（材料加工工程专业论文）不锈钢容器计算机辅助焊接工艺设计系统.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着现代工业的发展，不锈钢因其表面具有光亮性、耐磨性、耐蚀性等优点被 广泛应用于化工、食品、石油、核工业，如大型化工容器、食品罐体、工业管道 等。随着其应用越来越广泛，国内外对不锈钢焊接技术所涉及的焊接方法、焊接 设备、焊接材料、焊接工艺和焊接质量的控制近年来不断深入发展。但由于焊接 产品结构的复杂性、焊接工艺参数特殊性，致使不锈钢容器焊接生产厂家制定焊 接工艺规范、设计焊接工艺规范表时技术难度大、耗时多。本文针对不锈钢焊接 技术的应用越来越广泛，但焊接资料较分散以及焊接工艺设计的复杂性和重复性 的问题，在分析了国内外一些焊接生产企业制定焊接工艺时采用的方法和步骤的 基础上，参考了国内外一些先进的商业性焊接应用软件的设计思想，运用程序设 计语言v i s u a lb a s i c 6 0 ，设计了一个适用性和通用性均较强的不锈钢容器计算机辅 助焊接工艺设计系统( c a p d s ) 。 系统数据库部分采用数据库管理系统a c c e s s 建立了焊接工艺设计过程中所需 的焊接资料数据库、推理规则数据库、焊接工艺文档管理数据库等。其中焊接资 料数据库主要包括母材数据库、焊接材料数据库、坡口形式数据库、焊接方法数 据库和焊接设备数据库等。推理规则数据库包括焊材的选择规则、焊接工艺参数 选择规则、焊前和焊后热处理规范的选择规则、焊接工艺评定标准等数据库。焊 接工艺文档管理数据库包括焊接工艺评定报告( p q r ) 数据库、焊接工艺规程 ( w p s ) 数据库。 系统程序设计部分实现了焊接工艺的制定和工艺文件的管理。系统在用户输 入焊接基本条件后，通过在内部数据库的搜索、比较、判断，生成焊接工艺评定 报告或焊接工艺规程或焊接工艺卡。并对已有焊接工艺评定报告p q r 、焊接工艺 规程w p s 建立数据库管理。 由于本系统采用数据库技术实现对各种焊接工艺制定相关的信息的管理，包 括对焊接母材、焊接填充材料、焊接工艺规程、焊接工艺评定报告等，因此为系 统通过各种参数进行搜索和查询提供了极大的方便。 应用本系统进行不锈钢容器焊接工艺的设计，可以达到指导焊接结构生产的 工艺设计、提高企业工作效率和技术管理水平的目的。 关键词：不锈钢，焊接工艺设计，数据库，v i s u a lb a s i c 6 0 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , b a s e do na n a l y z i n gt h em e t h o d sa n dp r o c e s s e st o d e s i g naw e l d i n g p r o c e d u r ei ns o m ed o m e s t i cw e l d i n gm a n u f a c t u r e sa n dr e f e r r i n gt os o m ew e l d i n g s o 羝v a r ea b r o a d ，ap r a c t i c a la n du n i v e r s a ls t a i n l e s ss t e e l sw e l d i n gp r o c e d u r em a n a g i n g s y s t e m ，c a p d si si n t r o d u c e db yu s i n gv i s u a lb a s i c 6 0 b yt a k i n ga d v a n t a g eo ft h e na c c e s sd b m s ，c a p d sc a ne f f e c t i v e l ym a n a g et h e w e l d i n gd a t a b a s e ，i n f e r e n t i a lr u l ed a t a b a s ea n df i l e sd a t a b a s eo fw e l d i n gp r o c e s s f i r s t ， t h ew e l d i n gd a t a b a s ec o n t a i n st h em e t a lt a b l e , t h ef i l l e rm e t a lt a b l e , a n dt h e j o i n tg r o o v e t a b l e ，t h ew e l d i n gm e t h o dt a b l ea n dt h ee q u i p m e n tt a b l e s e c o n d ，t h ei n f e r e n t i a lr u l e d a t a b a s ec o n t a i n st h er u l e sr e s p e c t i v e l yu s e di ns e l e c t i n gt h ef i l l e rm e t a l ，t h ew e l d i n g p a r a m e t e ra n dt h es t a n d