（材料加工工程专业论文）桥式起重机箱形主梁焊接capp系统的开发.pdf

中文摘要 中文摘要 计算机辅助工艺设计c a p p 技术在焊接中的应用，改变了焊接工艺制定的方式、 手段和效率。开发桥式起重机箱形主梁焊接c a p p 系统既可以改善产品的焊接质量， 又可以缩短生产周期和提高焊接生产效率。 论文基于c a p p 先进制造理论，在对主梁焊接工艺具体分析和研究的基础上，实 现了主梁焊接工艺c a p p 系统的程序设计，研究了c a p p 系统中工艺数据管理的关键 技术，焊接工艺卡片的实现方式，工艺设计流程的建立，和计算机辅助工艺技术。 以w i n d o w s 2 0 0 0 x p 为操作系统，以d e l p h i 7 0 为系统开发工具，s q ls e r v e r2 0 0 0 为访问数据库，a d o 为数据存取技术，采用模块化原理进行了总体结构设计，设计了 桥式起重机箱形主梁焊接工艺数据库，焊接工艺表格定制模块，焊接工艺报表生成 模块和友好的软件界面。 本系统运行时，实现了人机对话功能，焊接工艺管理和焊接工艺卡的打印等功 能。本文的研究成果可加快焊接工艺设计速度，提高焊接工艺设计效率、质量和继 承性，为焊接工艺设计的标准化和最优化奠定了基础。 关键词：桥式起重机；箱形主梁；焊接；c a p p ；数据库 a b s t r a c t d e v e l o p m e n to fw e l d i n gc a p ps y s t e m f o rt h eb o x m a i n g i r d e r o fo v e r h e a dt ra l i n gc ra n e a b s t r a c t t h e a p p l i c a t i o n o fc o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) t e c h n o l o g yt ow e l dc h a n g e dt h ew a y ，t h em e t h o da n dt h ee f f i c i e n c yo ft h e w e l d i n gp r o c e s sd e s i g n d e v e l o pt h ew e l d i n gc a p ps y s t e m f o rt h e b o x m a i n g i r d e ro f o v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e ，w h i c hi sn o to n l yi m p r o v i n gt h e w e l d i n gq u a l i t yo fp r o d u c t s ，b u ta l s or e d u c i n gt h ep r o d u c t i o nc y c l ea n d e n h a n c i n gt h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo fw e l d i n g b a s e do nt h ea d v a n c e dm a n u f a c t u r et h e o r yo fc a p pa n dt h ec o n c r e t e a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ft h ew e l d i n gp r o c e s s ，t h ep r o g r a m m e ro ft h ew e l d i n g c a p ps y s t e mf o r t h eb o x - m a i n - g i r d e ri sa c h i e v e d a l s o ，t h ek e y t e c h n i q u eo f t h ep r o c e s sd a t am a n a g e m e n ti nc a p ps y s t e m ，t h em a k i n gw a yo fw e l d i n g p r o c e s sc a r d ，t h ec o n s t i t u t eo ft h ep r o c e s sd e s i g nf l o wa n dt h ec o m p u t e r m d e dp r o c e s st e c h n i q u ea r er e s e a r c h e d i nt h i sp a p e r , t a k ew i n d o w s 2 0 0 0 x p a st h eo p e r a t i n gs y s t e m ，a n dt a k ed e l p h i 7 0a st h es y s t e md e v e l o p m e n tt 0 0 1 s e l e c ta n du s es q l s e r v e r2 0 0 0a st h