基于轨道交通行业的焊接专家系统设计与实现

靳庆稳 周雷 石培鑫

【摘 要】无缝轨道焊接施工技术是保障高铁安全、舒适运行的关键环节之一，而现阶段各个国家对于高速铁路轨道的焊接质量有不同的指标要求，对不同的焊接施工方法也有不同认识。因此，本研究旨在进一步理顺各种轨道焊接方法之间的关系及适用条件，并在系统分析现有轨道焊接方法及装备特点的基础上，探讨轨道焊接质量的控制策略与方法，以期进一步提高轨道焊接质量，提升高铁建设水平。

【关键词】家系统;焊接;轨道交通

引言

焊接作为一种重要的金属连接工艺，在管道运输、航空航天、能源化工等领域发挥着重要作用。随着工业技术的发展，焊接工艺随之不断改进，相关焊接标准也逐步细化和完善。不同的行业对焊接质量的要求有所不同，因此针对不同的行业设计不同的焊接工艺规程，对提高生产效率、合理分配生产资料具有重要意义。专家系统（ExpertSystem，ES）是人工智能（ArtificialIntelligence，AI）领域的重要分支。它利用人工智能技术，以搜集的专家知识为基础，对其进行分析处理，从中获取推理规则，并对数据进行解释和说明。专家系统以计算机为工作载体，具有工作效率高、可继承性好等特点。对于输入的参数能快速做出响应，减少推理、决策所需的时间。同时系统以及数据库可以移植，有利于相关专家知识的继承。基于以上特点，专家系统在焊接生产中具有广阔的应用前景。国内外众多学者对此进行了研究，在焊接工艺设计、材料定额计算、焊接质量评定以及焊工资质考核等领域取得了相应的成果。

1系统方案设计

系统以知识库、结论库以及推理机为核心，结合焊接工艺制定流程，将专家系统所提供的分析推理、逻辑判断以及归纳整理功能穿插其中，系统总体结构如图1所示。

1.1基础数据库设计

基础数据库存储系统底层基础数据，同时为焊接专家系统进行推理提供数据支撑。设计合理的焊接基础数据库不仅能加快系统推理查询的速度，同时能减少存储资源的占用，是系统良好运行的重要保证。系统依据轨道交通焊接行业欧洲标准，结合企业实际生产需求，设计了焊接接头数据库、WPS数据库、WPQR数据库、产品焊缝统计数据库以及焊接标准数据库等基础数据库。（1）焊接接头数据库依据ISO15085-3标准和企业自定义的相关接头分类标准，存储焊接接头分类数据，为实际工作试件的焊接接头提供分类依据，同时为WPS制订提供底层数据支持。（2）WPS数据库基于ISO15609-1标准，根据该标准设计数据库相关字段，存储焊接生产过程中的WPS数据，实现WPS数据的信息化管理。同时可以根据焊缝统计数据库中的特定焊缝自动匹配WPS项目，实现WPS编号自动输出。（3）WPQR数据库基于ISO15614-1，ISO15614-2以及ISO15613标准，存储焊接过程WPQR数据，并为新编WPS文件提供数据输出及范围验证。（4）产品焊缝统计数据库存储企业生产项目中焊缝数据，帮助焊接工艺人员以项目为单位对焊缝进行管理，避免同一项目WPS工艺文件漏编以及重复编制等问题。（5）焊接标准工艺库存储及管理企业焊接生产中参照的焊接标准，实现焊接标准的数字化管理。

1.2推理机及知识库设计

推理机与知识库是焊接专家系统的核心所在，也是系统设计中最需要时间成本与人力成本的模块。本系统编制WPS主要包括三大逻辑匹配规则，分别是：（1）焊缝信息与WPS匹配。为项目焊缝统计表中WPS项目自动提取提供底层的匹配规则逻辑算法支持，提高焊缝信息引用WPS精准度，避免WPS漏评、错评情况的发生。（2）焊缝信息与WPQR匹配。在焊缝信息未匹配到WPS项目时匹配WPQR项目，为WPQR项目自动提取提供底层的匹配规则逻辑算法支持，提高焊缝信息引用WPQR精准度，避免WPQR漏评、错评情况的发生。（3）WPS与WPQR匹配。焊缝信息未匹配到对应的WPS而匹配到了WPQR时，则需要根据WPQR编制新的工艺，WPS与WPQR匹配指导进行WPS文件的编制，WPS引用WPQR的正确性进行判断，避免新编WPS时出现WPQR不能覆盖等问题的发生。

2轨道焊接铺设质量保证措施

2.1通过现场的施工工艺的变化减少现场环境与状态变化的影响

目前现场施工工艺有动端垫滚筒焊接施工方式和拨曲线焊接施工方式两种。动端垫滚筒焊接施工方式解决了摩擦阻力问题，但未解决钢轨质量变化、上下坡阻力变化问题，对长轨焊接的质量保证有一定作用，但没从根本上解决问题;拨曲线焊接施工方法基本上能解决以上大部分问题，但对拨曲线的方式和加速顶锻前的人工配合要求较高。从保证质量上来讲，拨曲线焊接是目前设备状态下保证长轨焊接质量最可靠的焊接施工方法。

2.2将合适的焊接方法与装备应用于适合位置施工

将铝热焊用于断轨抢修和空间位置受限位置的钢轨焊接;大型数控气压焊应用于合拢锁定焊位置的施工;其余位置的焊接采用钢轨闪光焊方法与装备。由于气压焊的加热受气体质量影响、加热热源采用外部热源进行加热以及焊接接头焊前端面处理质量要求较高等原因，使得其焊接效率低于閃光焊，焊接质量受人为因素的影响比闪光焊大，因此，除合拢锁定焊位置采用大型数控气压焊和焊接空间位置受限的采用铝热焊外，其他位置钢轨的焊接适合采用钢轨闪光焊，包括现场单元焊、地铁25m钢轨的连入焊及其他长轨的焊接。

2.3通过研制带自适应功能的现场钢轨闪光焊焊接设备来保证

通过数值模拟研究钢轨长度变化、现场环境变化对设备随动性影响的规律，并将该规律应用于控制过程：通过调整液压压力和流量，使焊接过程的随动性与试验状态保持一致，从而保证焊接接头的质量。

结语

经过多年的发展，传统的焊接方法已经不断成熟，焊接工艺和焊接装备已经迎来了全面现代化的时代。随着焊接技术的稳步发展，我们需要在新技术不断应用的过程中，不断发现问题，改进完善，从而更加进步。质量问题始终不可小觑，而焊接质量控制又是车辆制造和成品推出的重要因素。建立焊接质量管理体系及完整的评价系统是对焊接技术应用的保证，轨道交通制造的进步将随着焊接技术的不断应用而提高，同时焊接技术的发展将会进一步促进轨道车辆制造的长远发展，二者相辅相成。“科技改变世界”，它融入了我们的生活，进化了我们的思想，使我们对这个世界有了更多的认识和无限的创意。

参考文献：

[1]常云龙，高峰，路林，等.TIG焊接技术研究现状及发展趋势[C]//中国船舶与海洋工程焊接与涂装技术发展论坛论文集.2012.

[2]吴叶军.焊接专家系统的现状与趋势[J].信息技术，2013（14）：126.

（作者单位：中车四方车辆有限公司）