焊接標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化

焦琳，儲繼君，齊萬利

(1.中國合格評定國家認可中心，北京 100062；2.中國機械總院集團哈爾濱焊接研究所有限公司，哈爾濱 150028)

0 前言

當(dāng)前，中國正處于制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與高質(zhì)量發(fā)展的新時期，焊接是金屬材料加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，在深入推進信息技術(shù)與制造業(yè)的融合、向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，通過數(shù)字化技術(shù)加快和加強對傳統(tǒng)焊接所依靠的“經(jīng)驗信息”及其不確定性機理的解構(gòu)和深度分析，大力推動焊接行業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的科學(xué)性、規(guī)范性與統(tǒng)一性，具有十分重要的意義。

多年來，雖然以行業(yè)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化組織架構(gòu)在指導(dǎo)行業(yè)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量的規(guī)范化、通用性、基礎(chǔ)性等方面已取得了較大的成效，但在面對跨國家、跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨部門、跨技術(shù)、跨領(lǐng)域融合和創(chuàng)新時，在技術(shù)快速發(fā)展、行業(yè)高度細分、企業(yè)競爭激烈的時代背景下，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)形式已不能滿足數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展需要。比如，標(biāo)準(zhǔn)以非結(jié)構(gòu)化的文檔格式編寫，其編寫復(fù)雜、標(biāo)引和檢索困難；在結(jié)構(gòu)與內(nèi)容等方面存在斷點多，局部、離散、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系的缺失等問題；在實施中主要依賴于操作人員的閱讀、理解與實施的能力；標(biāo)準(zhǔn)缺乏動態(tài)關(guān)聯(lián)的更新，標(biāo)準(zhǔn)變化了，但引用它的文件卻難以同步，造成企業(yè)內(nèi)部和供應(yīng)鏈的標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件不一致，等等[1-3]。

2019 年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization,ISO）就提出了“SMART”標(biāo)準(zhǔn)的新概念[2,4]。同時，ISO-IEC 面向標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用端，圍繞標(biāo)準(zhǔn)機器可讀提出了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化能力5 級模型，即：0 級為傳統(tǒng)文本格式，1 級為開放數(shù)字化格式，2 級為機器可讀文件，3 級為機器可理解內(nèi)容，4 級為機器可交互內(nèi)容。其中，機器對標(biāo)準(zhǔn)的可讀與理解是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的核心內(nèi)容和關(guān)鍵難點，包括數(shù)學(xué)模型的變量計算、基于數(shù)據(jù)的邏輯推理、大概率事件的預(yù)測；“機器-標(biāo)準(zhǔn)-數(shù)據(jù)”之間的互操作；不同標(biāo)準(zhǔn)/數(shù)據(jù)之間內(nèi)容的自動關(guān)聯(lián)與融合等。

在《國家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》的文件中，對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化工作給出了明確的方向：推動標(biāo)準(zhǔn)化工作向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型。在《“十四五”推動高質(zhì)量發(fā)展的國家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)規(guī)劃》提出深入推進國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化，探索增加機器可讀標(biāo)準(zhǔn)、開源標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)等新型國家標(biāo)準(zhǔn)供給形式，推動包括制造業(yè)在內(nèi)的各行業(yè)中，由龍頭企業(yè)和行業(yè)組織根據(jù)行業(yè)自身特點，開展標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化工作的探索與實施。這項工作不僅關(guān)系到行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的能力和效果，也決定了數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的動力和潛力，更決定了未來參與國際合作與競爭的實力、融入國際貿(mào)易體系以及引領(lǐng)國際發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)力[4]。

文中以正在制定和完善中的《焊機材料質(zhì)量評價通則》認可認證標(biāo)準(zhǔn)為契機[5]，通過對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的核心要素及其內(nèi)涵的分析與認識，結(jié)合目前焊材認證標(biāo)準(zhǔn)制定中的技術(shù)思路與特點，對焊接標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的發(fā)展作一討論和展望。

