（机械设计及理论专业论文）智能化焊接工艺集成系统.pdf

摘要 摘要 焊接工艺在锅炉生产制造过程中占有十分重要的地位。实践证明，焊接工 艺的质量对压力容器的安全性起着决定作用。本文针对实际课题：北京巴威公 司焊接工艺集成系统，将专家系统理论、焊接工艺管理技术、图形处理与数据 库技术等集于一体。该系统以w i n d o w s 2 0 0 0 为操作系统、m s8 q ls e r v e r 2 0 0 0 为数据库平台、m s v b 为应用程序开发工具、a u t o c a d2 0 0 0 为图形平台，构造 了基于用户界面的“智能化焊接工艺集成系统”( i n t e l l i g e n tw e l d i n gp r o c e s s i n t e g r a t i o ns y s t e m ，i w p i s ) 。 i w p i s 的设计要求是：实用性、先进性、安全性、高效性和易维护性。设 计过程中结合巴威公司焊接部门的工作特点，采用c s ( c l i e n t s e r v e r ) 体系结 构，充分发挥公司内部的计算机和网络资源优势，实现了企业信息化的初步改 造。i w p i s 可以使工艺人员通过局域网进行焊接工艺报告的制定、提交报批、 审核、资源信息的查询等操作。i w p i s 在焊接工艺的制定过程中，采用了专家 系统技术，有效地实现了焊接工艺设计中的标准化和规范化，以及焊接规范的 参数设计和焊接工艺卡生成过程中的信息提取及图形处理问题。该系统有效地 减轻了工艺人员的工作强度，缩短了工艺设计的周期，提高- f z 艺设计的质量 和效率。 本文详细论述了i w p l s 的系统组成、设计原理以及具体实现技术。该系统 对于实现计算机辅助工艺设计的智能化具有较高的理论意义和实际应用价值。 关键词专家系统；焊接工艺申请；焊接工艺评定；焊接工艺规程：焊接工艺卡 片；数据库技术 北京工业大学硕士学位论文 a b s tr a c t w e l d i n gp r o c e s sp l a y sa r ti m p o r t a n tr o l e i nb o i l e rm a n u f a c t u r e i th a sb e e n v e r i f i e d t h a tt h eq u a l i t yo fw e l d i n gp r o c e s sd e t e r m i n e st h es a f e t y o fp r e s s u r e c o n t a i n e r s i nt h i s p a p e r , e x p e r ts y s t e mt h e o r y ，w e l d i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t t e c h n i q u e ，g r a p h i cd i s p o s a la n d d a t a b a s et e c h n i q u ea r ei n t e g r a t e dt o g e t h e ra n da p p l i e d t ot h ep r a c t i c a lp r o j e c t ，b e i j i n gb & ww e l d i n gp r o c e s si n t e g r a t i o ns y s t e m 。w i n d o w s 2 0 0 0 ，m ss q ls e r v e r2 0 0 0 ，m s v ba n da n t o c a d 2 0 0 0a r eu s e da so p e r a t i n gs y s t e m ， d a t a b a s ep l a t f o r m ，d e v e l o p i n gt o o la n dg r a p h i cp l a t f o r mr e s p e c t i v e l yi n t h i ss y s t e m ， a n dt h ei n t e l l i g e n tw e l d i n gp r o c e s si n t e g r a t i o ns y s t e m ( i w p i s ) i sc o n s t r u c t e db a s e d o nau s e r i n t e r f a c es y s t e m t h e d e s i g nr e q u e s t o fi w p i si n c l u d e s p r a c t i c a l i t y , a d v a n c e m e n t ，s a f e t y ， e f f i c i e n c y a n d e a s ym a i n t e n a n c e d u r i n g t h e d e v e l o p m e n to fi w p i s ，c s ( c l i e n t s e r v e r ) s y s t e ms t r u