（材料加工工程专业论文）计算机辅助焊接工艺卡生成系统的研究与开发.pdf

重庆大学硕士学位论文 摘要 i n t h is p a p e r , b a s e d o n a n a ly z in g t h e m e t h o d s a n d p r o c e s s e s t o d e s i g n a w e l d i n g p r o c e d u re s p e c i fi c a t io n i n s o m e d o m e s ti c w e l d in g m a n u f a c t u re s a n d re f e r r i n g t o s o m e w e l d in g s o ft w a re a b r o a d , a p r a c t i c a l a n d u n i v e r s a l c o m p u t e r a id e d w e l d i n g p r o c e d u re s p e c i fi c a t io n s y s t e m , c a w p s , i s i n t r o d u c e d 妙u s in g d e l p h i f 0 b y t a k i n g a d v a n t a g e o f t h e p a r a d o x 7 .0 d b m s , c a w p s c a n e ff e c t iv e l y m a n a g e t h e w e l d i n g d a t a b a s e t h a t c o n t a in s t h e m e t a l t a b le , t h e fi ll e r m e tal t a b l e , t h e j o i n t g r o o v e t a b l e a n d t h e r o o t s e q u e n c e t a b l e . a t t h e s a m e t im e , t h e c a wp s c a n a u to m a t ic al l y m a k e t h e w e l d i n g p r o c e d u re s p e c ifi c a t io n a n d o u t p u t t h e w e l d i n g p ro c e d u re c a r d . u s i n g t h i s s o ft w a re t o d e s i g n w e l d i n g p r o c e d u r e s p e c i fi c a t i o n s i n m a n u f a c t o r i e s , t h e d e s i 刻n g p r o c e s s c a n b e s m a r tly in d u c t e d a n d t h e w o r k e ff i c ie n c y a n d m a n a g e m e n t l e v e l o f t h e m a n u f a c t u re c a n b e g r e a t l y i m p r o v e d . k e y wo r d s : w e l d i n g p r o c e d u re s p e c i fi c a t io n 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 . 1 计算机辅助焊接工艺规程设计的研究现状 1 . 1 . 1 国外研究状况 国 外对计算机辅助工艺设计这一课题的研究是在 6 0年代后期开始 的， 在其发展史 上 具有里 程 碑意义的 是美国的c a m国 际 组织 在 1 9 7 6 年 推出的c a m - i 系统。而从2 0 世纪7 0 年代末开始，日 本、英国、美国、 德国 等工业发达国 家则相继把计算机引入焊接领域， 开展了 在焊接领域应 用计 算机的 技术工作to 。 数 据库技术的 发展， 则为 焊接领域大量 数据、 文 献和资料的管理和使用提供了方便，促进了计算机辅助焊接工艺规程设计 的 产生和发展. 到目 前为止， 国外这方面比 较成熟的 软件主要有以 下这些。 美国焊接研究所 ( a w s )依据 a w s d 1 . 1 标准开发的 c o r r a l d l . l w p s / p q r数 据 库， 用 户可以 通 过 该 系 统 输 入、 浏 览、 查 询 和打印 焊 接工艺( w e l d in g p r o c e d u re s p e c i fi c a t i o n ，简称 w p s ) 和工艺评定报告 ( w e ld i n g p r o c e d u re q u a l i fi c a t io n r e p o rt ， 简 称p q r ) ， 对w p s 库 和p q r 库提供了 母材、 母材厚度、 工艺参数和填充材料等关键字的组合查询， 该 系统还具备对焊接接头、坡口图 形的处理功能。