1. 前言
信息自古以來就以語言、文字、圖畫等形式存在，自從計算機出現以後人們發現信息可以用數字的形式來表示，從而得以大量地存儲、方便地處理、利用，因此計算機技術的飛速發展推動了各行各業的信息化。
網路技術的發展更加促進了信息化過程。企業內部區域網和互聯網技術在國內發展很快，網路使得信息得以集中管理、高速傳輸、方便共享。
各種用途的應用軟體經過20多年的發展可以說是應有盡有：文字處理、數據處理、多媒體處理、CAX（CAD/CAE/CAM/CAPP……）、企業管理。許多軟體還具有智能功能。
以上種種都為各行各業信息化提供了良好的條件。國家從“863”和 “九五”計劃推進計算機集成製造系統（CIMS）示範工程和CAD應用示範工程十多年來，我國在製造業信息化方面已經取得了相當進展。在此基礎上國家在“十五”期間提出了以“信息化推動工業化”的目標，加快製造業信息化的進程。“十五”期間科技部準備投入8億元人民幣組織實施製造業信息化關鍵技術研究以及應用示範工程，另外加上地方政府與企業的投資，總投資將達到100億人民幣。中國機械工業聯合會定於2002年9月在北京召開“機械工業企業信息化會議”，以進一步推進機械行業企業信息化工作方面的工作。
信息時代有如一場風暴，企業信息化勢在必行，因此我們要抓住這個歷史的機遇分步驟、分層次、分領域地在焊接信息化的研究與應用方面開展工作。
2. 焊接生產與研究信息化國內外發展現狀
2．1 國外現狀
英國焊接研究所（TWI）在1986年召開了“計算機技術在焊接中應用”（Computer Technology in Welding）國際會議，此後至2000年已召開了第10次會議。與此同時，美國焊接研究所（AWI）也組織類似的會議，自1986年以來，2001年在俄亥俄召開了第11次會議。這些會議一般都包括；感測系統、模擬與模擬、製造過程自動化、管理和教育軟體等內容，近兩年又增加了網路應用和集成製造等方面的內容。國際焊接學會（IIW）1988年在維也納召開的第41屆年會大會的主題就是“Computer in Welding Technology”。1994年在北京召開的IIW第47屆年會大會的主題報告的題目為“信息時代的焊接”。同時，在IIW第Ⅻ專業委員會會議上幾乎每年都有世界各國計算機在焊接領域的應用以及焊接軟體發展情況的報道。另外，在IIW第Ⅸ專業委員會中建立了“焊接數值分析”(Numerical Analysis of Welding)工作組。在第Ⅸ專業委員會支持下自1991年開始，每兩年在奧地利Graz大學召開一次題為“Numerical Analysis of Welding”的國際研討會，到2001年一共已開了6次。這個會議不僅限於“焊接性”的數值分析，還包括了焊接應力與變形等各方面的數值計算與模擬。近幾年我國清華大學、山東大學、華南理工大學已有教師參加過上面提到的這些會議，並發表了論文介紹自己的工作。在國內我們可以查閱到這些會議的部分論文集，從中可以看出在焊接領域中計算機應用的新進展，其中許多論文反映了這些技術已經得到了實際應用。
有的國家為了進一步研究焊接計算機應用和信息化技術制定了專門計劃。例如；日本在2001年溶接學會志和溶接技術雜誌上先後報道了國家攻關課題“高效與高可靠性焊接技術的開發”的情況。日本通商產業省準備投入經費20億日元（約1600萬美元），啟動這個國家攻關課題。課題的研究總目的是“通過模擬改進電弧焊接技術” 。該項目包括；焊接工藝過程、焊接冶金組織和焊接變形領域的數值模擬模型的開發和研究，以及它們最終的集成。這是一個由政府組織的有產、學、研參加的大型項目。參加這一項目的有大阪大學、神戶制鋼、川崎
