0 序言国际焊接生产领域的世界级科学家和专家曾指出电弧焊是焊接技术中对人类和环境最有害的一个[1]。电弧焊生产过程中会生成有害和危险的物质，在某些情况下可能导致焊接职业病、工伤和事故。事实上，焊工的非专业操作也是加剧污染和伤病的原因之一，培养专业焊接技术人才的重要性不言而喻，而在传统培训模式下不可避免地存在材料和能源消耗大，且具有一定的安全隐患及环境保护问题。随着信息和计算机技术的发展，焊接培训中逐步引入了现代技术，传统教授模式逐渐被计算机模拟器代替，然而这种跨越也带来了诸多弊端。中集海洋工程研究院结合两种教学模式，开发出一种低电流电弧焊模拟器，以试验机和考试机结合的方式，统筹技术理论与实践经验，兼顾安全问题与环境隐患，是一套更适于当代焊接技术培训的模拟器。 1 焊接培训模式概述焊接人员培训的国际经验以及长期研究证明，克服焊工缺陷、提升职业培训人员素质的方法是在职业技能教育和焊工的培训过程中使用新型信息技术，减少在实际焊接过程中的伤害[2]。因此，焊接模拟器无论在专业选拔从事焊接生产的焊工以及入场管理和认证方面，还是在开发有效培训、降低成本方面都是一个很好的应用。过去几年中，巴顿焊接技术研究中心与其他一些组织和企业一起工作，在美国、德国、加拿大、乌克兰、奥地利、西班牙、法国等国家开展了焊接生产(模拟器)焊工和专家培训技术设备领域的研究与开发。根据焊接过程的仿真程度，现有焊接培训模式可分为:①计算机模拟器模拟，通过计算机图形在虚拟空间中进行焊接区和焊接电弧的模拟，图像合成；②低电流模拟器模拟，使用低电流电弧模拟焊接过程，而不熔化电极，亦不形成熔池；③传统实际焊接培训，采用真正的焊接工艺和焊接设备。 以上三种培训方式即世界上培训焊工的所有培训技术手段。对于计算机模拟器(主要是虚拟现实技术)的特征在于模拟焊接过程时最大程度的虚拟效应。在这种类型的模拟器中，通过将它们显示在个人计算机的显示器上来模拟焊接情况(电弧区域，咬边，焊缝等的再现)[4]。然而，计算机模拟器有许多限制其功能的缺点：①焊接工艺参数、焊接接头和焊接工具之间缺乏明确的关系，只能通过计算机图形显示；②需设定偏离焊接工艺参数标准值的限制(不真实)；③不可避免地存在焊接工艺参数反馈信号偏差；④后续还需适应实际焊接工具和工艺；⑤高成本(100 000元)。 第二和第三类焊接培训模式是在学习过程中基于真正焊接过程条件提供最全面能力的培训方法。而第三类是实际焊接过程，其材料消耗、环境污染以及安全性问题过于严重。 2 低电流电弧模拟器简介低电流电弧模拟器的主要特点是：使用4～6 A的电流且功率不超过250 W的低电流电弧，此模拟焊接过程与实际焊接过程有最大近似值，但又不会将焊接试板熔化，对电极消耗少。在非洁净试板表面和无保护环境(在环境空气中)中，使用钨电极仅有少量的有害气体排放。因而，低电流模拟器是一项“绿色”的焊接技术。低电流电弧模拟器是硬件-软件复合体，其中由PC直接测量和评估焊接过程中不断变化的参数，如焊接电流、电弧电压、电弧长度、焊接速度、焊接工具倾角等。焊接参数的当前值与训练开始前给出的边界值进行比较，如果训练任务规定的区域的当前值超出监视参数，则电脑自动反馈给受训者声音信号，纠正训练科目。表1反映了三种焊接模式下的不同信息对比情况，可见低电流模拟器更适于现代焊接培训。 表1 不同焊接模式信息对比  焊接设备信息反馈材料消耗环境负荷技术理论实践考核舒适性能成本高低安全性能仿真程度传统手工焊接无延时多大无有毒气，噪音高低高计算机模拟器(VR)有延时无无有无3D眩晕感较高高低低电流模拟器无延时少小有有无负面影响低高高 3 低电流电弧焊模拟器焊机MDTS-05M1要想定性地加强和提高学员技能，同时降低培训运营成本，只能借助高技术水平的硬件和算法工具，确保虚拟和现实的结合。开发和制造的低电流电弧模拟器MDTS-05M1(图1)在国外一些国家是应用比较广泛的，该模拟器允许模拟焊条电弧焊(MMA)、钨极氩弧焊(TIG)以及气保焊(MIG / MAG)进行焊接。 农村幼儿园绘本阅读活动的开展，可以让幼儿通过不同内容的绘本了解周围世界的一切，增长知识、开阔眼界。绘本中穿插的各种精美图画有利于培养幼儿的美感以及提高幼儿的审美水平，锻炼幼儿的情感表达能力、想象力以及理解力等，为幼儿学习各种知识提供更加轻松自由、生动活泼的学习氛围。 模拟器MDTS-05M1提供了学员逐步掌握电弧控制技能的方法，通过弧长保持、轨迹均匀位移、电极倾角保持等一系列由简到难的训练来提高学员水平。使用传统方法和试板进行实际焊接培训，显著降低了焊接材料和电力的消耗。 长江是中华民族的母亲河、生命河，对中华民族生生不息、永续发展起到重要支撑作用。