该研究所还开发了 系统 c o r r a l 9 ， 可以 实 现w p s 和p q r 的 输 入 、 存 储， 以 及 对w p s 和p q r 库通过母材、厚 度、 工艺规范、 填充材料、 焊后热处理及冲击试验要求等 关 键字的 组合查 询。 美国e d i s o n 焊 接研究 所开 发了w p s 与p q r数据 库 系 统w e l d s p e c p l u s . 英国 焊 接 研 究 所 ( t w i ) 和 美国 的c - s p e c 公 司 依据a s me i x . a w s d 1 .1 和e n 2 8 8 三 个标准开发了w e l d s p e c f o r w i n d o w s 4 .0 1 焊接工艺设计软件， 该软件可以 进行焊接工艺 规程设计，同 时， 可把wp s 记录号、 母材、 接头、 厚度、 焊接方法等作为关键字在wp s 库中查询符合要求的焊接工艺规范12 1 1 . 1 . 2 国内 研究 状况 国内 的 研究 始于2 0 世 纪8 0 年代中 后 期， 到目 前国内 许多 科研院 所及 生产单位已经开发了多个焊接工艺规范设计系统.清华大学开发的 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 w i n d o w s 环境下通用型弧焊工艺专家系统，育 澎 搜索现有数据库中可用 的p q r 并 制 定w p s ， 提 供 焊接 知 识咨 询 3 。 湘 潭 大 学 开 发了h j g y y 5 焊 接工艺专家系统，该系统具 有咨 询、 调入、 建立、 修改、 扩充知识库以 及 显示内 存知识库内 容等功能a 1 . 大连铁道学院开发了v b支持下的一种弧 焊工艺专家系统，该系统具有 “ 自 动引导”式设计功能 。天津大学和天 津市锅炉总厂联合开发了 计算机辅助锅炉及压力容器工艺规程编制系统， 可以自 动实现工艺文件的设计、工时定额、材料定额的“ 三位一体”功 能6 1 。天津大学和湘潭大学联合开发了计算机辅助焊接工艺设计软件系 统， 该系统实现了 焊接工艺规程和焊接接头工艺卡片的设计，能够进行异 种金属焊接时焊缝组织的预测，建立了有关焊接工艺设计的一些数据库 7 1 结合迅速发展的计算机网 络技术，哈尔滨工业大学和大庆油田 股份 有限 公司 联合开 发了 基于c h e n t / s e r v e r 模式的 焊接工艺 文件管理数 据库系 统， 该系 统不仅能 实 现工艺 规 程的 编制， 而且能对 工艺 评定 必要性 进行判 断，不同 工艺 文件和工艺评定文件之间 可以 交互参照，实现了c / s 结构的 数 据 库 设 计 is 在甘肃工业大学承担的“ 七五” 科技攻关项目 微机辅助弧焊最佳 工艺规范参数选择系统 及合肥工业大学近期的焊接数据库和弧焊工艺 评 定系统研究中 都对计算机辅助焊接工艺 制定作了 有益的 探索u 1 . 1 . 3 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 l o g 韵发 展 到了 可 视 化 编 程 语 言( 如v b , v c , v i s u a l f o x p r o , p b 和d e lp h i 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 9 x和win 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。 现己 开发的 系 统， 其 功能多 集中 于w p s的 人工输 入设计、 wp 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， 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 计算机辅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 计算机辅助焊接工艺制定系统进一步研究的 趋势 计算机辅助焊接工艺规程制定系统不仅可以提高工艺制定的效率和 质量，并有效地利用已 有的数据资源、降低生产成本，还可以使工程技术 人员从繁 琐复 杂的 焊接工艺 制定中 解脱出 来。 随 着办公自 动化的普及、 焊 接自 动化程度的 提高、 计 算机集成制造系统 ( c i m s ) 的 发展和人工智能 技术在焊接中的应用(9 l ，开发实用、易用的焊接工艺设计软件是进一步的 研究趋划; 。从目 前计算机辅助焊接工艺规程的研究现状及计算机技术的 发展来看，主要朝以 下几个方向发展。 为适应制造自 动化技术发展的 需要， 计算机辅助焊接工艺设计将 朝着计算机辅助焊接过程控制、计算机辅助焊接制造等一体化和智能 化的 方向 发展， 最终形成 焊接 领域的 计 算 机集 成制 造 技术 ( c r a s ) o 网络应用。