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摘要：经济的发展和科技的进步，促进智能制造行业的发展。人工智能逐步走入制造领域，很多工厂甚至实现了无人工厂，制造业迎来了新一轮生产管理和制造模式的变革。推进制造过程智能化是《中国制造2025》提出推进信息化与工业化深度融合的一项重要指标，两化融合在引领企业管理组织变革、培育新型能力等方面的作用初步显现。本文就面向智能制造的焊接工艺模型设计展开探讨。
关键词：智能制造；焊接工艺模型；焊接几何模型；数据存储
引言
面向智能制造的焊接工艺设计有广阔的应用前景，目前国内外许多船厂小组、中组阶段等部分实现了焊接机器人焊接，为焊接机器人提供焊接接口数据也成为各船舶制造软件亟需解决的一项技术需求。在焊接派工管理方面，由于焊缝的多样性和复杂性，导致焊缝统计困难，也是困绕焊接派工和核算工作的一项技术问题。在焊接施工方面，由于船舶焊接质量跟踪需求，需要对某些关键焊缝进行质量跟踪，以前手工处理焊缝跟踪数据，效率低，并且无法形成有效统一的数据源。在焊接生产管理方面，焊机管控的智能化也对焊接建模提出了应用需求。
1智能制造特征
智能制造是指在产品全生命周期过程中，在新一代自动化技术、传感技术、拟人化智能技术、网络技术的基础上，通过智能手段达到智能化感知、交互、执行，实现制造装备和制造过程智能化。智能制造主要特征包括信息感知、优化决策、执行控制。其中，信息感知是指利用标准、高效方法采集、存储、分析和自动识别大量数据信息，实现自动感应和快速认知，同时将大量数据信息传输到优化决策系统中。优化决策是指通过运用和学习大量知识，实现面向产品全生命周期的海量异构信息的自动挖掘提炼，通过计算平台支持，将挖掘提炼的信息进行计算分析、推理预测，利用决策工具和自动化系统，形成优化制造过程的决策指令。执行控制是指根据决策指令，通过执行系统控制制造过程状态，实现系统稳定、安全运行及动态调整。
2焊接工艺模型设计
为实现智能制造焊接工艺模型的实时交互设计，需要提供焊接设计实时交互对象，即焊接几何信息模型。在焊接几何模型的基础上，增加焊接工艺信息的设计，使焊接工艺信息设计可视化。焊接模型的构建过程是以焊接设计对象为构建基础，建立智能焊接模型。利用船体结构设计数据作为焊接设计基础数据，形成船体结构设计和船体焊接设计基础数据的统一。通过分析船体结构定义数据和船体结构模型数据，制定了焊接模型几何信息模型的构建方案。利用船体结构、装配树、船体分段模型和船体建造树，建立焊接可视化设计索引树，为智能焊接模型设计提供可视化设计索引平台，构建交互基础数据。智能焊接模型通过焊接几何信息和焊接工艺信息数据的联合，达到视化焊接工艺数据的交互管理。二者模型数据统一于SPD船体设计系统的焊接计划模块，统一进行智能焊接工艺模型的设计管理；焊接几何模型和焊接工艺模型统一方式是采用同一模型号来进行统一，在生成焊接模型时，同时生成一个全船唯一焊缝ID编码来进行焊接模型的标识。
3激光焊接的应用及新激光焊接技术
激光焊接能够实现很多类型材料的连接，而且激光焊接通常具有许多其它传统熔焊工艺所无法比拟的优越性，尤其是激光焊接能够连接航空与汽车工业中比较难焊的薄板合金材料。激光加工的另一项具有吸引力的应用方面是利用了激光能够实施局部微小范围加热的特性，激光所具有的这种特点使其非常适于印刷电路板一类的电子器件的焊接，激光能在电子器件上非常小的区域内产生很高的平均温度，而接头以外的区域则基本不受影响。激光焊接早已应用在汽车制造业，吴强等对车身激光焊接做了研究，采用侧吹保护气体的方式，对于车用镀锌板的焊接能起到很好的效果。随着车身防腐蚀和进一步降低车重的要求，铝材料巳经广泛应用在发动机、轮圈、仪表板装饰及其它零部件上，材料与加工工艺是密切相关的，新材料的应用伴随新工艺的产生。由于激光焊接本身的优点，使激光焊接铝合金在国外受到了广泛关。目前，激光焊接铝合金还存在很多问题，主要是应用于铝合金拼板焊接，大量用于车身制造上还很少见。