鉄骨溶接エキスパートシステム（「条件だしの素」）㈱神戸製鋼所

難波勝

神鋼リサーチ㈱
1。

浜田

守田実

敏夫

はじめに世界の人口は爆発的に増えており、現在54億人から2050年には100億人を超えるだろうと「世界人口白書」から報告があったが、日本の出生率は、逆に減少傾向にあり、21世紀には労働人口も減少傾向に入ると予想されている。
こうした中で、建設業界は相変わらず好況を持続中であるが、溶接技術に関するスタッフ不足、熟練溶接士不足が深刻さを増している。

一方、ハイテク時代到来といわれるようにコンピュータの性能向上は目覚ましく、いままで大型コンピュータやワークステーションと呼ばれる高級コンピュータでしか動かせなかったエキスパートシステム等もパソコンで実用に耐えるシステムが出来るようになった。

神戸製鋼は、溶接材料、溶接電源、溶接ロボットと総合的な溶接技術をこれまで開発・商品化し顧客に提供してきたが、これらに加え経験的知識も含めた溶接ノウハウも市販用鉄骨溶接エキスパートシステムPとして商品化した。
以下に、今回商品化したエキスパートシステムについて紹介する。

2．

エキスパートシステムとは近年、AI（人工知脳

ArtiflcialIntelligence）とか、エキスパートシステムとか、ファジー制御という言葉が流行しているが、ここではエキスパートシステムの一般的概念について説明する。

エキスパートシステムとは、「問題領域のエキスパート（専門家）の知識を用いて推論を行い、十分に複雑な問題を専門家と同等のレベルで解決することのできる知的プログラム」と定義されている。2

一般に、専門技術者でない者が専門技術を習得してそれを利用できるようになるには多一69一

くの時間と習得努力が必要となる。

エキスパートシステムで重要なのは、①専門家の知識をいかにコンピュータの中にとり込むか、②推論をいかにして行うかの2点に集約される。

（推論とは、コンピュータ内にとり込まれた知識を適用してある結論を導きだすこと）

エキスパートシステムを利用することによって、あるレベル以上の専門家の技術を即座に容易に獲得することが可能となり、そのことがエキスパートシステムの最大の特長である。

3．鉄骨溶接エキスパートシステム

エキスパートシステムとして鉄骨溶接をその対象として選定した理由は、次のとうりである。

①鉄骨業界では、全施工に占める溶接施工の割合が非常に高く、かっ現在の溶接技術者不足といった問題点をかかえ、②鉄骨溶接は、鋼種、開先タイプの種類もそれ程多くなく、③神戸製鋼の溶接施工に関する保有技術とノウハウが十分に活用できるという面から、今回神戸製鋼は神鋼リサーチ㈱との共同で、鉄骨溶接エキスパートシステム（愛称r条件だしの素」）を商品化した。

3．1

r条件だしの素」の構成

r条件だしの素」の構成を図一1に示す。

使用機種；

P

C−9801シリーズ

640K
使用言語；

B

C＋＋、C

「条件だしの素」は、推奨方案データベース、知識べ一ス、処理部（推論エンジン）から構成されている。推奨方案データベースには神戸製鋼が作成した溶接施工方案が、知識ベースには推論に必要なルール化した知識が蓄えられており、処理部においてそれらのデータを用いて検索および推論を行う。

r条件だしの素」のデータ構造の一部を図一2に示す。
3．2

r条件だしの素」で使われている知識「条件だしの素」では、溶接施工上必要と思われる以下のような知識を知識べ一スに保存している。
一70一

①溶接欠陥を生じさせないように溶接金属の巾と高さの関係を適正に保っ。
②溶接姿勢や溶接材料のサイズ毎に適正な入熱範囲を設ける。
③溶接材料毎に使用可能電流範囲を設ける。

④溶接材料毎に電流に応じた適正な電圧を設ける。

⑤溶接姿勢や溶接材料のサイズ毎に適正な溶接速度を設ける。
⑥開先巾が広くなった場合の振分け積層条件を設ける。

⑦開先巾が広くなった場合のウィービングの使用条件を設ける。

⑧良好な溶接金属の外観形状を得るために最終層の溶接では適正な開先残し高さを確保する。

⑨開先形状毎に適正な余盛率を設ける。

⑩溶接入熱は、パス毎に凹凸にならないように配慮する。

⑪水平スミ肉溶接では、脚長により適正な層数と手順を設ける。

⑫施工時に必要なワイヤ狙い位置、トーチ角度、ワイヤ突出し長さを設ける。
⑬各溶接材料サイズ毎の溶接電流と溶着速度、溶着効率の関係を設ける。

4．「条件だしの素」の機能と操作手順

操作は、全てポップ・アップメニュー（その都度入力項目が表示される）が出て、カーソルキー（矢印キー）で選択するようになっており、キーボードに慣れない人にも親しみ易く設計されている。以下、代表的な画面を用いて機能を紹介する。