ea c c e s sd a t a b a s e ，a n da d oa st h ed a t a a c c e s st e c h n o l o g y a d o p tt h em o d u l a rp r i n c i p l et oa c h i e v et h ew h o l e f r a m e w o r kd e s i g n w ed e s i g n e dt h ew e l d i n gp r o c e s sd a t a b a s e ，t h ew e l d i n g p r o c e s s c a r dc u s t o m i z a t i o nm o d u l e ，a n dt h e w e l d i n gr e p o r tp r o g r a m g e n e r a t i o nm o d u l ef o rb o x m a i n - g i r d e ro fo v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n ea n d f r i e n d l ys o f t w a r ei n t e r f a c e w h e nt h i ss y s t e mi sr u n ，i ta c h i e v e st h em a n - m a c h i n ei n t e r a c t i o n ，t h e w e l d i n gp r o c e d u r em a n a g e m e n t ，t h ep r i n t i n go ft h ew e l d i n gp r o c e d u r es h e e t a n ds oo n t h er e s e a r c hf i n d i n g so ft h i sp a p e rm a yq u i c k e nu pt h es p e e do f t h ew e l d i n gp r o c e d u r ed e s i g n ，a n di n c r e a s et h e e f f i c i e n c y ，i n q u a l i t y a n d 1 1 1 桥式起重机箱形主梁焊接c a p p 系统的开发 s u c c e s s i o no ft h e w e l d i n gp r o c e d u r ed e s i g n ，w h i c hh a s e s t a b l i s h e dt h e f o u n d a t i o nf o rt h ew e l d i n gp r o c e d u r ed e s i g n ss t a n d a r da n dt h eo p t i m i z a t i o n k e y w o r d s ：o v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e ；b o x - m a i n - - g i r d e r ；w e l d ；c a p p ； d a t a b a s e i v 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教! j 币的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 作者签名：盘萃 日期：墅垒2 经旦盟旦 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印 件与电子版；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存 学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交 流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 作者签名：盘囊日期：地丝锰卑兰纽 导师签名： 纭叠：暨 日期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 在现代制造业中，工艺规程作为一种指导性文件对企业生产的正常运转起着至 关重要的作用，其基本任务是将产品或零件的设计数据转换成为加工指令。工艺过 程设计是为实现工艺过程而制定详细工作计划所进行的活动，确定制造过程及制造 所需的制造资源、制造时间等，是机械制造过程技术准备工作中的一项重要内容， 是完成产品设计信息向制造信息转换的关键性环节，是连接产品设计与产品制造的 桥梁，不仅是制造企业生产必备的重要环节，而且是企业各个部门产品信息的交汇 中心。工艺设计所生成的工艺文件是指导生产过程的重要文件及制订生产计划与调 度的依据，对于组织生产、改善劳动条件、保证产品质量、缩短生产周期、降低产 品成本和提高经济效益都起着十分重要的作用。 在企业生产中，工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理 大量信息。