c t u r e i s e m p l o y e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fb & w c o m p a n y sw e l d i n gd e p a r t m e n t ，s ot h a tt h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kr e s o u r c ea d v a n t a g e o fb & wc o m p a n yi sf u l l yu t i l i z e d ，w h i c hr e a l i z e st h eb a s i cr e b u i l d i n go fe n t e r p r i s e i n f o r m i z a t i o n i w p i sc a nh e l pt h et e c h n o l o g i s t se s t a b l i s ha n de x a m i n er e p o r t ，i n q u i r e i n f o r m a t i o na n ds oo nt h r o u g ht h el o c a la f e an e t w o r k d u r i n gt h ee s t a b l i s h m e n to f p r o c e s sp r o c e d u r ei ni w p i s ，t h ea p p l i c a t i o no fe x p e r ts y s t e mt e c h n i q u er e a l i z e st h e s t a n d a r d i z a t i o no fw e l d i n gp r o c e s sp l a n n i n g a l s o ，p a r a m e t e r i z e dd e s i g no fw e l d i n g c r i t e r i o n ，i n f o r m a t i o ne x t r a c t i o na n dg r a p h i cd i s p o s a la r ea c h i e v e d d u r i n gt h e e s t a b l i s h m e n to fw e l d i n gp r o c e s sc a r d t h ew o r k l o a do fe n g i n e e r si s d e c r e a s e d e f f e c t i v e l y , t h ep r o c e s sd e s i g np e r i o ds h o r t e n e da n dt h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo f d e s i g ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y t h e s y s t e mc o m p o n e n t s ，d e s i g np r i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o n t e c h n i q u e a r e i n t r o d u c e di nd e t a i l si n t h i sp 印e r i w p i si so fg r e a ti m p o r t a n c en o to n l yi nt h e t h e o r e t i c a lf i e l db u ta l s oi nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h ei n t e l l i g e n c eo fc o m p u t e r a i d e dp r o c e s sd e s i g n k e yw o r d s e x p e r ts y s t e m ；w e l d i n gp r o c e s sa p p l i c a t i o n ；w e l d i n gp r o c e s s q u a l i f i c a t i o n ；w e l d i n gt e c h n o l o g yc a r d ；d a t a b a s et e c h n i q u e i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：望墨叠日期：巡! 堑 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：二缒导师签名：堡丝睨过：五 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1课题来源 本课题是北京巴威公司与我校合作项目“巴威公司管理信息化”的重要组 成部分，北京巴威公司是由美国巴布科克威尔科克斯公司和北京锅炉厂菸同投 资组建的中美合资企业，主要负责设计、生产各种电站锅炉和其它相关产品。 