目 前，计算机网络技术的飞速发展使得企业生产管理 的网络化成为现实，开发网络版的计算机辅助焊接工艺规程制定系统是目 前该研究的一大趋势。 丰富 系统功能， 提高系统的实 用性和可信任度， 从我国的 焊接生 产的实际情况出发，推广应用计算机辅助焊接工艺规程系统，提高工程技 术人员素质，开发出 符合实际需要的 应用系统。 1 . 3 焊接专家系统 1 . 3 . 1 焊接专家系统的 概况及现状 最早见于 报道的国 外对焊接 领域的 专家 系统的 研究约始于 8 0 年代中 期“ 0 - ts l 。 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 pi ， 英国、日 本、 德国及其他一 些国家相继都开展了 这方面的研究工作. 一些国家和地区还单独或联合研 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 制了专门的开发计划，如美国焊接研究所的焊接信息网 ( w e l d i n g i n f o r m a ti o n n e t w o rk ) 计 划 1m 、 欧 洲 尤 里 卡 计 划e u 2 5 9 ( e u r d w e l d ) 1a1119 0 经过十多年的不懈努力，各国研究机构从不同侧面，以 不同 形式、研制了 多种类型的焊接专家系统，主要涉及到焊接工艺设计、焊接成本估算、焊 接缺陷或设备故障诊断、 材料及设备选择和焊接 c a d等方面20 1 。 这些系 统中约有半数达到了商品化水平r2 ; 我国 从 8 0 年代末开始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、 哈尔滨工艺 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、 湘潭大学等单位都先后进行了 焊接专家系统的开发， 其中的一 些专家系统是在与企业的紧密结合下完成的， 保证了软件的 质量 和实用性(3 - 5 )n - 29 1 .由 于焊接领域知识显著的复杂性、 经验性， 焊接被认 为是最适合于开发专家系统的领域之一。因此，焊接专家系统研究虽然起 步较晚，仍取得了 迅速发展。 焊接专家系 统类型以 焊接工艺 选择和 缺陷 诊断为主， 其它类型很少且 不成熟，开发工具有限。国内 焊接专家系统开发周期长， 成本高， 普及率 及商用化程度较低。 而国 外的 研究水平则相对较高， 研究成果的 商用程度 也较高。 尽管焊接专家系统的开发与应用存在较大的难度，但根据最新文献资 料分析，这方面的研究仍方兴未艾，且已 摆脱早期的盲目 性， 进入成熟发 展阶段3 0 。 但目 前总的 看来， 焊接专家系统的发展还不 够成熟， 大多数专 家系统推理过程简单，且为导果式推理， 而很少涉及到归因式 推理。 所有 焊接专家系统仅覆盖人工智能的 两个领域即知识表达和智能 推理， 而普遍 缺乏获取新知识的能力， 缺乏表达深层知识的能力。 另外， 焊接专家系统 应用 程度参差不齐，从目 前的应用情况来看， 各企业自 行开发或者禾 闷 i 机 构与企业联合开发的专家系统应用情况较好ro 1 . 3 . 2 焊接专家系 统的 分类 按照焊接专家系统的 应用特点， 可将现有焊接专家系统分为下述几种 类型m i 工艺选择与工艺 制定。 这是焊接专家系统最主要的 应用领域。 近几 年国 外开发的专家系统中，有关工艺选择及工艺制定的约占 7 0 % 1 11 。国 内 这方面专家系统的 情况与国 外大体类似。 焊接工艺涉及母材、 焊接材料、 接头及坡口 、 预热与 焊后热处理、 焊接方法、 焊接规范参数等许多因素。 己 开发的 焊接工艺专家系统中， 有些是针对单一的 工艺因素，如前面所述 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 的美国c s m和a m 联合开发的w e l d s e le c t o r ， 有些则是综合的工艺设计 或 选择系 统， 如英国的t w i 的w e l d g e n。 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，有待于进一步拓展。典型的系统如美国焊接研究所 i b m的v a . i n p ri s e 的d e l p h i . 比较各种语言的特点，并且结合实际应用的特点，本系统的设计选 择了d e lp h i ，因 为 它是 一种 真正 的具 有o o p 性能的 可视化的、 面向 对象 的 快速应用程序开发工具。 它全新的 编程环境，为我们提供了 一种方便、 快 捷、 基于w i n d o w s 的g u i ( g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e ) 应用程序开 发环境。 重庆大学硕士学位论文2 系统设计工具 它使用了m ic r o s o ft w i n d o w s 图 形用户界面的 许多先进特性和设计思想。 