（材料加工工程专业论文）化工容器wcapp系统的设计与实现.pdf

摘要 焊接工艺设计是保证化工容器制造质量的重要环节，本文在介绍并分析了企业 中焊接工艺设计及技术管理流程的基础上，针对目前w c a p p 在化工容器制造行业中 应用的特点，依据钢制压力容器制造、工艺评定以及检验的相关标准，提出了w c a p p 系统的设计思想，确定了系统的总体框架，利用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 实现 了系统数据库的建立，并利用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 实现了产品信息、工艺 自动生成、档案管理、用户权限管理等模块的主要功能，为化工类机械制造企业构 建了焊接工艺设计自动化、信息化支撑平台。 文中还讨论了以接头焊接工艺求解为目标的推理过程，设计了以查找焊接工艺 评定报告范例为核心，创建焊接工艺指导书、焊接工艺评定为辅的开放式工艺求解 模式，并以实例说明了焊接接头的工艺评定方法。并介绍了以工艺文件模板为核心 的工艺数据输出方式，满足了企业的实际需求以及系统的通用性要求。 测试表明，该系统运行平稳可靠、实用化程度高，较好地满足了化工容器制造 企业的实际生产需要。 关键词：化工容器焊接工艺c a p p 工艺求解 a b s t r c t w e l d i n gp r o c e s sp l a n n i n gi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt a c h ei ne n s u r i n g t h eq u a lit yo fc h e m i c a lc o n t a i n e r i nt h i sp a p e r ，n o to n l yt h ei d e a so f w c a p ps y s t e md e s i g n i n ga r eb r o u g h tf o r w a r d ，b u ta l s ot h es y s t e mf r a m e w o r k isp r e s e n t e d t h es y s t e md a t a b a s ei se s t a b l i s h e db yu s i n gm i c r o s o f ts q l s e r v e r2 0 0 0 ，a n dc o r r e s p o n d i n gm o d e lf u n c t i o n sa r eb u i i tu s i n gm i c r o s o f t v i s u a lc 6 0 ，s u c ha sp r o d u c tm a n a g e m e n t ，p r o c e s sp l a n n i n ga n df i i e m a n a g e m e n t t h ew c a p ps y s t e mm e n t i o n e di nt h i sp a p e ri sb u i l tf o r t h e c h e m i c a lc o n t a i n e rm a n u f a c t u r ei n d u s t r i e s ，a n di ti sb a s e do nt h ef l o w o fp r o c e s sp l a n n i n ga n dt e c h n o l o g ym a n a g e m e n t ，a n d t h ec o r r e s p o n d i n g n a t i o n a ls t a n d a r d s a 1 1w o r kd o n ei nt h i sp a p e r b u i i d sa na u t o m a t i ca n d i n f o r m a t i z a t i o np l a t f o r mf o rt h e c h e m i c a lc o n t a i n e rm a n u f a c t u r e e n t e r p r is e s i nt h j sp a p e r 。t h ef lo wo f lw e l d i n gp r o c e s ss o l u t i o ni sa l s od i s c u s s e d ， a no p e nm o d e li sd e s i g n e d ，e x a m p l ei st a k e nf o re x p l a i n i n gt h ea s s e s s m e t h o do fw e l d e dj o i n t s a n dt h em e t h o do fo u t p u t t i n gp r o c e s sd a t ab a s e d o nt e m p l a t ei sr e c o m m e n d e d ，w h i c hm a t c ht h ea c t u a ld e m a