1、項(xiàng)目類別報(bào)審學(xué)科組單位代碼申報(bào)項(xiàng)目編號(hào)資助項(xiàng)目編號(hào) 北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目北京市教育委員會(huì)科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目申 請(qǐng) 書項(xiàng)目名稱：深水海底管道鋪設(shè)焊接多機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究學(xué)科領(lǐng)域： 申 請(qǐng) 人：所在單位：北京石油化工學(xué)院郵政編碼：102617通訊地址：北京市大興區(qū)清源北路19號(hào)電 話 真子信箱：jiwengang合作單位：電 話：申請(qǐng)日期：2008年5月5日北京市自然科學(xué)基金委員會(huì)北京市教育委員會(huì)二八年五月填表說明一、填報(bào)申請(qǐng)書前，請(qǐng)先查閱北京市教育委員會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目管理辦法和北京市自然科學(xué)基金委員會(huì)關(guān)于申請(qǐng)自然科學(xué)基金項(xiàng)目的有關(guān)規(guī)定。申

2、請(qǐng)書所填各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫，表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)。采用國(guó)家公布的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)化字。外來語(yǔ)要用中、英文同時(shí)表達(dá)，第一次出現(xiàn)的縮寫詞，須注出全稱。二、申請(qǐng)書以WORD文檔格式錄入，用A4紙打印，一式十份，分別于左側(cè)裝訂成冊(cè)，按要求日期報(bào)送到北京市教委科學(xué)技術(shù)與研究生工作處。各欄空格不夠時(shí)，請(qǐng)自行加頁(yè)。 三、申請(qǐng)書封面的學(xué)科領(lǐng)域按“一級(jí)學(xué)科名稱二級(jí)學(xué)科名稱”的形式填寫。一級(jí)學(xué)科名稱和二級(jí)學(xué)科名稱請(qǐng)按國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、原國(guó)家教育委員會(huì)1997年公布的授予博士、碩士學(xué)位和培養(yǎng)研究生的學(xué)科、專業(yè)目錄的學(xué)科名稱和學(xué)科代碼填寫。 四、簡(jiǎn)表說明1 凡選擇性欄目，將相應(yīng)提示符A、B等之一填入相應(yīng)空欄。2 項(xiàng)目

3、名稱：要確切反映研究?jī)?nèi)容，漢字字?jǐn)?shù)最多不超過25字。3 簡(jiǎn)表中一級(jí)學(xué)科名稱和二級(jí)學(xué)科名稱填寫依據(jù)同封面。4 工作單位：須按單位公章填寫全稱，高校應(yīng)詳細(xì)到系或所。單位代碼參照北京市自然科學(xué)基金委員會(huì)辦公室頒發(fā)的單位代碼表，首次申請(qǐng)北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目的單位暫不填。5 所用實(shí)驗(yàn)室：系指研究項(xiàng)目將利用的實(shí)驗(yàn)室。6 申請(qǐng)金額：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，以萬(wàn)元為單位，小數(shù)點(diǎn)后取兩位。 起止年月：起始時(shí)間從申請(qǐng)時(shí)的次年1月算起，資助時(shí)間最長(zhǎng)不超過三年。 申 請(qǐng) 人：如系兩人以上聯(lián)合申請(qǐng)項(xiàng)目，只填第一申請(qǐng)人（項(xiàng)目負(fù)責(zé)人）情況，其他申請(qǐng)人可在第3頁(yè)“項(xiàng)目組主要成員簡(jiǎn)況”中說明情況。7 參加單位數(shù)：指項(xiàng)目組成員所在單

4、位數(shù)，包括主持單位和合作單位（合作者所在單位），以阿拉伯?dāng)?shù)字表示。合作單位系指項(xiàng)目執(zhí)行過程中，在研究?jī)?nèi)容、方法及目標(biāo)等方面，進(jìn)行科技互補(bǔ)和實(shí)質(zhì)性合作的單位，不包括一般的技術(shù)協(xié)作單位。8 項(xiàng)目組主要成員：指在項(xiàng)目組內(nèi)對(duì)學(xué)術(shù)思想、技術(shù)路線、理論分析及項(xiàng)目的完成起重要作用的研究人員，每年參加本項(xiàng)目研究工作應(yīng)在四個(gè)月以上。北京市自然科學(xué)基金委員會(huì)網(wǎng)址：9/zrjjh/zrjj/index.htm北京市教委科學(xué)技術(shù)與研究生工作處網(wǎng)址： 一、簡(jiǎn)表 研究項(xiàng)目名稱中文深水海底管道鋪設(shè)焊接多機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究英文The research on the key techni

5、que of multi-robot welding system for deepwater pipeline installation性質(zhì)CA.基礎(chǔ)研究 B.應(yīng)用基礎(chǔ)研究 C.高新技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)研究申報(bào)學(xué)科學(xué)科1一級(jí)學(xué)科名稱二級(jí)學(xué)科名稱學(xué)科2一級(jí)學(xué)科名稱二級(jí)學(xué)科名稱代碼代碼代碼代碼DCCC 所在學(xué)科類別： A.國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科 B.北京市重點(diǎn)學(xué)科 C.北京市重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科D.其他 所在學(xué)科具有： A.博士學(xué)位授予權(quán) B.碩士學(xué)位授予權(quán) C.其他所用實(shí)驗(yàn)室CA.國(guó)家重點(diǎn) B.教育部重點(diǎn) C.北京市重點(diǎn) D.其他報(bào)審學(xué)科組CA.數(shù)理科學(xué)B.化學(xué)與材料科學(xué)C.工程科學(xué)D.信息科學(xué)E.生物科學(xué)F.農(nóng)業(yè)

6、科學(xué)G.醫(yī)藥科學(xué)H.城建與環(huán)境科學(xué)I.管理科學(xué)申請(qǐng)金額35.00萬(wàn)元起止年月2009年 1月 至2011 年 12 月申請(qǐng)人姓名中文性別A.男B.女出生年月民族名稱漢拼音身份證號(hào)代碼01專業(yè)技術(shù)職務(wù)名稱學(xué)位A. 博士B.碩士C.學(xué)士博士學(xué)位授予國(guó)別或地區(qū)名稱代碼代碼其他A. 院士 B. 博士生導(dǎo)師 C. 博士后辦公電話所在單位住宅電話單位代碼000移動(dòng)電話項(xiàng)目組總?cè)藬?shù)專業(yè)技術(shù)人員數(shù)培養(yǎng)人才數(shù)參加單位數(shù)正高級(jí)副高級(jí)中級(jí)初級(jí)博士后博士生碩士生21133311研究?jī)?nèi)容和意義主題詞(3個(gè))中文海底管道鋪設(shè)多機(jī)器人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)英文deepwater pipeline installationmulti-r

