,即按电极。安装时应注意上下电极中两晶片的平行度,与电极接触面的清洁度。在接触面内不应有气孔。

如何判别超声波波形是超声波监控焊点质量的技术关键之一。试验与生产实践表明:焊接条件变化时,超声波W波形和熔核直径有相应的变化。焊接电流加大,W波形变宽。特别是中间峰波变宽和增高,增长焊接时间,有类似电流变化的规律。增加电极压力,W波形变窄,幅度变化不大,熔核相应变小。若电极压力过大,W波形严重变形,有喷溅和裂纹时,W波形变形很大。图28给出典型的不同焊点质量的W超声波形。此可作为判别的参考依据。

当焊接材料的总厚度达到一定值后(如1.5mm),超声波的形状相对稳定,可依W波形的宽度和幅度确定熔核尺寸,依W波形的变形程度判断熔核内部的缺陷。

该控制方法在我国已经有近30年的研究和应用历史,目前实际应用只达到开环监控的水平,它的优点是不受环境因素干扰,监控精度较度(可达到±0.3mm熔核直径的效果)。因此各国十分重视,仍在积极研究和发展之中。

3. 适用范围

超声波监控技术是一种综合反映焊点质量的监控技术,应用前景较好。目前由于某些技术上的原因(如波形自动化识别),应用范围受到限制。该监控技术对被焊接材料无选择,但对厚度有要求。工件太薄不能获得稳定的W波形,因此希望工件总厚度大于1.2mm

 

四、红外辐射监控技术

红外辐射监控技术是根据焊点表面辐射的红外光强度来判断和控制焊点质量的一种技术。在点焊时,当熔核达到一定尺寸,熔核四周形成较稳定的热场,被焊金属表面也达到一定的温度。根据斯特芬-波尔兹曼定律,一定温度的物体,辐射红外光的总能量(M)与物体的温度(T)的四次方成正比

                      M=σεT4                                                          6

式中    σ──斯特芬-波尔兹曼常数,为5.669×10-12W/(cm2 .T4)

ε──发射系数,物体表面发射本领和黑体发射本领的比值;

T──物体的绝对温度,K

由式(6)可知,物体(焊件)温度高,辐射的红外能量就多,而焊件的表面温度是与熔核尺寸直接相关的。因此根据所测红外辐射能量,可以求得焊点熔核的尺寸。

在监控时,通常在电极一侧或两侧安装红外探测器,测量焊点四周或中心表面的红外辐射强度,并将其转换成电信号,进行记录和分析。当红外辐射强度达到预计数值,表明熔核达到设计要求时,则停止焊接过程。红外辐射监控系统主要有红外探测器(包括光学系统和调缺点盘)、前置放大、选频和检波电路,A/DCPU(图29)。为防止环境温度的影响,可加环温补偿探测部件。为提高检测精度,还可加滤色片。

红外辐射监控主要控制初始速度,使熔核正常长大。最后控制最大辐射量(Rsm),使焊点达到规定尺寸。影响dRs/dtRsm主要因素有焊接电流和焊接时间,其他因素有探头的位置、材料表面状态、电极冷却条件、材料厚度等。目前对红外辐射监控技术已进行广泛的研究,监视了耐热钢、铝合金和钛合金等材料的点焊质量。但监控结果不够理想,目前在生产中应用较少。

 

五、智能质量监控

20世纪90年代初,随着计算机、人工智能、多信息融合技术等的迅速发展和对各领域的交叉渗透,为电阻焊智能质量监控提供了有力工具。目前,利用神经网络和模糊推理技术在弧焊质量控制、无损检测、机器人视觉等领域已取得很大成绩,在电阻点焊质量监领域也有较大发展。其中用BP神经网络进行点焊控制的研究发展最快。BP神经网络由输入层、隐含层和输出层三层神经元逐层连接而成,它能根据网络输出值和期望值之间的偏差,对网络内部的权矩阵进行修正,使下一次输出值和期望值之间的偏差减小,经过这种反复训练,BP神经网络就可以根据系统的输入准确预测出系统的输出,实现所需要的控制。这种控制方法设计简单,不需要建立数学模型,而且控制精度较高,在不考虑在线学习的情况下控制过程的运算量较小,能够用单片机实现实时控制。而且,对于任何新材料,只要经过训练,BP网络就可以实现点焊质量的精确控制,不需要改变控制器的结构。其缺点,则是需要作大量实验训练网络。目前国内外都已有用BP神经网络进行点焊质量监控的报道。