n d si ne n t e r p r i s e s a n dt h e v e r s a t ii i t yr e q u i r e m e n t so fs y s t e m t e s t i n gi n d i c a t e st h ew c a p ps y s t e mh a sg o o dp r a c t i c a l i t ya n dt e l l a b i l i t y w h a t sm o r e i ti sw e l ls a t i s f i e dw i t ht h ea c t u a ld e m a n d so fe n t e r p r i s e k e yw o r d s ：c h e m i c a lc o n t a i n e r ，w e l d i n gp r o c e s s ，c a p p ，p r o c e s ss o l u t i o n i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：逻 如寸年臼l - b 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 跏匹年眵e t 南京理工大学硕士学位论文 化工容器w c a p p 系统的设计与实现 1 绪论 w c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n gf o rw e l d i n g ：焊接工艺计算机辅助 设计) 是c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ：计算机辅助工艺设计) 技术在 焊接领域的应用；是企业应用c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ： 计算机集成制造系统) 中，连接c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ：计算机辅助设计) 和c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ：计算机辅助制造) 不可或缺的重要环节； 是计算机集成制造领域中的重要方向，也是企业信息化建设的关键内容1 。 i i 在企业中实旖c a p p 系统的意义 1 1 1 传统工艺设计中的问题 工艺设计需要处理大量的信息，包括查阅资料和手册，这是个极其耗时又需 要极大的耐心的工作。手工工艺设计存在以下几方面的问题”1 ： 1 ) 由于每个工艺人员的经验有限，习惯不同，技术水平也不一样，所以手工工 艺设计一致性差、质量不易稳定、难以达到优化目标和不便于工艺设计的标准化。 国外曾有人做过试验，将一个最简单的零件交给四个具有不同经验的工艺人员设计 工艺规程，结果得出四种不同的工艺设计方案； 2 ) 手工工艺设计设计效率低下，存在大量的重复劳动： 3 ) 手工工艺设计不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护； 4 ) 手工工艺设计不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以区分地利用； 5 ) 当代机械制造领域中，由于新工艺新技术的飞速发展，社会需求趋向多样化。 市场竞争激烈，迫使产品更新周期日益缩短。多品种小批量生产的企业大量加，尤 其是化工容器制造行业更是如此。制造系统正逐渐从刚性( 高效率的大批量生产模 式) 向柔性( 高效率多品种小批量生模式) 转变，这要求将计算机贯穿于产品策划、 设计、工艺规划、制造与管理的全过程。 1 1 2 计算机辅助工艺设计的优势 显然，传统的手工工艺设计方法已经不能满足日趋激烈的市场竞争和社会需求 多样化。随着计算机在制造型企业中的应用，通过计算机进行工艺的辅助设计已成 为可能，计算机辅助工艺设计的应用将为提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期， 并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来提供一条切实可行的途径。应用 f l 鳍论硕士论文 计算机辅助工艺设计的必要性已被越来越多的企业所认识，选取一个适宜本企业生 产及管理环境的c a p p 系统不但能充分发挥计算机辅助工艺设计的优越性，更能为 企业数据信息的集成及管理打下良好的基础。计算机能有效地管理大量数据，进行 快速、准确的计算，进行各种形式的比较和选择，自动绘图，编制表格文件和提供 便利的编辑手段。总结起来，在企业中实施c a p p 的益处主要表现有以下几点：4 1 3 3 1 ) 缩短产品设计周期、提高产品质量 应用c a p p 技术将缩短设计周期，对修改和变更设计快速做出响应；工艺人员的 经验能够得到充分的积累和继承；减小编制工艺文件的工作量和产生错误的可能性 并为建立计算机制造系统打下基础 2 ) 规范工作、优化生产过程 企业通过深入、广泛地应用c a p p 技术，可以将工序名称、标准文件、使用说明 等归纳总结为常用术语，并实现入库管理，工艺员在设计工艺时可进行动态检索选 取或约束选取。