由于铝合金所特有的热学和力学性能，激光焊接铝合金过程中，熔池飞溅和小孔塌陷是导致焊缝缺陷的两大主要原因。采用双光束激光焊接，对改善铝合金的焊缝质量起到了明显的作用。最近，在汽车零部件的制造中出现镁合金，镁除了重量比铝轻以外，还具有比强度和比刚度高、导热导电性能好、阻尼减震和电磁屏蔽性好、易于加工成形、可以回收等优点，是理想的金属结构材料。目前，欧洲正在使用和研制的镁合金汽车零部件有60多种，单车用镁合金9.3~20.3kg；北美正在使用和研制的镁合金汽车零部件已有100多种，是世界上汽车用镁合金量最大的地区。目前，世界各大汽车公司都已经把采用镁合金零部件的多少作为衡量其汽车产品技术是否领先的标志。与铝合金相比，镁合金在焊接时更易形成疏松、热脆性较大的氧化膜及夹渣，其焊接工艺更为复杂。由于激光焊接铝合金技术的显著进步，近年来镁合金的激光焊接和铝合金一样成为了研究的热点。激光复合焊技术并不是将激光和电弧焊两种焊接方法依次作用，而是两种焊接方法同时作用于焊接区，焊缝上方因激光作用而产生光致等离子体云，等离子云对入射激光的吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后，低温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释，激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热，使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高。
4焊接工艺信息建模
（一）焊接建造要求。焊接建造过程中，由于针对不同阶段有不同的建造方位，需要设置焊缝朝向，焊接操作方位，焊接道数，焊缝是否跟踪等。根据船体焊缝的焊接重要性，有些焊缝需要进行焊接质量追踪，使船体建造质量得到保证。需要跟踪的焊缝，需要生成焊缝跟踪图，这些焊缝数据需要发送焊接质量管控系统。焊接道数据与现场施工情况、焊接人员和焊接质量相关，在有些情况下，也需要提前设计焊接道数。焊接操作方位根据具体操作方式，分为立焊、平焊、仰焊、横焊等[4]；需要根据具体焊接装配结点的姿态和焊缝朝向来决定。一般情况下，焊接施工采取平焊和立焊为宜，所以施工时，装配组立基面尽量与焊接需求相关联。装配基面的指定应该与装配节点对应。焊缝朝向可以在进行焊缝建模计算时，根据构件和焊缝的船体坐标下几何空间关系自动计算得到。通过组立基面和焊缝朝向信息判定焊接操作方位。通常情况下，仰焊可以通过现场调整组立姿态来改变为平焊，所以，在通常焊接工时定额计算过程中，仰焊是按照平焊来计算焊接工时的，但不排除特殊情况。（二）焊接模型存储。焊接模型是用于进行焊接工艺设计的对象，需要进行实时交互，并具备与通用数据一致的增、删、改的功能。焊接模型分为2大类：焊接几何模型数据和焊接工艺模型数据。目前存储数据的方式主要是数据库、文本文件、二进制索引文件、XML文件等。在综合考虑保存速度、交互、接口、集成及SPD船体设计系统应用平台情况后，决定采用SQL数据库与二进制索引文件相结合的解决方案。
结语
绿色、智能是未来制造业发展的必有之路，是制造业转型升级和科技创新的主要方向，也是实现供给侧结构性改革和高质量发展，推动新时代经济发展质量变革、效率变革、动力变革，提高全要素生产率的重要驱动力。通过对面向智能制造的焊接工艺模型设计的研究，将智能焊接工艺数据模型概念逐步实例化，明晰了工艺模型组成条目，梳理了实体建模的规则和条件，解决了焊接设计过程的技术问题，最终形成焊接模型设计及管理解决方案。
参考文献：
[1]张广军.工业4.0语义下智能焊接技术发展综述[J].航空制造技术，2016，506（11）：28-33.
[2]王鸿斌.船舶焊接工艺[M].北京：人民交通出版社，2016.
[3]王恩浩.焊接机器人技术现状与发展趋势[J].中国高新技术企业，2014（17）：3-4.