既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等 方面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本 及工时定额、甚至传统习惯等方面的信息，因此，工艺设计是一个典型的复杂问题。 此外，工业设计受到诸如企业的生产环境、产品类型、制造资源、生产批量、工艺 习惯、工艺方法、工艺师工艺水平等因素的影响，甚至受到组织与管理方式的制约。 因此，工艺在各个方面都有其“个性”。 随着市场竞争的不断加剧，产品升级换代的周期越来越短，产品品种急剧增加， 产品要求质量也越来越高。但系列产品的工艺具有很多的继承性，不同产品中的相 同或相似零部件具有相似的工艺，因此工艺卡片中存在大量的重复信息。 传统的工艺设计存在以下缺陷： 1 工艺数据重复填写、重复计算，存在大量的重复劳动，效率低、周期长； 2 要求工艺设计人员具有丰富的生产经验，熟悉企业内部各种加工方法及相应 的设备使用情况，熟悉企业内部各种生产价格规范和规章制度； 3 。同一零件由不同工艺员编制工艺时，往往得到不同的工艺文件；即使同一工 艺员，每次设计结果也可能不完全相同，人工设计的工艺一致性差，且设计质量也 取决于工艺员的技术水平与工作经验，难以保证工艺文件中数据的准确性和工艺质 量，难以实现规范化、标准化； 4 繁琐而重复的密集型劳动会束缚工艺人员的设计思想，妨碍他们进行创造性 工作，并且工艺人员的知识积累过程太慢，而服务时间相对过短，不利于工艺水平 l 桥式起重机箱形主梁焊接c a p p 系统的开发 的迅速提高，不能适应市场瞬息多变的需求； 5 不能利用计算机来统一管理和维护工艺文件，实现企业之间工艺信息的共享， 不能充分利用企业的制造资源。 当今，计算机技术己深入到企业的各个领域，如应用其辅助编制工艺，必然可 极大地提高信息处理能力。因此，传统的设计方法与现代制造技术的发展不相适应 了。而焊接技术迅速发展，焊接结构件在重型、矿山、工程机械产品中占的比例也 越来越大，这就给企业的焊接工艺设计工作提出了更高的要求。太重的起重机箱形 主梁的生产也不可避免的遇到了以上技术难题。 综上所述，企业若想在市场竞争中不被淘汰，就需要建立焊接工艺快速反映能 力。有成组技术作基础，并以计算机为工具，实现工艺设计的标准化、规范化和优 化就不难了。随着利用计算机来辅助进行生产的时代的到来，新产品的开发和生产 的三个主要阶段：产品设计、产品工艺规划、产品制造都在不同程度上实现了计算机 化，相应地产生了计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助工艺规划( c a p p ) 和计算机辅 助制造( c a m ) n 1 。在计算机集成制造( c i m s ) 环境中“1 ，计算机辅助工艺规划( c a p p ) 属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一，是联接c a d 与c a m 的桥梁。 c a p p 是提高企业工艺水平、推动技术进步、增强竞争力的重要途径。实施c a p p 系统， 推进企业技术部门信息化是企业当前发展的重要课题d 1 。 本课题是太原重型机械集团有限公司起重机分公司的实际生产项目，该公司是 一家生产制造各种型号的起重机箱形主梁结构件的国营企业，其焊接工艺设计是该 厂生产制造的重要环节，传统的工艺设计作业方式，在市场环境下已经不能适应企 业竞争需要。为了缩短设计周期、提高生产效率、节约材料以增强竞争力，实现计 算机的综合优化管理，焊接工艺辅助设计系统的建立成为其形成完整信息化管理的 一个重要步骤。针对太原重工焊接分厂的起重机箱形主梁结构件的生产的任务而提 出的。 另外，企业对焊接工程技术人员需求在增加，培养的毕业生有限，有些设备、 材料制造企业，其他产品制造企业只有1 2 名从事焊接专业的工艺人员。如何使有 着一定的共性知识但缺乏个性知识的年轻焊接工艺人员迅速掌握依靠积累经验知识 的焊接技术是企业迫切需要解决的问题。因此，太重需要一个能存储现代焊接技术 和太重焊接实践的、能通过太重局域网实现资源共享的计算机辅助焊接工艺设计软 件。 2 第一章绪论 1 2c a p p 系统国内外水平与动向 1 2 1c a p p 的作用和地位 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) 是在人和计 算机组成的系统中，以人为中心，根据产品设计数据，人机交互地或由计算机自动 地生成产品加工方法和工艺规程，也即将产品设计信息与制造环境提供的所有可能 的加工能力信息进行匹配与优化的过程“1 。利用计算机生成工艺的基本原理，是把 经过标准化或优化的工艺或编制工艺的逻辑思想( 长期以来工艺人员积累的知识和 经验) ，通过c a p p 系统存入计算机，在计算机生成工艺时，c a p p 系统首先读取有关 零件的信息，然后识别并检索一个零件族的复合工艺和有关工序，经过删减和编辑 ( 派生式) ，或按工艺决策逻辑进行推理( 创成式) 自动生成具体零件的工艺5 1 。 