a r dp r o c e s si nh e a tt r e a t m e n t ，a n dc r i t e r i au s e dt oa s s e s st h e w e l d i n gp r o c e s s a n df i n a l l nt h ef i l e sd a t a b a s ec o n t a i n sp q ra n dw p s t h es y s t e mr e a l i z e st h ep l a n n i n go fw e l d i n gp r o c e s sa n dt h em a n a g e m e n to fp r o c e s s f i l e s w i t ht h eu s e r s i n p u to fb a s i cc o n d i t i o n so fw e l d ，t h es y s t e mp r o d u c e sw p c t h r o u g hs e a r c h i n g , c o m p a r i n ga n dj u d g i n gi n n e rd a t a b a s e i t i sc o n v e n i e n tt os e a r c ha n di n q u i r ev a r i o u sp a r a m e t e r sf o rt h er e a l i z a t i o no f i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tc o n c e r n i n gw j t hd i f f e r e n tw e l d i n gp r o c e s sp l a n n i n gb yw a y s o f d a t a b a s et e c h n o l o g y a tt h es a m et i m e ，t h ec a p d sc a na u t o m a t i c a l l ym a k et h ew e l d i n gp r o c e d u r e u s i n g t h i ss o f t w a r et o d e s i g ns t a i n l e s ss t e e l sw e l d i n gp r o c e d u r ei nm a n u f a c t o r i e s ，t h e d e s i g n i n gp r o c e s sc a nb es m a r t l yi n d u c t e da n dt h ew o r ke f f i c i e n c ya n dm a n a g e m e n t l e v e lo f t h em a n u f a c t u r ec a nb eg r e a t l yi m p r o v e d k e yw o r d ：s t a i n l e s ss t e e l ，w e l d i n gp r o c e d u r e sd e s i g n i n g ，d a t a b a s e ，v i s u a lb a s i c 6 0 j l 垂痰大学磺士学整论文1 蹬论 1绪论 1 1 现代焊接工程与计算机技术 1 1 1 焊接工程在现代制造业中的地位和作用 近十年来，我国焊接技术的发展十分迅速，从单一的焊接技术发展成为综合性 的焊接加工制造技术，所涉及的技术领域包括结构材料、结构设计、焊接方法、焊 接设备及工艺装备、焊接材料、焊件毛坯的焊前处理和加工、焊接过程的机械化和 自动化、焊接工艺过程的控制、焊缝质量的监控、检验、焊后热处理、焊件的后处 理及涂装、焊接环保及焊接结构的失效分析等f 1 1 。 焊接结构用材料已从普通的碳素钢、低合金钢扩大到各种中合金钢、高合金钢、 不锈钢、低温钢、耐热钢及耐热合金、耐蚀镍台金、铝及铝合金、铜及铜合金、钛 及钛合金、耐磨合金、难熔金属及活性金属、铸铁、工程塑料以及陶瓷等。 焊接结构的应用领域已从锅炉、压力容器、管道、船舶、车辆扩大到航天、航 空工程、建筑、桥梁、机车、核能设备、冶金矿山设备、轻工、医疗机械、家用电 器、电子仪表以及食品、饮料加工设备等f 2 3 】。 焊接在各种重大工程和制造技术中正化为一种系统工程在理论研究和应用技术 方面得到全面发展。科学的不断进步，包括电子技术、计算机技术、信息技术和管 理技术的进步和激烈的市场竞争，不仅推动着焊接技术的更新，而且对焊接质量不 断提出更高的要求。对于黑色金属，尤其是具有高强度的合金钢、具有耐蚀性及光 亮性的不锈钢，以及有色金属和非金属的结构焊接所设计到的焊接技术正在全面地 向纵深发展，同时在现代制造也中的地位和作用显得更加突出。 1 1 2 计算机技术在焊接工程中的应用 电子计算机技术经过半个多世纪的发展，给人类生产和生活的各个领域带来了 深刻的影响。计算机技术在近2 0 - 3 0 年来促使传统制造工业向先进制造技术发展。 