7、obotReal-time database摘要（限300字） 深水海底管道鋪設(shè)要求優(yōu)質(zhì)高效的流水生產(chǎn)線式焊接作業(yè)，需要對(duì)整條生產(chǎn)線上同時(shí)進(jìn)行的不同生產(chǎn)過程進(jìn)行集散監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合合適的質(zhì)量控制技術(shù)，才能在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提之下，提高3000米水深海底管道高效鋪設(shè)流水生產(chǎn)線的效率。基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的多智能系統(tǒng)能夠通過多種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線過程參數(shù)，并依據(jù)已制定的流水生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。針對(duì)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下生產(chǎn)過程多任務(wù)系統(tǒng)中周期任務(wù)和非周期任務(wù)特點(diǎn)，結(jié)合Petri網(wǎng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述工具，研究多任務(wù)協(xié)調(diào)控制策略算法以及多系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方案；通過焊接過程參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，初步

8、建立焊接過程實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)框架模型。本項(xiàng)目的實(shí)施，將多任務(wù)協(xié)調(diào)作業(yè)系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到新的領(lǐng)域、為深水海底管道鋪設(shè)提供新的技術(shù)手段，提高鋪管生產(chǎn)線的效率和可靠性。項(xiàng)目組主要成員簡(jiǎn)況姓名年齡專業(yè)技術(shù)職務(wù)學(xué)位學(xué)位授予單位名稱所授學(xué)位學(xué)科名稱及所在門類所從事研究的學(xué)科領(lǐng)域（一級(jí)學(xué)科）工作單位（高校寫明院、系） 在項(xiàng)目中的主要分工教授博士清華大學(xué)機(jī)械工程工學(xué)機(jī)械工程北京石油化工學(xué)院院機(jī)關(guān)機(jī)理研究教授博士中國(guó)科學(xué)院物理化學(xué)理學(xué)機(jī)械工程中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)電工程學(xué)院機(jī)理研究副教授博士中國(guó)地質(zhì)大學(xué)機(jī)械工程工學(xué)機(jī)械工程北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院數(shù)據(jù)采集副教授碩士中國(guó)石油大學(xué)化工機(jī)械工學(xué)機(jī)械工程

9、北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程系數(shù)據(jù)采集講師博士中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)車輛工程工學(xué)機(jī)械工程北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程系實(shí)驗(yàn)研究副教授博士哈爾濱工程大學(xué)自控理論及應(yīng)用工學(xué)機(jī)械工程北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程系數(shù)據(jù)采集博士生碩士北京化工大學(xué)自控理論及應(yīng)用工學(xué)儀器科學(xué)與控制北京化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)研究講師博士北京郵電大學(xué)信息與信號(hào)處理工學(xué)儀器科學(xué)與控制北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程系實(shí)驗(yàn)研究講師碩士挪威納爾維克工學(xué)院計(jì)算機(jī)輔助制造工學(xué)機(jī)械工程北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電工程系實(shí)驗(yàn)研究碩士生學(xué)士中國(guó)石油大學(xué)機(jī)械工程工學(xué)機(jī)械工程中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)電工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)

10、預(yù)算表 單位：萬(wàn)元（1）項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)來源市教委經(jīng)費(fèi)35.00其他來源國(guó)家有關(guān)部委撥款0項(xiàng)目承擔(dān)單位自籌經(jīng)費(fèi)0項(xiàng)目合作單位自籌經(jīng)費(fèi)0合 計(jì)35.00（2）項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支出 科目經(jīng)費(fèi)設(shè)備費(fèi)仿真系統(tǒng)開發(fā)4.50,焊接機(jī)器人參數(shù)采集分析系統(tǒng)4.50焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)兩套4.002=8.00,小計(jì)17.00材料費(fèi)4.00測(cè)試化驗(yàn)加工費(fèi)2.00差旅費(fèi)3.00會(huì)議費(fèi)2.00國(guó)內(nèi)/國(guó)際合作與交流費(fèi)1.00出版/文獻(xiàn)/信息傳播/知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)費(fèi)2.00勞務(wù)費(fèi)3.00專家咨詢費(fèi)1.00合 計(jì)35.00儀器設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用明細(xì)：（單價(jià)在5萬(wàn)元以上，含5萬(wàn)元）名 稱型號(hào)數(shù)量金額購(gòu)買時(shí)間合 計(jì)二、立項(xiàng)依據(jù)（包括項(xiàng)目的意義、國(guó)內(nèi)外研究

11、現(xiàn)狀分析并附主要參考文獻(xiàn)及出處）對(duì)于基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合國(guó)際科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，論述項(xiàng)目的科學(xué)意義和可能應(yīng)用的方向；對(duì)于應(yīng)用基礎(chǔ)研究、高新技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合學(xué)科前沿，圍繞首都經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要科技問題，論述其比較具體的應(yīng)用前景。項(xiàng)目的意義：隨著世界石油產(chǎn)品消耗的不斷增加，輸油管道的安裝工程持續(xù)增長(zhǎng)。南海5003000m水域蘊(yùn)含豐富的油氣資源，是中國(guó)21世紀(jì)海洋石油經(jīng)濟(jì)的重要增長(zhǎng)點(diǎn)?！笆晃濉逼陂g，由海洋石油工程股份有限公司牽頭，啟動(dòng)了以建造3000m深水鋪管船為依托的“深水海底管道鋪設(shè)技術(shù)”研究 1。海上鋪管一般通過大型作業(yè)拖船施工，分為S型和J型兩種鋪管形式。在保證焊縫質(zhì)量的前提之下，

12、提高環(huán)縫焊接效率和降低重焊率是深水海底管道高效鋪設(shè)的基本要求。中國(guó)藍(lán)疆號(hào)起重鋪管船采用S型鋪管，作業(yè)水深150m，鋪設(shè)效率不能滿足深水作業(yè)需要，而且船上的焊接生產(chǎn)線等主要裝備為從國(guó)外全套引進(jìn)。整條焊接生產(chǎn)線處于落后的生產(chǎn)模式，各個(gè)焊接工作站之間無(wú)任何關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)過程采用人工協(xié)調(diào)、站內(nèi)焊接機(jī)頭人工干預(yù)的生產(chǎn)方式，大量的時(shí)間花費(fèi)在焊接機(jī)頭安裝、拆卸以及站間協(xié)調(diào)上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際用于環(huán)縫焊接的時(shí)間，焊接工作效率較低，日均鋪管僅二百余根（12m/根，24小時(shí)工作制），海上鋪管焊接作業(yè)不僅作業(yè)成本昂貴，而且因?yàn)樗骘L(fēng)浪來臨難以預(yù)測(cè)，因此提高管道環(huán)縫焊接的穩(wěn)定和效率有非常現(xiàn)實(shí)的意義。如果能將用在站間協(xié)調(diào)、人工