计算机只能按c a p p 软件规定的方式生成工艺过程，而不能创造新的工艺方法，新的 a n t 参数。 与传统的工艺设计相比，它在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面 都发生了质的变化，显而易见可得到以下应用c a p p 系统的效益： 首先，实践经验较少的工艺人员能应用c a p p 系统设计出质量高的工艺规程，这 样不仅可以弥补有经验的高级工艺师的难求和不足，而且能使大量有经验的工艺师 从目前繁琐的重复劳动中解放出来，去从事不断研究新工艺和改进现有工艺的工作， 促进工厂技术进步，提高生产率。 其次，采用c a p p 系统不仅可以充分发挥计算机高速处理信息的能力，为企业信 息化提供正确的工艺数据，保证数据的一致性和安全性，而且由于将工艺专家的集 体智慧融合在c a p p 系统中，所以保证企业高速获得高质量优化的工艺规程，显著缩 短工艺设计周期，据一些工厂统计，一般可将工艺设计时间缩短到原来的1 7 1 1 0 。 此外，若工艺规程由专用打印模块输出，工序由绘图机绘制，则工艺规程也是规范 化和高质量的。工艺过程标准化、优化、工艺用语和文件的规范化也将促进企业文 明生产。 第三，应用c a p p 系统还可获得综合经济效益。例如一个先进的c a p p 系统可以 在工艺过程设计费、材料费、工时费等几个方面获得节约。 目前，我国在采用c a p p 技术设计和制造焊接结构方面，无论是从应用的广泛性 还是技术水平上来看，都与发达工业国家存在较大的差距。尤其是在应用c a p p 技术 进行工艺过程设计方面，效果很不理想，需要进行大量的标准化基础工作。 1 2 2 国外c a p p 研究现状及分析 3 桥式起重机箱形主梁焊接c a p p 系统的开发 c a p p 在制造领域内，工艺设计自动化是发展最迟的一部分。在2 0 世纪6 0 年代 末国外开始了对c a p p 的研究，世界上最早进行工艺设计自动化研究的国家是挪威。 他们从1 9 6 6 年开始研制，到1 9 6 9 年正式发表了世界上第一个c a p p 系统a u t o p r o s 系统阳1 。它是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定 相应零件的工艺规程。a u t o p r o s 系统的出现，引起了世界各国的普遍关注。接着， 美国的c a m i 公司于1 9 7 6 年推出了c a m 一s a u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g 系统， 取其字首的第一个字母，称为c a p p 系统，它的工作原理也是基于将零件按成组技术 分类系统进行编码，形成零件族，再建立零件族的标准工艺，并通过对标准工艺文 件的检索和编辑产生零件的工艺规程7 1 。随后c a p p 一直处于研究的高潮，美国、德 国、匈牙利、英国、日本等国的研究人员又相继开发了一批通用和实用型的c a p p 系 统，取得了一定的经济效益。比较著名的有美国1 9 7 6 年开发的a p p a s 系统( 适用于 所有零件) ：美国工艺研究中心( u t r c ) 1 9 7 1 年开发的c p p p 系统( 适用于回转零件) ； 直到8 0 年代c a p p 受到工业界的重视，研究工作进展较快。阿亨工业大学1 9 8 0 年研 制的回转体或板状零件的c a p p 系统a i7 t a p ；还有美国切削研究协会( m e tc u t ) 研制的a u t o p l a n 系统等等。1 9 8 5 年1 月c i r p ( i n t e r n a t i o n a li n s t i t u t i o nf o r p r o d u c t i o n e n g i n e e r i n gr e s e a r c h ：国际生产工程学会) 首次举行了c a p p 专题研讨会。 1 1 月美国机械工程师协会( a s m e ) 冬季年会的主题定为“计算机辅助智能工艺过 程设计 ，1 9 8 7 年6 月国际生产工程研究会( c i r p ) 又举行了c a p p 的专题学术研讨 会、从而使c a p p 系统的研究进入了一个崭新的时代。 目前国内外召开许多生产自动化学术会议也包括c a p p 的内容。2 0 0 2 年1 2 月， 加拿大国家研究所开发了分布式的( d is t r i b u t e d ) 的c a p p 系统d p p ；2 0 世纪9 0 年代 以来，随着加工过程复杂性的提高，对c a p p 系统提出了更高的要求。2 0 0 3 年2 月， 波兰s i l e s i a n 技术大学开发了基于知识库的机械加工c a p p 系统。从这些不断涌现 的c a p p 系统可以看出，c a p p 逐渐向着集成化、网络化、智能化发展“1 。 1 2 3 国内o a p p 研究现状及分析 我国由于计算机技术发展起步较晚等原因，于2 0 世纪8 0 年代初期由国内院校、 研究设计单位和企业开始了c a p p 的应用研究，其中，同济大学的t o j l c a p 系统( 1 9 8 2 年) 率先研制成功并进人国内市场。