对于广大的 程序开发人员 来讲， 使 用 d e lp h i 开发应用软 件， 会大大提高 编程效率 具体说来 ;而且随着应用的深入，用户会对其每一个设计细节所吸引4 2 1 d e lp h i 5 的 主要 特点 有: d e l p h i 的 集 成开 发 环境i d e具 有完 全的 开 放 性， 程序开 发 人员 除 了可以 定制开发环境以适应自己 的习惯，甚至还可以 通过开发工具 a p z 将自 己 设 计 的 工 具 程 序 纳 入d e lp h i 的i d e 中 ， i d e 具 有 很 大 的 可 配 置 性。 d e lp h i 是 真正面向 对象的， 它的 基 本语言 是强 大而又简 单的 底层编 程 语 言o b j e c t p a s c a l , p a s c al语 言以 其 丰 富的 数 据 类型、 结 构 化的 编 程思 想、 严谨的 语法风格得到了 广大程序员的钟爱。 而作为b o r la n d t u r b o p a s c a l 的 升 级 产品， 啊e c t p as c al在原 来p a s c al 语 言的 基 础 上 扩 充了 面向 对 象的 属 性， 支 持 封 装 、 继 承 、 派 生 、 多 态 等 基 本 面向 对 象 的 概 念。 在d e lp h i5 中o b j e c t p as c al还增加了 动态数组这一有用的数据类型; 在面向 对象 方 面， 还增 加了 方法 重载， 函 数或过 程的 缺省参数等。 d e lp h i 通 过o c x和a c t iv e x标 准 使 用 其 它 语 言 创 建 的 对 象， 如 v i s u a l c + + ; 同 时 也 可以 通 过o c x 和a c t iv e x 标 准 为 其它 语 言 提 供o b j e c t p a s c a l 创建的 对象。包括可自 动生成代码来支持任何服务端的事件，与数 据相关的 a c t iv e x控件也可以和可视化组件库 ( v c l )进行连接;它还 提供了 新的c o m对象的快速工具，以 生成简单的c o m对象， 这大大增 加了d e lp h i 的 开 放 性。 (a ) d e l p h i 使 用 完 全 编 译 器和 链 接 器， 生 成 百 分 之百 的 可 执 行 代 码， 避 免了 许多其它 w i n d o w s 开发 环境采用的非完全编译或生成伪代码而导致 系 统性能 下降， 浪费c p u时 间 等弊 端。 (3 ) d e l p h i 的 数 据 库 功 能 4 m强 大， 它 支 持o d b c ( 开 放式 数 据库 连 接 ) 和多 层化数据 库模式， 能 够 有效地操 作本 地及大型分 布式网 络上的 各 类数 据库， 如m i c ro s o ft s q l s e r v e r , o r a c l e , s y b a s e , i n f o n n i x 等。 这使得 创 建 小 巧 玲 珑的 客 户 端 应 用 程 序 称 为d e lp h i 编 程的 一 个 特 色。 同 时 ， 数 据 访问 组 件得到 增 强， 在进 行窗 体和数据 模块设 计时， 数 据 模型的调 整更 加 容易。 扩展了的 数据库引 擎b d e 能 够访问 新的 数据库服务器类型4 3 1 2 . 2 . 2 d e l p h i 的 异常 处理技术 d e lp h i 提 供了 异 常 处 理 机制， 保 证 应 用 程 序 是 健 壮的。 异 常处 理 机 制 能够确保在发生异常的 情况下应用程序不会中 止运行， 也不会丢失数据和 资源。 没有人能保证程序代码绝对不出 错。有时候，即使程序本身没有错， 重庆大学硕士学位论文2 系统设计工具 但与程序打交道的软硬件设备出 错，也 会使程序出 现异常。 这些异常源有 操 作 系 统、 设 备 驱 动 程 序、 数 据 库 驱 动 程 序( 如b d e , s q l l in k s , o d b c , a d o等) 、 动态 链接 库、 常 驻内 存的 防 病 毒 软 件、 d e lp h i 自 身 的 元 件 库 和 运 行 期 库 44 1 由 此可见，异常几乎是不可避免的。 在没有异常处理机制的情况下， 程序员 不得不小心翼翼地检查每一次函 数调用的返回 值， 或者通过额外的 代码捕获可能的错误.但是， 通过检查函数的返回值或设置错误陷阱只能 捕获可预见的错误，而对没有预见到的 错误，或者函 数调用本身失败的 情 况，则无能为力。 使 用d e lp h i 语言 的 异 常 处 理 机 制， 就能 解决 上 述 弊 端。 既 能 使 程 序的 安全性得到保证，又不至于使程序代码过分琐碎。 d e l 内 语 言 的 异 常 处 理 机 制 有 两 种: 一 种 是t ry . . e x c e p t 结 构， 另 一 种 是t r y . . f i n a l l y 结 构。 t r y . . .e x c e p t 结 构的 语法 示意图 如图2 . 3 所示。 