制造业已经将计算机技术应用到产品设计( c a d ) 、工艺设计( c a p p ) 、制造( c a m ) 、 信息管理系统( m i s ) 、办公自动化( o a ) 等领域，将这一系列计算机辅助技术加 以集成，就成为计算机集成制造系统( c i m s ) 【4 1 。在焊接行业中，计算机的应用正 在逐步向焊接科研、生产、管理等各个领域深入发展。9 0 年代初国际焊接学会将这 类应用概括为“计算机辅助焊接技术”( c o m p u t e r a i d e d w e l d i n g ，c a w ) 。现在c a w 一词已不限于焊接结构和接头的计算机辅助设计、焊接工装计算机辅助设计、焊接 工艺计算机辅助计划、焊接工艺过程计算机辅助管理等以计算机软件为主的方面， 而且还涵盖了焊接过程模拟、焊接工艺过程控制、传感器以及生产过程自动化等与 计算机应用有关的方面【4 】- 口】。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 自8 0 年代以来，计算机技术在焊接工程中逐步得到应用，国际焊接学会( i i w ) 、 英国焊接研究所( t w i ) 、美国焊接学会( a w s ) 从1 9 8 6 年开始，先后多次召开了 关于计算机在焊接方面应用的专门会议，推动了计算机在焊接工程中的广泛应用。 1 9 9 7 年7 月英国t 和a w s 、美国国家标准与技术研究所( n i s t ) 等单位联合在 国际焊接学会( i i w ) 5 0 周年大会前召开了第七次c o m p u t e r t e c h n o l o g y i n w e l d i n g 的 国际会议，就应用实例、软件开发、焊接过程模拟与控制等方面进行了交流，同时 举办了硬件及软件展览会。 我国1 9 8 9 年就曾召开过“焊接专家系统研讨会”，此后焊接学会和焊接协会在 1 9 9 2 年和1 9 9 6 年又联合召开了两次“全国计算机在焊接中的应用交流会”，对我国 计算机在焊接工程中的应用起了很大的促进作用旧。【7 】、【8 】。 焊接生产 计划与管理 焊接信息 数据库 焊接生产 文档管理 焊接缺陷与设 备故障诊断 焊接工程 计算机辅助技术 c a w 控制 系统 焊接冶金 与可焊性 质量控制 与检验 睦到恒划圈恒 i 计算与模拟i 检索 l 查询与解释l 与培训 图1 1 计算机在焊接工程中的应用 f i 9 1 1t h ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e rt ow e l d i n g 图1 1 列出了计算机在焊接工程中应用的主要方面。其中焊接信息数据库、焊 接生产文档管理、生产过程计划与管理的应用最为普遍。在这些方面引入计算机技 术，促进了生产过程管理的规范化、标准化，大大提高了生产效率，缩短了生产周 期，提高了产品质量，降低了成本，特别是使焊接工程技术人员从繁重的日常事务 工作中解脱出来，将主要精力用于重要的技术问题上。随着计算机技术在焊接生产 中应用的日益深入，这方面的软件已经商品化。根据国际焊接学会的不完全统计， 专门针对焊接生产而开发的商品化了的软件已有数百种。焊接作为一种工艺方法广 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 泛用于不同行业，不同行业所用的焊接方法、工艺参数、检测方法、验收标准等都 可能有很大差别。即使同一行业中的不同企业，由于其生产条件不同，所涉及到的 有关焊接信息的存储方式和处理方法也可能差异很大。所以除了已见诸报导的各种 较为通用的软件外，还存在着许多仅适用与某一特殊领域的应用软件。 1 1 3 焊接工程应用软件的用途和分类 焊接工程应用软件包括了两种不同类型：一种是和焊接或切割设备直接有关的、 以控制微处理器为主的软件，另一种是独立于焊接或切割设备以外的以微型个人计算 机为主的软件。为了使越来越多的焊接应用软件分类，i 聊委提出了将它们分为以 下几类 4 】： ( 1 ) 信息存储：主要包括焊接工艺评定记录、母材性能数据库、焊材性能数据库、 检测记录、焊接文献及技术档案、焊工管理等等 9 1 1 0 1 0 1 1 1 2 1 。 ( 2 ) 重复计算：主要包括熔敷金属体积及焊材用量、焊接成本分析、焊接应力和 变形计算、c c t 图及焊接性分析、结构断裂评定、焊接热过程分析等等 1 3 1 、 1 4 1 、 15 1 。 ( 3 ) 标准说明：主要包括锅炉压力容器焊接标准a s m ei x 、预热及焊后热处理 b s 5 1 3 5 和b s 2 6 3 3 、疲劳计算标准b s 5 5 0 0 、焊接工艺标准e n 2 8 8 等等。 ( 4 1 专家系统和咨询系统：主要包括焊接工艺规程的编制、焊接裂纹分析、焊接 接头性能预测等 1 6 1 11 1 7 1 8 】 1 9 l ，将在下节具体讨论。 ( 5 1 其他，包括培训教育、机器人离线编程、数控切割与套料、焊接材料成分分 析等【2 0 】【2 ”。 以上各类软件统称为“c a w 系统”，但实际上由于开发单位不同、使用范围不 同、依据的国家标准和行业规范不同，同一用途的焊接应用软件常常有多个品种， 它们之间的差别可能很大。 1 2 焊接专家系统 1 2 1 引言 所谓专家舔统( e s ) 就建一类智能计算机程序，它能够根据已肖的知识和推 避步骤解决那烘需要人类专家才能解决的困难问题。