在设计方法上出现了检索式、派生式、创成式这 三种基本类型，以及它们的衍生和综合的方法n 1 。北京航空航天大学、南京航空航 天大学、西北工业大学、西安交通大学和济南第二机床厂等单位也研制成功了适用 于特定类型零件的c a p p 系统。1 9 8 8 年5 月在南京航空航天大学召开了国内第一次 4 第一章绪论 c a p p 的专题研讨会，受到广大科研院所和制造企业的普遍关注，引发了国内的c a p p 研究热潮。按照工作原理的不同，c a p p 的研究可以划分为四个阶段：第一阶段是始 于2 0 世纪6 0 年代未期的派生式( v a r i a n t ) 系统( 类似有变异式、检索式和修订式系 统) 。其共同特点是在成组技术和数据库技术的基础上，利用零件的结构和工艺相似 性，通过检索和修改零件族主样件的标准工艺而获得当前零件的工艺规程；第二阶 段是2 0 世纪7 0 年代中期的创成式( g e n e r a t i v e ) 系统和半创成式( s e m i g e n e r a t i v e ) 系 统，这类系统采用决策表或决策树来表达工艺知识。实质上是把工艺决策知识用是 非判断的决策形式固化在程序中，而零件的工艺规程则是由系统的逻辑算法根据零 件信息自动地或半自动地创成出来的，其特点是“逻辑算法十决策表( 树) ”；第三 阶段是2 0 世纪8 0 年代初期开始的c a p p 专家系统，该类系统与上述两类系统的显著 差别在于它们具有一个将工艺知识与经验以产生式规则、框架或其他方法所表达的 知识库和一个模拟工艺设计专家进行工艺决策的推理机，系统可以按照用户选定的 推理方式和控制策略并根据零件的输入信息生成具有专家级水平的零件工艺规程， 其特点是“知识十推理 ；第四阶段是2 0 世纪9 0 年代中期提出的c a p p 人机智能综 合系统，其特点是“人机协作十智能综合 。 1 9 9 4 年左右，第一重型机械集团公司开发了基于网络的w t p m i s 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。2 0 0 0 年8 月，天津大学开发了基 于w i n d o w s 的焊接工艺编制系统。2 0 0 1 年8 月，清华大学开发了结构件装焊工艺设 计系统，该系统可设计和管理三种格式的装焊工艺卡片。2 0 0 1 年8 月，哈尔滨工业 大学开发了焊接工艺评定管理系统，该系统除了能完成新建、保存、检索、打印工 艺文件等一般操作外，还允许局域网中的各个终端通过网络共享工艺文件，并提供 了用户权限管理功能。这些系统一般使用b a s i c 或v b ( v i s u a lb a s i c ) 、f o x r o 开发， 运行在w i n d o w s 上，少数系统具备一定的工艺设计自动化功能，绝大多数系统主要 进行焊接工艺的管理。从上世纪8 0 年代开始，人们探索将人工智能、专家系统等技 术应用于工艺过程设计的研究中，研制成功了基于知识的创成式c a p p 系统或c a p p 专家系统“。近几年来，开始将人工神经网络、模糊推理以及基于实例的推理等技 术用于工艺设计之中，并进行了卓有成效的实践。同时将传统派生法、传统创成法 与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了混合式c a p p 系统。 迄今为止，c a p p 的研究已经历丁三十余年，取得了许多重大成果，获得了一定 的经济效益，但仍然面临着许多尚未解决的重要问题，其应用的广度和深度与企业 的实际需求还相差甚远，仍是实现c i m s 的瓶颈。 5 桥式起重机箱形主梁焊接c a p p 系统的开发 1 2 4c a p p 的应用现状及发展趋势 1 c a p p 的应用现状 随着计算机技术和c a d 的应用越来越普及，商业化的c a p p 系统软件越来越多： 系统的应用范围不断拓展，已由工艺规程设计向工艺管理延伸；系统应用领域己突 破机械制造行业，在电子行业、化工行业、钢铁行业等得以应用；c a p p 系统的广泛 应用解决了企业内许多与工艺相关的问题和工作。 由于企业仍存在对c a p p 系统的误解，在c a p p 实际应用中存在着较大的盲目性 和不足。主要表现在： ( 1 ) 企业盲目追求工艺设计的自动化，过分强调工艺设计的重要性，而忽略工 艺管理工作对工艺设计的影响。好的技术必须有好的管理作为支持，即便是实现了 工艺设计的自动化，如果工艺管理工作没有及时跟上，没有完善的工艺管理体系、 工艺标准体系，c a p p 真正的作用就根本无法发挥出来1 。 ( 2 ) 在c a p p 系统的实施过程中，不注重基础数据的准备，不重视基础技术的 稳固发展和人员素质的提高，从而无法达到c a p p 实际的效果。 另外，传统c a p p 系统本身的缺陷决定了c a p p 系统在企业应用中很难达到应有 的效果。具体包括： ( 1 ) c a p p 是天然的信息孤岛。c a p p 是为工艺人员提供的辅助工具，工艺设计 的过程、工艺数据的管理与设计、生产、计划、质量、销售、售后、物流等其它业 务部门是脱节的，对整个企业的信息衔接产生严重的影响。