这一方面提高了工作效率，另一方面也最大限度地减少了手工方式 的随意性造成的影响，逐步提高了工艺的规范化、标准化程度，从而不断地理顺工 艺工作流程，优化工艺设计过程。 3 ) 动态技术支持、实现产品协同设计； 借助于c a p p 的动态关联知识库功能，工艺人员在设计工艺时可以随时查询、利 用知识库中已有资源：同时，利用系统的动态知识获取技术可将典型工序、工装设 备等数据随时入库，以供其它工人艺人员或其它工艺使用，同时也可检索其它分厂 的资源配鼍状态，为工艺设计提供可靠依据；另外，对于跨分厂的混合加工工艺规 程可分开并行编制，然后由系统进行按需合并。 4 ) 信息检索方便、快捷： 利用系统的查询检索模块，项目负责人、部门领导和总工艺师可随时通过网络 了解项目进展状况和工艺编制完成状态等信息。工艺信息汇总也变得简便易行，数 分钟内就可统计生成各种所需清单，而从前需几个月才能整理出来的数据现在只需 几个小时便可统计出来，极大地提高了信息获取速度。 5 ) 数据传递及时、准确： 由于各个分系统均在c a p p 平台上运行，工艺信息采用数据库集中存储与管理， 工艺人员可以及时获取材料信息，材料定额员可随时从工艺规程中提取材料信息， 工时定额员可随时从工艺规程中提取工时信息，并且所有数据采用统一数据源，保 证了数据的一致性、准确性，提高了信息的可重用性。 堕塑大学填士学位论文 化工容器w c a p p 系统的设计与实现 1 2 c a p p 的基本原理和设计方法 1 i2 1 c a p p 的基本原理 c a p p 是计算机辅助工艺设计的简称，是应用计算机辅助制定工艺规划。人工进 行工艺规划需要花费相当多的时间，但绝大部分时间用于重复劳动和填写表格，只 有大约5 一1 0 的时间被用于实质性的工作。利用计算机的快速性和稳定性，c a p p 系统不仅可以有效的提高工艺规划的效率，并且有利于工艺规划的标准化。作为c a d 和c a m 的桥梁，c a p p 是计算机集成制造领域中的重要方向，也是企业信息化建设的 关键环节。与传统的工艺规划概念相比，c a p p 系统不只局限于定义每个零件的加工 次序及相关参数，它还关系到整个产品生命周期中的其它重要环节，比如，产品设 计的可制造性评价，新工艺的研制，设备布置，生产管理等，有着广泛的应用前景。 对于c a p p 系统的基本要求是基于人工设计的过程及需要解决的问题而提出的， 总结归纳起来可表述如下：首先，产品零件的数据信息应能利用，并建立零件信息 的数据库；其次，工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享；第 三，制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库；第四，充分 利用标准( 典型) 工艺生成新的工艺文件。根据e a p p 的工作原理可以将其分为派 生式、创成式和综合式三种类型，如图1 2 1 所示。”“”“1 图1 2 1 按照工作原理分类的c a p p 系统 1 2 2c a p p 的设计方法 1 ) 派生式c k p p 系统 派生式c a p p 系统也叫检索式或变异式c a p p 系统，它的基本原理是利用零件的 相似性即相似零件有相似工艺规程。一个新零件的工艺规程是通过检索系统中己有 的相似零件的工艺规程并加以筛选或编辑而成的。计算机内存储的是一些标准工艺 3 l 绪论颁士论文 过程和标准工序。从设计角度看，与常规工艺设计的类比设计相同，也就是用计算 机模拟人工设计的方式，其继承和应用的是标准工艺。派生式c a p p 系统必须有一 定量的样板( 标准) 工艺文件，在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工艺文 件。这种类型的c a p p 系统比较容易实现，是目前企业中应用较多的一种，但是相 对来讲专用性强，没有柔性。派生式c a p p 系统使用范围有很大的局限性，只能针 对某些具有楣似性的零件产生工艺文件，无论是零件结构还是与工艺相关的某些因 素发生变化，整个系统及其标准工艺过程和标准工序都要相应的发生变化。 2 ) 创成式c a p p 系统 创成式c a p p 系统的工艺规程是根据程序中所反映的决策逻辑和制造工程数据 信息生成的，这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象，各种设备及刀 具的适用范围等一系列的基本知识。工艺决策中的各种决策逻辑被存入相对独立的 工艺知识库，供主程序调用。向创成式c a p p 系统输入待加工零件的特征信息后， 系统能自动生成各种工艺规程文件，用户不需修改或者略加修改即可。创成式系统 不需要派生式系统中的样板工艺文件，在创成系统中只有决策逻辑、知识库或规则， 系统必须读取零件的全面信息，在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成工 艺文件。从理论上讲，这是一种理想的工艺设计系统，但是由于目前知识表达和领 域知识的获月等问题还没有得到很好的解决，再加上工艺过程设计本身应用背景多 变的特点，目前还没有非常理想的创成式c a p p 系统出现。 