t r y与 e x c e p t之间的语句是希望正常 执行的代码， 在执行过程中， 图 2 . 3 t r y . . . e x c e p t结构的 语法示意图 f i g u r e 2 . 3 t h e s y s t a x s t r c t u r e o f t r y . . . e x c e p t 如果触发了 异常， 程序就跳入e x c e p t 部分， 执行该部分的处理程序。 正常情况下，应用程序应当确保已分配的资源的及时释放，因为资 源是有限 而宝贵的。 这些资源包括文件、内 存、对象等. 而在发生异常的 情况下， 程序正 常的 执行流 程被 打断， 这 样， 就难以 保证及时 释放资 源。 t ry . fi n a lly 结 构 是 一 种 保 护 资 源 的 机 制 。 即 使 在出 现 异 常 的 情 况 下 ， 它能够保证资源得到释放，从而使一个应用程序不会出现资源短缺。 t r y . . fi n a ll y 结构为: 毛 分 配资 源 t r y 使用资 源 f i n a l l y 释放资 源 e n d ; 重庆大学硕士学位论文2 系统设计工具 本文在考虑c a wp s 系统软件的异常处理能力时，自 行编制了 对大部 分在c a wp s 软 件运行中 可能遇到的 异常处理程序， 而不仅仅是屏蔽发生 的错误。 在c a w p s 系统中 使用以 上的 异常处理原理基本达到了 软件的 异常处 理功能， 可以 使系统软件发生异常后自 动执行异常处理程序， 而不会中 断 或退出系统。 可见， 采用这种方法达到软件异常处理的功能是行之有效的。 重 庆大学硕士 学位论文 3 c a w p s 系统数据库的设计 3 c a ps 系统数据库的设计 3 . 1 焊接工艺规程的一般设计过程 3 . 1 . 1传统设计过程 焊接工艺规程的制定一般分为两种情况.对于一般的焊接结构或采 用法规 认可的 母材金属、 焊 接材料时 网， 焊 接工艺 规程可直 接按产品 技术 条件、 产品图 样、 工厂有关焊接标准、 焊接材料和焊接工艺试验报告以 及 已 积累的 生产经验数据编制焊接工艺规程， 经过一定的审批程序即 可投入 使用，无需事先经过焊接工艺评定。 对于受监督的重要焊接结构和法规产品，每一份焊接工艺规程必须 有相应的 焊接工艺 评定报告作为 支持，即 应根据已 评定合格的 工艺评定报 告p q r来编 制焊接工艺 规程。 如 所拟定的 焊 接工艺 规 程的 重要焊接工艺 参数，己 超出 本企业现有焊接工艺评定报告中 规定的参数范围，则该焊接 工艺规程必须按规定的 程序进行焊接工艺评定试验。 只有经过评定合格的 焊 接工艺 规程 才能 用于指导 生 产n ; 1 具体来说，首先应根据产品的生产性质、类型和产品的复杂程度， 参照 标准 工艺文 件的完整性 口 b / z 1 8 7 .2 - 8 8 ) ， 确定 该产品 应具备的工 艺 文件种类。 文 件 类型 确定 后就可以 按 相 应的 格式 进行编写， 一般编写 过 程为: 熟悉和掌 握编写工艺规程所需的资料。除设计依据、工艺方案、 和 工艺流程图外， 还应汇集 有关工艺标准、 加工设备和工艺装备的资料以 及 国内 外同 类产品的 相应工艺资料。 选择毛坯形式及其制造方法。 关键零件的 毛坯制造方法， 在工艺方 案己 确定 后一 般要在这时 确定。 焊接结 构件多 用型 材和板材， 要 确定 其下 料方法。 确定较详细的工艺过程。 根据加工方法确定各工序中工步的 操作内 容和顺序， 提出 工艺的技术要求和验收标准. 选择工艺材料、设备和工艺参数。 这个过程又分为三个小的 过程。 1 ) 选择焊接材料和辅助材料， 标明 它们的 牌号和规格等。 2 )选择加工和检验用的设备、工具和工艺装备，注明其型号、规格 重庆大学硕士学位论文 3 c a w p s 系统数据库的设计 和代号。 3 ) 选择或确定各工艺条件和参数，弧焊时的工艺条件如预热温度、 层间温度、单道焊或多道焊等，工艺参数如焊接电 流、电弧电 压、焊接速 度、焊丝直径等。 完成上述工作后就可以 把结果按照文件格式填入相应栏目 的空格内。 3 . 1 . 2 计算机 辅助焊接工艺 规程制定的 必 要性 正如绪言中所说的， 对于大中型企业来说， 每年制定的焊接工艺有 成百上千种， 在制定新的 焊接工艺时， 要仔细核对和查询原来的焊接工艺， 这是一个相当费时的工作。同时，由于目 前焊接理论发展状况及焊接工件 的复杂性，焊接工艺规程编制是经验加理论再加试验方式编制，不可能仅 凭计算机进行数学和文字的计算和推理而编制出 一套完善的 焊接工艺文 件。 工艺 人员实际 编制工艺 文 件是 在扎实的 基础知 识加 丰富的 实践 经 验基 础上进行的， 在此过程中良 好的感觉也 起了 很大的 作用， 而这些感觉来源 于各种相关信息。 工艺人员 必须收集大量有关信息， 才能 进行焊接工艺文 件的编制。 办公自 动化的广 泛使用使得计算机提供了 越来越强大的存储、 检索和修改的功能。 越来越多的 工程任务都由 计算机来完成， 而焊接自 动 化的发展不可避免地要求信息系统包括焊接工艺数据计算机化的完善.