模糊控制是与神经网络同时发展起来的另一种智能控制方法。模糊控制包括模糊化、模糊推理和反模糊化三个过程。模糊化把数据输出转化为模糊变量,用模糊规则对模糊变量进行推理,模糊推理的结果形成模糊决策,再将模糊决策反模糊化输出,实现所需控制。这种控制方法设计更为简单,运算量比神经网络运算量更小,便于用单片机实现点焊过程的实时控制。其缺点是建立模糊规则需要由人工完成,需要丰富的实践经验。目前国内外均已开始将模糊控制技术用于点焊智能控制的开发中。

研究表明,利用智能控制方法进行电阻点焊质量控制,不仅有可能精确控制焊接电流等焊接参数,而且有可能直接对熔核尺寸,甚至焊点强度进行精确控制。正是由于点焊智能控制具有这些其他控制方法无法比拟的优越性,所以这一研究已成为点焊质量控制领域的热点问题之一。美国汽车制造协会1995年提出智能电阻焊工程,其内容就是研制出一种智能电阻焊工艺,包括智能点焊质量监测、判断和控制系统。可以肯定,模糊控制、人工神经网络等智能控制方法必将成为点焊质量监控技术的主要手段之一。

点焊质量智能监测系统实例如下。

采用C++面向对象编程技术,对点焊过程监测信息提取、神经元网络映射、模糊推理综合评判等处理,实行汉化式菜单集成管理,研制出一套新型点焊质量智能监测系统(由哈尔滨工业大学研制,目前尚处于试用原型阶段)。经验证结果表明,即使在恶劣的生产条件下,使用该系统也能实时、准确地监测点焊质量,确定出合理的质量等级,可以满足点焊质量实时监控及焊后评估的要求。

1)监测系统的基本组成  系统基于人工神经网络,以微机为处理核心,由焊接系统、信息处理系统、微机处理系统三部分组成,如图30所示。其中,神经网络映射与模糊综合评判的结合构成了质量监测核心模块;网络估测结果再经模糊综合评判处理,可以对监测结果的偏差进行修正,监测原理如图31所示。

2)监测系统软件设计及管理软件应能保证  焊接系统、信息处理系统、微机处理系统相互间的协调,能实现监测信息的自动记录、处理和显示;对焊接信息进行正确的神经网络映射,输出正确的质量指标信息;实现焊点质量的模糊综合评判,相应参数应灵活可选。

① 编程总体设计。编程工具使用Borland C++集成开发环境,软件系统结构如图32所示,其主程序流程如图33所示。

 

② 编程处理

a. 菜单处理  把菜单抽象为MENU类,并以MENU类为基类,公有派生出子类MAIN-MENUMAIN-MENU类实现系统初始化、菜单显示、键盘控制等功能。在MENU类的定义中包含了派生类MENU-SLT对象m的定义,MENU-SLT类是预先设计的实现选择菜单项的功能类。通过上述三个class类可任意定义菜单个数及菜单项数。换言之,每一个菜单仅是MENU类的一个变量,即一个对象。运行时,MENU类定义的对象调用其成员函数和成员变量,可达到迅速生成菜单的目的。

b. 模块处理  C++函数重载与函数指针的配合,实现了菜单各功能模块的成功调用。其中将焊接程序、神经网络估测、模糊综合评判三功能模块分别封装于三个类中,用这三个类定义的对象,可分别实现点焊过程监测信息的提取和处理、神经网络估测、焊点质量综合评判的功能。系统软件菜单结构如图34所示。