与一般常规计髀机程序相比 较，e s 一般墓蠢良下凡令特点： 1 ) 知识的使用与知识本身分离； 2 ) 知识被符号化，系统能够符号化摧瑕； 3 ) 可以解释其推理过程； 4 ) 必鬟德人类专家一掸z 终。 通常认为e s 的基本结构包括知识库、推理机、人机界面和知识获取模块几部 分。知识库存储符号化表永的人类专家经验和知识。知识可分为事囊知识和概念 瞧嫩谖巍类，藏者表示领域蠹溪察妥熬攀 譬，爱老列燮楚麓象，遥攀不可疆寨爨 3 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 只可总结得到。推理机根据用户给定的激励条件完成匹配前提的任务并出发规则。 用户界面为人机交互提供必要的手段，它应能为用户提供以下几种主要途径：问 题求解、获取系统知识和解释特定问题。知识获取模块是用户使用的维护、添加 知识库的手段。【竭、 z 3 1 、1 2 4 】、 2 5 】 专家系统特别适用于那些需要用大量专家经验与知识来解决问题的领域，如 生产调度、医疗诊断、地质勘探等等。焊接领域也十分适合于开发专家系统。近 年来，焊接界的人士都不同程度地希望借助于专家系统解决诸如焊接缺陷分析、焊 接材料选择、焊接工艺设计等一系列复杂问题。 1 2 2 国外焊接专家系统的发展概况 焊接领域的专家系统研究约开始于8 0 年代最早见于报道的是美国科罗拉多矿 业学院( c s m ) 与美国焊接研究所( a w i ) 联合开发的焊接材料选择系统w e l d s e l e c t o r 2 “。英国、日本、德国及其它一些国家也相继开展了这发面的研究工作。 些国家还单独或联合制定了专门的开发计划： ( 1 ) 美国焊接研究所的焊接信息网计划( w e l d i n gi n f o r m a t i o nn e t w o r k w i n ) q ； ( 2 ) 欧洲尤里卡计划e u 2 5 9 ( e u r o w e l d ) 2 8 1 , 1 2 州； ( 3 ) 日本大阪大学焊接研究所的焊接专家系统开发计划( w e l s y s ) p u j ； ( 4 ) 德国焊接研究所的信息联合焊接技术计划口”。 袋1 1 国外主猫焊接专家系统 t 曲l e1 1t h em a i nw e d i n ge x p e r ts y s t e mo fi na n do u t 襄称功能类墼开发者撬供者 w e l d i n gp r o c e d u r es e l e c t i o n工艺选择s t o n e & w e b s t e r 飘g ( 荧) e x p e r ts y s t e m 弛l d s y s w e l d s y s 2工艺选择 o s a k au n i v ( 疆) s a we x p e r ts y s t e m 工艺潮定q u e e n su n i hb e l f a s t ( 英) h i ge ) 舻e r t 工艺优化 i n s t j t u t ed es o u d u r e ( 法) m a g w i n 缺陷分析 i s f ( 德) a l u m i n u m 礤e l d c n ge n g i n e e r海季砉、王慧选耩c a r b e g u em e l l l o nu n i v 。( 美) w e d s e l e c t o r 焊材选择 c 蹦a n da w l c a m t e c h1 0 0 0a n da d a p t i t e c h1 0 0 0 实时监控殿诊断 a d a p t i v et e c h n o l o g i e s ( 美) w e l d m p e cc b e c k据准勰释 硼i 骺l d c r a c ke x p e r t裂绞诊断 t 霄i 表l 。l 列出了国外：i 瞧年来开发的焊接专家系统，这些系统大多达到了商品 纯戆承平。 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 2 3 国内焊接专家系统的发展概况 我国也几乎与国外同时开始了焊接专家系统的研究工作。最早见于报道的是 南昌航空工业学院的焊接方法选择专家系统。清华大学、哈尔滨工业大学、天津 大学、上海交通大学、河北农业大学、甘肃工业大学、天津焊接研究所、大连铁 道学院、湘潭大学等单位先后进行了焊接专家系统的开发。1 9 8 9 年1 1 月中国焊接 学会x i i 与数值分析及c a d c a m 研究组在清华大学联合召开了“焊接专家系统” 专题学术会议，促进了国内焊接专家系统开发技术的普及与提高【4 】。表1 2 列出了 我国近年来开发的焊接专家系统。 