3 ) 综合式c a p p 系统 综合式c a p p 系统是将派生式、创成式结合在一起综合而成的。从上面的叙述 可以看出，派生式c a p p 系统和创成式c a p p 系统各有自己的局限性：派生式c a p p 系 统必须有样板文件而导致适用范围小，只能针对某些相似零件簇产生工艺文件，而 在一个企业中这种零件只是一部分，那么其它零件的工艺文件就无法用派生式c a p p 系统解决：创成式c a p p 系统虽然基于知识库和逻辑推理自动生成工艺文件，但需 输入全面的零件信息，包括工艺加工的信息。信息需求量大而全面，系统要确定零 件的加工路线、定位基准、装夹方式等，从工艺设计的特殊性及其个性化分析，这 些知识的表达和推理在目前还无法很好的实现；正是由于知识表达的“瓶颈”与理 论推理的“匹配冲突”至今无法很好地解决，自优化和自完善功能差，c a p p 的专家 系统方法仍停留在理论研究和简单应用的阶段。因此，在实际应用中，往往将派生 式c a p p 系统和创成式c a p p 系统揉合在一起，充分发挥两者的优势，使c a p p 系统 具有更多的功能和更强的适应性。 此外，根据c a p p 系统的适用范围可以分为专用型c a p p 系统、通用型c a p p 统 和远程协同制造c a p p 系统：根据开发方法可以分为使用w o r d ，e x c e l ，a u t o c a d 等 二次开发的c a p p 系统、利用常规的数据库管理系统：使用f o r m ，r e p o r t 或用a u t o c a d 4 南京理工人学颁 学位论文 化r 容器w c a p p 系统的绽汁弓实现 绘制工艺卡片的c a p p 系统，注重卡片的生成，但工艺数据的管理功能较弱的c a p p 系统：采用“所见即所得”的交互式填表方式加上工艺数据管理c a p p 系统。” 1 3c a p p 的发展及在焊接领域的应用 1 3 1c a p p 的发展历史 对e a p p 技术的研究始于2 0 世纪6 0 年代末。世界上最早研究c a p p 技术的是挪 威和前苏联等，而具有里程碑意义的则是美国国际性组织c a m i 在1 9 7 6 年研发的 c a p p ( c a d i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n a i r i g ) 系统。国内对c a p p 技术的酶究始 于2 0 世纪8 0 年代初，最早的c a p p 系统是同济大学的派生式t o j i c a p p 系统和西北 工业大学的创成式c a o s 系统。 自从第一个c a p p 系统诞生以来，各国对使用计算机进行工艺的辅助设计进行了 大量的研究，并取得了一定的成果。当前开发的c a p p 系统大多是综合式( h y b r i d ) 系统，即综合利用两种以上的c a p p 系统摸式开发的系统。 经过三十多年的历程，国内外对c a p p 技术进行了大量的探讨与研究，无论在 研究的深度上还是广度上都取得很大的进展： 1 ) 在设计对象上，所涉及的零件从回转体零件、箱体类零件等简单零件到结 构复杂的零件； 2 ) 在所涉及的工艺范围上，从普通加工工艺到数控加工工艺，从机加工工艺 到装配工艺、钣金工艺、热处理工艺和数控测量机检测过程设计等； 3 ) 在系统功能上，从计算机辅助工艺设计技术“孤岛”，到满足集成系统环境 需求的集成化系统； 4 ) 在系统设计上，从单一技术到多种技术和决策功能综合模式； 5 ) 在系统开发上，从单纯的学术性探索和技术驱动的原型系统开发逐步走向 以应用和效益驱动的实用化、商品化系统开发。 c a p p 技术从开始研究发展到目前已经有4 0 多年的历史，这期问人们为了设计 开发出实用的、柔性的、能很好的将个性化很强的工艺过程设计本身的复杂性、经 验性同计算机辅助所能带来的自动化、网络化结合起来而投入了大量的人力物力， 并且也取得了一定的成果，大量的采用新技术的c a p p 系统都得到了研究和应用。 但是从整个制造业信息化来看，c a p p 仍是计算机辅助技术领域的薄弱环节和企业实 施推广c i m s 的瓶颈所在。从国内的应用情况来看，以派生式c a p p 系统居多，其主 要原因是正在开展或准备推行c a p p 的工厂大多为几十年以上的老厂，产品类型比 较固定，发展方向明确，并在多年的生产中积累了一定数量的切实可行的、稳定的 1 绪论 顾士论文 产品工艺，在此基础上通过整理和完善， 典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。 可以制定出派生式c a p p 系统需要的产品 总的来说，国内企业c a p p 应用尚属起步 推广阶段，成功应用c a p p 的企业还不多见，但随着c a d 甩图板工程的结束，随着 c a p p 软件产品的不断成熟，e a p p 应用需求日益迫切，越来越多的企业开始关注c a p p ， 酝酿、策划实施c a p p ，这表明c a p p 应用正在蓬勃兴起。刮 1 。3 2c a p p 的发展趋势 经过3 0 多年的研究与发展，结合整个制造业信息化的形式，目前e a p p 系统的 研究方向主要集中在智能化、柔性化、集成化和并行化等方面。