③ 监测系统性能  监测系统监测效果的好坏主要取决于系统中有关点焊质量的各个神经元网络监测模型的性能,而监测模型性能主要体现在以下两方面。

a. 较大的适用范围  即使对于点焊焊接性良好的低碳钢,在实际生产条件下的各种干扰,将使点焊加热强度发生从未形成焊点到产生强烈喷溅这样大的变化,点焊质量参数(熔核直径、焊透率、抗剪强度等)将在很大范围内波动。即使在这种情况下,也希望模型能够提供准确、可靠的质量信息。

b. 较强的泛化能力  不仅希望模型对建模用样本有较强的适应能力,而且希望模型对与建模用样本不同的新样本也有较强的适应能力。

监测系统中各种质量参数神经元网络模型的验证误差分布规律如图35所示,其中绝大多数样本的验证误差都较小,只有极少数的样本验证误差较大。验证误差总体分布遵从均值接近于0的正态分布,说明网络模型的估测值具有足够的正确度,并不因个别样本“畸形”而影响整个网络的性能,充分体现了网络的可靠性和容错性。

3给出各种质量参数模型的误差,可见由监测系统提供的焊点质量信息是准确、可信的,可以满足点焊质量监控及焊后评估的要求。

3  各种质量参数模型的误差

   

熔核直径

焊透率

抗剪载荷

平均绝对误差

0.34mm

4.30%

0.28kN

平均相对误差

6.79%

8.01%

5.80%

 

第三节  计算机辅助焊接技术

    一、焊接专家系统

合理的焊接工艺是保证产品焊接质量的关键。但是,焊接过程比较复杂,影响因素很多,钢种不同,所采用的焊接工艺规范参数及焊接材料大不相同。即使对于同一钢种,也因板厚及接头形式等不同,所采用的规范参数不同。如果工艺参数选择不当,接头或者出现裂纹,或者力学性能不合格,而这些问题一般是在焊接完成后,甚至是在产品运行期间才能发现,危害是非常严重的,特别对锅炉及压力容器,后果更是不堪设想的,这就要求有一定理论水平和实践经验的工程师来完成焊接工艺设计工作。但是,由于要进行的焊接工艺设计内容比较多,设计周期又比较长,使得焊接工程师的脑力劳动非常繁重。为解决上述问题,各研究部门结合企业的实际需要,纷纷开始建立焊接工艺设计专家系统。

1. 专家系统介绍

1)专家系统定义  所谓专家系统(Expert System,即ES)就是一种特殊的计算机程序,它以人类专家的水平完成专门的或一般较困难的任务,一个专家系统的功能主要是依赖于大量的知识、事实、规则、设想及强化的智能功能,所以也常叫知识工程系统。

一般来说,专家系统由三部分组成,即知识库、推理机、人机界面,系统结构图见图36

2)焊接专家系统的发展状况

① 国外焊接专家系统开发简况  焊接领域ES的开发研究始于20世纪80年代中期,美、英、日等国都开展了这方面的研究工作。

国外开发的焊接ES主要涉及工艺设计或工艺选择(包括单因素的焊接材料选择或焊接方法选择),焊接缺陷或设备故障论断,焊接成本估算,实时监控,焊接C/O(疲劳设计,符号绘制),焊工考试等,几乎包括了焊接生产的所有主要阶段及主要方面。英国、美国已有很多商品化的ES