13、操作所浪費(fèi)的時(shí)間節(jié)省下來，將極大地提高焊接效率，大大降低其日均施工費(fèi)用。研究基于切口設(shè)計(jì)以及實(shí)用焊接工藝的新一代管道鋪設(shè)生產(chǎn)線，以提高鋪設(shè)效率，高效、快速、高質(zhì)量的連接技術(shù)對(duì)于海底管道鋪設(shè)具有極其重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。3000m水深海底管道鋪設(shè)生產(chǎn)線由坡口制備、預(yù)熱、消磁、根焊、填充焊、蓋面焊、無(wú)損檢驗(yàn)和修補(bǔ)、防腐涂覆以及管道輸送等工段組成。將每一個(gè)工段的工作任務(wù)看作一個(gè)任務(wù)集束，將其納入一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能體，而每個(gè)任務(wù)集束包含多項(xiàng)工作任務(wù)。系統(tǒng)整體任務(wù)由不同層次的子系統(tǒng)中的任務(wù)集束構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體任務(wù)快速協(xié)調(diào)穩(wěn)定完成的關(guān)鍵是各子系統(tǒng)任務(wù)集束間協(xié)調(diào)高效的控制策略、每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)多任務(wù)的合作與協(xié)

14、調(diào)控制策略23。采用FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）以及工業(yè)以太網(wǎng)的多級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)連接每一個(gè)子系統(tǒng)，構(gòu)造出海管鋪設(shè)焊接流水生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是有效解決以上問題的基礎(chǔ)。在這種自動(dòng)化程度高的系統(tǒng)中，使生產(chǎn)過程合理、高效運(yùn)行的調(diào)度問題非常復(fù)雜，需要建立有效的計(jì)算機(jī)調(diào)度控制策略。通常性能指標(biāo)是以時(shí)間作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，按照系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，將任務(wù)分為定時(shí)任務(wù)和隨機(jī)任務(wù)；按優(yōu)先級(jí)要求把所有任務(wù)從高到低進(jìn)行排列，進(jìn)而研究多任務(wù)的協(xié)調(diào)控制策略算法以及多系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方案。采用多任務(wù)并行的運(yùn)行機(jī)制，可以通過合理構(gòu)造任務(wù)隊(duì)列，方便、靈活地實(shí)現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度，快速、高效地構(gòu)造較為復(fù)雜的多任務(wù)并行程序45678910。本

15、申請(qǐng)項(xiàng)目選擇基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的多任務(wù)調(diào)度策略算法、多系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方案以及通過焊接過程參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，初步建立焊接過程實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)框架模型作為研究對(duì)象，從根本上解決制約海底管道鋪設(shè)協(xié)調(diào)高效的問題，改善深水管道鋪設(shè)的效率和質(zhì)量。本項(xiàng)目研究成功，對(duì)我國(guó)計(jì)算機(jī)集成熱加工制造理論和制造業(yè)信息化具有一定的理論意義，對(duì)管道鋪設(shè)焊接領(lǐng)域提供一種新的高效穩(wěn)定的集成技術(shù)。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：管道全位置自動(dòng)焊機(jī)采用的熔化極全位置焊接技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代末，美國(guó)的CRC公司率先將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于管道施工。到目前為止，近海管線鋪設(shè)連接中使用的焊接設(shè)備有：美國(guó)CRC-Evans公司的P系列、法國(guó)Seri

16、mer Dasa公司的Saturnax、意大利Saipem-EMC公司的Passo、荷蘭Vermaat Technics公司的Veraweld、Allseas公司的Phoenix等。美國(guó)CRC-Evans公司目前主要生產(chǎn)P600、P450、P260和M300四個(gè)型號(hào)的管道全位置自動(dòng)焊機(jī)；法國(guó)Serimer Dasa公司的Saturnax焊機(jī)，計(jì)算機(jī)焊接編程控制單元和焊車運(yùn)動(dòng)控制單元分置，可進(jìn)行在線編程，完成根焊、窄間隙疊焊或?qū)掗g隙排焊；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管道科學(xué)研究院在PAW2000單焊炬自動(dòng)焊機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)成功了PAW3000雙焊炬自動(dòng)焊機(jī)；中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第十一研究所研制的雙絲單面

17、MAG焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了22mm平板對(duì)接一次單面焊接雙面成型；北京石油化工學(xué)院光機(jī)電裝備技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一些管道焊接產(chǎn)品得到了較好的應(yīng)用效果11121314。我國(guó)“籃疆”號(hào)起重鋪管船為非自航在無(wú)限航區(qū)作業(yè)的大型工程船舶，主甲板船艉布置了起吊能力3800t的全回轉(zhuǎn)起重機(jī)，右舷布置了海管鋪設(shè)系統(tǒng)，可以在水深6150m范圍內(nèi)鋪設(shè)直徑為114.3-914.4mm的海底管道?！盎@疆”號(hào)配備的自動(dòng)焊接作業(yè)線采用法國(guó)SERIMER DASA公司的SATURNAX 05雙機(jī)頭的全自動(dòng)焊接設(shè)備，能夠精確控制各焊接位置的焊接工藝參數(shù)，即送絲速度、焊接速度、擺動(dòng)幅度、擺動(dòng)速度、兩側(cè)停留時(shí)間等參數(shù)。焊接工藝參數(shù)由

18、計(jì)算機(jī)設(shè)置好后輸入機(jī)頭控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了程序控制，保證了一定的精度及穩(wěn)定性15161718。目前的管道焊接需要重點(diǎn)解決以下問題：提高產(chǎn)品可靠度；提高焊接API Spec 5L規(guī)范管材包括高級(jí)別管材的質(zhì)量和效率；根據(jù)海底管道鋪設(shè)的特殊要求，將單機(jī)產(chǎn)品擴(kuò)展為生產(chǎn)線多機(jī)聯(lián)合布置，進(jìn)而研究焊接車間的優(yōu)化調(diào)度問題。在車間調(diào)度領(lǐng)域，美國(guó)普渡大學(xué)(Purdue University)的Reha Uzsoy教授為車間調(diào)度研究指出了幾個(gè)方向：一、應(yīng)認(rèn)真研究調(diào)度對(duì)企業(yè)的性能影響，這包括對(duì)計(jì)劃和調(diào)度的充分理解；二、應(yīng)認(rèn)真研究制造過程中遇到的突發(fā)事件對(duì)調(diào)度的影響，現(xiàn)在對(duì)這方面的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；三、需要一種強(qiáng)有力的、基于