计 算机集成制造系统c i ms 的 发展将提供一个完善的 集设计、 规划和工程实 施的高度集成制造环境， 这也对计算机辅助焊接工艺设计的计算机化提出 了 要求。同时， 随着人工智能 技术在制造业中的使用， 计算机将承担越来 越多的 设计、 规 划和实施的 决 策功能， 这 对焊 接工艺的 计算机化也 将越来 越高 9 . 与传统的工艺制定相比 较， 用计算机辅助焊接工艺过程的 制定， 可以 完成以 下的 功食 护1 : 数据 库管 理功能。 全面 记 录存储本企业 在生 产中 使 用的 焊接工艺规 程，以 及己 完成的 焊接工艺 评定报告。 为查询方便， 可以 按焊接工艺评定 报告和焊接工艺规程，分别建立两个既相对独立又相互联系的 数据库。 数 据查 询功能. 可按目 录 清单 快捷查 询数 据库的 所 有工 艺规 程和工 艺评定报告， 亦可按母材类别 和厚度范围、 焊接方法、 接头形式、 焊材种 类及牌号、 焊接主 要参数等查 询评定 报告 和工艺规 程， 并以 表格的 形式显 示在屏幕上。 焊接工艺规程辅助设计功能。 对于免作焊接工艺评定的金属结构， 通过工艺规程辅助系统， 输入接头形式、 母材钥号、焊接方法和焊接材料 牌号等参数， 编制出 符合法规要求的 焊接工艺规程。 而对于超出 免作工艺 评定规定范围的金属结构，则必须在原有工艺评定或新制定的工艺评定的 重庆大学硕士学位论文 3 c a wp s 系统数据库的设计 指导下完成工艺的制定13 3 1 3 . 2 焊接工艺规程设计系统数据库的设计 3 . 2 . 1 系统数据库总体设计 在进行系 统数据库设 计时 ， 既包括数据库的设计 ( 数据流 的设计) ，也包括相应的应用 程序设计，具体如图 3 . 1 。首 先进行需求分析，包括对数据 库涉及到的数据和数据库系统 的 功能进行分析.然后根据数 据分析的结果和功能分析的结 果， 完成数据库结构的设计和 数据库系统的应用程序设计。 数据库系统的 应用程 序设计主 要是编写对数据库进行操纵的 代 码 和s q l 结 构 化 查 询 语 言 语句。最后试运行数据库系统 程序， 根据运行结果完善数据 库的设计并在运行期间维护数 据库。 需求分析 数据分析功能分析 数据库设计 】 应用程序设计 程序试运行 互 嘿 产 建 数据库系统运行与维护 图3 . 1 数据库系统设计流程图 f i g u r e 3 . 1 t h e f l o w c h a r t o f p l a n n i n g t h e d a t a b a s e s y s t e m 3 . 2 . 2 需求分析 通过分析手工制定焊接工艺规程过程，我们发现，手工制定焊接工 艺规程的过程如下。 分析焊接构件的 母材， 如果采用法规认可的母材， 则母材免作评定 试验， 否则对母材性能 进行评定。 在工厂设备条 件允许的 范围内， 选用 母材 适用的 焊接方 法. 根据母材厚度范围和焊接方法，确定接头内容，如接头形式、坡口 类型及参数和焊缝形式。 以 有关焊接工艺的国 标或企 业 标准为 依据， 确定 填充 材料、 焊 接层 次、各种焊接规程参数、 焊前预热处理、 焊后热处理和操作技术等工艺参 重庆大学硕士学位论文3 c a wp s 系统数据库的设计 数。 以 工艺规程表格或者工艺 卡的形式将焊接工艺各项内 容显示出 来。 用图形的方式表达手工制定焊接工艺过程如图3 .2 . 图3 . 2手工制定焊接工艺规程过程图 f i g u r e 3 . 2 t h e p r o c e s s o f p l a n n i n g a w e l d i n g p r o c e d u r e b y h a n d 而在本计算机辅助焊接工艺 规程制定系统中， 对于一给定母材，则是 首 先按照搜索焊 接工艺规 程 数据库和工艺 评定 数据 库， 以 焊接方法、 母材、 母材规格、 焊接材料、接头形式、 预热条 件、 热处理条件等任意组合条件 作 为 关 键 字 在w p s 库和p q r 库中 查 找 所 有 符 合 要 求的 工艺 规程 及 评 定 报 告， 再根据查询结果进行处理。如果在 w p s 库中能搜索到所需的工艺规 程， 则 直接使用， 否则， 查找p q r 库， 根 据找 到的 符 合条件的p q r 来制 定 wp s ，可以 将该评定工艺的参数，复制到焊接工艺数据库中，生成新 的 工艺 规程， 工艺 人员再根 据实际 产品 要求 对其进行修改 和 补充， 完成 规 程的 编 制。 在进行 工艺 评定 必要 性判断时， 可以 使用 焊接方法、 母 材、 母 材规格、 焊接材料、 接头形式、 预热温度、热处理方式等作为关键字搜索 p q r 库。目 标 系统 制 定 焊 接 工 艺 规 程的 逻 辑 结 构 如图3 .3 . 从上面分 析可以 看出， 焊接工艺 过程的 设计 是一个复 杂的 过 程，目 标 系统中 涉及到的数据很多， 包括焊接母材类型、 母材规格、 填充材料种类、 填充 材料牌号 和规格、 焊接方 法、 焊接接头 类型、 焊接用 气体、 焊接规范 参数、 操作技术、预热及层间温度、 焊后热处理、 焊接产品等，这些数据 之间 有一定的逻辑关系， 如焊接接头是由 焊接母材的 规格和 焊接方法决定 的，而焊接接头又构成了 焊接生成的 产品。 