①部材の選択（図一3

画面1）

ここでは、部材、継手、鋼種、板厚（スミ肉溶接の場合は、脚長）を選択する。

②溶接法の選択（図一4

画面2）

すると、その条件に適する開先、溶接法、姿勢の組合わせが候補として表示される。そこで、更に保有設備、組み立て工法等を考慮していずれか一っの溶接法を選択する。

③溶材の選択（図一5

画面3）

次に、選択された開先、溶接法、姿勢の組み合わせに対し使用できる溶接材料名およびサイズが候補として表示される。

そこで、溶接材料の特長を加味していずれか一っの溶接材料を選択する。以上で、選択条件の入力は終わる。

一71一

④推奨溶接方案の出力（図一6

画面4）選択条件の入力を終えると、入力条件を満足する推奨溶接方案が表示される。

推奨溶接方案には、入力条件の他に

1）使用ガスの種類および流量
2）予熱温度、パス間温度

3）層、パス毎の電流、電圧、速度4）開先条件5）累層要領図の内容が含まれている。

⑤推論（図一7画面5）

推奨溶接方案において、標準的な開先形状に対応した溶接方案が得られる。しかし、実際の施工では必ずしも標準的な条件ばかりが採用されているわけではないので、ある範囲内で溶接電流、ギャップ、開先角度、ルート高さが変更された場合の溶接方案を推論機能を利用して出力することが出来る。内容は、推奨溶接方案と同じである。

⑥注意事項の表示（図一8画面6）

推奨溶接方案、推論溶接方案には、先に述べたように電流、電圧、速度等の施工条件が示されるが、電極の狙い位置、電極の傾斜角度なども健全な溶接を行ううえで重要である。

これら、主に経験的に得られた施工条件は注意事項として各施工条件毎に設定してあり、表示することができる。

⑦溶接作業費用の見積り（図一9画面7）r条件だしの素」では、所望の溶接長と個数をインプットすることにより、種々の溶接方法、姿勢、銘柄、サイズでの溶接施工についてのコストシミュレーションを行い、最も経済的な施工法を見っけることができる。計算できる項目は、以下のとおり。

1）アークタイム（分）2）作業時間（分）3）ワイヤ使用量（kg）

4）ガス使用量（超）一72一5）フラックス使用量（kg）

6）すみ肉6mm脚長換算溶接長（m）
7）ワイヤ費用（円）8）ガス費用（円）9）フラックス費用（円）10）材料費計（円）11）人件費（円）12）費用合計（円）

なお、材料費の計算には材料単価が、人件費を計算するにはアーク発生率（作業時間内のアークが発生している割合）および人件費単価（マンチャージ）が必要であるが、これらは予め設定してある単価データを用いる。また、それらのデータを変更して再計算することもできる。

⑧印刷機能

パソコンにプリンターを接続しておけば、溶接方案（画面4）と注意事項（画面6）を合わせた施工方案と、作業費用見積（画面7）の印刷ができ、そのまま作業指図書、コスト試算書ξして利用することもできる。

5．r条件だしの素」の対象部材と収録データ「条件だしの素」のデータ構成は、先の図一2に示すように、部材（十字柱、ボックス柱、コラム柱、梁、建て方）と、溶接方法（マグ溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接）に分類される。部材は継手（突合せ、角、T）、開先形状、溶接姿勢に、溶接方法は溶接材料・銘柄、サイズ＼電極数（サブマージアーク溶接の場合）など詳細な分類からなりたっている。これに、板厚およびすみ肉の脚長を組み合わせると、表一1に示すような適用範囲となり、鉄骨溶接全般を網羅しており推奨溶接方案データベースに収録されたデータだけで、約3000種類となる。これに、開先角度、開先ギャップ、ルート高さ、電流などの変更可能因子を組み合わせた推論条件を加えると、そのアウトプット数は、非常に多くのバリエーションとなる。図一10は、「条件だしの素」の適用継手・開先形状の例として、コラム柱と建て方について示したものである。

6．「条件だしの素」の利用と効果
一73一

エキスパートシステム利用の効果としては、大きく分けて3っある。すなわち、①専門技術者でない者にとっては、システムの利用により、あるレベル以上の技術を即座に獲得することができること、②専門技術者にとっては、本人の持つ理論、経験、勘、ノウハウを第3者のそれと比較検討でき、自分がいろいろな観点から最善の判断を下しているか否かの技術的検証を行うことができること、③より大きく考えれば、その分野における、高い技術レベルでの標準化および技術の伝承の手段として大いに有効であること、があげられる。