课题全称为“智能化焊接工艺集成系统”( i n t e l l i g e n tw e l d i n gp r o c e s si n t e g r a t i o n s y s t e m ，简称i w p i s ) 。 锅炉压力容器的焊接质量是产品安全性能的重要保障，而焊接工艺既是焊 接质量的基本保证，又是焊接施工程中的一项重要技术手段，也是保障产品中 总体质量的关键技术之一。目前，巴威公司焊接工艺文件的编制、管理工作 都是采用手工制定的方式，在编制工艺过程中，工艺人员需要查阅大量的国内 外标准和焊接工艺报告，反复进行复杂的绘图和填表工作，费时费力。由于焊 接工艺制定使用的标准具有多样性，既有美国a s m e 标准，又有中国g b 标 准，因此只有具有丰富实践经验的焊接工艺部门和焊接工艺人员才能够进行焊 接工艺的制定和审批工作。由于焊接工艺涉及的信息量很大，而且随着标准的 更新和新焊材的出现，报告数量将不断增加，导致了焊接工艺制定工作繁重， 造成人力、物力的浪费。制定工艺所需的基本数据需要同时和公司的其他部门 进行共享，这些部门分布较广，使用对象较多。此外，由于报告的提交、审 批、确认工作需要在不同部门之间进行，造成制定周期长、效率低，不能满足 现代化生产发展的需要。 随着科技和技术的发展，巴威公司迫切需要在充分利用企业现有资源，并 应用现代计算机技术、互联网络技术和信息处理技术，建立起现代化的企业信 息化平台，以提高企业劳动生产率和和产品质量。 北京工业大学坝士学位论文 1 1 2 课题的目的和意义 焊接作为工业生产中重要的材料成型加工方法之一，其应用遍及机械、航 天、造船、化工、电力、建筑、汽车、微电子等领域，焊接质量和可靠性直接 关系到产品的性能与安全。 压力容器的焊接质量是其安全性能的重要保障，焊接工艺是质量控制的一 项重要内容。i w p i s 不同于其它的计算机辅助工艺( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s s p l a n n i n g ，c a p p ) 系统，它充分考虑到企业生成焊接工艺过程特点，在焊接工艺 规程设计上不片面追求自动化，而是强调在工艺决策上充分发挥工艺人员的作 用。同时为焊接工艺人员提供方便、实用的工艺设计环境和工具，减轻其劳 动强度，缩短工艺设计周期，对提高焊接工艺设计效率和质量具有很大的理论 意义和实际应用价值。人工智能与专家系统技术能够在一定程度上满足焊接 c a p p 系统灵活性和适应性的要求，因此，目前该技术在焊接c a p p 的研究中得 到了广泛的应用。 本课题在充分研究巴威公司的焊接工艺流程和工艺文件的制定规范，从北 京巴威公司焊接部f 1 的实际情况八手，与焊接工艺人员相结合，围绕设计目 标，对系统的各个功能模块进行了认真推敲，开发出基于网络的智能焊接工艺 设计集成系统，使焊接部门在焊接工艺文件的制订和管理方面实现了智能化、 信息化和自动化。 1 2 焊接c a p p 发展的状况及趋势 1 2 1国外焊接c a p p 系统的研究状况 国外焊接c a p p 系统的研究开始较早，程度也较高，涉及的焊接系统主要 包括：工艺设计与选择、焊接缺陷与设备故障诊断、焊接成本估算、实时监 控、焊接c a d 和焊工考试等内容，几乎涵盖了焊接生产的各个方面【3 1 。 随着人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a i ) 技术和专家系统( e x p e r ts y s t e m ， e s ) 技术的发展，以其为基础的创成式c a p p 系统成为研究热点。其中焊接工 艺选择专家系统中最具代表性的是美国焊接研究所开发的w e l d s e l e c t o r ： s o u t h h a m p t o n 大学研制的焊接工艺选择系统；美国s t o n e & w e b s t e r 工程公司开 第1 章绪论 发的焊接工艺选择系统w e l d i n gp r o c e s ss e l e c t i o ne x p e r ts y s t e m 等。目前，世界 各国对焊接专家系统做了很多工作，这些系统有的是利用通用程序语言，如： p a s c a l 、c 语言等；有的是利用人工智能语言，如：l i s p 、p r o l o g ( 在美国l i s p 用 的比较多，而在日本和英国常常选择p r o l o g ) ，也有利用专家系统外壳( s h e l l ) 建造的。在建造焊接专家系统时，神经元网络、模糊推理、多媒体等先进技术 的利用，使焊接专家系统达到一个新的水平1 4 j 。焊接专家系统的发展主要取决 于两个方面：一是获取知识的自动化；二是智能机的出现。知识获取知识的自 动化即机器学习目前仍处于研究阶段，仅有少数专家系统能够实现部分知识的 自动获取。建立各种实用的机器学习系统或知识获取辅助工具，进步改善其 性能，是焊接专家系统的研究方向。目前，焊接c a p p 系统正在向工艺设计与 工艺管理的集成化、智能化和网络化的方向发展。 