摘 要

本文从手工电弧焊焊接工艺制定参数的困难性出发，为了减少焊接工艺评定实验次数，提高制定焊接工艺的水平，减少施焊前的准备流程，降低成本支出，更好地整合手工电弧焊领域信息资源，避免社会资源浪费，提出了建立手工焊专家系统的必要性。

根据开发软件的特点和本焊接专家系统所需要实现的预期目标，拟采用Access作为数据库开发系统，VB6.0作为软件开发工具进行专家系统的的开发。通过应用所学焊接知识，查询手工电弧焊相关书籍、期刊、学术论文等，分析对手工电弧焊焊接参数的有影响的各种因素，并对其分类为重要因素及次要因素，运用Access数据库建立相关的知识库，然后通过Visual Basic和知识库的联系开发出一套能满足用户添加、查询、修改、删除、打印、推理等功能的手工焊专家系统。

结合专家系统的构成，本文将系统主界面分为焊接参数系统模块、焊接材料系统模块、坡口设计系统模块、焊接温度场模拟模块等工作模块，其中主要对焊接参数系统模块进行开发，实现知识添加、查询与修改、知识推理三大功能。添加知识能够实现新的手工电弧焊知识的添加，不断扩充知识库；查询与修改能够实现对数据库已有知识的查询、修改、删除、打印；推理系统属于案例推理，能够对比知识库原有数据，对新输入的信息进行推理，得到较为可靠地焊接参数。

后续可以对推理系统部分进行完善，增加根据专家经验进行推理、根据数值拟合进行推理等功能。同时，可以通过开端口的方式链接外部程序，完善焊接材料系统模块、坡口设计系统模块、焊接温度场模拟模块等工作模块，令手工焊专家系统拥有更多的功能。

关键词：手工电弧焊，专家系统，数据库，Visual Basic

Abstract

This paper are put forward from the difficulty of manual arc welding process parameters, in order to reduce the number of welding procedure qualification test, improve the level of making the welding process, reduce the welding preparing process and cost, better integrate the information resources of manual metal arc welding, avoid the waste of social resources and establish the need for manual welding expert system.

According to the characteristics of the development software and the expected goal of the welding expert system, it is proposed to adopt Access as the database development system and VB6.0 as the software development tool to develop the expert system. By applying the welding knowledge,and querying the manual electric arc welding related books, journals, academic papers, the influential factors of manual arc welding parameters are analysed, and the factors of classified as important and secondary factors, which are stored in the Access database. With the Visual Basic, the manual welding expert system are established satisfying the users to add, query, modify, delete, print, reasoning, and other functions.

Combined with the compositionof the expert system, the system main interface is divided into welding parameters system module, welding material module, groove design system module, the welding temperature field simulation working module and etc. The paper mainly design the welding parameter system module, achieving add, query and modify, reasoning knowledge three big functions. Adding knowledge can realize the new addition of manual arc welding knowledge and constantly expand the knowledge base. Query and modification can realize the query, modification, deletion and printing of the existing knowledge of the database. The reasoning system belongs to case-based reasoning, which can compare the original data in the knowledge base and deduce the newly input information to obtain more reliable welding parameters.

Subsequently, the reasoning system can be improved by adding functions such as reasoning based on expert experience and reasoning based on numerical fitting. At the same time, the external program can be linked through the opening port to improve the welding material system module, groove design system module, welding temperature field simulation module and other work modules, so that the manual welding expert system will get more functions.

Key words: manual arc welding，Expert system，database，Visual Basic

目 录

第1章 绪论 1

1.1 手工电弧焊的工艺特点 1

1.2 手工电弧焊专家系统的研究目的及意义 1

1.3 焊接专家系统的研究现状 2

1.4 本课题的研究内容 3

1.4.1 总体内容 3

1.4.1 预期目标 3

第2章 手工焊专家系统的研究 4

2.1 系统的总体构成 4

2.2 系统开发工具的选择 5

2.2.1 数据库管理系统开发工具的选择 5

2.2.2 软件开发工具的选择 5

2.3 手工焊专家系统知识库的建立 6

2.3.1 影响焊接参数的因素 6

2.3.2 知识库的设计 6

2.4 手工焊专家系统的设计方案 8

第3章 手工焊专家系统模块与程序设计 9

3.1 登录模块 9

3.2 主界面的设计 11

3.3 焊接参数系统的添加知识界面的设计 12

3.4 焊接参数系统的查询与修改界面的设计 15

3.5 焊接参数系统的推理系统界面的设计 19

3.6 系统运行实例 24

第4章 结论和展望 27

4.1结论 27

4.1展望 27

参考文献 28

致谢 29

附录1 30

附录2 31

第1章 绪论

1.1 手工电弧焊的工艺特点

在各种电弧焊中，手工电弧焊是最早的一种电弧焊。同时，也是一种最简单、最灵活、最通用的焊接方法^[1]，与其他焊接方法相比，具有以下的特点：

（1）机动灵活，方便作业^[1]。得益于设备简单、移动方便的特点，手工电弧焊的适用场地极其广泛；同时由于焊把轻巧，焊工操作方便，适用于各种位置、各种焊缝形式构件的焊接，特别是对于结构复杂、焊接位置困难和作业空间狭小、单件和非定型构件。