「条件だしの素」の利用を具体的に考えた場合、誰が使うかによって、色々な使い方がある。製作現場からすれば、直接溶接施工条件の確立や溶接作業時間やコスト算出の手助け、教育用教材としての利用があげられる。更に溶接現場に直接関係しない工程・見積担当者などからすれば、コスト積算や工程の予測、設計者にすれば、溶接設計の検証やコスト試算などに用いることができる。また、溶接材料を扱う流通網・販売店からすれば、ユーザヘの技術サービス用や、場合により、ユーザでの溶材使用量の予測などに、学校や技術訓練所では、溶接施工や溶接積算用の教材としても役立っものである。

了，おわりに以上、鉄骨溶接の知恵とノウパウのかたまりともいうべぎ7鉄骨エキスパートシステム「条件だしの素」にっいて紹介した。本システムが、ロボットなどハード面からの自動化・省人化技術と共に、施工ソフト面からの支援技術として、よりよい鉄骨溶接の施工、品質の確保、生産性の向上に貢献し、業界に広く浸透していくことを期待している。

また、本システムが、鉄骨業界のみならず他の業界をも対象とできるような、より広範囲な溶接施工を取り扱う、より高性能なエキスパートシステムの開発・実用化への第1歩としての役割を果たしていくことを期待して止まない。
参考文献

1）細井、浜田、鉄骨エキスパートシステム、溶接技術1990．9．VOL382）上野晴樹著「知識工学入門」

一74一

鉄骨溶接エキスパートシステム

図一1

システムの構成

フラッ似入りワイヤ

溶接方法
接 材 料

GMAW

ソリッドワイヤ

溶

シングル

SAW
ES

鉄骨の溶接

タン私
突合せ継手
丁継手

継手部

十字柱
ボックス柱
コラム柱

材梁

角継手

1形
開先

建て方

姿勢

V形
レ形
Y形
K形
下向水平すみ肉

横向立向
図一2

鉄骨溶接エキスパートシステムのデータベース構造一75一

1溶接方法の選択i
適用条件該：2『部材の選択1
部材の選択＝十字柱（梁貫遜）

番号

工程の選択：

1レ形

CO2−SOL［D2レ形

CO2−FCW

1工程の選択1
フランジ，ウエブの板継ぎ継手の選択＝

開亮

溶接方法

溶接姿勢
下向
下向

T l組立（フランジ×ウエブ）
十字組立（ウエブ×ウエブ）
コア組立
仕口部

鋼錘の選択＝
板厚，脚長：

H＝選択

図一3

リクーン：決定

図一4 溶接法の選択（画面2）

部材の選択（画面1）

准奨方累

登録番号＝田条件だしの素鞠r2．O
コメント＝

1溶材の遡択1
適用溶材件数 ；當号溶

蚕厚二25㎜
溶材銘柄l

銘

材

サイズ

厨備

2闘X・iOO

3 μX−iOOS
4 蝋噸ioos
5 闘X−55
6 員X−55

メL4φ
L2φ

決定条件系1低ス｛7タ，アーフト．外観良好

鍼系；砥ス制，アー升，外観良好

ガス流且＝25恥梼／分

ガス種別：CO2

パス閏温展1250。C以下

子熱，漫度：室温

累層条件層l

餓系；大溶着，連続多層熔按可鈷系：大治着，連続多層溶接可i．4φ

方法ICO2−FCW
サイズ：1，4φ

考

飾系；高溶着速度，スラダ少ない
昂系；高溶着速度，スラグ少ない

1．2φ
1．4φ
1．2φ

闘X400

関先＝レ形
姿勢：下向

銅種＝軟鋼．50KGハイル

輝長：MX−ioos

ギャッブ幅：

1

指定条件
工程＝仕ロ部

祁材1十芋注（梁貫廼）
魅手l T羅手23455パスl23456累箔要領図

電流伍1電圧（Vl速度（cpロ1323333333333350
350
350350350350

25222019

江35：⊇ン5．⊃272527？卜・一一＝備考切り換え

目：選択PFI：メニュー

リクーン＝決定

図一6 推奨溶接方案（画面4）

図一5 溶材の選択（画面3）

1推言剣
以下の値を変更することができます。
電流値（A）

最適値

300〜400

ギャッブ

5〜107㎜

ルート高さ

0㌍

22皿m、表側角度（。》30〜。．45』35−・9↑↓＝項目移動←→＝数値変更

PFl2

メニニー

図一7 推論（画面5）一76一

J¥ S' Irt'll' ;T I

L

1:{ Lt l,i'l" Jdr '"' ;i :lJI: ]IJ;

30h
E:･US‑36/NIF‑53. l

250 'C･ ･ ; r*1' Y 5i Li 4 x : 4.0c, i 4 : 3,2c

US‑36/MF‑53･ : t it?i: L: l(L: 25 ‑ 30 mm T 30 ‑ 35 mm

L+ t : dl*]mrn(L) d2=3mm(T)E : :Il‑ 8[ft i ;l4e) O ;