1 2 2国内焊接c a p p 系统的研究状况 国内焊接领域c a p p 系统的研究起步于1 9 9 0 年前后，从1 9 8 8 年开始，太原 重机厂开发了人机交互式计算机辅助焊接工艺规程设计系统t z w c a p p 。该系 统以成组技术为基础，以专家系统思想为指导，采用检索法与创成法相结合，它 是一种综合式c a p p 系统。唐山锅炉厂于1 9 9 0 年开发了一套适合该厂的c a p p 系统，可以完成工艺文件的建立、修改、打印等功能。这一时期的系统一般用 d b a s e 、f o x b a s e 或b a s i c 开发，运行在d o s 平台上【5 】【6 】。 1 9 9 4 年左右，较多企业开始研究焊接c a p p 系统。清华大学与大连起重机 器厂合作开发了c s c a m p 系统；哈尔滨工业大学开发了焊接工艺设计专家系统； 哈尔滨工业大学与哈尔滨锅炉厂合作开发了p q r d b m s 系统；北京工业大学与 北京巴威公司合作开发的网络化智能焊接工艺评定管理系统的研究，是i w p i s 中的焊接评定中的部分内容。这一时期的焊接c a p p 系统一般使用v c 或v b 、 f o x p r o 开发，运行在w i n d o w s 上，绝大多数系统主要进行焊接工艺的管理， 但是提供的功能比以前的系统要强很多，界面也更加友好。近年来，焊接c a p p 系统得到进一步发展，有的系统还实现了网络化，允许局域网中的各个终端，通 过网络共享工艺文件，为用户提供了完善的服务，c a p p 的通用化与专业化结合 北京工业大学硕士学位论文 也进一步得到了重视。目前，普遍存在集成程度低，没有为计算机辅助设计c a d 、 计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r e ，c a m ) 集成提供接口，工艺卡 的编制比较困难；功能不健全，没有采用关系型数据库，用户不能方便地进行添 加、检索、浏览、打印工艺文件等操作， 1 3 本课题的研究内容 本课题研究的内容是焊接工艺评定、焊接工艺规程的集成和完善，以及焊 接工艺卡模块的设计。研究重点放在专家系统在焊接工艺工艺制定过程中的应 用和焊接图形处理方面。在焊接工艺设计过程中，针对压力容器焊接领域特定 的需求，以及知识分类和表示方法，设计了可动态更新的知识库系统，并且实 现了图形处理和c a d 系统交互操作的功能。这些功能的实现方便了用户的操 作，有助于专家系统的普及和推广。 根据巴威公司的实际情况，系统主要采用了客户端朋艮务器( c s ) 的体系结 构和w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，利用高级编程语言m s v b 6 0 作为开发语言，数据 库平台采用m i c r o s o f t 公司的s q ls e r v e r 2 0 0 0 系统，图形编辑工具选择 a u t o c a d 2 0 0 0 。使i w p i s 具有友好的人机交互界面，充分利用企业的现有资 源，完成智能化焊接工艺集成系统( i w p i s ) 的构造与实现1 7 1 。 课题主要进行了以下内容的研究： ( 1 ) 分析了巴威公司焊接工艺制定和管理流程，结合软件工程和专家系统 技术，提出了系统完善的开发路线。 ( 2 ) 研究专家系统在焊接工艺管理中的具体应用，主要包括：知识获取、 知识库的构造与维护，以及推理机的实现等。 ( 3 ) 整合了巴威公司现有的工艺资源，并以电子资源的形式嵌入到系统 中，实现了相关信息和技术文件在全公司范围内实现共享。 ( 4 ) 进一步完善系统管理机制，为公司用户建立起完成焊接工艺报告的制 定、报批、审批等工作流程。 该系统将注重系统的实用性，在保证正确执行工艺标准的前提下，为用户 提供了更多的专家辅助分析和生成功能，为用户提供各种焊接数据和信息：该 系统提供了与c a d 、c a m 的集成接口，方便了焊接工艺卡的编制；该系统基 第1 章绪论 于局域网设计，使资源得到共享，同时具有完善的权限管理功能；在充分研究 焊接c a p p 发展状况的基础上，将专家系统引入焊接工艺过程中，保证了系统 的先进性，使系统成为具有智能的应用软件。 第2 章系统的总体设计 2 1i w p i s 的工艺流程和功能模块的设计 2 1 1 工艺流程设计 巴威公司在制造新产品时，需要编制焊接工艺卡片( w e l d i n gt e c h n o l o g y c a r d ，w t c ) ，产品的焊接工艺流程是围绕焊接工艺卡片展开的，其焊接工艺流 程，如图2 1 所示。 初始条件 查询焊接规程 报告【w p s 】 查询焊接工艺评 定报告r p o r 型型 吒否查萄 查到 编写焊接 工艺卡 宙 批 通 过 编制焊接工艺评l 皇堂j 编制焊接工艺l 审批l 编制焊接规程 定申请报告i 通过l 评定报告 p q r l 通过l报告 图2 - 1 焊接工艺生成过程 f i g 2 一le s t a b l i s h m e n tp r o c e d u r eo fw e l d i n g 首先由工艺入员根据初始条件，如：焊接方法、焊接材料、母材厚度等， 查询已存档的焊接工艺规程报告( w e l d i n gp r o c e s ss p e c i f i c a t i o n ，w p s ) ，分析其 是否可以使用或作为参考。