目前就总体水平来看,世界各国焊接领域中,专家系统的应用已开始从研究阶段和试用阶段向商品化阶段迈进。

② 国内焊接专家系统开发简况  我国焊接ES研究始于1988年,最早见于报端的是南昌航空工业学院的焊接方法选择ES。清华大学、哈尔滨工业大学、天津大学、甘肃工业大学、天津焊接研究所等单位都先后进行了焊接ES的开发。1989年焊接学会有关专业委员在清华大学召开了首次“焊接专家系统”专题学术会议。通过交流经验,有力地促进了国内焊接ES开发技术的普及与提高。19929月,中国焊接学会与中国焊接协会在太原联合举办了“计算机在焊接生产中应用的学术交流会”。这次会议展示了我国几年来的一些计算机应用研究成果,对于未来发展具有指导意义。在1996年,焊接学会与中国焊接协会又在太原组织了“第二届计算机在焊接中应用的学术与技术交流会”,会议总结了近几年来中国计算机在焊接方面的应用,讨论了在焊接生产中采用信息时代先进制造技术的动向。我国计算机技术在焊接方面研究已逐步走向成熟,部分系统已经商品化。例如:哈尔滨工业大学的焊接专家系统已在华北油田、玉门油田、大庆油田管理局等单位广泛应用,并取得了满意的效果。操作平台大都为Windows平台。

2.专家系统的组成原理

1)知识获取  专家系统是建立在人类知识基础上的问题解答系统。拥有知识是专家系统同其他任何一种计算机软件系统的本质区别。专家系统的性能固然与系统的结构以及推理策略的选择有着不可忽视的关系,但决定性的因素还是系统本身所占有的知识的数量、质量和组织。一般来说,专家系统拥有的知识是人类经验、特别是那些领域专家们的经验的提炼和总结。

国内外专家普遍认为,知识获取是知识工程的关键程序,知识获取贯穿于一个专家系统生命周期的始终,是一个长期的与专家系统共生死的过程,犹如新陈代谢之对一个人一样。

知识获取就是:把用于解答专门领域问题的知识从拥有这种知识的知识源取出并转化为一种特定的计算机表示,所谓知识源包括各方面的人类专家、专业出版物、技术报告以及数据库等;从经验中抽取知识并将其转化为特定的计算机表示。

建立焊接工艺设计专家系统需要从设计书及其数据库、焊接专家、焊接专业文献和有关标准中获取知识,主要包括:焊接材料、焊接接头、预热及热处理、焊接工艺规范参数、焊前准备及焊后检验。

通常情况下所获取的知识并不以任何一种现成的表示形式存在,人们必须通过努力来抽取和表示所需要的知识。知识库设计的关键就是选择适当的知识表示形式,并将有关知识进行合理组织。知识表示(Knowledge Representation)是关于如何描述事物所作的一组约定,是知识的符号化过程。对于同一知识可能有多种等价的表示方法,不同的表示方法可能会产生完全不同的效果。因此,在建立一个系统时,知识表示方法的选择是非常重要的。目前,人工智能研究者们已经提出了多种知识表示方法,如一阶谓词逻辑、产生式规则、语义网络、框架及过程表示法等。焊接工艺设计专家系统中的知识以经验规则为主,可以采用产生式规则表示。其表示形式可以用BNF(Backus-Normal-Form)做如下描述

<规则>::=Rule(<规则号>,if,<前提>,then,<结论>)

<规则号>::=<整数>

<前提>::=(AND{条件}+)

<条件>::=(OR{条件}+<字符串>)

<结论>::=<字符串>

其中,规则号表示规则在知识库中的序号,<前提>可以是多个条件通过与域(AND/OR)关系组成的复合项,以便各已知条件匹配。

2)知识库维护  知识需要不断补充和完善。这就要求知识库中的知识能够被用户修改、查看和补充,也就是说,随着时间的推移,专家系统的知识需要不断更新,以适应新的需要。同时,随着知识库中知识的不断增加,知识库越来越大,内容起来越复杂,知识库的一致性维护将不可缺少。因此,一个完整的专家系统应为用户提供方便的知识库更新和维护的手段。

知识库更新主要包括建立新的知识库及对已有知识库进行操作(主要是添加规则、修改规则、浏览规则和删除规则),用户无需了解知识库中知识的组织细节和知识表示方法,系统应引导用户输入或修改规则,系统将用户输入的知识转化成系统可接受的内部表示规则,以规则的形式存入知识库。

知识库维护主要包括知识重复、知识冗余及知识矛盾的检查。其中,知识重复主要指两条知识完全相同;知识冗余指一条知识的结论可以被其他知识推出;知识矛盾是指两条知识的前提一致,但结论不同。在增加新的知识时,系统应提供知识库维护功能。