1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的現(xiàn)狀與發(fā)展

從標(biāo)準(zhǔn)化原理上看，制定標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)代工業(yè)社會一種有序化的工作，而標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的實質(zhì)是利用數(shù)字技術(shù)促進標(biāo)準(zhǔn)更有效的實施。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實質(zhì)是利用數(shù)字技術(shù)建立和強化“秩序”的過程[5]，是數(shù)字化社會建設(shè)的一個重要內(nèi)容。因此，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的目標(biāo)就是利用數(shù)字技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)本身及生命周期全過程賦能，使標(biāo)準(zhǔn)承載的規(guī)則及其技術(shù)信息能夠通過數(shù)字設(shè)備進行讀取、傳輸與使用。

中國標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)存形式是由傳統(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和開放數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)組成，以文本或電子版PDF 格式發(fā)布（即在“SMART”標(biāo)準(zhǔn)的0～1 級之間），未開展數(shù)據(jù)屬性、形態(tài)、統(tǒng)計方法等規(guī)范化的研究，尚未形成焊接標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫及其資源的開通共享，對不同標(biāo)準(zhǔn)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系、引用關(guān)系、參考關(guān)系等信息維度的表達仍是模糊的，對用戶在標(biāo)準(zhǔn)使用中知識化、價值化、風(fēng)險預(yù)測以及可操作性等指導(dǎo)不力，長期以來影響并制約了焊接生產(chǎn)企業(yè)、焊接產(chǎn)品研發(fā)與管理部門、焊接及相關(guān)的工程技術(shù)人員在標(biāo)準(zhǔn)傳遞與實施中的效果與效率，在相當(dāng)大的程度上阻礙了焊接企業(yè)與焊接產(chǎn)品走向國際市場。

焊接標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化通過數(shù)字化技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)進行關(guān)系推理與關(guān)聯(lián)內(nèi)容的鏈接，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)類別（國標(biāo)、行標(biāo)、團標(biāo)、企標(biāo)等）、分支標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域（如焊材制造、焊接接頭檢驗、人員資質(zhì)、環(huán)境與安全等）、引用文件等相關(guān)性、系統(tǒng)性等深層次解讀與分析，提供各類標(biāo)準(zhǔn)之間數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并進一步在各類焊接裝備（如計算機、高端焊接機器人、自動化焊接專機、焊接過程檢測分析平臺等）在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下自行完善焊接的工藝規(guī)范。應(yīng)對新時期包括焊接在內(nèi)的制造業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展過程中提出的穩(wěn)定性、可靠性、精細化，高精度、高效率，多品種、小批量、定制化等方面的新需求，

通過大數(shù)據(jù)與相關(guān)資源建立的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使制造企業(yè)與各部門技術(shù)人員在思維方式、行為方式、決策方式等方面都不再局限于傳統(tǒng)的低維度“因果邏輯”分析。而是以機器作為標(biāo)準(zhǔn)的直接使用對象，不斷加強對機器解析與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的技術(shù)支撐，建立“標(biāo)準(zhǔn)即數(shù)據(jù)”、“標(biāo)準(zhǔn)即軟件”、“標(biāo)準(zhǔn)即服務(wù)”等新型標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模式。

2 在焊接認可認證標(biāo)準(zhǔn)制定中的數(shù)字化工作

在該次焊接認可認證標(biāo)準(zhǔn)的起草與制定工作中，重點表現(xiàn)在“焊材質(zhì)量評價通則”的科學(xué)性、前瞻性和可行性方面。在制定與完善中已取得了以下進展。

（1）關(guān)注當(dāng)前國內(nèi)外的行業(yè)發(fā)展趨勢，開展標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化典型場景與應(yīng)用實例的研討。根據(jù)焊接材料產(chǎn)品種類、特殊技術(shù)要求、綠色屬性、應(yīng)用領(lǐng)域要求等提出與制定質(zhì)量評價實施細則，對評價項目采取評分或符合性判定方式，充分發(fā)揮數(shù)字化轉(zhuǎn)型的思維，做到有的放矢和有效引導(dǎo)。具體提出了對絞股焊絲、鋁合金實心焊絲、碳鋼、低合金鋼無鍍銅焊絲、綠色不銹鋼藥芯焊絲、核電用鎳合金焊條、無鉛釬料等高端、優(yōu)質(zhì)、高效、綠色焊接材料等產(chǎn)品的質(zhì)量評價方案[5]。例如，對于碳鋼、低合金鋼焊絲，除了耐候鋼焊絲之外，對Cu 元素的含量限制在0.20%以內(nèi)；在鋁合金焊絲的等級評價數(shù)據(jù)信息中，給出了鋁合金原材料“液態(tài)氫”含量的定量指標(biāo)及相關(guān)的等級劃分，為鋁合金焊絲原材料的供貨方和使用方的質(zhì)量調(diào)控提供了重要技術(shù)評價依據(jù)。在不銹鋼藥芯焊絲焊接煙塵成分的綠色化指標(biāo)中，對Cr3+，Cr6+，Ni，Mn，F(xiàn)e，F(xiàn)等有害物質(zhì)濃度均做了限定；對帶狀、絲狀、粉狀、藥芯等無鉛釬料及其試驗方法、結(jié)果評價等均提供了詳細的數(shù)據(jù)信息。