19、理論的算法在合理的CPU時(shí)間內(nèi)獲得調(diào)度的次優(yōu)解。東北大學(xué)的謝里陽(yáng)教授及陶澤博士提出以帶有控制器的Petri網(wǎng)為建模工具研究了單資源生產(chǎn)車間調(diào)度優(yōu)化問題，應(yīng)用了一種將遺傳算法和模擬退火算法相結(jié)合的調(diào)度算法，將加工計(jì)劃與生產(chǎn)調(diào)度同時(shí)考慮。在雙資源靜態(tài)調(diào)度問題的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)度問題進(jìn)行了重點(diǎn)研究。尤其重要的是提出了處理緊急任務(wù)的新方法，把剩余任務(wù)和緊急任務(wù)當(dāng)成兩個(gè)獨(dú)立的任務(wù)分別處理，在緊急任務(wù)為最優(yōu)調(diào)度的基礎(chǔ)上選取剩余任務(wù)的最優(yōu)調(diào)度，不僅實(shí)現(xiàn)了總體最優(yōu)，而且局部也是最優(yōu)的1920。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)專家系統(tǒng)在焊接中的工藝設(shè)計(jì)或選擇、焊接缺陷或設(shè)備故障診斷、焊接成本估算、實(shí)時(shí)控制、焊接CAD、焊工考試等

20、方面的應(yīng)用方面做了不少研究工作，絕大部分的專家系統(tǒng)是數(shù)據(jù)輸入后，在問題求解期間不發(fā)生變化，而且專家系統(tǒng)推理得出的焊接工藝參數(shù)只是作為參考，操作者需要將該焊接工藝參數(shù)手工輸入焊機(jī)，這樣不僅效率低，而且焊接過程中工藝參數(shù)的變化不容易控制。基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的多焊接機(jī)器人系統(tǒng)能夠通過多種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人焊接過程參數(shù)，并依據(jù)已制定的工藝，調(diào)整參數(shù)偏差。焊前完成接頭設(shè)計(jì)、焊接方法選擇、材料選擇、工藝制定等任務(wù)；焊接中通過傳感器監(jiān)控焊接工藝的執(zhí)行；焊后進(jìn)行故障診斷及焊縫檢查分析。研究適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)時(shí)控制類管道焊接專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)模型，并在不久的將來實(shí)現(xiàn)此類專家系統(tǒng)在深水管道鋪設(shè)中應(yīng)用是必然的2122

21、23。國(guó)外的研究雖然在管道焊接系統(tǒng)的穩(wěn)定性上有一定的成果，但是沒有形成各作業(yè)站之間的穩(wěn)定高效協(xié)調(diào)，焊接過程數(shù)據(jù)不能開放透明地傳送和存儲(chǔ)；還未形成較為成熟的管道焊接實(shí)時(shí)控制專家系統(tǒng)24。我國(guó)在深水管道鋪設(shè)焊接研究領(lǐng)域與國(guó)外先進(jìn)水平有一定的差距，為了在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)從海洋大國(guó)到海洋強(qiáng)國(guó)的飛越，在國(guó)力有限的情況之下，已經(jīng)投入為數(shù)不少的資金啟動(dòng)了高質(zhì)量深水鋪管焊接技術(shù)的研究，已經(jīng)有條件也更有必要在此基礎(chǔ)之上，繼續(xù)開展適應(yīng)國(guó)情、高效穩(wěn)定的鋪管生產(chǎn)創(chuàng)新技術(shù)研究。主要參考文獻(xiàn)目錄1 焦向東，周燦豐，陳家慶等. 21世紀(jì)海洋工程連接技術(shù)的挑戰(zhàn)與對(duì)策J.電焊機(jī),2007,37(6):75-80.2 毛磊，蕭蘊(yùn)詩(shī)等

22、.實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制與任務(wù)調(diào)度協(xié)同設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2007,15(3):352-353.3 許建峰，朱晴波，胡 寧，謝 立.分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的預(yù)測(cè)調(diào)度算法J.軟件學(xué)報(bào),2000,11(1):95-103.4 Davidovic T, Hansen P, Mladenovic N. Permutation based genetic, tabu and variable neighborhood search heuristics for multiprocessor scheduling with communication delays, GERAD Tech Report, G-20

23、04-19,Asia-Pacific Journal of Operational Research,22(3),pp.297-326,Sept.2005.5 Tang F, Parker L E. ASyMTRe: automated synthesis of multi-robot solutions through software reconfiguration. In: Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation.IEEE,2005:1513-1520.6 Zlot R, St

24、entz A. Complex task allocation for multiple robots. In: Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation.IEEE,2005:1527-1534.7 Ramam ritham K. Allocation and scheduling of precedence-related periodic tasks. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 1995,6(4):412-

25、420.8 C-J, Shin K G. Allocation of periodic task modules with precedence and deadline constraints in distributed real-time systems. IEEE Transactions on Computers,1997,46(12):1338-1355.9 陽(yáng)春華，桂衛(wèi)華，計(jì)莉.基于多處理機(jī)的混合實(shí)時(shí)任務(wù)容錯(cuò)調(diào)度J.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2003,26(11):1479-1486.10 Bertossi A A , Mancini L V , Rossini F. Fault-tolera

26、nt rate-monotonic first-fit scheduling in hard-real-time systems. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 1999, 10(9):934-945.11刁鳳東，滕 毅，張福強(qiáng).CRC 管道全自動(dòng)焊接工藝的研究與應(yīng)用J.焊接技術(shù),2007,36(6):57-58.12閆 政，梁君直等.采用DSP控制的高效管道雙焊炬全位置自動(dòng)焊機(jī)研究J.電焊機(jī),2005,35(4):38-43.13張鋒，詹華，于金柱.大口徑雙焊炬管道全位置自動(dòng)焊機(jī)J.管道技術(shù)與設(shè)備,2004,4:

27、22-25.14李明利，劉占民等.一種360傾角傳感器在全位置焊接設(shè)備中的應(yīng)用J.電焊機(jī),2003,33(11):29-30.15肖介光，邢 敏，周王輝.PCW-500精密控制管道焊機(jī)的研制J.現(xiàn)代焊接,2007,55(7):12-13.16薛龍，蔣力培等.基于國(guó)產(chǎn)焊接電源的管道成套焊接設(shè)備研制J.焊接技術(shù),2006,35(2):39-41.17李明利，薛龍等.帶有坡口信息預(yù)先存儲(chǔ)的全自動(dòng)管道焊機(jī)研究J.中國(guó)機(jī)械工程,2004,15(1):4-6.18薛 龍，焦向東，蔣力培.特種焊接機(jī)器人研制J.制造業(yè)自動(dòng)化,2006,28(2):49-52.19 陶澤，謝里陽(yáng)，袁鋒.受時(shí)間約束的工作流關(guān)鍵路

28、徑的確定J.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2004,40(29):21一23.20 Ze Tao，Liyang Xie，Chnagzhong Hao.A hybrid genetic algorithm for the job shop scheduling problems. The Proceedings of the 11th international conference on industrial engineering and engineering management，Shenyang: Northeastern University 2005，335-340.21閆 政等.采用DSP控