如果查不到，则进一步查询是否有支持的焊接工艺 评定报告( w e l d i n gp r o c e s sq u a l i f i c a t i o nr e p o r t ，p q r ) 8 1 【1 0 j ，如果查到符合要 求的焊接工艺评定报告p q r ，工艺人员可以直接编制一份由相关工艺评定报告 所支持的焊接工艺规程。如果没有查到，就要按有关标准、规程要求编写焊接 工艺申请报告( w e l d i n gp r o c e s sq u a l i f i c a t i o na p p l i c a t i o n ，p q a ) ，经审批后， 根据报告进行实验验证，结合标准，获得焊接工艺评定报告，并最终生成由焊 6 第2 章系统的总体设计 接工艺评定报告所支持的焊接工艺规程报告，同时生成直接面向施焊部门的焊 接工艺卡。 2 1 2 总体设计 i w p i s 的总体架构是通过系统分析，结合巴威公司的焊接工艺流程和实际 工艺设计要求制定的。系统的总体架构由以下几个功能模块组成：焊接工艺专 家系统模块、焊接工艺编写、焊接工艺管理模块、焊接报告审批模块、资源数 据库查询管理模块和用户权限管理模块【i l ，如图2 - 2 所示。 图2 - 2i w p i s 的总体构成 f i g 2 2o u t l i n es t r u c t u r eo fi w p i s 其中用户权限管理要求对操作系统各模块的人员进行身份验证，从面保证 了系统的安全性。焊接工艺专家系统为工艺过程提供了必要的分析推理，利用 知识库中以知识形式体现的各种标准、规范和工艺专家的经验，通过推理机的 推理，协助工艺人员进行工艺设计。工艺人员可以完成工艺编写、工艺管理工 作，并且将相应的文件信息保存到数据库。工艺审批人员可以对提交的焊接工 艺文件进行审批。工艺部门的所有人员都可以对资源数据库的信息进行查询， 数据库管理员负责对数据库中的进行资源更新和补充。 2 1 3 功能模块的设计 2 1 3 1 焊接工艺专家系统 焊接工艺专家系统主要帮助工艺编制人员在编制焊接工艺评定、焊接工艺 规程和焊接工艺卡片时，判断是否需要对焊接构件进行工艺评定和相关试验， 是否有可以替代的焊接工艺规程。按照国内外的焊接工艺标准，并不是所有的 焊接工艺都必须经过评定和试验验证等程序，只要影响焊接接头的力学性能的 焊接因素没有发生变化，就没必要对其焊接工艺重新进行评定。参考原有的工 艺评定报告既有益于保证工艺制定的质量，又能够提高工作效率f 1 2 j 【1 3 】。对于是 否需要重新进行焊接工艺评定的准则，不同的单位处理方式不一样，这些准则 是根据母材、焊接方法、坡口形式、焊后热处理等方面的要求提出的，同时还 包括标准、规范和工艺专家的知识与经验等，因此需要针对公司的具体要求， 将专家的知识转化为可用的计算机资源。 2 1 3 , 2 焊接工艺编写模块 工艺人员在编写工艺报告过程中要查阅大量的相关资料，同时要参考焊接 专家的宝贵经验。因此，在该模块中设置了专家辅助生成子模块，便于从知识 库中搜索相关专家经验和工艺资料，进行推理，协助工艺人员做出正确的判 断a 由于各工艺报告之间有一定的继承性，编制相关工艺报告时要按照定的 生成规则从参考报告中提取所需要的信息。 2 1 3 3 焊接工艺管理模块 该模块是系统中内容最丰富的部分，主要完成对所有工艺报告，即p q a 、 p q r 、w p s 、w t c 报告文件的修改、查看、删除、报批、打印等工作。系统将 根据用户的权限限制其对报告进行操作的项目。按照工艺流程该模块又分为若 干子模块：焊接工艺评定申请报告、焊接工艺评定报告、焊接工艺规程报告、 焊接工艺卡编辑管理模块。编写工艺的大部分工作都是在本模块中完成的【14 1 。 第2 章系统的总体设计 待工艺人员编制好工艺报告后，要经过部门经理的审查，通过批准完成对该报 告的编写。 2 1 3 4 焊接工艺审批模块 该模块完成对p q a 、p q r 、w p s 、w t c 报告的查看和审批等工作，它是供 部门经理使用的。审批的过程是部门经理对提交报告进行浏览后，对报告签署 审批意见，并对报告内容提出改进意见。部门经理根据该报告的完成质量，确 定该报告是否通过审批，审批的结果有两种：通过和末通过。该结果会及时反 馈给报告的编制者。 2 1 3 5 用户权限管理功能 本系统是多用户操作系统，保证系统的安全是十分重要的。为此，系统提 供了相应的权限管理功能，对不同工作性质的人员分配不同的权限，从而限制 其对系统进行的操作。使系统实现了规范化的权限管理。并且对网络用户进行 划分，使用户具有对授予权限的工艺报告进行功能操作的权利，从而建立起完 善的安全机制 1 5 1 1 16 1 。 2 2 i w p i s 的设计方案 2 2 1 系统的体系结构 体系结构设计的目的是开发一个模块化的程序结构，并表示出该模块的控 制关系，它是系统设计中的一项重要内容。 