德國制定了一個科技攻關項目SFB-370“材料的集成模擬（Integrated Modeling of Materials）”計劃，亞琛工業大學焊接研究所承擔了研究電弧焊接過程中材料行為的模擬部分，期望最終能夠預測焊接接頭的力學性能和使用性能。他們已經研究的電子束焊、氣體保護焊和點焊模擬系統（EBSIM、MAGSIM、SPOTSIM）可以方便地通過計算得到在指定的焊接參數下的焊縫形狀。這些軟體有很高的實用價值。
2．2 國內現狀
1986年在焊接學會中建立了“數值模擬和CAD/CAM研究組”，這個研究組后改為“計算機應用技術專業委員會”。這個專委會在1987、1988年就召開過學術討論會，1989年又召開了“焊接專家系統”學術會議，1992年、1996年、2000年先後三次承辦了焊接協會和焊接學會聯合召開的全國性的“計算機在焊接中的應用技術交流會”，2001年在第十次全國焊接學術會議上組織了“焊接與IT”專題討論會。在這些會議上反映了歷年來國內許多學術單位和生產企業在焊接計算機應用和信息化方面的大量工作。
我國在焊接應用軟體研製方面，清華大學在上世紀80年代末就為中國石化總公司開發了“弧焊工藝專家系統”，哈爾濱工業大學為哈爾濱鍋爐廠等單位開發了“焊接工藝專家系統”，現在他們對各自的軟體系統不斷地進行改版升級。太原重型機械廠作為原機械部焊接示範單位，曾經在廠內焊接處中建立了計算機應用科，開發了“數控切割自動編程套料系統”等軟體，現在正和清華大學合作開發“焊接零件下料工藝、材料和工時定額制定軟體系統”。清華大學還為徐州工程機械廠等單位開發了“焊接工藝CAPP系統”。上海港機廠、武漢鍋爐廠等企業都曾開發過適合自己需要的焊接應用軟體。
在應用計算機對焊接工藝過程、焊縫跟蹤、焊接質量等領域的檢測與控制方面，我國開展了許多工作，其中有的工作達到了國際水平、得到了國家級的獎勵。
在數值分析方面，國內在上世紀八十年代初西安交通大學和上海交通大學等就開始了關於焊接熱彈塑性理論的研究工作。上海交通大學在薄板、厚板和管子等焊接應力分析方面得到成功的應用，他們在九十年代又與日本大阪大學合作對三維焊接應力和變形問題進行了研究，發展了有關的三維分析程序並有不少成功的應用實例。哈爾濱工業大學、山東大學等單位在TIG焊、MIG焊時熔池形成的模擬方面開展了許多工作。
另外，清華大學潘際鑾院士的“現代弧焊控制”、哈爾濱工業大學吳林等的“智能化焊接技術”、上海交通大學陳楚等的“數據分析在焊接中的應用”等專著，焊接學會計算機應用技術專業委員會組織出版的“計算機輔助焊接技術”一書，都對我國焊接控制、模擬與模擬研究以及焊接計算機應用和信息化方面的工作起了很大的推動作用。
根據以上簡單介紹，可以看出，焊接界所關心的信息化問題可以大體包括以下幾個方面:焊接過程的信息檢測與控制，焊接過程的模擬與模擬，焊接生產過程的組織與管理等。
3. 焊接過程式控制制、模擬與模擬
3.1 焊接過程信息的檢測與控制
焊接過程信息的檢測與控制的內容包括：焊接設備的控制、焊接工藝過程和焊接參數的控制、焊縫跟蹤、焊接質量的檢測與控制等許多方面。這些歸結起來就是利用感測技術獲取信息，然後用計算機對信息加以處理和利用。
現在由於單片機性能的提高，尤其是近年來DSP（數字信號處理器）晶元的商品化，焊接設備、焊接工藝過程和焊接參數都已經能做到數字化快速控制，並做到及時反饋。通過單片機不僅可以控制焊接電源的外特性、動特性，還可以對焊接時脈衝電流的各種特性進行精確控制，甚至可以在MIG/MAG脈衝焊時實