29、制的高效管道雙焊炬全位置自動(dòng)焊機(jī)研究J.電焊機(jī),2005,35(4):38-43.22張鋒，詹華，于金柱.大口徑雙焊炬管道全位置自動(dòng)焊機(jī)J.管道技術(shù)與設(shè)備,2004,4:22-25.23李明利等.一種360傾角傳感器在全位置焊接設(shè)備中的應(yīng)用J.電焊機(jī),2003,33(11):29-30.24朱志明.焊接專家系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用J.現(xiàn)代焊接，2006，44（8）：12-16.三、研究?jī)?nèi)容及方法1 研究?jī)?nèi)容：為使海管鋪設(shè)自動(dòng)焊接系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有前瞻性和提高系統(tǒng)的作業(yè)效率，對(duì)其布局規(guī)劃、系統(tǒng)配置、作業(yè)調(diào)度等方面進(jìn)行仿真技術(shù)和優(yōu)化方法的研究。結(jié)合復(fù)合建模、遺傳算法等技術(shù)，對(duì)海管鋪設(shè)自動(dòng)焊接系統(tǒng)的焊接站配

30、置與調(diào)度、管道輸送控制等問題進(jìn)行仿真技術(shù)和優(yōu)化方法的研究。（1）基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的管道全自動(dòng)焊接系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)的調(diào)度策略算法的研究Monitor1圖1 控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)拓?fù)鋱D Ethernet LANMonitor 2PrinterPrinterData ServerMODBUS/TCPWeb ServerInternetIE6.0坡口制備工作站消磁工作站CANopen根焊/熱焊工作站CANopen填充焊工作站1CANopen填充焊工作站n焊機(jī)行走系統(tǒng)焊槍擺動(dòng)系統(tǒng)焊槍調(diào)整系統(tǒng)焊絲供給系統(tǒng)焊接電源系統(tǒng)焊縫跟蹤系統(tǒng)CANopen蓋面焊工作站焊機(jī)行走系統(tǒng)焊槍擺動(dòng)系統(tǒng)焊槍調(diào)整系統(tǒng)焊絲供給系統(tǒng)焊接電源系統(tǒng)焊

31、縫跟蹤系統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)工作站修補(bǔ)防腐工作站焊機(jī)行走系統(tǒng)焊槍擺動(dòng)系統(tǒng)焊槍調(diào)整系統(tǒng)焊絲供給系統(tǒng)焊接電源系統(tǒng)焊縫跟蹤系統(tǒng)焊機(jī)行走系統(tǒng)焊槍擺動(dòng)系統(tǒng)焊槍調(diào)整系統(tǒng)焊絲供給系統(tǒng)焊接電源系統(tǒng)焊縫跟蹤系統(tǒng)選擇基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的管道全自動(dòng)焊接系統(tǒng)作為研究對(duì)象，一方面是控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能把管道焊接的整體任務(wù)分解成若干個(gè)子任務(wù)，這些子任務(wù)由若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)智能節(jié)點(diǎn)分別完成，在任務(wù)分解的同時(shí)也分散了系統(tǒng)的故障風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)基于控制網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)間的數(shù)字通信對(duì)故障的診斷以及排除更加快捷；另一方面是因?yàn)殚_放、實(shí)時(shí)的控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供透明的焊接過程數(shù)據(jù)的訪問，有利于焊接過程的參數(shù)控制以及焊后的缺陷分析，進(jìn)而提高環(huán)縫的焊接質(zhì)量。國(guó)外目前用于海底管道

32、鋪設(shè)焊接的設(shè)備一般采用的是單機(jī)控制的方式，國(guó)內(nèi)管道焊接設(shè)備廠家在海管鋪設(shè)領(lǐng)域更是無(wú)此業(yè)績(jī)。所以，需要特別地對(duì)基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的全自動(dòng)管道焊機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)理進(jìn)行研究。圖1給出了海管鋪設(shè)焊接系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，每一個(gè)子系統(tǒng)完成特定的任務(wù)，這個(gè)特定的任務(wù)可分解成若干個(gè)任務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于大量突發(fā)事件的存在，使得系統(tǒng)中任務(wù)的到達(dá)時(shí)間通常是不可預(yù)知的，任務(wù)的特性也只有在任務(wù)到達(dá)后才能知道。顯然，在這種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，靜態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)度不再適用而必須使用動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)度。同時(shí)，由于在這種系統(tǒng)中任務(wù)的到達(dá)和特性具有較強(qiáng)的不可預(yù)測(cè)性，這便給實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度帶來了很大難度，使其較之靜態(tài)調(diào)

33、度更具挑戰(zhàn)性。然而目前對(duì)該領(lǐng)域的研究卻很薄弱，因此，對(duì)海管鋪設(shè)焊接系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行研究很有必要，研究并找到制約系統(tǒng)高效穩(wěn)定的瓶頸環(huán)節(jié)，通過優(yōu)化的任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法的研究，提升系統(tǒng)的作業(yè)效率。另一方面，每一個(gè)子系統(tǒng)均由若干個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)和若干個(gè)弱實(shí)時(shí)性的任務(wù)構(gòu)成，而強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)又分成周期任務(wù)和非周期任務(wù)兩種。針對(duì)系統(tǒng)中周期任務(wù)和非周期任務(wù)特點(diǎn)，研究混合任務(wù)的調(diào)度策略算法在很大程度上將減少實(shí)時(shí)任務(wù)在線調(diào)度的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的工作效率。通過對(duì)周期任務(wù)關(guān)鍵時(shí)刻實(shí)際執(zhí)行時(shí)間的分析計(jì)算，以解析方法系統(tǒng)地計(jì)算多周期任務(wù)的最大可預(yù)留處理時(shí)間，基于周期任務(wù)參數(shù)的可確定性，離線完成計(jì)算量相對(duì)大的周期任務(wù)分配和

34、預(yù)留處理時(shí)間計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)分析實(shí)時(shí)任務(wù)阻塞因素和各因素帶來的阻塞時(shí)間，提出協(xié)同多任務(wù)的調(diào)度算法，有效地限制因資源沖突所帶來的系統(tǒng)額外開銷，提高生產(chǎn)率并降低系統(tǒng)停工的風(fēng)險(xiǎn)。（2）海底管道鋪設(shè)環(huán)縫焊接實(shí)時(shí)控制類焊接專家系統(tǒng)的框架模型的研究本項(xiàng)目擬建立海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)的框架模型，它具有離線工藝制定、在線工藝監(jiān)控以及環(huán)縫缺陷分析功能，為海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)研究。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外開發(fā)的焊接專家系統(tǒng)中有關(guān)工藝選擇和制定的約占70%。由于焊接工藝本身的復(fù)雜性，每個(gè)具體的焊接工藝選擇和制定專家系統(tǒng)都有其一定的適用范圍。此外，焊接工藝問題常與有關(guān)焊接標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程等密切聯(lián)