3)图形库的开发及维护  在焊接工艺设计中,坡口是一种很重要的设计内容。坡口的合理设计对实际焊接生产有着十分重要的意义。

坡口图形可以采用各种图形软件绘制,但最好采用AutoCAD软件,绘制后的图形编辑功能强,可以任意旋转、延伸、复制、比例放大和缩小,尺寸标注和修改也非常容易。同时,AutoCAD提供了方便的图形格式转化功能,可以将绘制好的图形转化为其他软件可以调用的格式,如Windows自带的画笔软件可以处理的位图(BMP)格式。

坡口图形的规则形式与其他规则一致,其图形文件名作为结论,在推理过程中,得到的是图形文件名,在结果输出时,采用Windows的对象链接与嵌入技术与AutoCAD或画笔等软件相链接,坡口图形即可以与其他参数同时显示和修改。坡口图形的打印可以利用Windows的应用程序接口函数实现。

坡口图形知识库的维护分为两方面,一是对规则的维护,其方法与其他类型规则的维护一致,另一方面是对图形文件的修改,可以采用Windows的对象链接与嵌入技术,将坡口图形调到相应的软件如AutoCAD或画笔中,进行修改。

4)推理机制及工艺设计过程  推理是思维过程的动态体现,只有通过推理,智能系统才能根据其自身的知识去解决问题。专家系统所采用的推理方法常常依赖于系统知识表示模式,故只有把知识使用和知识表示有机地结合起来,才能使专家系统有效地工作。焊接工艺设计专家系统的知识表示通常采用的是“产生式”表示法,因此应采用基于规则的推理方法。常用推理策略是数据驱动的控制策略和目标驱动的控制策略。

数据驱动的控制策略,即正向推理,其基本思想是:从已知的数据信息出发正向使用规则,即将规则的前提与数据库中的事实(已知条件)相匹配,进行问题求解。

目标驱动的控制策略,即反向推理。其本本思想是:假定一个目标命题,然后验证其条件是否成立。正向推理允许用户主动提供有用的事实信息(已知条件),而不必等到系统需要时才提供,这一特点使该控制策略比较适合于解空间比较大的问题。对于焊接工艺设计专家系统,由于要设计的参数比较多,最好采用正向推理控制策略。

一般说来,正向推理求解的条件应是:具有一个存放当前状态的“数据库”,一个存储知识的“知识库”,和一个进行推理的推理机。其工作程序是:用户将与求解问题有关的信息数据库,推理机根据这些信息,从知识库中选取适用的知识,得出新的信息存入数据库,再根据当前状态选用知识,如此反复,直到求出解为止。专家系统采用正向推理方法,以上海交通大学的一焊接专家系统为例,推理过程可以细分为以下几个步骤。

① 采集事实  采集事实的主要目的是确定焊接工艺设计的初始条件,主要包括母材类型(碳钢、合金钢、不锈钢或铝合金)、母材牌号及板厚(管接头为直径和壁厚)。有的焊接方法需要用户进一步选择工艺条件。在进行程序设计时,需注意采取适当的措施,使相互之间有关联的条件不出现矛盾,并对输入的条件进行合法性检查。