由於焊接過程十分複雜，在手工焊接時熟練焊工需要用到視覺、觸覺甚至聽覺，因此人們探索了採用電場、磁場、可見光、激光、聲波、超聲、熱像、圖像等信息製成了專門用於焊接的感測器，還有直接利用焊接電弧本身來提取焊接過程的信息，用以控制焊接過程。當然，對於較為複雜的信息處理單片機就無能為力了，往往要求PC機才能進行。
3.2 焊接過程的模擬
焊接工作者非常希望能夠利用基礎理論對焊接過程中的物理或化學現象的本質進行分析，進而通過模擬和計算得到定量的結果，最終達到在焊接過程中使接頭不出現缺陷，而且能夠滿足規定性能的目的。但是，焊接過程的模擬十分複雜，例如，對弧焊過程全面模擬就要求能夠模擬焊接時的熱過程、熔滴過渡時的物理化學過程、熔池行為、焊縫凝固過程、熱裂紋的形成、焊縫金屬固態相變、晶粒長大和偏析、焊縫和熱影響區的顯微組織、焊縫中的氫擴散、冷裂紋的形成、焊接殘餘應力和變形等。
幾十年來科學家和焊接專家針對這些問題已經建立了許多數學模型，在現代計算機硬軟體高度發展條件下已經能夠通過有限元法、有限差分法等方法對這些數學模型做到定量求解。在有限元計算方面，現在已經有商業化的大型通用有限元工具軟體NASTRAN、MARC、ABAQUS、ANSYS等，還有專門用於分析焊接現象的軟體，如SYSWELD（法）、HEARTS（日）以及QUICK WELDER（日）等。MATLAB等軟體包為進行各種數值計算提供了有力工具。各國在焊接過程模擬方面已經做了大量工作，在生產中得到了許多應用成果。
現在需要進一步研究的問題是；
（1）建立的模型能否全面地反映焊接過程的物理或化學反應的本質？如何考慮各模型間的相互影響？
（2）能否得到模型計算時需要的各種參數和相關信息？
（3）得到的定量結果能否達到要求的精度？如何才能簡化這些模型，做到既節省時間和費用，而又不影響精度？
（4）通過哪些方法才能驗證模擬結果的正確性？
正因為這樣才吸引了越來越多的學者和工程技術人員對這些問題不斷地進行深入的研究。
3.3 焊接機器人和生產自動化集成系統
據不完全統計全球工業用機器人已有100萬台，其中焊接機器人佔30％－50％。對機器人焊接過程式控制制的內容很多，就弧焊來說，包括；焊接參數的穩定、焊槍位置和姿態的確定、焊縫實時跟蹤等方面，對控制的精度要求也越來越高。對於一台焊接機器人往往配有多種形式的感測器，需要同時處理大量的數據，如遇到離線編程等複雜情況PC機則是必須的工具，有時還需要工作站才能完成任務。這方面許多成果已用於生產，已經見到公開報道的如：日本用於核反應堆修復的焊接機器人、法國西雅基公司開發的12個自由度的雙機器人協同控制焊接系統是引人注目的例子。
日本在汽車工業、船舶製造、重型機械製造、建築鋼結構製造中已大量的裝備了焊接機器人。近年日本已經報道施工現場焊接時應用了機器人。在一些大的工廠焊接生產已經組成了以焊接機器人為核心的自動化集成系統。例如；NKK 在上世紀90年代初就在橋樑箱梁腹板、翼緣、隔板的生產線上配置了機器人26台，在造船生產線上配置了機器人10台，從而取得了巨大的經濟效益。
近幾年，由於焊接動態過程實時控制能力的提高，三維CAD設計系統的實施，離線編程軟體的應用，加上引入了一些智能控制方法，如；模糊邏輯、人工神經元網路等，這樣可以預期遠程控制的智能化焊接機器人集成系統在不遠的將來就能實現。
4. 焊接生產過程管理信息化
4.1 概述
我們對企業信息化應有一個全面的理解，廣義地說，凡是利用電子信息技術於企業的生產、管理、辦公和商務活動的都是企業信息化的一部分。因此，可以把製造業信息化大體分為5
我們這裡的討論只限於與焊接生產過程管理信息化相關的問題，不包括企業的全面信息化。
4.2 焊接生產過程管理信息化應用
焊接生產過程管理信息化應用的有很多方面，下面僅舉一些常見的例子。
4.2.1 弧焊工藝規程制定系統.