这种信息孤岛使用越深， 日后打破它的代价就会越高n 柚。 ( 2 ) c a p p 系统的使用范围窄，无法满足企业内部的全部工艺工作。一般来说， 企业内部的工艺工作可以分为两类：日常工艺工作和开发性的工艺工作。日常工艺 工作是进行产品工艺设计与评价、工艺的管理等重复的繁琐的工作。开发性的工艺 工作是把最新的科学技术引进生产制造领域，进行工艺技术创新，开发研究出新的 工艺方法与装配的开发性工作，贯穿于产品研究开发与制造的整个过程。计算机辅 助工艺过程设计( c a p p ) 解决的只是日常工艺工作的一部分，不足以完成企业全部 工艺工作及其之间的衔接。 ( 3 ) c a p p 系统无法完成工艺知识的获取和积累。现在大部分c a p p 都是针对具 体的企业量身定做的，工艺知识的获取一般是在系统实施时已经基本完成，在以后 的使用过程中不会发生太大的变化。然而，工艺知识的收集和分析并不是一朝一夕 6 第一章绪论 的事情，而是一项持续的工作，需要不断地收集各类工艺信息和工艺知识，并加以 整理，这不仅仅影响着工艺设计的质量，而且影响着企业内部工艺技术的创新n ”。 ( 4 ) 传统c a p p 系统从一定的程度上阻碍了企业工艺技术的创新。从长期来看， 各种工艺规程、标准工艺等都会随着企业的发展不断发展，而传统的c a p p 仅是针对 企业的技术现状来开发的，企业有可能会对与已有c a p p 系统不符的先进工艺技术产 生抵触情绪，影响企业技术创新。二次开发技术在一定程度上提供了一些帮助，但 不能从根本上解决问题。 2 c a p p 系统的发展趋势 随着c a p p 系统各种支撑理论和技术如：人工智能、专家系统、并行工程等的不 断成熟和完善，c a p p 系统正朝着知识化、智能化、工具化、工程化、集成化、网络 化、交互式和渐进式等方面发展。 但是，这种发展趋势仍然是站在解决企业一时的产品工艺编制基础之上，没有 超出产品工艺设计和工艺管理的范围，从长远来看忽视了企业工艺技术的创新和发 展。c a p p 系统要想适应企业的长期发展，必须满足以下要求； ( 1 ) 系统应该尽可能衔接企业内部所有与工艺有关的工作； ( 2 ) 应该能够为工艺技术人员提供足够的工艺资源，成熟而完备的工艺资源将 直接影响c a p p 技术实施和工艺人员的接受程度； ( 3 ) 应该具有工艺优化的功能，促进工艺设计的标准化； ( 4 ) 应该能够支持工艺经验的总结和工艺知识的积累，支持企业工艺技术的创 新和持续发展。这些条件能否满足是传统c a p p 向现代c a p p 转变成功与否的关键。 只有打破传统c a p p 在人们思想中已经固化了的概念，从整个企业的角度，建立 面向企业工艺技术发展和工艺管理的c a p p 系统，才是现代c a p p 系统发展的新出路。 1 3 焊接c a p p 系统国内外水平与动向 1 3 1 国外焊接c a p p 系统的研究状况 焊接领域的计算机应用研究，国外始于7 0 年代中期。如日本在1 9 7 6 年成立了“焊 接数据库工作委员会来组织进行焊接c a d c a m 的开发1 钉；美国在1 9 8 6 年推出焊接 工艺规程数据库、焊接成本计算等软件和焊接工艺选择专家系统n 5 1 ；英国于1 9 8 8 年 推出了一些焊接工程数据库及专家系统软件等。对焊接c a p p 系统的研究开始较早， 程度较高，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“。在焊接工艺设计及专家系统研制的研究上面已经有了巨大进步，每年都有 7 桥式起重机箱形主梁焊接c a p p 系统的开发 很多关于焊接技术的会议的召开。英国焊接研究所( t w i ) 在1 9 8 6 年就召开了“计算 机技术在焊接中的应用”( c o m p u t e rt e c h n o l o g yi nw e l d i n g ) 国际会议，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 ds 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 i 程公司开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 n e x p e r ts y s t e m 等。 1 3 2 国内焊接o 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n 7 1 ，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 卜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。清华大学在上世纪8 0 年代末就为中国石化总公司开发了“弧 焊工艺专家系统”；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。