表1 2 我国近期开发的焊接专家系统 t a b l e1 2t h ew e l d i n ge x p e r ts y s t e md e v e l o p e dr e c e n t l yi n s i d e 名称类型所处发表研制 阶段时间单位 焊接工艺规程设计专家系统工艺设计实用原型 1 9 9 2 哈工大，啥尔滨锅炉厂 弧焊工艺制定与咨询专家系统工艺选择 实用原型1 9 9 2清华大学，燕山石化 c 0 2 气体保护焊工艺参数专家系统工艺选择研究原型 1 9 9 2 天津焊接研究所 有缺陷结构安全评定专家系统结构安全评定实用原型 1 9 9 2清华大学 超声波焊接专家系统 c a d研究原型1 9 9 3 上海交通大学 焊接裂纹预测及诊断专家系统缺陷诊断实用原型1 9 9 3天津大学 弧焊工艺专家系统h j g y - y 5工艺选择研究原型1 9 9 7大连铁道学院 焊接缺陷诊断与咨询专家系统缺陷诊断研究原型 1 9 9 7甘肃工业大学 焊缝坡口设计与选择专家系统c a d研究原型1 9 9 7华中理工大学 电阻点焊工艺参数选择专家系统工艺选择研究原型 1 9 9 8 吉林工业大学，一汽 经过十多年的不懈努力，各国研究机构己从不同侧面、以不同形式，研制了 多种类型的焊接专家系统，主要集中于工艺制定、缺陷分析、材料设备选择等方 面。按应用特点可将现有焊接专家系统分为以下几种类型： ( 1 ) 工艺选择与工艺制定，这是最主要也最成功的焊接专家系统应用领域。焊 接工艺涉及母材、焊接材料、接头及坡口、预热与焊后处理、焊接方法、焊接规 范参数等许多因素。已开发的焊接工艺专家系统中，有些是针对单一的工艺因素， 有些则是综合工艺设计或选择系统。其中清华大学与燕山石化联合研制的“通用 型弧焊工艺专家系统”( q i - r w e s ) 因其较强的适应性和再开发能力而独具特色 3 2 1 。 另外哈尔滨工业大学和哈尔滨锅炉厂研制的“焊接工艺评定数据库管理系统”【1 6 】 1 7 1 也得到了较好的应用。 ( 2 ) 焊接过程实时控制。这是焊接专家系统的一个重要发展方向，但目前开发 的系统不多。典型的系统如美国焊接研究所( m ) 与美国国家标准技术研究所 ( n i s t ) 联合研制，于1 9 9 2 年完成的w e l d e x c e l l 。该系统在离线状态下可完成焊 5 重痰大学联士学疰论文l 绪论 接工艺规划，包括绘制焊缝符号、进行焊接接头设计、选择焊接材料、计算预热 温度、编制w p s 。此时程序向用户询问材料类型、焊件厚度等一系列问题，生成 的工艺被直接送往车间的机器人焊接控制器。焊接时控制器借助多种传感器监测 机器人焊接参数，并依据已制定的焊接工艺调节参数偏差【3 3 。 ( 3 ) 焊接缺陷预测及诊断。这类系统可用于诊断焊接缺陷类型、缺陷致因，或 进行具体焊接工艺条件下的缺陷预测，最具代表性的是英国t w i 的裂纹诊断专家 系统w e l d c r a c ke x p e r t 3 4 。近几年来结合图象处理、人工神经元网络等先进技术， 日本在射线探伤和超声波探伤的缺陷识别方面已开发了相应的专家系统【3 5 】。我国 甘肃工业大学的“x 射线实时成像微机处理技术”也达到了实用水平。 ( 4 ) 计算机辅助设计靠4 造。这是计算机应用的重要领域，但是因为焊接结构根 据不同用途由各单位自行设计，没有通用的设计焊接结构的软件。如大连起重机 厂与清华大学合作完成的起重机主梁的装焊工艺的计算机辅助编制系统 ( w c a p p ) 实现了起重机主梁的计算机辅助设计制造【3 6 ；上海交大与吉林工大合 作开发的焊接变压器设计专家系统可对1 4 种系列的变压器及抗电器进行优化设 计，并对已有的变压器做出评估。 ( 5 ) 标准解释。这类软件涉及与焊接工艺、焊工、焊接工程项目管理以及焊接 结构设计相关的多种焊接标准，可解释标准内涵、检查有关内容是否符合标准、 执行标准规定或按标准进行管理。典型的软件有美国c s p e c 公司的t a r b o 、英 国t w i 的p r e h e a t 。 ( 6 ) 其它，如焊接结构安全评估、焊接冶金分析、设备配置、焊工考试、焊接 定额及成本分析等方面。 1 2 4 焊接专家系统工程应用存在的问题 计算机辅助焊接工艺规范设计系统的开发由以前的专门数据库开发工具 ( d b a s e 、f o x b a s e 和f o x p r o 等) 和逻辑推理语言( t u r b o p r o o g 等) 发展到了可视 化编程语言( 如_ r b 、v c 、v i s u a lf o x p r o 、p b 和d e l p m 等) ；其编程技术也由面 向过程发展到了面向对象和事件驱动；开发环境也由d o s 、w i n 3 x 发展到了w i n g x 和w ir a n t 。在此背景下，计算机辅助焊接工艺的制定的研究取得了很大的进展。但 就现有的计算机辅助焊接工艺规程设计系统来说仍然存在下面这些问题。 功能还欠完善。现已开发的系统，其功能多集中于w p s 的人工输入设计、 w p s 维护、w p s 组合查询，只有少数系统提供了工艺评定判断的必要性判定功能。 而焊接工艺规程的编制在很大程度上依赖于对原有工艺规程的继承，在这个继承 过程中，是否需要对继承并修改的工艺进行评定则是一个重要的环节。从目前已 开发的系统看来，这方面的功能还有所欠缺。 实用性较差。焊接工艺的制定和焊接工艺的评定是有标准规范的，计算机辅 6 重庆大学磺士学位论文 1 绪论 助焊接工艺制定系统的开发首先得依据标准进行。但从公布的资料来看，一些系 统并未严格执行标准规范的规定，这些显然制约了系统的实用性。 系统的可信度不高。