, ,S

$ i

tT1= e‑ ･ (i t4,S itt/V.

x 1 61 i )OO *MX‑ OOS

I ;(l,7‑; ; i L(, )n B F 1(5 )(Ks]
7 4 t : li
(XI)
/f;
F]a
7 5 . p ; {; !,t (Xi)S ]6a1 ,,: (* )(Fl)･ 4 t ; 1(Fi)//; l ;(F9)
7 5 ･ c ; ;8

* *4 :t
Af! Rlsf

L *( i I i 6 )cIG7. 30

S57 S522 ag. 1312? 218, dTO

83e(R)

9. 301(f)27 883(F]]

37, 18a

PF : /;.

]‑ 9( l i i 7 )‑ 77 ‑

3S'L/L̲L:1;(LTf/( :, ･X5f4t75L)*lt,̲ (:7･X Sft7k)

33.

r

Tt tr iL̲/ '(tLJ*?J T

2'3 fiCI L/r'/
7 LL1"I35‑ d: Lls ]@::7 5 L (S : )fixfix(j)<･ ‑" X i'.^<,/**tSF t‑T'V

T tf V , r

1' l;t (f:35' (L:)lT‑J*,'*‑ tF‑

f r ] ;tt

721(J3S'

7tE C jj]lo r."<fl*/' L ))J (,),f* ln‑ 78 ‑I,Fl;tiF.ij.j lJr'=' /,.] l妻1「条f牛たしの素」の適用継手とi容書妾方法
部

桝工

溶

凝手及び開先形状

程溶

接姿

勢CO2

③⑪
⑤②⑤②
⑤⑤
⑤②
⑤②

接方

法

SAW

引甚フランジ、ウェプの板継ぎ

突台せ縫手ン形．K形開先下02柱、Tl線立（7ランジxウェプ）

τ継手すみ肉、K形開先

下向すみ肉

水平すみ肉

丁継手すみ肉、K形開先

下向すみ肉

水平すみ肉

04コア組立丁纏手すみ肉、K形開先

下向すみ肉

水平すみ肉

05仕o都

丁継手レ形開先下向Ol柱グィヤフラム〔COρ

丁継手レ形開先

横向02柱グイヤフラム1エレスラ1

丁継手1形メクラ立

向03桂角継手ICO2＋SAW〉完全藩込み

角継手レ形、V形開先下向Bポリクス桟

0ぐ柱角継手〔一層盛り1完全溶込み角継手レ形、V形開先下向㊦（柱質通｝

05柱角継手ICO2＋SAW｝部分溶込み

角継手レ形、V形開先下向①06柱角継手（一層盛り）部分溶込み

角継手レ形、V形開先下向①07突出し梁粗立て

丁継手すみ鳴、K形開先

下向すみ肉

08仕ロ部

丁継手レ形開先横向OIコ7組立て〔グイヤフラムx短管1丁継手レ形開先

下向丁継手すみ肉

水平すみ肉

03仕口部（コアx突出し梁）突台せ継手レ形開先下

向04大組立〔コラムxグィヤフラム）

丁継手レ形開先下向⑤⑪③⑦⑤㊦③⑤⑤㊦⑤⑪

01仕D部

丁継手レ形開先横向③㊦Ol丁継手す＆肉．K形閣先

下向すみ肉

A十字柱 03柱十字組立1ウェブxウェブ1
醍質通1

工場
溶接

Cコラム柱 02突出し梁組立て
1梁貫通）

D十字柱
Eコラム柱FH
柱1る柱質通1G梁

現地癖接

H建て方

TI組立〔フランジxウェプ｝

01梁x梁

突合せ継手レ形開先下向02柱×梁丁継手レ形開先下向03柱×桂突台せ継手レ形開先

横向1庄1・○印が透用溶擾方法・CO」は炭酸ガス丁一ク溶接

9はソリ

向ドワイヤ

負はフラ・ノ7ス入りワイヤ

溶接婆勢で

1付は柱を立てた場合

Sべ、Vはサーブマージアー7溶ヂ毒（下向）⑪は2電極法一79一（mml
レ耽6〜191，K形22、36t⑤①⑤⑰

厭1舞9、36【｝16一轍○⑪

水平すみ肉（下向）水平すみ肉聾

⑤⑤③㊦⑤㊦⑤⑦ESlまエレクトロスラグ藩接消縫ノズル式、⑤！ま単電極法

板厚1星収は脚長1のES①レ形＝19、36t
V形＝40、50【丁形6−13【、K形！9、2a12、36t

9、36t

4、99、36t
9、36t

9〜36ヒ⑤㊦丁形−5、131．K形19．2翫｝912、50τ