2 2 1 1 体系结构比较 c s 结构是8 0 年代逐渐兴起的，现在已经非常成熟。然而，随着i n t e m e t 的 发展，以w e b 技术为基础的浏览器朋艮务器( b r o w e r s e r v e r ，b s ) 结构已目益显 现其先进性，但比之c s 结构仍不成熟，两种模式各有优缺点。c s 结构的优点 是交互性强1 引，客户端有完整的应用程序，在出错提示、在线帮助等方面有强 9 - 北京工业大学顽士学位论文 大的功能。近年来，基于i n t e m e t 环境的信息系统的设计开发，将成为信息系统 建设及发展的重要方向，同时在系统的规模、结构、功能、层次等方面均会发 生了很大的变化，如何适应这种变化，并提出一种切实可行的设计开发方法是 系统构建所面临的首要问题。b s 虽然由j s p 、a s p 等提供了一定的交互能力， 但与c s 结构的一整套客户应用相比，功能有限。在c s 结构中，客户与服务器 间只传输命令和处理结果。因此，用户和服务器之间的通信量大大减少，减轻 了系统对网络的压力。通过合理分配任务，可以让客户机完成部分数据的加工 处理，尽量减少对服务器的干预。此外，c s 结构提供了更安全的存取模式，由 于c s 结构是配对的点对点结构模式，其平台采用的是适用于局域网、安全性 比较好的网络协议，安全性可得到较好的保证【1 8 i 【憎j 。b s 结构是基于i n t e r n e t 的，而目前网络安全仍是一个技术尚未成熟的领域，需要不断地完善。 b s 结构的突出优点是简化了客户端，只需通过浏览器就能进行各种信息处 理，所有的维护与升级工作都是在服务器上进行，因此b i s 结构充分体现了 “瘦”客户机的理念。而c s 结构的系统编程工作量较大，其客户端具有显示 与处理数据的功能，故应用程序庞大。 在系统结构设计时，应全面考虑用户需求。b s 和c s 二者可以相辅相成， 互相补充 2 0 l 。通过对b s 和c s 结构的比较，我们可得出以下结论：由于巴威 公司的工艺设计部门和审批部门数据处理交互性、安全性的要求较高、地点固 定、计算机分布范围小。因此，1 w p i s 选择了c s 结构。 2 2 1 2i w p i s 体系结构设计 i w p i s 系统总体结构主要由人机界面、知识库、规则库、控制机构、库维 护、逻辑推理系统、全局数据库、解释系统和帮助系统组成。用户可通过人机 界面实现对各种库的操作，逻辑推理系统需要调用控制机构和全局数据库来完 成设计工作，设计结果通过全局数据库返回人机界面，或传给解释系统。解释 系统在得到推理系统传来的结果后，可以采用基于产生式规则的逆向推理模 式，向人机界面提供相关的解释信息。用户可随时通过人机界面调用帮助系统 来查阅相应的标准和操作信息。 第2 章系统的总体设计 在i w p i s 中，知识的表示分成说明性和过程性两种模式。说明性模式强调 了静态事实及使用这些知识的有限信息的积累，主要包括工艺编制过程中的结 果和相关的经验积累【2 ”。过程性模式强调以动态规则的方式表示知识，而这些 规则描述了存储的知识，主要包括焊接方法规则、母材组别规则和类别规则、 焊后热处理规则、厚度规则等。说明性模式在知识表示上采用了框架模式。 系统的总体系结构如图2 - 3 所示。 图2 - 3 系统的总体结构 f i g 2 - 3o u t l i n es t r u c t u r eo f t h es y s t e m 2 2 2 操作系统和数据库系统 i w p i s 两种模式的服务器端操作系统均采用w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 。 w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 将网络管理和操作系统无缝结合，使系统易于使用和管 理。它的内部是3 2 位体系结构，可同时运行多个线程 2 2 1 ，可以支持功能强大的 应用程序。它通过向操作系统和应用程序提供分离的内存空间，防止数据冲 突，确保了系统的稳定性。 基于w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 的数据库产品很多，对于开发c s 模式或w e b 上 的数据库应用系统来说，应选用c s 类型的数据库产品，它们除了在管理较大 的数据库系统方面有优良的性能外，还在系统数据安全方面有严格的管理机 制am i c r o s o f ts q ls e r v e r 是一个完全运行于w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统之下的高性 能数据库管理系统。它提供了一个数据库引擎s q ls e r v e rf o rn t ，可以用于从 北京工业大学硕士学位论文 小型到大型的系统开发，它具有高利用率、安全性好、事务处理和容错性和数 据结构完整等特点【2 3 1 。因此，本系统选择s q ls e r v e r 作为数据库支持软件。操 作系统和数据库对客户端性能的影响不大，c s 的客户端使用w i n d o w s 操作系 统既可满足要求。 