② 确定规则库  根据所选用的焊接方法确定要调入的规则库总文件,根据其内容,依次处理相应的规则库。

③ 匹配  系统从第一个规则库开始进行推理。具体地说,系统将该规则库逐条调入内存,同时标记每一条规则为未用过,这是为以后的推理做好准备。全部调入内存后,系统提出第一条规则开始匹配。系统会检查该条规则是否已经用过,如果没用过,就会将该规则分解成若干子条件。系统提出其中第一个子条件来与已知条件进行比较。如果满足要求(与已知条件相符合),就比较下一子条件。如果某一子条件不满足要求,系统就提取下一条规则进行匹配。如果所有子条件均满足已知条件,系统就将该规则的结论取出来加入已知条件序列中(在后面的推理中作为已知条件使用),并标记该条规则已用过,然后根据新的已知条件,重新匹配该规则库所有未用过的规则(包括在前面推理中未匹配成功的规则,因为有些规则的结论是其他规则的前提或前提之一,当这些结论推出后,在前面推理中未匹配成功的规则,也可能重新匹配成功)。如果该库规则都已经匹配过,不再产生新的结论,则停止匹配,系统继续进行下一个规则库的推理。由于有些参数(推理时得到的结论)是惟一的,如母材类别、保护气体流量、预热温度范围等,可以作为惟一参数处理,而有些参数则有多重选择,如接头破口形式、焊接材料等,在推理时两类不同的参数要分别处理。对于惟一结论的参数,在推出该结论时,要与已知条件序列进行比较,判断是否与已有的结论重复,如果重复,则按照一定的原则进行取舍。例如,可以比较推出这两上结论的规则号,规则号码大的一般为新的规则,可利用该规则的结论。对于多重结论的参数,则建立相应的数组,以记录每一个结论。

④ 结果输出  由于匹配成功的结论存放在已知条件序列中,这样,该序列实际上包括两部分内容:初始条件和结论(包括中间结论),可以根据实际需要进行取舍。对于惟一结论的参数,直接输出即可,对于多重选择的结论,则将其可能的结论都提供给用户,由用户根据实际情况选择其中的一个结论。输出的结论(包括坡口图形),应能够修改,同时应能使用户输入其他参数如设计书编号、设计日期、产品名称及编制人等,并以用户使用的设计书格式打印输出,这样设计书可以直接用于实际生产中。

⑤ 结果保存  设计结果可以采用两种格式保存,一是专家系统本身可以调用的格式,另一个是数据库可以调用的格式。这样,设计结果既可以在专家系统环境中查看、修改和打印,又可以追加到焊接工艺设计书管理数据库系统中,利用数据库系统的强大功能对其进行有效的管理和使用。

5)设计结果维护  设计焊接专家系统的最终目的是让专家系统推导出合理的、满意的工艺设计结果。这些结果用户要保存起来,以便将来使用。可采用两种存储方式来保存,一种是以文本文件形式保存,另一种是保存在FoxPro数据库中。文本文件格式易于实现,但对数据不易维护和管理。数据库是计算机大量应用于管理领域而发展起来的数据管理技术,它能氢大量数据按照一定的结构进行存储,集中管理和统一使用,实现数据共享。目前数据库技术已经广泛应用于国民经济的各个方面,可以说数据库技术是从事现代管理必不可少的知识和技术。因此专家系统与数据库的结合,对专家系统有着深远意义。

在数据库的存储模块中,利用了数据控件(Data Control)的数据库操作功能。由于采用可视化编程,在设计过程中只需将相应的属性和命令写入程序,功能便可实现。

① 数据库结构设计。由于焊接工艺设计结果有不同的参数,而且参数类型各异,所以数据库应包括多种参数类型,有字符型、数字型及通用型等,每个字段的大小根据所代表内容而定。

② 数据库的浏览、查询。为使用户可以方便地、任意地查阅已经设计好的焊接工艺,设计了浏览功能,通过“首记录”,“下一条记录”,“上一条记录”及“尾记录”等按钮可以查看各个记录。为了能够快速定位到制定记录,应设计查询功能。查询条件可分为焊接方法,母材牌号和母材厚度,对于任意的组合和任意一项,都能进行查询。并且对查询到的结果可以一一浏览。

6)选择合适的开发工具 这是建造专家系统的首要问题,它关系到开发效率。未来系统能够达到的性能水平。目前应用较多的人工智能程序设计语言(LISP语言、PROLOG语言等)、骨架系统(通常是在已获成功的具体专家系统基础上,抽出其特定领域的专家知识,保留具有通用性的知识表示框架、推理机制及支持工具,经过适当改造后形成)、组合开发工具等。应该指出,利用普通程序设计语言(VCVB等)开发,发展迅速,功能日益完善,对新的计算机硬软件环境更加适应,目前已有取代人工智能程序设计语言的趋势。