c a p p 系统的智能化 和柔性化一直是众多研究者的实现目标，尽管近年来的c a p p 系统都在不同角度对 这两个问题给予了解决方案，但是其效果始终不够理想；随着企业信息化的全面展 开和普及，集成化成了c a p p 技术的重要研究方向；随着信息技术的不断发展和企 业合作模式的改变，异地协同制造己经被提到了历史里程上，为了顺应这些变化， 并行化成了c a p p 技术的另一研究方向。以上所述各研究方向都可以用w e b 技术方 便的实现。w e b 技术本身的开放性、网络化等特点可以方便的实现系统的集成、二 次开发和远程协同制造等，而3 a v a s c r i p t 、j a v a a p p l e t ，a c t i v e x 控件等技术加上 b 技术强大的搜索、查询功能使智能化的实现也比较可行。由此可见，基于网络 的c a p p 系统的开发和应用是必要的和必然的趋势。o “3 圳 1 3 3w c a p p 的研究现状和发展前景 焊接作为一种应用广泛的主导工艺，在c a p p c a m 中有其自身的特点和独立的 体系。早期研制的c a p p 系统主要集中在机械加工方面，以焊接结构件生产过程为 主的c a p p 系统还有待开发。我们用w c a p p 来表示专门应用于焊接工艺设计生产的 c a p p 系统以示与机加工的c a p p 的区别“。 国外，8 0 年代中期陆续研究开发了焊接工艺规程数据库、焊接工程数据库，焊 接工艺选择专家系统，焊接成本计算专家系统，焊接工艺设计专家设计系统等。但 是大多数软件的应用覆盖面比较小，都集中在焊接结构制造中的主要环节一接缝焊 接方面，没有用于整个焊接结构制造工艺的c a p p 系统。 我国对计算机在焊接生产中的应用工作始于8 0 年代末“，对焊接结构件c a p p 系统的研发还处于起步阶段，见诸报道的都是为特定企业的特定产品甚至零部件开 发“”。工作包括焊接工艺评定数据库，数值分析和数值模拟，如接头组织分析、热 场分析、残余应力分析、热影响区氢扩散与聚集等方面，同时也进行了焊接技术准 备工作的计算机辅助应用，如弧焊专家系统、零件工序流程编制系统、材料定额计 南京理工大学硕士学位论文化丁容器w c a p p 系统的设计与实现 算系统和工时定额计算系统等应用软件的开发，以及数控自动编程系统的开发工 作。 随着焊接制造技术的发展，如果继续沿用传统的焊接工艺评定编制方法和手工 编制焊接工艺方法，无论在质量、周期、效益等方面都存在尖锐的矛盾“。 a ) 编制工艺的技术准备周期长。不能及时地向生产部门和工艺部门提供完整、 统一、科学的工艺技术文件，制约了生产计划和供应计划。 b ) 经验水平和分析判断能力因人而异，所编制的焊接工艺评定指导书往往考虑 不周而返工。 c ) 工程技术人员要做大量的烦琐、重复性劳动，主要精力和时间消耗在编写工 艺文件上，无法将精力致力于新工艺开发利用。 d ) 焊接技术准备工作的传递层次多，工艺工时定额材料定额多人工作 重复抄表，依次传递，差错增多。 作为工业生产中最重要的材料成型方法之一，焊接的应用遍及了航天、造船、 化工、电力、建筑、汽车、微电子等领域，其质量和可靠性直接关系到最终产品的 性能与安全，其成本也在较大程度上影响到产品的最终成本。随着现代工业和现代 制造业的高速发展，焊接技术起到了越来越重要的作用。为了能够提高焊接接头的 质量和性能，一个至关重要的因素是正确地选择焊接参数，制定正确的焊接工艺， 并严格执行焊接工艺1 。 但是焊接工艺的设计是很复杂的，对于不同的焊件和焊接要求必须编制相应的 焊接工艺。很长一段时间以来，焊接工艺的编制与管理主要靠传统的手工方式完成。 因而，在管理、检索、编制和保存焊接工艺等工作上，不但造成了大量的重复性劳 动，浪费了焊接工艺人员的精力，而且时常造成不必要的人为失误，影响了生产质 量和制造成本。因此，国内焊接工作者们早在2 0 世纪8 0 年代后期就在焊接工艺设 计与管理中引进了c a p p 技术3 。而且可以预测w c a p p 的研究和应用在今后的焊接 生产中的作用将会越来越重要。 从现有的资料来看，国外典型的w c a p p 系统如表1 3 1 所示。”一”1 表1 3 1 国外开发的w c a p p 系统 名称开发者国家 w e l d i n gp r o c e d u r e s t o n e w e b s t e re n g i n e e r i n g美国 s e l e c t i o np r o g r a m w e l da s s i s t a n tk u h n ec a r ya n dp r i n t y美国 s t e a mp i p e m a r c h w o o de n g i n e e r i n gl a b 美国 w e l d e xt e c h n i c a lu n i v e r s i t yo fb e r l i n德国 l 绪论 坝j ：论文 s a w s h i pb u i i d i n g e n v i r o n m e n t q u e e nu n i v e r s i t yo fb e l f a s t英国 w e ds c h e d u l e rb a b c o c ka n dw il c o x美国 e x p e r tr o b o tw e l d i n g si c a r da n dl e v i i l e 美国 s y s t e m w e l d g e n t w i英国 国内有关w c a p p 的研究开始于8 0 年代，研究较早的单位有哈尔滨工业大学、清 华大学、上海交通大学、天津大学、华中科技大学等。