焊接操作計算機模擬系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用20140328科技成果鑒定申請任務(wù)書編號：1

您們好！首先，非常感謝各位領(lǐng)導(dǎo)、專家百忙之中抽出時間參加《焊接操作計算機模擬系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》科技研發(fā)成果的評審工作。該課題于2011年1月立項，由中國石油天然氣第一建設(shè)公司焊接研究培訓(xùn)中心負責(zé)具體研究，2011年12月完成研究?，F(xiàn)就《焊接操作計算機模擬系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》研究情況向各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家做簡要匯報，不當(dāng)之處，懇請批評指正。尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家：“數(shù)字化焊接模擬培訓(xùn)室”平板堆焊、平焊一、項目任務(wù)來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理三、主要性能指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同類的比較五、研發(fā)成果的創(chuàng)造性和先進性六、研發(fā)成果的作用意義七、推廣應(yīng)用范圍及前景4項目任務(wù)來源任務(wù)來源：“焊接操作計算機模擬系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”是2011年7月下達的工程建設(shè)分公司級統(tǒng)籌科技項目“特殊環(huán)境下焊接技術(shù)及工藝評定研究”之專題四。

2003年我公司開始承擔(dān)“焊接操作計算機模擬系統(tǒng)開發(fā)”的集團公司科技開發(fā)課題研究，2005年該系統(tǒng)已達初級水平并投入使用，但原系統(tǒng)在“多層焊模擬、單面焊雙面成形模擬、焊槍空間位置檢測精度、焊槍優(yōu)化設(shè)計”等關(guān)鍵技術(shù)方面還有待完善。2005年第一代模擬焊機2013年新一代模擬焊機一、項目任務(wù)來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理三、主要性能指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同類的比較五、研發(fā)成果的創(chuàng)造性和先進性六、研發(fā)成果的作用意義七、推廣應(yīng)用范圍及前景7應(yīng)用領(lǐng)域

焊接技術(shù)培訓(xùn)技術(shù)原理采用雙光源測量建模的計算機虛擬成像技術(shù)模擬焊接過程，實現(xiàn)焊接模擬培訓(xùn)。

主要關(guān)鍵技術(shù)雙光源虛擬弧長檢測技術(shù)；三維場景生成技術(shù)；焊接缺陷預(yù)測技術(shù)；焊接運條軌跡評價技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理8一、項目任務(wù)來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理三、主要性能指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同類的比較五、研發(fā)成果的創(chuàng)造性和先進性六、研發(fā)成果的作用意義七、推廣應(yīng)用范圍及前景9主要性能指標(biāo)完成情況序號計劃技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)完成技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)1焊工理論考試系統(tǒng)，能實現(xiàn)自動出題與閱卷；焊工理論考試系統(tǒng)，能實現(xiàn)自動出題與閱卷；2實現(xiàn)實用化的新一代焊接模擬器，其外形與真實焊接設(shè)備相似；完成新一代焊接模擬器，其外形與真實焊接設(shè)備相似；3模擬焊條空間位置檢測精度≤1mm；高度(弧長)方向上可以實現(xiàn)±1的測量精度，同時在水平面上可以實現(xiàn)±0.5的測量精度4焊接運條培訓(xùn)系統(tǒng)能實現(xiàn)焊工操作的檢測，記錄并評價運條軌跡。焊接運條培訓(xùn)系統(tǒng)能實現(xiàn)焊工操作的檢測，記錄并評價運條軌跡。5初步實現(xiàn)單面焊雙面成形過程的模擬，逼真程度達到70%實現(xiàn)單面焊雙面成形過程的模擬6在操作過程中進行實時報警，焊接完成后可以進行分析，并提出改進的建議；評價系統(tǒng)：焊接效果評價、焊工水平評價。在操作過程中進行實時報警，焊接完成后可以進行分析，并提出了改進的建議；給出焊接效果評價、焊工水平評價。