3. 焊接专家系统现状

国内外研制了许多类型的焊接专家系统,主要集中在工艺制定、缺陷分析、材料选择、设备选择等方面,其中工艺选择及制定最多,约占70%,现将国内外较为成熟和有代表性的焊接专家系统列于表4

4  国内外较为成熟和有代表性的焊接专家系统

名称                              内容

   

开发者(来源)

所处阶段

  Weld plan

工艺选择

Toyo engineering crop (日本)

已商品化,用于化工设备

  Welder qualification test selection

焊工资格考试

Stone&  Webster  eng. (美国)

已商品化

  Prehest

标准解释

TW (英国)

已商品化,BS5135

  Weldsynple

焊接符号生成

CSM& AWI (美国)

已商品化,AWSA2.4-86

  WES

焊材选择

CIGWELD (澳大利亚)

已商品化

  Weld estimating expert

成本分析

Stone  Webster Eng (美国)

已商品化

  Sinfoi

冶金分析

Prof.Hermann Their (德国)

已商品化

  Weldexcell

工艺制定,实时监控

AWI&NIST (美国)

已商品化

  Weld defect diagnosis

缺陷分析

Stone Webster Eng (美国)

已商品化

  Info weld

工艺制定

Wijtek (英国)

已商品化

  弧焊工艺制定与咨询专家系统(ESW)

工艺选择、工艺制定

清华大学

已商品化

  通用型弧焊工艺专家系统 (QHWES)

工艺选择、工艺制定

清华大学

已商品化

  焊接工艺数据库及专家系统

工艺制定

哈尔滨工业大学,哈尔滨锅炉厂

已商品化

  电阻点焊工艺专家系统

工艺制定

吉林工业大学,一汽集团

已达到实用水平

  焊接裂纹预测与诊断专家系统(WCPDES)

裂纹预测与诊断

天津大学

已达到实用水平

 

二、人工神经网络在焊接中的应用

神经网络也可看作是另一种专家系统。在传统的专家系统中,知识库中的知识通常是以显式的规则表示,而在神经网络中,知识并不逐一以规则表示,而是将相关的知识以数学模型的形式用隐式表现出来。神经网络弥补了传统专家系统中知识获取困难、知识领域窄等不足,因而在不少方面得到了成功的应用。

英国焊接研究所和不少单位都在焊接工程中引入神经网络技术方面开展过研究工作。有文献报道了美国N.A.Technolgies公司为美国海军和福特汽车公司提供了将神经网络用于焊接工程的技术支持。针对不同的生产条件,N.A.T公司开发了相应的神经网络软件包解决生产中的问题。例如,为福特汽车公司开发的神经网络系统,可以模拟钎焊搭接接头的生产效果。神经网络的输入参数为保护气体成分、填充金属种类、脉冲电流频率、钎焊速度、焊接电压及钎焊送丝速度等。通过输入变更相应的参数后,可在电脑屏幕上看到钎焊表面高度的变化。通过神经网络高速各种参数,保证钎焊接头质量,而无需经过许多不必要的、费钱费时的试验。当然,在建立神经网络模型时,作为训练样本的试验是必不可少的。这一方法在福特汽车公司还被应用到激光焊和铝合金的焊接中。这些工作先后在1995年和1996年获得福特汽车的技术成就奖。

在国内,清华大学、华南理工大学等单位也曾研究过在焊接过程中应用神经网络的技术。清华大学彭金宁等人曾利用BP网络,根据900余份焊接工艺评定报告,针对不同母材种类、母材厚度、焊接位置等建立了手工电弧焊和埋弧焊的焊接电流、电压、线能量等参数的6种焊接规范设计网络。华南理工大学黄石生等人以GTAW方法焊接厚度为2mm的低碳钢为对象,在特定的钨极直径和气体流量的条件下,用神经网络建立了焊接电流、焊接电压和焊接速度与焊缝正面熔宽和背面熔宽的关系。

 
 
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