目前现有系统都还不能向用户详细解释系统的执行过程 及运行结论的得出过程与依据。系统运行的透明度不够，这无疑增加了用户对系 统的不信任度。 1 2 5 焊接专家系统研究及应用的发展趋势 根据焊接专家系统以及信息及人工智能技术的现状与动态，未来焊接专家系 统将有以下发展趋势： ( 1 ) 现有应用研究的加强及新的应用领域的拓展。经过焊接及计算机领域研究 人员多年的努力，专家系统已在焊接结构设计、工艺制定、过程控制、缺陷诊断 等领域得到了成功的应用，但从品种上、质量和数量上还需进步发展。另外在 焊接生产规划、资源配置、生产调度、焊接质量控制等方面都有广泛的应用前景。 ( 2 ) 人工智能新技术的研究及专家系统开发技术的提高。随着焊接专家系统的 发展及新的实际问题的提出，对开发技术的研究将进一步引起重视。除灵活运用 现有专家系统技术、完善和提高性能外，目前已开展了人工神经元网络技术、模 糊推理技术、多媒体技术等方面的应用研究。 ( 3 ) 具有通用性的焊接专家系统及焊接专家系统开发工具的研制。开发具有良 好通用性、适应性的焊接专家系统可促进其推广应用，避免重复投入，大发提高 开发效益。 ( 4 ) 集成化及网络技术的应用。现有专家系统基本上都是独立使用的软件，而 未来的系统将向集成化方向发展，凡涉及较多领域知识的、比较复杂的问题可由 多个系统协同处理。进入9 0 年代后计算机网络技术取得了突破性进展，特别是 i n t e m e t 、i n t r a n e t 使得各种信息资源的广泛共享成为现实，从而为各种软件提供了 优良的使用环境与生存空间。就焊接专家系统而言，通过网络可以利用某些大型 数据库资源，系统也可提供多用户能力，实现系统共享 “。 1 3 本论文的研究意义及内容 1 3 1 研究意义 随着现代工业的发展，不锈钢因其表面具有光亮性、耐磨性、耐蚀性等优点被 广泛应用于化工、食品、石油、核工业，如大型化工容器、食品罐体、工业管道 等。随着其应用越来越广泛，国内外不锈钢焊接技术的研究近年不断深入发展， 其中包括焊接焊接方法、焊接设备、焊接材料、焊接工艺等”7 。1 。目前，各种焊 接都尝试着用于不锈钢的焊接，但由于工艺参数比较分散，难以进行查询。对于 不锈钢产品制造厂家，针对不同的不锈钢材质、不同的产品结构，在设计相关焊 接工艺参数，耗时多，技术难度大。常常因设计的工艺不当致使产品报废。 7 重庆大学磷士学位论文1 绪论 对于不锈钢生产焊接技术，为了保证不锈钢焊接产品质量，主要涉及焊接接头 设计、焊接方法及焊接设备的选择、焊接工艺参数的控制。上述诸项内容主要规 范在不锈钢焊接工艺评定和焊接工艺规程中。 焊接工艺规程是一种经评定合格的书面焊接工艺文件，按照法规的要求，用来 指导焊制产品焊缝1 ，以保证焊缝的质量符合法规要求。焊接工艺规程必须由生 产该焊件的企业自行编制，不得沿用其它企业的焊接工艺规程。因此，焊接工艺 规程也是技术监察部门检查企业是否具有按法规要求生产焊接产品资格的证明文 件之一，目前已成为焊接结构生产企业认证检查中的必查项目之一。因而焊接工 艺规程是企业质量保证体系和产品质量计划中最重要的质量文件之一。 焊接工艺评定是控制重要焊接结构的质量不可缺少的主要环节。在许多重要的 焊接结构中，如锅炉、压力容器、高压管道、船舶、桥梁和高层建筑，其焊接接 头都是按照等强原则设计的，焊接接头强度的减弱或韧性不足都会导致整个焊接 结构的提前失效、甚至导致灾难性的后果。在各种腐蚀介质中运行的焊接结构如 焊缝的化学成分或接头的金相组织不符合要求，则会产生严重的选择性腐蚀而导 致结构的破坏。因此，对于这样的焊接结构，在投产之前，通过在接近生产实际 的条件下焊制试板，取样验证接头的各项性能是十分重要的。在我国，一些重要 产品的制造法规、安全技术监察规程都对此作了明确的规定。如1 9 9 6 年出版的蒸 汽锅炉安全技术监察规程中第6 4 条规定：“采用焊接方法制造、安装、修理和 改造锅炉受压元件时，施焊单位应制定焊接工艺指导书并进行焊接工艺评定，符 合要求后才能用于生产。”当前，焊接工艺评定工作的正确性和合法性已成为考核 任何一家焊接结构生产企业质量控制和保证有效性的主要依据。焊接工艺评定目 的在于验证按设计的焊接工艺规程焊接的接头，其致密性和理化性能是否符合产 品设计的要求。因工艺规程必须经过焊接工艺评定试验证实其正确性和合理性， 所以编制焊接工艺规程的主要依据是相对应的焊接工艺评定报告。 在传统的焊接工艺制定过程中，工艺制定人员在接到一件产品之后，分析该产 品特点和技术要求，然后修改原有的工艺规程甚至制定一套全新的工艺规程。因 此，对于大中型焊接生产企业，每年都需作上百项焊接工艺规程的设计，几年以 后，工艺规程项目总数可能会超过干项。按照焊接工艺制定的程序，在新的焊接 工艺制定以前，为避免重复制定，通常应仔细核对已有的焊接工艺规程。由于以 前的工艺卡片没有很好的归档和整理，制定新的工艺时，这种核对工作相当费时。 因此，利用计算机数据库管理系统辅助工程师完成核对和制定工作显得十分必要。 它不仅缩短工艺编制周期，而且可以确保工艺制定和评定立项的正确性，防止重 复制定和重复评定。 总的说来，本课题研究的意义有以下几个方面。 8 重痰大学臻圭学穰论文 1 绪论 实践经验少的焊接工艺设计人员能应用不锈钢容器计算机辅助焊接 工艺设计系统设计出较好的工艺规程，这样不仅可以弥补有经验的高级焊接 工艺设计师的不足和难求，减少和避免人为的错误，而且可以使有经验的工 程技术人员从繁琐复杂的焊接工艺制定中得以适当解脱出来从事更有意义 的工作。 