（2）隨著ISO 3 834-2: 2021[6]的出版與實施，進一步提出了加強對焊接產(chǎn)品質(zhì)量、焊接性能、焊接生產(chǎn)環(huán)境與操作安全等方面的力度；加強焊接工藝、過程管理中對焊接質(zhì)量的監(jiān)控；加強與焊接應(yīng)用領(lǐng)域及其專業(yè)化需求的聯(lián)系等要求。這將推動中國現(xiàn)行焊接標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的更新與補缺，消除現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中指標(biāo)的陳舊、重復(fù)或不一致等問題；同時也將促進中國在焊接新標(biāo)準(zhǔn)的制定中，加快采用大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型的精準(zhǔn)評價，盡快形成對焊材質(zhì)量與其工藝性能、焊接效果的全要素數(shù)字監(jiān)管以及對焊材產(chǎn)品在不同工況下質(zhì)量穩(wěn)定性的完整認識。

（3）在該次對“焊材質(zhì)量評價通則”的細則制定與完善中，根據(jù)具體的焊接產(chǎn)品屬性及相關(guān)參數(shù)信息建立數(shù)據(jù)及其特征量物理意義的定義，根據(jù)具體生產(chǎn)過程采集質(zhì)量控制數(shù)據(jù)等。具體行業(yè)應(yīng)用實踐為推進焊接標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化提供素材和案例。使標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化工作從“文本表達”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)據(jù)信息表達”為主的技術(shù)拐點，但從“不可能”到“有可能”、“能可行”還存在諸多技術(shù)瓶頸。例如，對標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)內(nèi)容和范圍相對較小，服務(wù)方式也相對單一；相關(guān)行業(yè)之間缺少數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重；在關(guān)鍵詞檢索、指標(biāo)/參數(shù)比對、相似/同類標(biāo)準(zhǔn)推薦、標(biāo)準(zhǔn)撰寫人員用詞的準(zhǔn)確性與科學(xué)性等諸多方面還有大量的工作要做。

3 結(jié)束語

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是標(biāo)準(zhǔn)化工作適應(yīng)全球數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前，作為中國傳統(tǒng)制造的焊接行業(yè)，應(yīng)努力在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化進程中實現(xiàn)與國際發(fā)展進程的并跑，大力推進行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用場景、管理服務(wù)運營理念與新一代數(shù)字技術(shù)的“融合與創(chuàng)新”，促進行業(yè)認證認可實驗室戰(zhàn)略、業(yè)務(wù)、研發(fā)、管理、服務(wù)、財務(wù)、供應(yīng)鏈等的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與升級，實現(xiàn)在實驗室人員、設(shè)施環(huán)境、儀器設(shè)備、計量溯源系統(tǒng)及外部支持服務(wù)等的數(shù)字化管理與運維，確保實驗室檢測或校準(zhǔn)結(jié)果的正確性和可靠性。在積極制定基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時，開展典型用例收集和試點驗證工作，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化技術(shù)體系，為中國發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和實踐的支撐?？梢灶A(yù)見，對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化方法與技術(shù)的深度討論將會持續(xù)的進行，隨著現(xiàn)代社會與工業(yè)化的發(fā)展進程，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化的路徑將日趨清晰可行，讓我們齊心協(xié)力，為加快實現(xiàn)焊接技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化做出中國焊接人應(yīng)有的貢獻。