近些年来国内对于焊接c a p p 的研究有了长足的进步，开发了一些实用的c a p p 系统，典型的如表1 3 2 所示“”川 名称 开发者 焊接工艺规程设计专家系统哈尔滨工业大学、哈尔滨锅炉厂 弧焊工艺制定与咨询专家系统清华大学、燕山石化 焊接工程的数据库及专家系统哈尔滨工业大学 焊接结构织造工艺计算机系统清华大学 压路机装焊c a p p 系统清华大学 焊接结构件装焊c a p p 系统清华大学 1 4w c a p p 适用于化工容器制造行业的特点 一般来讲，化工容器基本上都是由基座、简节、封头、法兰等主要部分构成， 因此不同产品之间在结构以及制造工艺上具有较大的相似性；从工作介质上讲，化 工容器大都具有易燃易爆、有腐蚀性强的特点，所以产品绝大多数都有抗腐蚀、抗 压力等要求，并且要求较高。” 从以上特点可以看出，化工容器的制造工艺、制造过程等要求极为严格，是发 挥w c a p p 规范化特点的理想前提。因此化工容器制造行业是w c a p p 系统应用的理想 行业。本文所要描述的就是针对化工容器制造行业进行研究和开发的一套w c a p p 系 统。 l5 课题来源 本课题为项目“化工容器焊接工艺设计w c a p p 系统开发”，合作单位是中国石 化集团南京化学工业公司化工机械厂。 南京理工大学硕士学位论文化工容器w c a p p 系统的设计与实现 1 6 课题的理论意义和应用价值 本文所开发的w c a p p 系统对“数字化焊接”中的关键环节进行了有益的探索， 为w c a p p 系统中的焊接工艺求解提供了解决思路与实例。 传统的焊接工艺设计模式对工艺设计人员的要求较高，并且设计周期较长，不 利于新产品的开发。开发新一代的焊接c a p p 系统，将大幅度提高焊接工艺编制的 速度，缩短产品设计周期，有利于节约成本，加快新产品的开发，从而提高企业的 市场竞争力；且对工艺编制人员的要求将相对降低；另外，该系统还将产品管理、 工艺文件管理、焊工档案管理集成在一起，有助于工厂对各种档案实施有效的管理。 为化工类机械制造企业构建了焊接工艺设计自动化、信息化支撑平台。 2w c a p p 系统的整体设计 砸士论文 2w c a p p 系统的整体设计 2 1 w c a p p 系统需求分析 2 1 1 术语介绍 焊接工艺评定( w p q ：w e l d i n gp r o c e d u r eq u a l i f i c a t i o n ) ：为验证所拟定的焊 件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。 焊接工艺指导书( w p s ：w e l d i n gp r o c e d u r es p e c i f i c a t i o n ) ：为验证性试验所 拟定的、经评定合格的、用于指导生产的焊接工艺文件。 焊接工艺评定报告( p q r ：p r o c e d u r eq u a l i f i c a t i o nr e c o r d ) ：按规定格式记 载验证性试验结果，对拟定焊接工艺的正确性进行评价的记录报告。 焊接接头( w e l d e dj o i n t ) ：由两个或两个以上零件耍用焊接组合或已经焊合的 接点，检验接头性能应考虑焊缝、熔合区、热影响区甚至母材等不同部位的相互影 响。 焊件( w e l d m e n t ) ：用焊接方法连接的压力容器或其零部件，焊件包括母材和焊 接接头两部分。 试件( t e s tp i e c e ) ：按照预定的焊接工艺制成的用于焊接工艺评定试验的焊件。 试件包括母材和焊接接头两部分。 焊接工艺卡( w e l dp r o c e d u r ec a r d ) ：针对单个焊接接头生产而制定的工艺说 明文件，用于指导线工人实际操作。 产品工艺说明书( p r o d u c tp r o c e d u r ei n s t r u c t i o n ) ：针对完整的产品而制定 的一整套工艺文档，其中包括产品的整体描述以及每个接头的焊接工艺卡等内容。 2 i 2 工艺设计及技术管理流程 在工厂的实际生产中，整个产品的结构设计完成后，产品的相关图纸和说明会 送到工艺设计组进行工艺设计。工艺设计人员需要把整个产品分割成若干个相对独 立的部件，并制作出部件图；然后针对每个部件中的每个接头绘制接头图，并制定 焊接工艺，进而制作焊接工艺卡：当所有接头的焊接工艺卡制作完成后，需要制作 产品焊接工艺说明书；然后才可以备案并交付工人指导生产。 在生产第一线实际指导工人生产的工艺文件是焊接工艺卡，焊接工艺卡上详细 地标明了待焊接头的所有焊接规范以及要求，主要包括接头编号、接头图、母材类 型、焊接工艺评定号、焊工资格、焊接过程、检验要求、与热温度、层间温度、焊 垦堕翌坚垄兰塑堂堕兰 一 丝三查登! 