在焊接施工過程中焊接工藝規程是最重要的指導性文件。制定焊接工藝規程的依據是焊接工藝指導書（WPS）。凡沒有進行過工藝評定時，工藝人員就要根據相應的標準和自己的經驗提出焊接工藝評定委託書，簡稱PPQR。工藝評定合格后提出焊接工藝評定報告（PQR）。WPS是在PQR的基礎上形成的。由此可見，制定一套焊接工藝規程文件要求嚴格，但過程繁瑣，因此開發能夠編製、檢索焊接工藝規程文件的資料庫軟體系統十分必要。所以在20年前國外就開發了這種軟體，例如；英國的Weldspec、丹麥的WELDplan等軟體。國內在1990年前後清華大學和哈爾濱工業大學和企業合作也開發了類似的系統。由於焊接的標準種類繁多，如；美國的ASMEⅨ，AWS D1.1，API，歐洲的EN287/288等，在我國有關焊接工藝評定標準則有；JB 4708（鋼製壓力容器焊接工藝評定），JB 4420（鍋爐焊接工藝評定），JB 6963（鋼製件熔化焊接工藝評定）等，所以很難編製一個通用的弧焊工藝規程制定系統。如果要把相關標準中的規定和要求嵌入程序中，這就要求軟體系統應該具有一定的“智能”功能，所以國內也把這種軟體稱為“弧焊工藝專家系統”。這類軟體經過十多年的發展，國內外都已經幾次改版升級，新版本增加了功能，提高了性能，除了在單機上運行的版本外，有的還發行了網路版。
4.2.2 焊接結構材料用量和焊材用量計算和統計系統
焊接結構材料用量和焊材用量計算和統計是每一個企業針對每一個產品都需要作的工作。過去有的企業往往採取根據經驗進行粗估，在當前市場經濟的情況下，如果對產品提不出比較準確的材料預算清單，幾乎無法得到用戶的訂單。按照現代企業管理的要求，對產品中的焊接結構材料用量和焊材用量進行準確的計算，不是一件困難的事，但是如果一個產品是由上千個零件、數百條焊縫焊接而成，用手工計算起來既費時、費力，又非常枯燥繁瑣，採用計算機進行計算並匯總就很方便了。
編製這樣一個程序並不複雜，但也存在一些問題。問題首先在於焊接結構中每一零件幾何形狀和尺寸、每一焊縫坡口幾何形狀和尺寸的數據來源。如果這個企業已經實施了MRPⅡ（製造資源計劃）系統或PDM（產品數據管理）系統，以上所需的數據一般都可以從中提取。就目前企業信息化的水平來看，大多數企業不具備這個條件。如果企業已經應用了CAD系統，按說這些數據可以由CAD圖中的明細表和標題欄中獲得，但是企業的設計部門往往沒有對明細表（BOM）和標題欄中數據輸入提出明確的規範，因此要從CAD圖中的明細表和標題欄直接取得所需的數據幾乎沒有可能。從長遠來說可以通過對設計部門提出要求來解決，暫時只能採用建立“
4.2.3 焊工技術檔案管理和焊工技能的數字化
為了保證焊接質量,根據國家的或行業的規定，不管是手工焊焊工、自動焊焊工，甚至是焊接機器人的操作者，都要進行培訓、經過考試合格后才能持證上崗，才能焊接在資格認可允許範圍內的產品。這些規定與制定弧焊工藝規程的標準類似，各國、各行業均有所不同。因此，一個焊工需要經過多種考試，持有若干證書，才能適應工作的需要。在相應的標準中還對這種資格證書規定了有效期，有效期滿后必須重新考試。此外，授權單位可以根據焊工的焊接工作業績延長證件的有效期或者終止其資格認可。所以，焊接工程管理人員需要隨時掌握所管部門內的焊工各種資格認可以及平時業績的情況。英國TWI早在20年前就開發了Welderqual軟體對焊工技術檔案管理。其它國家也有類似的軟體。我國也有一些單位開發了這類軟體，但是也是因為所依據的標準不一，這類軟體沒有通用化。現在國際標準組織ISO正通過國際焊接學會IIW建立了統一的國際焊工考試標準，焊工按照國際標準進行了考試，就不再需要按照其它標準重新考試，因而今後焊工技術檔案管理軟體也有可能統一起來了，我國也正在向國際標準靠攏。