长江经济带强调共抓大保护、实现高质量发展，是生态文明建设的“先行示范带”。城市既是长江经济带发展的重要支撑，又是其污染的主要来源，目前城市水问题已成为制约长江经济带生态文明建设的明显短板。因此，开展城市水生态文明研究具有重要意义。 在模拟器MDTS-05M1中能够清晰的看到虚拟与现实技术对比的不足，模拟器MDTS-05M1不需设置任何视觉、触觉、听觉等参数，能最大限度的接近实际焊接过程，同时它又涵盖几乎所有VR模拟器的优势，例如安全环保、实时辅助显示、降低成本、理论指导等。模拟器MDTS-05M1提供多焊件焊接(平板练习板、对接坡口板、T形板、圆管)来进行训练，并支持多种焊接位置训练(平焊、立焊、横焊、仰焊等)，如图2，图3所示。  图1 模拟器MDTS-05M1  图2 焊接位置(对接)  图3 焊接位置(角接) 4 电弧焊焊机模拟器TSDS-06M模拟器TSDS-06M(图4)是与模拟器MDTS-05M1相配套的一台实战考试机，两者共用一台采集主机进行数据采集，提供两个工位的训练和实践，优势互补的同时也提高了训练质量和效率。模拟器TSDS-06M利用丰富的现有焊接技术数据，比对模拟测试结果可在最大程度上保证培训的效果。TSDS - 06M模拟器提供的技术有以下几个方面：①实际电弧焊工艺的大规模复制;②在执行焊接过程中测量过程参数的瞬时值和平均值，并比较可能与动态特征值或规范值的偏差;③以数字、图形或表格形式对收到的信息、文件存储和播放;④记录训练反馈;⑤对实施焊接的受训人员或测试焊工的手法和技能自动进行明确的评估。 结构构造方面，模拟器TSDS-06M在许多方面类似于模拟器MDTS-05M1。TSDS-06M培训综合体包括电弧电源模块，接口单元，定位器，外围设备和焊接工具。焊接样品(图5)的形状和几何尺寸确保了它们在训练、测试、准入控制或预认证培训中可重复使用。此模拟器将大大减少焊接材料和金属的消耗，同时不会缩减学生实际培训的时间。此外，TSDS-06M模拟器的焊接工具包括广泛使用的焊条电弧焊(MMA)和钨极氩弧焊(TIG)以及最新开发的气体保护焊(MIG,MAG)，具有较大的普适性。  图4 焊机TSDS-06M  图5 模拟焊工样品示例 5 结论焊接技术在现代制造业中起着至关重要的作用， 焊接技术在工程中的实现最终依赖于焊接操作人员的实现。而国内焊接技术人员供需比例已经严重不协调， 焊工培训模式也面临着巨大的挑战和机遇[4]。 东汉许慎的《说文解字》（以下简称《说文》）是我国语言文字学史上第一部字典，对我国语言文字学影响深远。但《说文》问世以来，经过长期的传抄翻刻，造成许多错讹脱漏，许书原本不存，因此，校勘并恢复许书原貌十分必要。 相处越久，我越发承认妈妈是对的，周磊对我的宠溺，是我从来没体会到的，他填补了我生命里关于父爱和呵护的空白。我们结婚时，她没有对他提出过任何物质上的要求，一切都让周磊从简。我清清爽爽地嫁了，清贫但也轻松。 国内焊接技术的发展主要集中在新材料、新能源、新技术方面的开发与研究，而相对忽视焊接过程中存在的负面问题。针对此问题的出现，综合考虑传统电弧焊操作和现代计算机模拟器存在的优劣。结果表明:低电流焊接模拟器的研制，解决了焊接操作技术培训中存在材料和能源消耗大、培训费用高、局部环境差等问题，不仅具有节能、绿色、环保等优点，还最大限度的使焊工熟悉实际焊接操作过程，并根据电脑主机的反馈信息实时改正操作方式方法，提高了焊接操作水平，实现了焊工的技能培训。与虚拟现实技术不同的是，它比虚拟现实技术更舒适、更经济、更现实，是当代焊接教育更需要的方式。 参考文献 [1] Wang Y Z, Chen Y H, Nan Z L, et al. Study on welder training by means of haptic guidance and virtual reality for arc welding [J]. International Conference on Robotics and Biomimelics, 2006(12):17-20. [2] 张建勋, 邹林, 梁振新. 手工电弧焊焊接操作模拟培训装置[P]. 中国, ZL200610042953X. [3] 梁振新. 基于虚拟现实技术的焊接操作模拟与仿真系统研究[D]. 西安: 西安交通大学硕士学位论文, 2006. [4] 张建勋, 夏庆. 现代焊接技术教育与培训新模式探索与研究[J]. 焊接, 2011, 55(6):1-6. |
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