这些设计过程涉及到的 有些数 重庆大学硕士学位论文 3 c a w p s 系统数据库的设计 图 3 . 3系统制定焊接工艺过程逻辑结构图 f i g u r e 3 . 3 t h e l o g i c a l c h a r t o f p l a n n i n g w e l d i n g p r o c e d u r e 名字:母材 定义: 母材= 母材种类十母材牌+ 主要化学成分+力学性能 名字:焊条 定义:焊条= 填充材料种类+焊条 牌号十焊条代号十主要化学成分 名字:焊丝 定义: 焊丝= 填充材料种类+焊丝 牌号+主要化学成分+用途 名字:焊剂 定义:焊剂= 填充材料种类+ 焊剂 种类+焊剂牌号+主要化学成分 名字:焊接接头 定义: 焊接接头= 接头形式+ 坡口 形式+焊接层次+焊接位置 名字:焊接层次 定义:焊接层次=焊接层次十焊接 层次层次图形 名字:焊前预热及焊后热处理 定义:母材二 加热方法+ 温度+冷 却方法+热处理类型 形 图 口 坡 + 式 形 口 坡 一- 口口 坡坡 名字:焊接用气体 定义:焊接用气体=气体类型 图3 . 4系统主要数据字典卡片 f i g u r e 3 . 4 t h e m a i n d a t a d i c t i o n a r y c a r d s o f t h e c a w p s s y s t e m 重庆大学硕士学位论文 3 c a w p s 系统数据库的设计 据量大， 需用数据库的数据技术来处理。 我们可以 用数据字典 d d ( d a ta d i c t io n a ry ) 来 描 述 这 些主 要 数据 之间 的 逻 辑 关 系， 图3 .4 为 系 统 数 据 字 典 主要数据卡片。 3 . 2 . 3 概念结构设计 通过分析工艺规程设计过程中涉及到的数据和处理过程，系统数据库 中涉及的数据信息及数据之间的关系，得出此数据库系统的实体及属性 为: 母材材料:硬 母材种类， 母 材牌号， 母材规格， 主要化学成分， 力学 性能 焊 接接头: 接头形 式， 坡口 形式， 焊接层次， 焊 接 位置 填 充 材 料: 厦 类 型， 牌 号， 主 要 化 学 成 分 焊 接 用 气 体: 汽体 类 型， 气 体 流 量 焊 接 规 范 参 数 : 焊 接电 特 性， 焊 接 电 流， 焊 接电 压， 焊 接 速 度 预 热 及 层间 温度 : 温 度 大 小， 加 热 方 式 焊 后 热处 理: 热处 理 类型， 温度大 小， 后 热时间， 加 热 方 法， 冷 却 方 法 焊 接 方 法: 笼 焊 接 方 法， 操 作 模 式 产品 : 夏 母 材 材 料， 焊 接 接 头 用分类、聚集和概括的抽象机制对需求分析阶段收集到的数据及对数 据的处理进行分 类、组织， 形成实体和实体的 属性。 用分e - r图 来表示 各个主要实 体及其属 性以 及实 体之间的 关系如图3 .5 0 分析各个实体之间的关系， 确定各个实体之间的联系类型如下: 母材确定后，可以 选用不同的焊接方法进行焊接，一种焊接方法，可 以 适用于不同的 母材， 母材和焊接方法是多对多的关系 ( m : n ) . 焊 接方 法确定后， 可以 选用不同 的 焊接填充材料， 而一 种焊接材料只 能 对应一 种焊接方法， 焊接 方法和填 充 材料之间 是一 对多的 关系 ( 1 : n ) . 母材确定 后， 可以 选用不同 的 焊接接头 进行焊接， 一 种焊接接头可以 适用于不同的 母材， 母材和焊接接头之间 是多对多的关系 ( m : n ) . 一种焊接方法对应于 许多 种规范参数， 而一种规程参数只对应于某一 确定的 焊 接方 法， 焊接方 法和焊 接规 程参数之间为一 对多的 关系 ( 1 : n ) . 一种焊接方法对应于许多种焊接操作技术，而一种操作技术只对应于 某一确定的 焊接方法， 焊接方法和焊接操作技术之间为一对多的关系 ( 1 : n ) . 一种焊接接头可以使用多种焊接设备，而一种焊接设备适用于多种焊 重庆大学硕士学位论文 3 c a w p s 系统数据库的设计 接接头， 焊接接头和焊接设备之间为多 对多的 关系 ( m : n ) . 一种确定的焊接接头可以构成一种焊接产品，而一种焊接产品由某一 固定的焊接接头过程， 焊接接头和焊接产品 之间为一对一的关系 ( 1 : 1 ) 0 应用视图集成的原则和方法，把上面得到的各个分 e - r图集成为系 统总体e 一模型如图3 .6 0 母材焊接用气体 母材种类)( 母材牌号、( 化学成分、乙 力学性能 气体类型、 气体流量 焊接接头焊接方法 接头形式) 坡口形式) 焊接层次)( 焊接位置 焊接方法) 操作方式 焊接规范参数预热及层间温度 焊接电特性) ( 焊接电流) ( 焊接电压)( 焊接速度 温度大小) 加热方式 填充材料填充材料 类型)( 牌号)( 化学成分) i 焊条焊丝焊剂 焊后热处理 热处理类型) ( 温度大小) 后热时间、 加热方法) ( 冷却方法 图3 . 