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n 盯；清华大学还为徐州工程机 械厂等单位开发了“焊接工艺c a p p 系统”；哈尔滨工业大学为哈尔滨锅炉厂等单 位开发了焊接工艺设计专家系统：哈尔滨工业大学还与哈尔滨锅炉厂合作开发了 p q r d b m s 系统：上海港机厂、武汉锅炉厂等企业都曾开发过适合自己需要的焊接应用 软件。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。哈尔滨焊接研究所开发的钢制压力 容器焊接工艺评定c a p p 系统已广泛应用于我国锅炉行业。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，焊接c a p p 的 通用化与专业化结合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，用户界面的可视化程度不够，系 统智能化程度有待提高，多为单机作业，此外，这种面向过程的系统，应用软件可 8 第一章绪论 重用性差，当用户生产条件、对象变化时，应用软件要作较大的调整。近年来随着 计算机集成制造系统( c i m s ) 、并行工程( c e ) 、智能制造系统( i m s ) 、虚拟制造系统 ( v m s ) 、敏捷制造( a m ) 等先进制造系统的发展，无论从广度上还是从深度上，都对c a p p 的发展提出了更新更高的要求，因此，焊接c a p p 的发展道路仍很艰巨，它需要广大 企业、科研单位和高校的共同参与。 1 4 课题研究的内容 本课题研究的内容以w i n d o w s 2 0 0 0 x p 作为操作平台，以d e l p h i7 0 作为系统 开发工具、s q ls e r v e r 2 0 0 0 为访问数据库、a d o ( a c t i v ed a t ao b j e c t s ) 为数据接口， 工艺设计报表打印程序采用m i c r o s o f to f f i c e ，通过对现行的制造工艺技术、工艺 设计需求进行分析和总结，将传统桥式起重机箱形主梁结构件工艺制定方法转化为 一个完整的可执行的应用程序主梁焊接c a p p 软件系统( 简称q z j c a p p ) 。具体来 说主要有以下几方面内容： 1 确立桥式起重机箱形主梁制造焊接工艺要求及设计内容，并为焊接c a p p 系统 选型。 制定工艺内容后，将各工艺要素及工艺参数进行分类，正确处理c a d 数据与c a p p 工艺数据之间的传递方式，并建立各工艺数据流程图，同时为c a p p 系统选型。 2 建立支持c a p p 系统的各底层数据库及数据表。 需要建立母材库、焊材库、工艺参数库、辅助知识库等各种焊接工艺制定过程 中所需要的数据库。 ( 1 ) 将表现企业各专业的工艺数据卡片存储在数据库中； ( 2 ) 将系统生成的工艺文件存储在数据库中； ( 3 ) 将工艺文件中的工艺数据存储在数据库中； ( 4 ) 将标准工艺查询及修改存储在数据库中； ( 5 ) 将自定义工艺存储在数据库中； ( 6 ) 将供浏览、打印的工艺文件图像数据存储在数据库中； ( 7 ) 将c a p p 的权限数据存储在数据库中； 3 建立组织各数据库及数据表的功能模块。 根据主梁焊接工艺设计的原理，结合工厂的生产实际，确定系统的工作流程及 各模块的功能。建立功能模块时，应处理好各模块的独立性及开放性，否则系统的 整体功能及稳定性就会受到影响。 4 设计与功能模块相联系的人机交互界面。 9 桥式起重机箱形土梁焊接c a p p 系统的开发 界面菜单应与各功能模块一一对应，这是系统稳定快速运行的前提，交叉式的 菜单与模块调用方式将降低系统的整体性能。 5 编程实现及关键技术解决 以d e l p h i 为开发语言进行各界面设计、工艺编制、数据库的设计、工艺卡片的 输出。 1 5 课题研究的意义 本文以太重的桥式起重机箱形主梁结构件的焊接工艺设计为对象，研究开发一 套适合于企业实际生产的实用化的主梁焊接工艺辅助设计系统。 1 通过该系统的应用，使该企业有效提高焊接工艺设计水平，加快工艺设计效 率、降低成本，为企业产生明显的经济效益和社会效益。具体如下： ( 1 ) 可以大大减轻焊接技术人员的工作繁琐程度，提高工作效率，对于新从事 焊接工艺制定的工程技术人员，应用本系统可以设计出较好的焊接工艺文件，这样 可以弥补有经验的高级焊接工艺设计师的不足，减少和避免人为的错误。对于有经 验的焊接工程技术人员，本系统提供了较好的设计工具和依据，可以使他们从繁琐 复杂的焊接工艺制定中得以适当解脱出来去从事更有意义的工作。 ( 2 ) 有利于企业焊接工艺设计文件的标准化和管理的规范化。采用本系统中的 焊接工艺数据库系统，不但可以实现对焊接工艺文件的有效管理，而且格式和内容 统一，可以方便地调整文件的格式和内容，为适应当前日趋信息化的现代制造环节 的需要和实现计算机集成制造系统( c i m s ) 创造必要的技术条件。 ( 3 ) 采用计算机辅助焊接工艺设计，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和经验融于其中，保证获得高质量的焊 接工艺规程，有利于信息共享，节省不必要的重复开发费用。 ( 4 ) 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。它不仅可以缩 短工艺编制周期，而且可以保证工艺制定的正确性，防止重复评定和重复制定。 ( 5 ) 本系统是以桥式起重机箱形主梁结构件为背景进行开发的，因此本系统具 有相当的应用意义和实用价值。 2 企业建立集成的焊接c a p p 系统以后，在信息集成方面将起到如下作用： ( 1 ) 有效利用企业制造资源数据。 可以利用企业已建立的m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 系统中的资源 数据，如：设备管理信息系统中的设备、工装管理信息系统中的工装、企业组织机 1 0 第一章绪论 构中的部门信息、人事管理系统中的人员信息等等；可以智能化( 开放的推理、过 滤、查询机制) 地使用企业的任意资源数据。 ( 2 ) 给管理部门及时提供有效的工艺b o m ( b i l l o fm a t e r i a l ) 数据。 可以对产品、零部件或工艺文件进行自动统计汇总工作，自动生成各种报表( 属 于工艺文件的组成部分) ；可以将统计汇总结果直接传递给其它管理系统、或存储为 指定格式的中间数据库文件供其它系统或部门使用；其它系统也可以直接从工艺数 据库中提取相关的工艺数据。 ( 3 ) 充分利用c a d 成果。 可利用c a d 的产品结构信息、c a d 的产品属性数据、c a d 的图档。 ( 4 ) 提供c a m 图形、管理c a m 。c a m 是与c a p p 完全不同的技术，但c a m 的原始 数据、工艺图和结果、设计方案和n c 代码是工艺数据的重要组成部分。 用c a p p 的工艺图管理c a m 方案、c a m 的n c 代码。 ( 5 ) 可与流行的p d m ( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) 系统无缝集成。 可以集成到p d m 系统中工作：共享p d m 系统的产品数据和权限数据；支持在p d m 系统中浏览、打印、批注工艺文件；按p d m 的要求进行工艺文件的版本控制；按p d m 的要求进行工艺设计的流程作业。 ( 6 ) 可传递工艺数据给m r p i i 、e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 等管理 系统。 概括起来c a p p 集成后，企业可实现如下图i - i 所示的信息交换。 主梁焊接c a p p 系统的焊接工艺制定与数据集成两大功能实现后，无疑将会提高 企业的生产效率、改变企业现有的管理模式、增强企业在市场上的竞争力。 图1 - i 信息交换 f i g 1 1 i n f o r m a t i o ns w a p 第二章系统总体改计方案 第二章系统总体设计方案 箱形桥式起重机是大型机械制造企业中一种重要的物流设备，普遍使用于拖拉 机、农用运输车制造企业，其技术状况直接影响着企业的物流效率，从而影响企业 的经济效益。高质量的工艺设计成为主梁制造企业的技术关键，一方面是设计和制 造的接口，决定了最终的制造质量；另一方面，工艺设计数据是指导企业物资采购、 生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等的重要依据。 本章根据箱形桥式起重机主梁制造工艺的要求和设计内容、主梁焊接c a p p 的基 本要求和特点以及焊接c a p p 的研究现状，结合工厂的实际要求，提出了主梁焊接c a p p 系统的设计思想，建立了箱形桥式起重机主梁焊接c a p p 系统的总体框架。 2 1 箱形桥式起重机主梁焊接c a p p 系统的需求分析 2 1 1 主梁制造工艺要求 本工艺为起重量5 - - 1 0 0 1 ：吊钩、抓斗、电磁及其二用、三用的桥式起重机正轨 箱型通用工艺规程1 1 9 | o 根据“g b t 1 4 4 0 5 9 3 标准结合“5 - - - 5 0 t 通用桥式起重机金属 结构工艺规程”而编制，并根据主梁的材质在不同环境温度下的使用选取相应的焊 接材料，主梁上下盖板和腹板对接焊缝的内在质量要求应不低于国标g b 3 3 2 3 8 2 规 定的二级焊缝或g b l l 5 2 - 8 1 规定的一级焊缝要求，焊缝形式与尺寸应符合g b 9 8 5 - 8 0 及g b 9 8 6 - 8 0 标准规定。 2 1 2 主梁制造工艺设计内容 箱形桥式起重机主梁由上、下盖板，大小隔板，筋板和腹板组成。主梁简要装 配焊接过程是：将上盖板放在平台上为基准，装配焊接大小隔板，再装配腹板成兀 型梁，后将兀型梁放躺焊接里皮焊缝，待下盖板拼接后放在平台上，再将兀型梁吊 放在下盖板上，调好尺寸达到工艺要求后，将下盖板点定焊在n 型梁上，然后焊接 主梁翼缘四条焊缝，最后将一台起重机的两根主梁放在台架上，按技术要求进行修 理校验2 0 1 。 2 1 3 主梁制造工艺设计要求和流程 通常工艺设计的基本流程为：首先由工艺部门对设计图进行工艺审查，然后由 工艺设计人员编制工艺路线、工艺规程和有关工艺文件乜。主梁制造工艺文件至少