10主要性能指標(biāo)完完成情況序號計劃技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)完成技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)7國家發(fā)明專利1-2項28國家實用新型專利2-3項29焊接操作結(jié)果保存功能10焊接操作回放功能11數(shù)據(jù)庫管理功能12焊接缺陷預(yù)測專家系統(tǒng)知識庫11名稱完成情況100%焊接操作結(jié)果保存功能對于平板堆焊、多層多道焊和單面焊雙面成形焊接操作的區(qū)分保存，用以分析、對比以及回顧。焊接操作回放功能分為實時操作回放和歷史操作回放，在進行一次操作后可以不保存對上次操作回放，也可以保存后隨時調(diào)出數(shù)據(jù)進行回放。數(shù)據(jù)庫管理功能對個人賬戶以及操作數(shù)據(jù)進行添加、修改、查詢以及刪除，并能夠?qū)?shù)據(jù)庫進行備份和還原。運條訓(xùn)練功能單獨實現(xiàn)運條軌跡訓(xùn)練，采用臨摹的方式讓學(xué)員訓(xùn)練運條操作，擁有7種不同軌跡樣式的訓(xùn)練。焊接缺陷預(yù)測專家系統(tǒng)知識庫對知識庫中規(guī)則進行添加、修改、刪除工作。并實現(xiàn)缺陷查詢功能，查詢一種缺陷之后，可以給出相關(guān)缺陷的圖片、定義、產(chǎn)生原因以及預(yù)防方法。深化研究內(nèi)容一、項目任務(wù)來來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和和技術(shù)原理三、主要性能指指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同同類的比較五、研發(fā)成果的的創(chuàng)造性和先進進性六、研發(fā)成果的的作用意義七、推廣應(yīng)用范范圍及前景13公司名稱虛擬焊接設(shè)備型號主要組成部分分析法國LaurentDADALTOCS-WAVE分為工作站式和便攜式兩種。便攜式包括虛擬焊接培訓(xùn)模塊，工作站式還包括控制中心和服務(wù)器提供實時監(jiān)控功能，使教師可以對學(xué)員的練習(xí)過程進行指導(dǎo)和幫助。其服務(wù)器是虛擬焊接數(shù)據(jù)的存儲中心。服務(wù)器支持工作臺和控制中心的通信。鄭州捷安高科JVR-W37Ⅱ虛擬模塊、焊臺、焊件、焊槍等可對虛擬場景中的焊件位置進行升降、縮進、旋轉(zhuǎn)等。美國林肯電氣VRTEX360基于計算機系統(tǒng)的教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)、焊件、焊槍等ProFloTM技術(shù)提供真實的焊接熔池模型，可實現(xiàn)多種焊接方法、焊接位置的模擬，真實感較強；但是焊縫的形貌與實際的焊縫差距較大。虛擬焊接設(shè)備分分析表與國內(nèi)外同類的的比較14優(yōu)點：1)鄭州捷安安高科的JVR-W37Ⅱ可可以根據(jù)焊接任任務(wù)自動生成一一個動態(tài)的最佳佳焊接姿態(tài)，讓讓初次接觸焊接接的初級學(xué)員對對焊接操作有一一個感性的認識識。2)林肯電氣氣的VRTEX360提供多多種焊接工藝、、多種接頭形式式和多種焊接位位置的模擬仿真真。而且林肯電電氣和法國LaurentDADALTO的虛擬焊接接設(shè)備均可實時時監(jiān)控，使得教教師對學(xué)員的練練習(xí)過程進行指指導(dǎo)。缺點：1）法國LaurentDADALTO和鄭州捷安高高科的虛擬焊接接設(shè)備的真實沉沉浸感還有待加加強。2）美國林肯公公司的虛擬焊接接設(shè)備的焊縫形形貌等與真實的的焊縫形貌還有有一定差距，有有待進一步加強強。3）上述公司都都沒有對焊工的的運條手法進行行訓(xùn)練的運條培培訓(xùn)系統(tǒng)與國內(nèi)外同類的的比較15法國LaurentDADALTO鄭州捷安高科美國林肯電電氣模擬焊接系統(tǒng)與國內(nèi)外同類的的比較16一、項目任務(wù)來來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和和技術(shù)原理三、主要性能指指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同同類的比較五、研發(fā)成果的的創(chuàng)造性和先進進性六、研發(fā)成果的的作用意義七、推廣應(yīng)用范范圍及前景17模擬系統(tǒng)創(chuàng)造性：采用單攝像機-傾角傳感器以以及雙光點配合合定位焊條位置置；其外形仿照真實實焊接設(shè)備，內(nèi)內(nèi)部安裝模擬裝裝置，以此實現(xiàn)現(xiàn)對焊接過程的的“真實模擬”；步進式模擬焊槍槍；模擬方法創(chuàng)造性性的采用焊條電電弧焊。研發(fā)成果的創(chuàng)造造性和先進性18模擬焊槍內(nèi)部構(gòu)件整體設(shè)計1．模擬焊槍箱體；2．步進電機驅(qū)動部分；3．