（2）对焊接坡口装配的要求不高。根据不同的焊接位置、焊件厚度、焊缝成形及焊接质量、焊接坡口几何尺寸有不同的要求，在坡口制作、尺寸装配有相当误差的情况下，仍可以获得良好的焊缝成形质量。

（3）适用的焊接金属材料广泛^[1]。广泛应用于多种钢结构件的焊接，如碳素钢、低合金钢、不锈钢；部分合金的焊接，如铜合金、镍合金；以及某些特殊要求构件表面的堆焊。

（4）生产率低、成本高。一般来讲，由于需要大量的运条动作、清理熔渣和飞溅等辅助形工作，熔敷金属大概为焊条重量的60%，所以焊接效率不高、所耗材料费用较大。

（5）焊接质量的依赖性大。一般钢结构焊接接头的力学性能可以通过选用与母材相匹配的焊条来满足。但是对于重要构件的焊接，焊工手工操作的水平、现场作业的适应性等条件仍占相当大的比重，尤其是在困难位置和作业空间狭小情况下的焊接。

1.2 手工电弧焊专家系统的研究目的及意义

作为金属加工技术之一的焊接，是现代机器制造业加工技术的重要组成部分，广泛应用于电力工程、汽车生产、航空航海、建筑工程、微电子技术、桥梁、船舶等建设事业^[2]。焊接在制造业中展现出越来越重要的作用，在我国社会生产和基础设施建设工程项目持续发展的过程中，手工电弧焊在钢筋结构骨架连接中起着越来越大的作用^[3]，然而手工电弧焊是一个高度非线性、多变量耦合作用的复杂过程，同时手工电弧焊的焊接母材种类、焊条型号、接头和坡口类型、焊接层数等十分繁多，但为了保证焊接质量、满足焊后性能要求、保证结构安全可靠又需要考虑诸多因素，如焊条类型、坡口类型、是否预热及预热温度、焊接速度、焊接电流、焊接电压等，以选择合适的焊条类型和制定合理的焊接工艺，焊接工程师往往需要多次进行焊接工艺性评定实验才能选择出合适的焊接参数，这个过程对材料会造成极大地浪费。

随着时代的进步和科技的不断发展，在机械制造行业中CAD、CAPP、CAM、MIS、OA也得到了愈加广泛的应用，焊接作为必不可少的机械制造加工工艺，也在不断地引进人工智能、专家系统思想及人工神经网络^[4]。专家系统对于需要大量数据支撑、专家经验与领域知识来解决问题的领域往往能发挥很大的作用。在焊接领域，专家系统具备大量的工艺参数、工艺评定标准、实验数据，能够得到所需焊接构件的最优工艺方法及参数，避免社会资源浪费，减少了材料的支出。

社会方面：进行SMAW专家系统的开发，能够减少焊接工艺评定实验次数，提高制定焊接工艺的水平，减少施焊前的准备流程，降低成本支出，更好地实现手工电弧焊领域信息资源的共享。

环境方面：本课题研究为软件开发方面，本身对环境无影响。同时，进行SMAW专家系统的开发减少了焊接工艺评定实验，能够降低对环境的污染。

成本方面：进行SMAW专家系统的开发，能够加快确定最优工艺参数，减少了材料的消耗和工艺评定实验次数，降低了企业的支出成本。

1.3 焊接专家系统的研究现状

国外由于计算机和信息网络技术发展较快，对于如何将专家系统与焊接结合的研究开发较早，如南安普顿大学设计了适用于中厚铝板焊接的焊接工艺选择系统；美国焊接研究所开发的适用于SMAW、FCAW的焊材选择系统，加快了焊材选取效率；东洋工程公司研制了适用于化工设备生产的焊接参数选择专家系统^[4]。

国内焊接专家系统的发展也在不断发展，举办了多次针对专家系统在焊接领域如何应用的学术会议，如“焊接与IT”。研究较早的单位有清华大学、华中科技大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学等^[4]，取得了不错的成绩。如西安交通大学将面向对象技术和专家系统相结合，开发了一个CAD软件，用于熔化焊焊接接头设计；上海交通大学联合吉林工业大学设计了焊接变压器设计系统，让电焊变压器的设计过程大大简化；重庆大学研究了低碳钢弧焊过程，开发了相关的工艺评定专家系统。

在各个国家的共同努力研究开发之下，焊接专家系统的研究和应用的开发工作已经涉及焊接的各个领域。如焊接工艺设计、焊接裂纹分析、焊接成本估算、焊接CAD、焊工考试等各个方面^[5]。