4.2.4 焊接結構件焊接裝配CAPP系統
CAPP系統，即通過計算機來輔助工藝人員進行工藝過程設計，提高工藝過程設計規範化、標準化水平，使得企業中的工藝經驗和信息資源可以共享，減少工藝人員的重複勞動，提高工藝編製的效率和質量。近年來人們日益認識到CAPP系統的重要性，但是由於焊接工藝的特殊性，以焊接結構件生產過程為主的CAPP系統還有待開發。
焊接結構件生產的全過程應該包括：焊接結構件中每一零件生產工藝路線的確定，零件和部件在裝配焊接時工序和工步的安排和技術要求，最後形成完整的焊接結構件。所以，焊接結構件生產的CAPP可以概括為：在計算機輔助下編製焊接結構件零（部）件工藝路線表、焊接裝配工藝過程卡、焊接裝配工序卡等。
編製焊接結構件零（部）件工藝路線表，首先要根據產品圖紙列出產品中的零部件的明細表（BOM），其中的數據最好由CAD或PDM系統的明細表和標題欄中直接提取，然後根據企業的生產習慣、企業中現有設備的能力等條件制定零部件的工藝路線，例如：板材的下料可以是剪切或氣割，氣割又可以選擇數控切割或手工切割等，下料后要不要打磨、開坡口、校正等。計算機輔助編製焊接結構件工藝路線表系統的功能可以因企業要求的不同而不同，最簡單的CAPP系統只要計算機給出結構件零（部）件工藝路線表的模板，其中的內容完全由工藝人員輸入。稍完善一些的CAPP系統，可以在系統中存儲有若干典型的焊接結構件零部件工藝路線以便工藝人員直接選用，再進一步還可以根據企業的具體條件在系統的程序中寫入一些規則，使系統具有一定的智能化的功能。當然要使系統完全智能化不太可能，系統可以為用戶提供自行編製或修改工藝路線的能力，這樣系統就具有了一定的柔性。焊接結構件工藝路線表中既然已經列出了每一零部件的明細表和工藝路線中的每一道工藝，所以往往將每一零部件的材料用量和工藝路線中的每一道工藝所需的工時也一併填入表中。有了這張內容比較完整的表，其中的數據存入資料庫中，這樣不僅便於修改和檢索，而且使得工藝數據得以共享、企業制定工藝路線的經驗得以繼承。
焊接裝配工藝過
這些軟體智能化和網路化的程度要根據企業的具體情況來決定，總之這些軟體只有在企業中得到應用才能產生價值。
實際上國外還開發了其它的焊接應用軟體，常用的有：焊接方法和焊接材料選擇軟體、焊接預熱和焊后熱處理要求軟體、焊接裂紋分析專家系統、焊接結構斷裂和疲勞性能分析系統、焊接工程技術人員和焊工的教育與培訓多媒體軟體等，我們在此不作一一介紹。
5. 焊接信息資料庫和互聯網的利用
5.1 焊接資料庫
許多國家自從上世紀80年代以來就建立了一些和焊接有關的資料庫，例如；焊接母材和焊接材料的化學成分與性能資料庫、焊接CCT圖庫以及與焊接相關的標準和法規庫等，這些資料庫不斷在更新、擴充。例如；日本金屬研究所編製的焊接CCT圖庫中已經收集了200多種材料的CCT圖。這些資料庫大部分免費通過互聯網就可以查閱。由於建立資料庫需要投入較多的人力物力，在我國基本上沒有焊接方面的資料庫。