有利于焊接工艺规程设计的标准化和规范化。如果开发的工艺设计软 件严格按照标准规范来设计，则制定的焊接工艺自然会符合该标准。 采用计算机辅助焊接工艺的设计，不仅可以利用计算机高速处理信息 的能力，更重要的是可以将焊接工艺专家的集体智慧及经验融合其中，保证 了高速获得高质量的优化了的焊接工艺规程，有利于信息的共享。一般说来， 可将工艺设计的时间缩短到原来的l 7 1 1 0 “。 应用计算机辅助焊接工艺设计还可以获得可观的经济效益。据美国联 邦技术研究中心的报告，一个先进的计算机辅助工艺设计系统可以使零件的 生产成本降低约9 6 。由此可见，采用好的计算机辅助工艺设计系统进行 工艺设计不仅可以获得优化的工艺路线，减少设计周期，还可以大幅度降低 产品成本。 本课题所涉及的不锈钢容器焊接工艺设计系统是为某一不锈钢罐体 生产厂家具体进行的。因此该课题具有一定应用意义。 为此，作者开发了不锈钢容器计算机辅助焊接工艺设计系统( c a p d s ) 。 1 3 2 研究内容 不锈钢容器计算机辅助焊接工艺设计系统按其功能大致可分为五个模块：焊接 工艺设计、焊缝组织的预测、图形管理、工艺文件文件的管理、数据资料库。本 课题的研究内容主要是围绕上述五个模块而进行。 ( 1 ) 焊接工艺设计。 本系统中焊接工艺的设计主要包括焊接工艺评定报告、焊接工艺规程及焊接工 艺卡的编制三方面。设计一个友好的用户界面，在该界面用户可以方便地实现对已 有不锈钢罐体及管体焊接工艺规程和焊接工艺评定报告的检索，再根据检索结果， 修改原有工艺规程或制定新的工艺规程。 在制定因不锈钢产品结构变化、材质变化、使用性能变化的新焊接工艺时， 实现工艺参数的修订、选择、输入，根据输入的参数信息，以一定的数据形式保 存，完成工艺规程的设计。 焊接工艺评定报告、焊接工艺卡 焊接工艺评定是焊接生产中的重要步骤，所谓工艺评定就是用所选定的方法 和全部参数，根据标准规定的焊接试件，检验试样测定接头的各项性能，包括拉 9 煎庆大学硕士学饿论文 1 绪论 伸、冷弯、冲磁、硬度及金相分析。评定合格的焊接工艺，必须在基本和补加因索 致的条件下才能用于结构铡造。工艺评定提出的评定报告是编制焊接工艺卡的 蒸零穰撵。系统禳据工艺译定报告裁定了多强簿接工艺卡，供工程馒蘑。 ( 2 ) 焊缝组织预测。 奥氏体不锈钢焊接时，控制焊缝中的棚数量可以获得比较满意的抗晶间腐蚀能 力。一毅，誊瓣金翅法或磁瞧法寒溺量稳约数量。金稼法豹误差较大。常推荐瘸 磁性法。应用焊缝组织图( 所谓舍夫勒图) 来佶算稠也是常用的方法。此方法掇 据镍当量和铬巍量来确定焊缝组织，所谓镍当量是指于巴每一奥氏体化元素按其舆 氏体让作用的强烈程度手厅念戏相当与若予镰之后的总釉。铬当量则捂把每一铁索 体鬣：元素按冀铁索俸纯终弼的强烈程度糖合成藕当予麓千铬之嚣熬憨秘。运群， 即可以根据化学成分在图中餐到应形成的组织，反之，根据对组织的要求亦可确 怒对应的铬当凝和镍当量，从而据此调熬化学成分，特别是在选择焊接材料时。 ( 3 ) 工艺援程文 譬管理。 实现工装规程文件以数据库记录和文件形式求保存、调用、显示、修改、 删除、查询的功能和工艺规程文件以工艺卡w p c 的形式显示和打印输出的功 熊。 f 4 ) 系统数据露 系统数据席包括了知识库和焊接工艺文档管理数据库两部分。其中知识库包 括基本知识库和用于制定焊接工艺的推理规则。焊接工艺文档管理数据库包括焊 接工艺译定掇餐摩彝焊接王装矮程痒。 基本知识库：大型的不锈钢罐俸和复杂的管接头型式的焊接络构涉及到了 多种焊接材料、焊接设备，如何对其进行管理是一项懿琐而复杂的工作，利用数 掇痒将其分类存德不失为一释好方法。焊缓资料数据麾w 分为以下几个库：1 ) 焊接 幸芎秘痒：弹按零孝麓主要包稔群条、浮丝、爝裁。2 ) 母耱撵：主要毽臻备季孛母秘静纯 举成分及力学性能。3 ) 焊缝麾：主要包括不锈钢焊接时常见的焊缝，并对焊缝进行 分类以便更有效地进行管理。4 ) 焊接方法库：主要包括释种不锈钢焊接的方法及其 逶翅莲壅。 推理规则库：主要包括p q r 适用蠛姗、p q r 选窥规则、焊接材料选择规则、 焊接工艺参数选择规则、热规范参数选用规则等。 ( 5 ) 查询 可进行有关锈檬、簿接零季辩、簿菠方法、霹接缓丽等内容的煮诡，除一般森 询外，系统还提供了国内外钢号及焊材牌号对照等信息鸯询服务。蛸外，用户即 w 通过目录浏龄焊接工艺评定报告、焊接工艺规程、焊接工艺卡，也可通过输入 黪定熬条 譬套谗耱合蠡 孛豹撵装工艺译是羧告、焊接王茳矮程、浑羧工艺专。 1 0 重庆大学磺壹学彼论文1 绪论 ( 6 ) 数据维护模块 其纛管瑾人员投羧豹焉产哥黠系统痰懿数攒瘁熬记录避嚣添黧、瓣狳、更改 等操作。 重庆大学磺士学莅论文2 系统设计工其 2 系统设计工具 2 1 数据库技术概况 2 1 1 数据库技术的发展概况 计算机技术能迅速普及，数据库和计算机网络技术起了非常重要的作用。数据 库技术是研究如何科学地组织和存储数据，如何高效地检索数据和进行数据处理的 一门科学，它是当代信息系统的基础【4 】。 