2 2 3系统开发工具 管理系统的开发t 具的选择范围很广：如v b 、v c + + 、d e l p h i 、 p o w e r b u i l d e r 等。综合考虑系统平台的特性、人员间的配合、系统开发的规模 和开发工具掌握的难易程度等因素，本系统采用微软公司的3 2 位可视化开发工 具v i s u a lb a s i c 6 0 作为c s 结构的开发工具。 2 3 本章小结 本章详细阐述了i w p i s 的总体架构、功能模块设计与开发工具的选择，提 出了使用c s 系统体系结构的架构，从而保证系统的安全性和功能模块的实 现。经济有效的利用了巴威公司内部的计算机资源和网络资源，为企业信息化 制定了合理的方案。 第3 章系统的数据库设计 数据库是数据的集合体，它反映了数据之问的联系。根据模型应用的不 同，分为概念模型和关系数据模型。概念模型是用户和数据库设计人员之间进 行交流的工具；关系数据模型是由概念模型转化而来，按照计算机系统的模式 对数据建模。数据库对应用程序的质量起着决定性的作用。工艺数据是工艺师 在工艺设计过程中所使用和产生的数据。系统在进行工艺设计时，要利用系统 中存储的工艺数据与知识等信息进行工艺分析，同时要生成工艺中的焊接工艺 规范、力学性能、接头形式图等众多信息。所以焊接工艺系统的工作过程实际 上是工艺数据、图形、表格与相关知识的访问、调用、处理和生成新数据的过 程2 4 i f 2 ”。为了实现系统的功能，需要建立焊接工艺的数据库系统来对各种数据 进行控制、管理和维护。 系统的核心知识库由基本知识库、规则库和全局数据库组成。基本知识库 主要存放说明性知识，是实现工艺专家系统的基础，它的知识和结构直接影响 到专家决策的正确性和效率。规则库是描述知识的产生式集合存放的主要是 过程性知识。全局数据库用于存放问题求解过程中各种当前信息，初始事实、 原始记录以及专家推理中得到的中间结论和最终结论。当规则库中某一条产生 式的前提可与全局数据库中的某些已知事实匹配时，该产生式就被激活，并把 用它推出的结论放入全局数据库中，作为其后推理的已知事实。 3 1i w p i s 数据库的构建 为了实现焊接工艺集成系统的各项功能，在系统分析的基础上，运用数据 库技术的理论知识和方法对系统数据库结构进行设计规划。按照系统功能的要 求，将工艺数据库分为专用数据库和公共数据库。公司各部门共同使用的数据 资源存放在公共数据库中，专为工艺部门所使用的数据库定为专用数据库【2 ”。 3 ，1 1 专用数据库 专用数据库中的数据为动态数据，即为生成各种工艺报告所需要的相关数 据，它是专为工艺部门内部各子系统进行信息交流而设置的数据库，它是系统 工艺信息的源泉，也为系统生成工艺报告提供数据依据。生成工艺报告必需的 1 3 北京工业大学硕士学位论义 数据库主要包括四大类：即焊接工艺申请( p q a ) 数据库、焊接工艺( p q r ) 数 据库、焊接工艺规程( w p s ) 数据库和焊接工艺卡( w t c ) 数据库。每一类数 据库都包含主库和辅助库。主库用于存放生成工艺报告的基础数据，如：报告 编号、评定规程、母材类别号、技术标准等：辅助库用于存放与报告相关的各 种实验数据，如：x 光检验数据、拉伸试验数据等【2 7 】【2 8 】。主库和辅助库均由 s q l s e r v e r 数据库中的表组成，主库与辅助库之间利用共同的数据项( 一般为报 告编号，如：p q a 编号、p q r 编号、w p s 编号、w t c 编号) 相联系，专用数 据库的构架如图3 - 1 所示。 专 用 数 据 库 p q a 数据库 p q r 数据库 w p s 数据库 w t c 数据库 主库 辅助库 主库 辅助序 主库 辅助库 主库 焊材库 焊接规范库 检验项目库 材料用量库 工艺流程库 化学成分库 机械性能库 焊接材料库 焊接规范库 外观检验结果库 x 光检验结果库 拉伸试验库 弯曲试验库 冲击试验库 图3 - i 专用数据库构架 f i g 3 - 1s t r u c t u r eo f t h es p e c i a ld a t a b a s e 一一一一一一一 第3 章系统的数据库设计 以p q r 数据库为例，p q r 数据库由主库和1 2 个辅助库组成，主库和辅助 库均由s q l s e r v e r 数据库中的表组成，主库与辅助库之间利用共同的数据项一 p q r 编号相联系，如图3 - 2 所示。 圆3 - 2 p q r 数据库表结构 f i g 3 - 2t a b l es t r u c t u r eo f p q rd a t a b a s e 数据库的设计思路是：当新添加一份工艺申请报告时，报告中涉及的工艺 的重要因素：评定法规、母材类别号、牌号、预热温度等具有一对一特点的数 据项都存储在主库p q r 表中，主库以p q r 编号作为主键；同时，报告中涉及的 材料用量、焊接规范、检验项目等对多特点的数据项保存在辅助库中。例 如，一份p q r 报告需要使用多种牌号和规格的焊条、焊丝进行试验，即一份 p q r 报告包含多条焊接材料记录，因此，p q r 编号对应的焊接材料不是唯一 的，需要将焊接材料涉及的各个数据项单独存放在焊接材料裹里【2 9 l 。