35、系，這已在不少焊接工藝選擇與制定專家系統(tǒng)中有所反映。系統(tǒng)在離線狀態(tài)下，可完成工藝規(guī)劃，包括繪制焊縫符號(hào)、進(jìn)行焊接接頭設(shè)計(jì)、選擇焊接材料、計(jì)算預(yù)熱溫度、編制焊接工藝指導(dǎo)書。離線生成的工藝被直接送往車間的機(jī)器人焊接控制器。焊接時(shí)，控制器借助于多種傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)器人焊接參數(shù)，并依據(jù)已制定的工藝，調(diào)節(jié)參數(shù)偏差?；诳刂凭W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的多焊接機(jī)器人系統(tǒng)能夠通過多種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人焊接過程參數(shù)，并依據(jù)已制定的工藝，調(diào)整參數(shù)偏差。焊前完成海管高強(qiáng)鋼焊接接頭設(shè)計(jì)、焊接方法選擇、材料選擇、工藝制定等任務(wù)；焊接中通過傳感器監(jiān)控焊接工藝的執(zhí)行，系統(tǒng)根據(jù)來自傳感器的光、溫度、電弧等信息，自動(dòng)調(diào)整焊縫軌跡、線能量、送絲速度

36、、擺動(dòng)參數(shù)等，并可優(yōu)化多道焊參數(shù)。另外，實(shí)時(shí)控制專家系統(tǒng)可給出最優(yōu)焊接參數(shù)，進(jìn)而控制焊接設(shè)備，以保持恒定的熔深及焊道高度；焊后進(jìn)行故障診斷及焊縫檢查分析。大量的焊接過程實(shí)時(shí)控制參數(shù)通過控制網(wǎng)絡(luò)周期性地記錄在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中以備歷史查詢和環(huán)縫缺陷分析之用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的載體采用開放式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Access或Excel。焊接工程領(lǐng)域問題具有符號(hào)推理與數(shù)值計(jì)算交織、求解策略方法多樣、任務(wù)規(guī)劃層次多、評(píng)價(jià)決策多方案等特征，因此應(yīng)用于焊接工程領(lǐng)域的專家系統(tǒng)只有結(jié)合領(lǐng)域特征將專家系統(tǒng)理論、技術(shù)和具體應(yīng)用充分結(jié)合才能使其具有一定的領(lǐng)域適應(yīng)性。本研究將結(jié)合海管鋪設(shè)的實(shí)際需要設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。2 研究目標(biāo)：把

37、基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的管道鋪設(shè)焊接系統(tǒng)的工作效率和穩(wěn)定性作為研究對(duì)象主要是基于：國(guó)內(nèi)外深水海管鋪設(shè)焊接工藝及設(shè)備的研究進(jìn)展表明，面對(duì)日益增加的海管鋪設(shè)工程，提高深水海底管道鋪設(shè)流水生產(chǎn)線的焊接作業(yè)效率以及提升其鋪設(shè)作業(yè)過程的智能性都是非常緊迫的。（1）優(yōu)化的基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的管道鋪設(shè)生產(chǎn)線實(shí)時(shí)多任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)度策略算法在研究基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的管道全自動(dòng)焊機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)解決實(shí)時(shí)多任務(wù)的調(diào)度策略，特別是對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行研究，研究并找到制約系統(tǒng)高效穩(wěn)定的瓶頸環(huán)節(jié)，采用優(yōu)化的實(shí)時(shí)多任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法，提升系統(tǒng)的作業(yè)效率；分析實(shí)時(shí)多任務(wù)的優(yōu)先級(jí)以及周期任務(wù)和非周期任務(wù)的特點(diǎn)，研究混合任務(wù)的調(diào)度策

38、略算法，減小實(shí)時(shí)任務(wù)在線調(diào)度的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的工作效率，通過實(shí)驗(yàn)分析實(shí)時(shí)任務(wù)阻塞因素和各因素帶來的阻塞時(shí)間，提出協(xié)同多任務(wù)的調(diào)度算法并驗(yàn)證。（2）海底管道鋪設(shè)環(huán)縫焊接實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)的框架模型建立海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)的框架模型。通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)焊接過程參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，為每一道焊口建立焊接檔案并實(shí)現(xiàn)歷史查詢和各種統(tǒng)計(jì)分析功能。為海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)研究。3 擬解決的關(guān)鍵問題及其解決方法：（1）研究基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的鋪管生產(chǎn)線實(shí)時(shí)多任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略算法，保證多任務(wù)系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)任務(wù)在確定的時(shí)間內(nèi)完成，也要保證突發(fā)事件觸發(fā)的非周期任務(wù)的及時(shí)響應(yīng)。通過對(duì)周期任務(wù)關(guān)鍵時(shí)

39、刻實(shí)際執(zhí)行時(shí)間的分析計(jì)算，以解析方法系統(tǒng)地計(jì)算多周期任務(wù)的最大可預(yù)留處理時(shí)間。通過實(shí)驗(yàn)分析實(shí)時(shí)任務(wù)阻塞因素和各因素帶來的阻塞時(shí)間，提出協(xié)同多任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法，有效地限制因資源沖突所帶來的系統(tǒng)額外開銷，降低系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。（2）在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)焊接過程參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)建立的前提下，研究工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)偏差調(diào)整方法；研究并建立滿足海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接需求的實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)的框架模型。通過焊接實(shí)驗(yàn)，把環(huán)縫焊接結(jié)果與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)焊接過程參數(shù)比照研究，得出部分優(yōu)化的焊接過程參數(shù)，再反過來修正焊接工藝設(shè)計(jì)；結(jié)合海管鋪設(shè)的實(shí)際需要設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。4擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析：研究方法結(jié)合仿真建模

40、工具，對(duì)管道鋪設(shè)生產(chǎn)線的設(shè)置進(jìn)行仿真分析；針對(duì)鋪管生產(chǎn)線的多任務(wù)調(diào)度問題進(jìn)行研究，提出基于任務(wù)屬性的有阻塞的混合流水車間調(diào)度問題，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的優(yōu)化；采用權(quán)重和方法構(gòu)建遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)；在仿真軟件上建立仿真模型；采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接過程參數(shù)的實(shí)時(shí)控制和歷史查詢，并建立專家系統(tǒng)的框架模型。圖2 本項(xiàng)目擬采取的技術(shù)路線實(shí)時(shí)多任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法策略研究遺傳算法復(fù)合建模Petri網(wǎng)等工具預(yù)設(shè)并調(diào)整參數(shù)的焊接試驗(yàn)、記錄過程參數(shù)、焊接結(jié)果比對(duì)及分析焊接過程實(shí)時(shí)控制參數(shù)及專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)研究任務(wù)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)測(cè)試仿真驗(yàn)證結(jié)合海管鋪設(shè)的實(shí)際需要提出具有工藝選擇、實(shí)時(shí)控制以及缺陷分析功能