从5 0 年代中期开始，计算机应用由科学研究部门扩展到了企业、行政等部门， 数据处理很快上升为计算机应用的重要方面，到了6 0 年代，磁盘技术取得了发展， 计算机用于管理的规模更加庞大，数据量急剧增长，为了提高效率，人们着手开 发和研制更加完美的数据管理方式，提出了数据库的概念。 数据库技术的发展历经网状数据库、层次数据库和关系数据库三大阶段。1 9 6 4 年美国通用电气公司的b a c h m a n 等人成功开发了i d s ( i n t e g r a t e d d a t a s t o r e ) ，i d s 奠定了网状数据库的基础。i b m 公司于6 0 年代末推出了第一个商品化的层次数据 库管理系统i m s ( i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) ，标志着数据库技术进入了数 据库系统阶段。1 9 7 0 年，c o d d 提出了关系数据库模型，以关系( r e l a t i o n ) 或表 ( t a b l e ) 作为描述数据的基础，在其后的1 0 年中，c o d d 又发表了系列文章， 奠定了关系数据库的理论基础。 关系数据库模型一提出，便立即受到数据库界的重视。1 9 7 4 年，数据库界开 展了一场分别以c o d d 和b a c h m a n 为首的支持和反对关系数据库的大辩论，辩论促 进了关系数据库的发展。进入7 0 年代以来，数据库技术迅速发展，得到了广泛的 应用，成为计算机科学中的一个重要分支。数据库技术的发展使数据管理上了新 台阶，几乎所有的信息管理系统都以数据库为核心。到了8 0 年代，关系数据库成 为发展的主流，几乎所有新推出的d b m s 都是关系型的。随着微机的出现和计算 机网络的广泛应用，分布式处理系统在8 0 年代得到了很大的发展，与此相适应， 分布式数据库系统也成为8 0 年代数据库研究的重点，日趋成熟。8 0 年代是关系数 据库的全盛时期【4 l 】【4 2 1 。 2 1 2 数据库技术的特点 由于计算机在数据处理领域应用的迅速发展，由简单孤立的单项应用发展为彼 此相关的复杂应用，从而管理的规模更加庞大，数据量急剧增加，共享性也就更强 了。这就带来了数据管理上的一些问题【4 3 】： ( 1 ) 数据的冗余不仅浪费存储空间，更严重的是带来潜在的不一致性，影响数据 的正确性和可靠性。 重庚太学联士学槛论文2 系统设计工是 ( 2 ) 在传统文件技术阶段，文件是为某一特定应用服务的，应用程序和文件是一 对一，这就造成了应用程序与数据结构过分地相互依赖，而且系统很难扩充。一旦 数据的逻辑结构改变，必须修改应用程序和文件结构的定义。 ( 3 ) 文件系统缺乏对数据操作进行控制的方法，并且对于数据的安全性、保密性、 正确性等方面的控制完全要用户程序自己负责，这就使得应用程序的编制相当繁琐。 数据库技术的出现则提供了对数据的更高级的管理，有效地解决了以上问题。 它有以下显著特点： ( 1 ) 数据共享性。数据共享的意义是多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集 合。在传统的文件组织中，每介数据文件是为特定的应用所私有的，而数据库是从 整体观点来看待和描述数据，数据不再是面向某一应用，而是面向整个系统。这样 可以大大减小数据的冗余度，既节约存储空间，减少存取时间，又可避免数据之间 的不相容性和不一致性。 ( 2 ) 数据结构化。数据库系统不仅考虑数据项之间的联系，还要考虑记录型之间 的联系( 一对一、一对多、多对多) ，系统首先描述这种联系，然后通过存取路径来 实现这种联系。 ( 3 ) 数据冗余量小，易扩充。它可以取整体数据的各种合理子集用于不同的应用 系统，又可以在应用需求改变或增加时，重新选取不同的子集或加上- 4 , 部分数据 来满足变化的需要。 ( 4 ) 较高的数据与程序的独立性。数据库系统提供了两方面映象功能。一是数据 的存储结构与逻辑结构的映象或转换功能；一是总体逻辑与某类应用所涉及的局部 逻辑结构之间的映象或转换功能。如图2 1 所示。 第一种映象功能使得当数据的存储结构( 或物理结构) 改变时，数据的逻辑结 构可以不变，从而应用程序不必改变，这就是数据和程序的物理独立性；第二种映 象功能使得当总体逻辑结构改变时，通过对映象的相应改变而保持局部逻辑结构不 变，程序员根据逻辑结构编写的应用程序就不必修改，即数据和程序具有逻辑独立 性。数据和程序的独立性，使用户不必考虑存取路径，简化应用程序的编制，减少 应用程序的修改和维护工作量。 ( 5 ) 对数据实行集中统一地控制。系统提供统一的数据定义、增删、检索以及更 新操作的手段并且统一控制数据的安全性、完整性和保密性。由于数据库中的信息 非常重要，因此数据库系统都需要有一定的授权机制以保护数据，防止不合法地使 用，只有授权可以存取数据库的人或程序才能执行对数据库的存取。 2 1 3 数据库系统的组成 大量的经过加工整理的、存储在称作数据库中的数据，由数据库管理系统管理， 为多个不同的应用( 或用户) 共同使用的数据处理系统，称为数据库系统。由此可 重庚火学硕士学位论文 2 系统设计工具 见数据库系统有两个主要组成部分：数据库管理系统和数据库。当然还包括存放数 据的存储介质及其设备、应用程序和用户。 数据库管理系统( d b m s ) 是数据库系统的一个软