兰垒堡墨堕墅望生皇壅些 接工艺参数、保护气体信息等，详细内容参见图2 i i 。 焊接工艺卡中的工艺参数的设计需要相应的焊接工艺评定报告作为支持，p q r 支持的工艺卡不能应用于生产。 商化。目化机r 世薪名称阿畦趣器光n第1 0 夏 焊接接止母jj 81 月摧t 2 悍盘烬t 资格 母村 2 0 r2 0 焊接i = l程氇 啦要求 j j i 四母接啵口， ：竹0 i i 群堙_1 1 1 j 血抖 上 rs m a w 目| #竹班 日1 m 口_ 自m 、打船d * * 4 诫世 姆l 蔓口5 m a w 4 * 颤热淑皮i ， l 层问涅廑i ( 3 5 0 c 辟扁热处理i 7 保护气神英| ， 焊接i艺参数气体耕【量 ， 烈* * m * i ”* t m m m n i 黹“i v 5 l ，怒，i4 鼍28 掣“h ?背气菹量 7 i 川一w 川? 、l 。一 w 1 ； n ：，1 ) ”： 1 ! “【”p ”。i ，“ 。1 ”“i 二l 5 j 、 半卜t ； l ； i 一 ：| ”“”阿缉 瑶蚓 ：| 嗣新 埔纠i 。市棱 图2 1 1 焊接工艺卡实例 一一一 查找适用p q r i 一面歪蓐毒皇详藉导i 不合格 一试验并检验 i： 确g w p s卜一出具焊接丁艺卡 一j 一 ，一上一 审核 j 指导生产 合格 一一一一 4 出具工艺评定报告 图2 1 2 焊接工艺卡制作流程 般来说，焊接工艺卡的制作应遵守以下顺序：首先依据待焊接头的参数确定 p q r ，然后确定该p q r 所对应的w p s ，进而依据此w p s 确定焊接工艺卡中的工艺参数， 焊接工艺卡经审核合格后方可交付焊工，用于指导一线实际生产。如果现有p q r 库 中没有可以适用于该焊接接头的p q r ，则需要根据待焊接头制作焊接工艺评定指导 1 1 2w c a p p 系统的整体设计 硕： 论文 书，然后依照该指导书进行试验，并进行焊后检验。经检验合格后方可出具焊接工 艺评定报告，否则，需要修改焊接工艺评定指导书，然后再进行试验，直至检验结 果合格为止。上述流程参见图2 1 2 。 从上述的工艺设计流程中可以看出，对于企业来说，工艺制定人员及工艺审核 人员的能力和素质将直接影响到最终工艺文件中工艺参数的正确性和可操作性，所 以对于工艺设计人员及工艺审核人员的资格认定及管理是企业技术管理中一项极 为重要的内容。 另外，焊接产品的生产最终是由焊接工人完成的，焊接工人对产品以及工艺的 理解能力和实际操作能力直接影响了产品的质量。因此化工容器制造行业对焊工的 资格有着及其严格的要求，特定的接头需要具有特定资格的焊工来完成，并且需要 在焊缝上标上该焊工的钢印号，以便日后的责任认定。没有相应资格焊工的企业是 不允许生产相应的产品的。生产中对焊工资格的要求是显示在每张焊接工艺卡上的 ( 参见图2 1 1 ) ，而焊工资格的认定是要通过复杂的考试。因此，企业对焊工的档 案管理是又一项重要内容。 2 1 3w c a p p 系统功能需求 针对以上企业中的工艺设计及技术管理总体情况来看，本文所要建立应用于石 化容器制造行业的w c a p p 系统需要具有产品档案的管理、焊接工艺及参数的自动确 定、工艺文件的生成与管理、焊工档案的管理等主要功能，方能实现企业工艺设计 与相关技术管理的数字化。总结起来，主要有以下几点： 1 ) 用户管理 由于本系统中涉及到直接应用于指导实际生产的重要工艺文件，以及产 品信息、人员档案等敏感内容，所以必须对使用者的权限加以限制。一般 来说，普通用户只能够浏览系统中的部分信息，在获得授权后可以浏览更 多内容或者修改获得授权的信息。 2 ) 产品结构信息表示及其管理 产品结构信息是描述产品组成部分、各部分属性及其拓扑关系的数据， 通常呈现为结构树层次形式。在表示时一方面涉及到不同的类属数据，描 述不同部分之间的拓扑关系：另一方面，需要动态修改产品属性和产品部 件，其是c a p p 软件设计的关键部分，其表示和操作具有典型的非结构化特 点。对化工容器产品而言，需要完整地表述接头参数信息、接头图、部件 信息、部件图以及这几项内容之间的相互关系。本系统应该能够对这些内 容进行有效的管理，使用户能够快速、直观地了解到整个产品的所有信息。 3 ) 焊接工艺文件的自动生成管理以及输出 1 2 要! 塑查堂塑主兰堡兰塞 些王查塑型曼竺! 墨竺塑壁生兰兰垫 焊接工艺文件主要包括w p s 、p q r 、w p o 、焊接工艺卡、产品工艺说明书 等。这些文件是直接指导实际生产的重要途径，因此本系统应能够实现对 所有相关的工艺文件进行数字化管理，实现依据相关输入进行查询、对工 艺文件进行编辑、删除以及打印输出等功能，以方便工艺设计人员的使用。 4 ) 焊材、母材信息管理 焊材以及母材的选择是确定焊接工艺参数的重要组成部分，本系统应该 能够通过对焊材、母材建立数据库，进而对其内容进行管理，用户可以依 据相应输入条件对焊材、母材进行查询。并且在获得授权的情况下还可以 对此进行编辑，以保证系统的可维护性。 5 ) 焊工档案管理 化工容器生产行业对焊工的施焊资格、以及对焊工的考核要求都极为严 格。传统的完全由人工管理的方法，往往耗费了企业的巨大精力，不利于 企业把更多地人力投入到新产品的开发中。