p q r 数据 北京工业大学硕十学位论文 库中其它辅助库表的建立也是类似的。这样程序中保存一份p q r 报告入库时， 实际需要同时对6 个数据表进行保存操作。 对于p q a 数据库、w p s 数据库和w t c 数据库，虽然主库和辅助库的内容 有所不同，但是设计方法与p q r 数据库类似。 3 1 2 公共数据库 公共数据库中的数据为静态数据，它保存了中国、美国等焊接工艺手册和 巴威公司内部标准和规范以及各种工艺规定数据等。在本系统中，静态工艺数 据主要由母材数据、焊材数据、中美标准工艺规程数据和焊接接头数据【3 0 】。 公共数据库的构架如图3 3 所示。 公 其 数 据 库 工艺报告填写 用数据库 查询用数 据库 a s m e 母材库 非a s m e 母材库 焊接接头图库 焊材库 公司常用数据库 焊接工艺标准术语 焊工考试与管理规则 安全技术监察规程 g b 焊丝焊条标准 焊接工艺守则 图3 - 3 公共数据库构架 f i g 3 - 3s t r u c t u r eo f p u b l i cd a t a b a s e 公共数据库中提供的数据信息包括两大类：是在工艺报告编制时真接用到 的母材、焊材、焊接接头等数据信息，二是与工艺报告编制无直接关系，但需要 提供给系统工艺师进行查阅、评价、决策的相关数据信息，如中美焊接工艺标准 术语、蒸汽锅炉安全技术监察规程、锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则 等，随系统的不断完善，工艺设计的革新，公共数据库也随之不断扩充趋于完善。 第3 章系统的数据库设计 3 2a d o 技术在i w p i s 中的应用 i w p i s 选用了m i c r o s o r 的最新数据库访问接1 2 1a c t i v e xd a t ao b j e c t ( a d o ) ，a d o 是数据访问对象和远程数据对象的后继产物【3 1 12 1 。其主要优点 是易于使用、速度快、内存支出少，提供了对事件的支持，可以节省很多判断 和转移控制语句，更符合w i n d o w s 事件驱动编程的习惯，简化了编程工作等。 此外，a d o 既能支持c s 结构的应用程序开发，又适合w e b 与数据库服务器端 的集成，它可以在多种程序设计语言中使用，包括v i s u a lb a s i c 和a c t i v es e r v e r p a g e s 等。因此，本系统中c s 数据库开发接口使用a d o 模式的应用程序开发 接口。 使用v b 进行a d o 数据库访问接口的开发需经过以下几个步骤： ( 1 ) 定义公共变量 首先在m o d u l b a s 文件中定义公共变量 p u b l i cc na sn e wa d o d b c o n n e c t i o n p u b l i cr s t a sn e wa d o d b 。r e c o r d s e t d i ms t r s q la ss t r i n g ( 2 ) 建立与数据源的连接 各个模块可以共同使用各变量。 定义数据源的连接c n 定义结果集r s 定义查询语句s t r s q l i w p l s 的数据库服务器位于i w p i ss e r v e r 上，并使用d a t a b a s e 数据库 存放各个数据表，因此需要先建立该数据库的连接，才能在程序中进行各个数 据表的访问。a d o 打开连接的主要方法是使用c o n n e c t i o n o p e n ，也可以调用快 捷方法r e c o r d s e t o p e n 打开连接并在该连接上发出命令。 gs e r v e r = ” w p i s s e r v e r 数据源位于后端i w p i ss e l w e r 服务器 g _ u i d = t f i m ( t x t _ u i d t e x t ) 用户代号i d g _ p a s s = t r i m ( t x tu s e p a s s t e x n 用户的密码 gc n = “d a t a b a s e ”嗷据源是名为d a m b a s e 的数据库 s t r c o r i2 ”d r i v e r = s q ls e r v e r ；s e r v e r = ”g s e r v e r & ”；u i d 2 ”g _ u i d ”；p w d = ”一 g _ p a s s ”；d a t a b a s e = ”g _ _ c n 数据库连接字符串 c n o p e ns t r c o n 的数据库连接 ( 3 ) 创建命令 “命令”要求数据源返回含有所要信息的r e c o r d s e t 对象，通常使用s q c 编 - t 7 一 写，即： s t r s q l = ”s e l e c t + f r o m “d a t a b a s e _ n a m e 为查询语句赋值，d a t a b a s e n a m e 需要打开的数据库名称，根据所需，可用语句进行赋值。 ( 4 ) 打开结果集 执行命