5各个主要实体的分e - r 图 f i g u r e 3 . 5 t h e e - r m o d u l e s o f a l l t h e m a i n e n t i t i e s 3 . 2 . 4 系统数据库的组成 系 统数据库是 进行 焊接工艺规 程设 计的 基础， 数据库结 构设 计是 建立 设计系统的 基础。 本系统数据库结构的 设计主要考虑了 下述几个方面: 重庆大学硕士学位论文3 c a w p s 系 统数据库的设 计 系统功能。 本系统主要实 现焊接工艺规程的计算机辅助设计和管理， 从此功能出 发， 充分考虑 到完成 功能 所必 须的 信息， 数据库的 结 构设计要 能保证系统能实现预定功能。 实用性。 焊接工艺规程是焊接操作人员进行焊接的 依据， 制定过程中 要参考相应的 焊接工艺评定 报告。 本系统结 合焊接工艺制定的 推荐形式， 参考了国内多家焊接结构生产厂家的工艺评定报告和焊接工艺文件，充分 注 意了 其实 用 性 4 6 1 结合p a r a d o x 7 .0 数据库管理系统的 特点， 根据系统的设计功能及wp s 的内 容及 其数 据特点， 运用数 据库设 计的 一 般理论方 法对系统的数 据库结 构进行了 设 计， 系统结构 如图3 .7 0 系 统数 据库由 焊接工艺 规 程设计数据 库和 焊接工艺 规程管 理数据库两 部分组成。 焊接工艺 规程设计数据库。 焊接工艺规程设计数据库指的是进行焊接工艺设计过程中涉及到的有 关数据库，它是进行焊接工艺设计所必备的，涉及到主库和辅助库两个部 分。 主库由 涉及到焊接工艺设计的主要因素组成， 它由 下面几个部分组成。 1 ) 母材库。 母材库涉及到了常用的八 种焊接结构钢的成分和性能信 息. 这 些常 用的 结构 钢有碳素 钢、 低合金结 构钥、 耐 热 钢、 不 锈钢、 镍及 镍合金、 钦及 钦合金、铝及铝合金、 铜及铜合金等。 其中对最常用的 碳素 钢还进行了 更为 细致的 分 类， 分为 低碳 钢、中 碳钢和高 碳钢。 根 据焊接用 母 材的 特点 和 焊接工艺规 程设 计的 要 求， 母材库的 设 计包含了 这些焊 接结 构用钢的 种类、 牌号、主要化学成分和力 学性能。 2 ) 填充材料库。由 于本系统的设计目 标是实现通用焊接工艺规程的 计算机辅助设计，因 而， 填充材料数据库的结构较为复杂。 它涉及到 对常 用三种焊接填充材料焊条、焊剂、焊丝的数据资料统计.考虑到种类不同 的 焊接填充材料的组成成分和适用场合差异较大， 在设计填充材料数据库 的结构时， 针对不同的种类，设计了焊条数据库、焊剂数据库和焊丝数据 库三个填充 材料库。 每一 个 填充 材料 库 包含了 填充 材料的 种 类、 牌号、 主 要化学成分和适用范围等。 3 ) 坡口 形式库和焊根层次库。 坡口 形式库涉及到常用坡口 形式的坡 口 名称、图形文件名、几何参数信息及坡口 位图等。用户只需选定坡口 名 称， 就可以 在 数据库中 搜索到 并返回 该坡口 的 位图图 形， 双击 该坡口 图， 可以调用win d o w s 的绘图 程序ms p a i n t 对坡口图进行参数设定和其它修 改。与接头库刻以 ，焊根层次库包括对根部焊接层次的图形描述。 4 ) 焊前预热 及焊后热处理数据库。 此库包括了 常用热处理加热方 祛、 冷却方法和热处理类型， 用户设计时可以随 意查看。 重庆大学硕士学位论文3 c a w p s 系统数据库的设计 1 , ( 选用叫操作 技术 哥雨棘一嘿 ( 产 逸 角 、 岁目 面蔚瘾 理 选用 1 ( 选用 洲焊 接 规 范 参 数 义胡 填充材料 x v 滋犁# 1 h 7z rtr pp 理 使用与 焊 接 设 备 图3 . 6 系统总体e - r 模型 f i g u r e 3 . 6 t h e e -r m o d e l o f t h e d a t a b a s e s y s t e m 图3 . 7 系统数据库结构 f i g u r e 3 . 7 t h e s t r u c t u r e o f t h e d a t a b a s e s y s t e m 重庆大学硕士学 位论文 3 c a w p s 系统数 据库的 设 计 5 ) 其它辅助信息库。焊接工艺规程的设计，除了涉及到主要焊接参 数的设计外，还有其它辅助信息，因而，本系统还设计了与工艺设计有关 的 其它辅助信息 库， 包括公司信息库、 工艺人员 信息库等。公司 信息库中 包含了 公司单位的名称、 地址、电话、传真、公司的标志、具体车间以 及 公司的简介等。这些信息的丰富便于工艺卡片在单 位各个部门及各个单位 之间的 传阅和交流， 为工艺卡片的 管理带来了 方便。 焊接工艺的 严格制定 是进行安全焊接和保证焊接质量的 前提，为了 提高焊接质量， 对每一个焊 接工艺的 制定都要经过焊接工艺人员的严格审定和审核。为 此， 本系统设 计了 一个焊接工艺人员的数据库，对焊接工艺人员进行管理， 包括