本系统应能够通过对焊工建立 数字化档案，实现对焊工档案的快速有效的管理。 2 2w c a p p 系统的整体设计 基于以上的需求分析，本系统依据图2 2 1 所示的总体结构进行设计，共分为 产品信息模块、工艺自动生成模块、档案管理模块、用户权限管理模块等四个功能 模块。 2 2 i 产品信息模块 该模块主要提供对产品的总体管理，实现从产品到部件再到接头的结构化管理， 使用户能够直观地获得产品的结构信息。 1 ) 产品结构 为了实现该项功能，系统采用如图2 2 2 的结构分析产品，并利用树形控件 ( w r e e v i e w ) 对产品按部件、接头进行数据的层次化管理。每一个产品对应一张总 图及若干部件，每个部件包括张部件图及若干接头，每个接头包含一张接头图以 及若干接头基本参数信息。 利用x m l ( e x t e n s i b l am a r k u pl a n g u a g e 可扩展标记语占) 文件存储每个产品 的所用信息，包括产品结构、总图、所有部件、所有部件图、所有接头、所有接头 图、所有接头参数信息。即一个产品对应数据库中的一个x m l 文件。x m l 是w 3 c 推 荐的在w e b 上数据表示和交换标准。x m l 的嵌套标记使得它很适合描述半结构化的 数据，从而为描述复杂的产品信息提供了一种很好的方式。 i3 2w c a p p 系统的整体蛀计 硕士论文 化 工 容 器 n 电 勺 系 统 1 产品结构 产品信息模块 2 图形系统 l3 接头的分类管理 r - 1 工艺推理 工艺自动生成模块j l2 工艺文件的生成 ，l 焊工档菜 档案管理模块j 2 娜。呲档案 l3 推理规则档案 i l4 工艺文件档案 用户权限管理模块 图2 2 1 化工容器w c a p p 系统总体结构示意图 图2 2 2 产品树形结构示意图 2 ) 图形系统 对于产品来说，图形包括总图、部件图、接头图。本文采用v b a ( v i s u a lb a s i c f o ra p p l i c a t i o n ) 技术对a u t o c a d 进行二次开发，进而对产品总图( d w g 格式) 以 及部件图进行焊缝标注，然后将其输出为w i n d o w s 图元文件( w f 格式) ，以便“产 厂，ljji，_、。、，lillil， 南京理工人学顿| 一学位论文 化t 容器w c a p p 系统的设计咭实现 品结构”模块调用、浏览。对于接头图，按照接头类型、坡口形式、焊透情况等对 焊缝分类，将各种常用的接头类型对应的接头图存入数据库备用，如果遇到数据库 中没有的接头图，则向用户提供接头图制作工具，并将用户所画接头图存入数据库 以备后序使用，实现接头图库的可扩展性。 3 ) 接头的分类管理 对于不同的接头类型需要对应不同的接头图( 示意图) 。另外，接头类型也是后 续工作中确定焊接工艺的重要因素，所以需要对接头进行分类管理，目口在建立( 添 加) 新接头时，就需要输入该接头的类型信息，主要包括以下几个方面： 接头类型：对接接头对接焊缝、角接接头对接焊缝、角接接头角接婢缝； 坡口形式：单面v 、单边v 、双面v 、x 型、k 型等、u 型、双面u 型； 焊透情况：焊透、不焊透； 板夹角：3 0 。4 9 。、5 0 。6 9 。、7 0 。8 9 。、9 0 。、9 1 。1 1 0 。、 1 1 1 。1 3 0 。、1 3 1 。1 5 0 。： 板厚情况：厚薄、等厚、薄厚； 内外焊缝：内焊缝、外焊缝； 吻合类型：端面与端面吻合、端面与底面吻合。 2 2 2 工艺自动生成模块 工艺文件主要是指焊接工艺卡，工艺卡中需要的数据推理生成后，系统利用v b a 技术将数据填写到模版库中的工艺卡模版中，进而在m i c r o s o f tw o r d 中实现工艺 卡的输出。 由于一次只能推理生成个接头的工艺卡，所以系统还将提供焊接工艺卡打包 工具。当一个产品中的所有接头的工艺卡都已生成后，该打包工具可以将这些工艺 卡组合，并添加封皮、目录等必要内容，形成一本完整的产品焊接工艺说明书，进 而实现输出。 本文运用模板库来实现系统的开放式数据模型，模板是同类工艺文档格式不含 内容的空白文档，规定了一类工艺文档的数据样式及版式，模板库是面向不同工艺 数据模板的集合，模型对应各种不同的工艺技术文档，模板的实例化过程生成相应 的工艺文档。在w c a p p 中，模板表现为按需求设计的一系列规范化电子表格，表格 的不同区域单元格表示相应的工艺类型信息，模板实例化过程是将求解的工艺数据 ( 表现为对应表的记录或字段) 填入对应的单元格系列或单元格生成相应的工艺文 档，原理如图2 2 3 所示。 在系统的具体实施阶段，根据用户要求添加、删除或修改相应的模板，构建相 应的数据模型，然后针对这个数据模型定制用户所需的表达形式，从而实现特定用 1s 2w c a p p 系统的整体设计 硕士论文 户的特定要求，这样就实现了系统的通用性。 管理和存档，通常需要生成产品工艺说明书， 页眉及其他的工艺数据等构成。 在生成不同的工艺文档后，为了统一 其是由封面、目录、产品图、工艺卡、 图2 2 3多类型模板工艺生成示意图 2 2 3 档案管理模块 焊工档案 焊工档