41、的專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)基于控制網(wǎng)絡(luò)的深水海底管道鋪設(shè)焊接的多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方案技術(shù)路線實(shí)驗(yàn)方案(l) 采用復(fù)合建模技術(shù)，對(duì)動(dòng)態(tài)的鋪管生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行建模研究。分層有色Petri網(wǎng)的引入，便于系統(tǒng)的模塊化和可擴(kuò)展性。在建立的分層Petri網(wǎng)模型上結(jié)合仿真技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行分析。(2) 對(duì)于鋪管生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)調(diào)度問題，將其分析為有阻塞的多目標(biāo)混合流水車間問題進(jìn)行研究，利用遺傳算法嵌套在仿真模型中進(jìn)行調(diào)度策略方案的優(yōu)化。(3) 結(jié)合海管鋪設(shè)的實(shí)際需要提出具有工藝選擇、實(shí)時(shí)控制以及缺陷分析功能的專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)；焊接過程實(shí)時(shí)控制參數(shù)及專家系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)研究，預(yù)設(shè)并調(diào)整參數(shù)的焊接試驗(yàn)、記錄過程參數(shù)、

42、焊接結(jié)果比對(duì)及分析?？尚行苑治觯?）多任務(wù)控制策略、多系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制等研究在一些領(lǐng)域有一些研究成果，可以借鑒到基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的鋪管生產(chǎn)線的研究中。（2）在試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，建立多任務(wù)、多系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，功能完善、技術(shù)可行。（3）本項(xiàng)目相關(guān)研究基礎(chǔ)非常雄厚，建立了全自動(dòng)管道焊機(jī)試驗(yàn)裝置，研制了網(wǎng)絡(luò)測(cè)控平臺(tái)等一系列裝置和試驗(yàn)平臺(tái)，正在開展管道鋪設(shè)焊接工作站的研究。（4）國(guó)內(nèi)國(guó)外關(guān)于網(wǎng)絡(luò)測(cè)控、多智能體協(xié)調(diào)控制均有較多研究報(bào)導(dǎo)，可供本項(xiàng)目參考。（5）本項(xiàng)目依托單位北京石油化工學(xué)院長(zhǎng)期以來在研究人員、實(shí)驗(yàn)條件、配套措施等多方面地給予了大力支持，2005年，以水下連接技術(shù)為研發(fā)重點(diǎn)的“海洋石油工程

43、”已經(jīng)被列入學(xué)院學(xué)科建設(shè)與科研工作“十一五”規(guī)劃確定的重點(diǎn)發(fā)展的科學(xué)研究領(lǐng)域。（6）特別地，申請(qǐng)單位于2006年成立了專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)-海洋工程連接技術(shù)研究中心，擬開展更加寬廣、深入和創(chuàng)新的水下連接技術(shù)研究工作。5研究工作的進(jìn)度安排：年度研究計(jì)劃2009年01月2009年12月 建立仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。研究基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的鋪管生產(chǎn)線的構(gòu)成機(jī)理。在建立的分層Petri網(wǎng)模型上結(jié)合仿真技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行分析；2010年01月2010年06月 利用遺傳算法嵌套在仿真模型中進(jìn)行調(diào)度策略方案的優(yōu)化；2010年07月2011年07月 采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)鋪管生產(chǎn)線焊接專家系統(tǒng)的框架模型進(jìn)行研究，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和

44、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到焊接過程參數(shù)的實(shí)時(shí)控制和歷史查詢，提出專家系統(tǒng)的框架模型；2011年08月2011年12月 理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合總結(jié)，技術(shù)鑒定和驗(yàn)收。6本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處：本項(xiàng)目的實(shí)施，將生產(chǎn)線協(xié)調(diào)作業(yè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到新的領(lǐng)域、為深水海底管道鋪設(shè)提供了新的技術(shù)手段，提高了整條焊接生產(chǎn)線的作業(yè)效率以及長(zhǎng)期作業(yè)可靠性。(1) 提出基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的鋪管生產(chǎn)線實(shí)時(shí)多任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略算法并仿真驗(yàn)證其正確性。區(qū)別于國(guó)內(nèi)外管道焊接的構(gòu)成機(jī)理，本項(xiàng)目采用實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分均設(shè)置為控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的子系統(tǒng)均由若干個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)和若干個(gè)弱實(shí)時(shí)性的任務(wù)構(gòu)成。針對(duì)系統(tǒng)中

45、周期任務(wù)和非周期任務(wù)特點(diǎn)，研究混合任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略算法在很大程度上將減少實(shí)時(shí)任務(wù)在線調(diào)度的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的工作效率。(2) 海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)的框架模型的建立，給離線工藝制定、在線工藝監(jiān)控以及環(huán)縫缺陷分析提供了可能，為海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，極大地提升了海管鋪設(shè)環(huán)縫焊接專家系統(tǒng)應(yīng)用于工程實(shí)踐的可行性。7預(yù)期的研究成果（含可能對(duì)北京經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展做出的貢獻(xiàn)）：（1）基于控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的鋪管生產(chǎn)線的構(gòu)成機(jī)理；（2）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；（3）海管焊接實(shí)時(shí)控制類專家系統(tǒng)框架模型；（4）在國(guó)內(nèi)外重要期刊雜志上發(fā)表學(xué)術(shù)論文6 篇以上；（5）在課題

46、研究期間培養(yǎng)相關(guān)方向的博士研究生1-2名，碩士研究生2-3；（6）申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)（7）發(fā)揮首都科技在國(guó)家重大能源項(xiàng)目中的作用，提升首都原創(chuàng)科技的社會(huì)地位。四、研究基礎(chǔ)1申請(qǐng)人及項(xiàng)目組主要成員與本項(xiàng)目有關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績(jī)（包括成果名稱、完成時(shí)間和獲獎(jiǎng)情況）。為了適應(yīng)我國(guó)飛速發(fā)展的海洋工程，以及艦船、核電等其他與水下工程密切相關(guān)的行業(yè)，對(duì)于發(fā)展先進(jìn)水下連接技術(shù)的迫切需要，申請(qǐng)單位在國(guó)家863、國(guó)防科工委等的資助下，對(duì)水下干式高壓焊接、水下局部干式焊接、深水結(jié)構(gòu)摩擦疊焊等一系列領(lǐng)域開展了卓有成效的研究，形成了一批具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備與工藝，不僅迅速縮短了我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)