5.2 焊接互聯網站的利用
為了利用互聯網這種可以高速傳播信息的工具，國外一些大的焊接學術、研究單位從上世紀90年代初期開始，紛紛建立了自己的網站，如：美國焊接學會AWS（www.aws.org），英國焊接研究所TWI（www.twi.co.uk）,德國焊接學會（www.dvs-ev.de）等，隨後焊接方面的企業也先後建立了自己的網站。現在可以檢索到的有關焊接的網站數以千計。這些網站可以提供我們豐富的焊接信息資源。例如，在AWS、TWI網站上都設有FAQ（常見技術問題解答），BBS（電子公告系統）等。在BBS中可以根據用戶所關心的問題設立許多專題組，用戶可以在上面進行討論、交流經驗。我國在1999年，中國焊接協會、焊接學會聯合主辦的“中國焊接信息網”（www.weldnet.com.cn）和成都電焊機研究所主辦了“中國焊接資訊網”（www.weldinfo.net）先後開通，兩個網站各有特色。這幾年，我國有的焊接企業也建立了自己的網站。但總的來看我國各網站內容還有待充實，更新也不夠及時。
5.3 通過互聯網獲取焊接文獻資料
近幾十年科技文獻數量以幾何級數膨脹，儘管如此，現在計算機海量儲存技術把這些文獻都儲存在文獻庫中已不成問題，但要查找一篇需要的資料則有如大海撈針，花費大量時間。由於網路技術的發展，利用高速網通過文獻檢索軟體系統，查找到需要的文獻，再由互聯網上下載到本地計算機上，幾乎是唾手可得。
工程技術人員最常用的文獻檢索工具是SCI和Ei。SCI（Science Citation Index 科學引文索引），側重於基礎科學，工程技術方面的報道很少，但具有權威性。Ei（The Engineering Index 工程索引）則是根據美國工程學會圖書館所收藏的工程技術文獻編製的，其內容包括了科技期刊、會議論文集、大學學報，還選擇了一部分圖書和標準，所以很適合工程技術人員使用。
我們希望能夠有專門為焊接領域文獻服務的電子檢索工具，如果直接能夠從網路上把原文全文下載並列印出來就更理想了。實際上從國外有關焊接的網站上就可以查閱到與本專業密切相關的資料。例如:在AWS網站上查閱到美國焊接雜誌創刊以來的所有文章。另外，特別要提到英國TWI收集編製的JoinIT焊接資料庫，該庫匯總了TWI多年來積累的報告、論文、數據等資料。更重要的是通過它還可以鏈接到焊接專題文獻資料庫Weldasearch，它收集了從1967年以來的焊接和連接相關的各類文獻，幾乎就是一個全面的焊接和連接相關文獻資料的電子圖書館。JoinIT的網址是（http：//joinit.gratapark.com）。
至於焊接方面的中文文獻資料可以通過中國焊接信息網和中國焊接資訊網檢索，或者直接通過中
6. 結束語
焊接生產與研究中的信息化是企業信息化的一部分，但也涉及面很廣，上面只從幾個方面做了簡要地介紹。實施企業信息化的任何一部分都會牽涉許多方面，包括：經費的投入、管理體制的調整、人員習慣的改變等，因而困難都會很大，所以不能求大、求全、求快。在任何情況下都要把提高效益作為信息化的根本目的。
焊接學會計算機應用技術專業委員會十多年來努力推動信息技術在焊接中的應用，我們希望今後能繼續促進焊接生產和研究的信息化，迎接新世紀的挑戰。