下图1.1，图1.2列举了国外、国内已开发的典型焊接专家系统

图1.1 国外已开发典型焊接专家系统

图1.2 国内已开发典型焊接专家系统

1.4 本课题的研究内容

1.4.1 总体内容

学习专家系统原理和相关编程知识相结合，利用Access软件建立智能手工电弧焊焊接知识库，知识库中应包含手工电弧焊的重要参数，如母材材料、焊材型号、焊接电流、焊接速度、焊接电压、焊接接头、焊接坡口、是否预热等内容；利用VB6.0作为模块设计和程序设计软件，设计手工电弧焊专家系统的工作模块，如焊接参数系统模块、焊接材料系统模块、焊接温度场模块、坡口设计系统模块等，同时编写设计各个模块所需要的程序，如查询修改程序、推理机程序等，让用户能够查询、添加、修改、删除知识库内容，并对焊接参数、焊接材料、焊接温度场等进行推理。

1.4.1 预期目标

通过正确的用户名及密码进入系统主界面后，用户可以选择主界面的焊接参数系统模块，进行添加知识、查询与修改、推理系统三种操作。添加知识能够实现新的手工焊知识的添加，不断扩充知识库；查询与修改能够实现对数据库已有知识的查询、修改、删除、打印，不断地更新知识库；推理系统能够对比知识库原有数据，对新输入的信息进行推理，得到较为可靠地焊接参数。

基本设计：

知识库：储存手工电弧焊的知识内容

登录界面：用户与手工焊专家系统的联系通道，只有正确登录才能进入焊接专家系统；建立VB与Access数据库的连接

焊接参数系统模块：包含添加知识、查询与修改知识、推理程序等功能，用户在此模块下能实现对手工焊焊接参数的添加、查询、修改、删除、打印，并能对用户输入新的信息进行推理，通过对比输入的数据和知识库中的数据，判断是否在合理性范围之内，输出知识库中的类似条件，同时将可能性最大的三条知识输出给用户

第2章 手工焊专家系统的研究

2.1 系统的总体构成

专家系统本质上是一个应用程序，用户的请求通过人机接口转换成计算机语言，并且由于专家系统具有的强大的知识库^[6]，系统可以通过对比数据知识对数据库进行查询、调用、推理等功能，以此满足用户需求。它主要由知识库、推理机、综合数据库、知识获取模块、解释器和人机接口组成^[6]，各部分关系如图2.1。

图2.1 专家系统结构图

作为专家系统核心之一的知识库，是问题求解知识的集合^[5]。用以管理和存储某领域的专门知识、经验、规则等。这些知识经过合适的处理后可以形成一条知识条（数据条）储存到知识库中。数据库模式的搭建越合理，知识种类越丰富，越能发挥专家系统的强大功能。

推理机主要是用来控制、协调整个系统的^[8]。它通过模拟人脑的思维过程，通过一定的程序，查询并调用数据库知识，并综合运用这些知识，采取一定的推理逻辑，根据输入的信息参数，输出合理的焊接参数建议。为简化程序的编写，本专家系统采取的是查询案例库推理。

综合数据库用于存储中间数据，包括系统目前的状态、系统的暂存结果、用户输入信息及将要输出的信息等，有利于提高整个系统的稳定性^[8]。

知识获取模块用以为数据库添加新的知识。用户可以通过用户界面，将符合要求的知识信息存入到知识库中，并可以进行删除、修改等操作。

解释器用于解释专家系统的行为，包括解释推理结束后产生的解的原因及解的可靠性程度^[9]。

人机接口，即用户界面是一个人机交互式对话程序。用户在该界面输入信息并转化为计算机能理解的语言^[9]。本次课题开发研究的专家系统的焊接参数系统部分的人机接口包括三个部分：添加知识界面、查询与修改界面、推理系统界面，用户通过这三个界面可以实现手工电弧焊知识的添加、查询、修改、删除、推理等功能。

2.2 系统开发工具的选择

2.2.1 数据库管理系统开发工具的选择

目前软件市场上常用的数据库主要有Microsoft公司推出的SQL Server和Access数据库软件、Informix公司推出的Informix及Borland公司开发的DBASE和Paradox等^[10]。

其中Access是数据库引擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的数据库管理系统，简单易学，应用最为广泛。利用它可以创建，修改和维护数据库和数据库中的数据，并且可以利用向导来完成对数据库的一系列操作。它几乎包含了数据库领域的所有技术和内容。同时，Access提供多功能化的查询方式，也即Access中的数据能够被其他外部程序通过ADO或DAO访问，如VB6.0、VB.NET、VC 、ASP。

Access能够兼容多种数据格式，本身也具有良好的接口^[10]，可以导入各种外部数据。Access 可以通过设置密码来保护数据库内容，只有输入正确的密码才能进入数据库，对数据库进行添加、修改和删除操作。对于初学者来说它的界面友好、易学易用，所以采用Access2016作为本专家系统的数据库管理系统。

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