47、水平之間的差距，而且是本項(xiàng)目厚實(shí)的研究工作積累。水下干式高壓焊接國(guó)家十五863計(jì)劃重大項(xiàng)目“水下干式管道維修系統(tǒng)”子課題“水下干式高壓焊接”經(jīng)過四年多的研究，順利完成了預(yù)定研究?jī)?nèi)容，并研制出適用的試驗(yàn)樣機(jī)、獲得了可靠的焊接工藝，并于2006年11月順利完成了海試工作。達(dá)到了預(yù)定的考核指標(biāo)，形成了3項(xiàng)主要研究成果。（1）高壓焊接試驗(yàn)裝置建造成功國(guó)內(nèi)第一套高壓焊接試驗(yàn)裝置，該裝置能夠提供相當(dāng)于60米水深的高壓干式環(huán)境，通過更換工裝，既可以用于平板焊接，也可以用于624管道焊接，該裝置全液壓驅(qū)動(dòng)、電控操作，配備了安全連鎖裝置。 高壓焊接試驗(yàn)裝置 管道全位置鎢極氬弧自動(dòng)焊接試驗(yàn)樣機(jī)（2）用于高壓環(huán)境的

48、管道全位置鎢極氬弧自動(dòng)焊接試驗(yàn)樣機(jī)研制了國(guó)內(nèi)第一套應(yīng)用于高壓環(huán)境的管道全位置鎢極氬弧自動(dòng)焊接試驗(yàn)樣機(jī)，該試驗(yàn)樣機(jī)采用弧壓反饋、結(jié)合焊縫攝像，解決了管道坡口組對(duì)偏差，解決了信號(hào)遙控問題，使得焊工能夠在船上以通過監(jiān)視器觀察、操作手控盒的方式對(duì)控制水下干式艙內(nèi)管道的自動(dòng)焊接，采用接觸引弧、DC24V電壓驅(qū)動(dòng)，保證了作業(yè)安全。該試驗(yàn)樣機(jī)具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。（3）高壓環(huán)境管道全位置自動(dòng)焊接工藝獲得了4套高壓環(huán)境管道全位置自動(dòng)焊接工藝，該工藝創(chuàng)造性地采用空氣作為艙內(nèi)加壓氣體，在保證焊接質(zhì)量的前提之下，顯著節(jié)約了潛水作業(yè)成本，以弧長(zhǎng)作為主要焊接參數(shù)之一方便焊工操作，各層

49、焊接工藝數(shù)據(jù)的合理組合保證了焊縫質(zhì)量。該工藝具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，符合我國(guó)絕大部分海底管道水深需要、適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段潛水技術(shù)的實(shí)際能力。 水下干式艙下潛 潛水員安裝焊接機(jī)頭水下局部干式焊接“核電廠檢修水下焊接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與原理樣機(jī)”是國(guó)防科工委重大課題“堆內(nèi)構(gòu)件在役維修技術(shù)研究”的子課題，其工程依托是我國(guó)承擔(dān)的第一個(gè)國(guó)外核電建設(shè)項(xiàng)目巴基斯坦巴斯恰瑪核電站。“核電廠檢修水下焊接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與原理樣機(jī)”研發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和原理樣機(jī)主要用于核電廠水下焊接實(shí)驗(yàn)，由水下焊接試驗(yàn)艙、焊接電源、自動(dòng)焊接平臺(tái)、排水罩、空氣壓縮機(jī)、供氣系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的焊接方法是“水下小型局部排水

50、罩式GMAW全自動(dòng)焊”，實(shí)驗(yàn)最大模擬水深12m，擬進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃為：2個(gè)水深級(jí)別，即5m、12m；2種鋼板，即不銹鋼、鎳基合金；鋼板厚度為10mm；最大實(shí)際焊縫長(zhǎng)度為500mm。原理樣機(jī)是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)自動(dòng)焊接平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)焊接所需要的三維運(yùn)動(dòng)。截至目前，已經(jīng)獲得了以下階段性成果，即：水下局部干式焊接試驗(yàn)裝置、局部干式排水罩及利用該排水罩焊接成的焊縫。 水下局部干式焊接試驗(yàn)裝置 水下焊縫深水結(jié)構(gòu)摩擦疊焊深水連接是我國(guó)海洋石油“十一五”走向深水不可或缺的海洋油氣開發(fā)安全保障技術(shù)之一。摩擦疊焊(Friction Stitch welding，F(xiàn)SW)是摩擦焊接的一個(gè)分支，是21世紀(jì)最為具備水下尤其是深水

51、應(yīng)用前景的連接技術(shù)之一。摩擦疊焊與高壓焊接等傳統(tǒng)的水下焊接方法相比的突出優(yōu)點(diǎn)是：焊接參數(shù)不受水深影響，不需要根據(jù)水深重新評(píng)定焊接參數(shù)，淺水參數(shù)可以直接用于深水；可以與ROV配套、實(shí)現(xiàn)全套作業(yè)完全自動(dòng)化。設(shè)計(jì)建造了水下摩擦疊焊實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了式/濕式單元成型實(shí)驗(yàn)。 水下摩擦疊焊實(shí)驗(yàn)裝置罩 單元成型試件2已具備的實(shí)驗(yàn)條件（需要進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)者，應(yīng)注明動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室級(jí)別）。尚缺乏的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑。德國(guó)費(fèi)斯托FMS50柔性生產(chǎn)線 德國(guó)費(fèi)斯托過程控制系統(tǒng)FMS50柔性生產(chǎn)線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室已建立的基于CANopen的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于CANopen 的三單元伺服驅(qū)動(dòng)器CANopen 運(yùn)動(dòng)控制模塊 實(shí)

52、驗(yàn)室已建立的基于CANopen 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) Kemppi數(shù)字控制脈沖MIG焊接電源及測(cè)試儀器美國(guó)Ocean optics Ltd.光譜儀，用于電弧溫度場(chǎng)測(cè)量；DL-700C紅外熱像儀；加拿大國(guó)家圖象實(shí)驗(yàn)室工業(yè)公司高速攝像機(jī)CPL-MS10K CCD。 Kemppi數(shù)字控制脈沖MIG焊接電源 Ocean optics Ltd.光譜儀 DL-700C紅外熱像儀 CPL-MS10K CCD高速攝像機(jī)高壓焊接試驗(yàn)裝置軟件Marc、Solid Edge、VisualNastron 4D、UniGraphics、LabVIEW、LabWindows、Matlab、Fluent6.1.22缺少的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑數(shù)據(jù)采集分析軟件擬自行研制焊接試件檢驗(yàn)、探傷與分析擬委托完成仿真系統(tǒng)開發(fā)購(gòu)買并自行研制焊接機(jī)器人過程參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)購(gòu)買并建立焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)兩套3申請(qǐng)人和項(xiàng)目組主要成員的學(xué)歷和研究工作簡(jiǎn)歷，近期已發(fā)表與本項(xiàng)目有關(guān)的主要論著目錄，獲得學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)情況及在本項(xiàng)目中承擔(dān)的任務(wù)。具備碩士以上學(xué)歷的申請(qǐng)者還應(yīng)注明學(xué)位論文名稱、導(dǎo)師姓名與工作單位。項(xiàng)目申請(qǐng)人： 學(xué)歷和研究工作簡(jiǎn)歷近期發(fā)表的與本項(xiàng)目有關(guān)的主要論