雙傾角傳感器；4．模擬焊條；5．后限位；6．前限位；7．雙光點頭部；8．后限位開關(guān)；9．前限位開關(guān)；10．雙絲頂緊部分；11．復(fù)位按鈕；12．組合手柄；13．航空插頭固定部分整體設(shè)計圖傳動原理可調(diào)松緊原理研發(fā)成果的創(chuàng)造造性和先進性模擬焊機模擬焊槍模擬面罩模擬試板轉(zhuǎn)軸裝置模擬系統(tǒng)先進性：(1)模擬焊焊接方法采用焊焊條電弧焊方法法。較真實的模擬手手工電弧焊的操操作，如引弧、、運條等。(2)單目攝攝像機-傾角傳傳感器配合定位位焊條。焊條位置的檢測測精度提高。(3)采用雙雙光點檢測弧長長。用雙光點測量高高度（弧長）的的方案，實現(xiàn)了了高度（弧長））的測量功能。。(4)焊接操操作專家系統(tǒng)預(yù)預(yù)測缺陷。建立了焊接缺陷陷預(yù)測專家系統(tǒng)統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)匹匹配，對焊接缺缺陷進行診斷。研發(fā)成果的創(chuàng)造造性和先進性21實時焊接缺陷預(yù)預(yù)測焊瘤俯仰角過小報警警焊接速度過快報報警研發(fā)成果的創(chuàng)造造性和先進性22實現(xiàn)了多傳感器器配合下焊接操操作位置的精確確檢測。像素像坐標(biāo)系（（實際圖為752×480像素）世界坐標(biāo)系（試試板大小為400mm×300mm）x方向分辨率為400/752=0.532mmy方向分辨率為300/480=0.625mm均滿足檢測精度度≤1mm的技術(shù)要求雙軸傾角傳感器器2013年2月20日，“一種焊接操作模模擬培訓(xùn)設(shè)備”獲得國家知識產(chǎn)產(chǎn)權(quán)局實用新型專利，專利號“”2013年2月20日，“一種模擬焊接培培訓(xùn)用模擬焊鉗鉗”獲得國家知識產(chǎn)產(chǎn)權(quán)局實用新型專利，專利號“”一、項目任務(wù)來來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和和技術(shù)原理三、主要性能指指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同同類的比較五、研發(fā)成果的的創(chuàng)造性和先進進性六、研發(fā)成果的的作用意義七、推廣應(yīng)用范范圍及前景26直接經(jīng)濟效益通過多次模擬培培訓(xùn)與未采用模模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的的培訓(xùn)進行了比比較分析節(jié)省成成本約15%，，且模擬培訓(xùn)具具有良好的重復(fù)復(fù)性和試教系統(tǒng)統(tǒng)，培訓(xùn)效果也也有明顯提高。。研發(fā)成果的作用用意義27“數(shù)字化焊接模模擬培訓(xùn)室”平板堆焊、平焊焊社會意義1、焊接計算機模模擬培訓(xùn)無污染染排放，具有綠綠色、環(huán)保的特特點；2、具有培訓(xùn)的可可重復(fù)性，無鋼鋼材、焊接材料料損耗，節(jié)約能能源；3、培訓(xùn)勞動強度度低，具有聲音音、光效，可以以提高學(xué)員的注注意力與關(guān)注度度，培訓(xùn)效果有有所提高；4、焊接計算機模模擬培訓(xùn)在模擬擬培訓(xùn)方面具有有國際領(lǐng)先地位位。研發(fā)成果的作用用意義29一、項目任務(wù)來來源二、應(yīng)用領(lǐng)域和和技術(shù)原理三、主要性能指指標(biāo)完成情況四、與國內(nèi)外同同類的比較五、研發(fā)成果的的創(chuàng)造性和先進進性六、研發(fā)成果的的作用意義七、推廣應(yīng)用范范圍及前景30新一代培訓(xùn)系統(tǒng)統(tǒng)的可用于新入入職焊工的培訓(xùn)訓(xùn)：應(yīng)用于技校生的的初級培訓(xùn)；公司、集團公司司的焊工入職培培訓(xùn)；焊接工人的技能能擴展；焊工理論培訓(xùn)。。推廣應(yīng)用范圍及及前景31項目完成后可積積極的在公司、、集團公司乃至至國內(nèi)相關(guān)行業(yè)業(yè)的焊接培訓(xùn)中中進行推廣使用用，可以給公司司節(jié)省可觀的費費用，增加經(jīng)濟濟效益，并徹底底改善焊接培訓(xùn)訓(xùn)的環(huán)境狀況，，為公司承擔(dān)社社會責(zé)任，造福福當(dāng)?shù)夭②A得一一定的聲譽，前景良好。推廣應(yīng)用范圍及及前景32知識產(chǎn)權(quán)情況2011年7月，申報發(fā)明專專利一項，發(fā)明明創(chuàng)造名稱為：：一種單面焊雙雙面成形過程模模擬與仿真的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法（（申請?zhí)?01110200564.6）。1、申報發(fā)明專利利2項專利申報情況2013年4~5月，正在辦理一一項發(fā)明專利申申報工作，發(fā)明明創(chuàng)造名稱