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钢丝绳生产管理系统的开发与研究 摘要 随着计算机应用技术的发展及其在生产领域的普及，研究、开发实用化的 生产管理系统，对于提高生产过程的设计效率和企业的灵活生产有着重要的意 义。 本文根据某企业的需求，开发了钢丝绳生产的计算机辅助子系统 ( s w - c a p p ) ，具体内容如下： 首先，针对钢丝绳生产工艺、工艺设计中的繁琐计算以及对依赖于相关技 术人员经验生产现状，确定系统目标，通过系统分析和系统的初步设计，搭建 了系统的框架。 其次，根据用户需求，通过对比分析选择c s 模式的体系结构，采用d e l p h i 7 o 进行系统界面设计和功能实现。结合钢丝绳结构特点以及拉丝工艺计算和 热处理工艺参数，建立了系统数据库。采用s w c a p p 系统实现了钢丝绳结构 优先选择和自动生成，拉拔工艺自动计算，热处理工艺方案的确定和自动生成 文本的具体功能。 再其次，建立了钢丝绳常用结构的国家标准库，根据结构类型计算推理出 钢丝绳详细构成信息；拉拔工序的计算规则，自动和交互并用的制定拉拔工艺 路线；建立了企业所具有的热处理工序工艺标准，制定并自动生成工艺文件。 最后，按照钢丝绳生产工艺数据对s w c a p p 系统进行了验证，测试了系 统的可靠性和容错性、实用性，实现了从客户需求到具体解决方案的功能设计。 关键词：钢丝绳；s w c a p p ；工艺设计；信息管理 i n v e s t i g a t i o na n dd e v e l o p m e n to fp r o d u c t i o nm a n a g e m e n t s y s t e mo fs t e e lw i r er o p e a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g ya n di t s p e r m e a t i o ni nm a n u f a c t u r i n gd o m a i ni nr e c e n ty e a r s ，t h ei n s t i t u t i o nw o r ko n p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a ss h o w e dt h ev i t a ls i g n i f i c a n c ei ni m p r o v i n g p r o d u c t i o np r o c e s s sr a t e dc a p a c i t ya n dt h ef l e x i b i l i t yi np r o d u c t i o n ac o m p u t e r - a i d e dp r o c e s s i n gp l a n n i n g ( s w - c a p p ) s u b s y s t e mo fs t e e lw i r e r o p ei se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e r t h ea c t u a lc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： f i r s t ，b a s e do nt h ep r e s e n tp r o d u c tc o n d i t i o na b o u tt h ef a c t o r y , s u c ha st e d i o u s c a l c u l a t i o ni nt e c h n o l o g yd e s i g n ，s t r o n gd e p e n d e n c eo nt h ec o r r e l a t i o nt e c h n i c a l p e r s o n n e l ，n o n s t a n d a r ds t o r a g ea b o u tt h ei n f o r ma t i o no fp r o c e s sa n ds oo n ， t h r o u g ht h es y s t e ma n a l y s i sa n ds y s t e m sp r e l i m i n a r yd e s i g n ，t h es y s t e mo b j e c t i v e i sd e t e r m i n e da n dt h es y s t e m sf r a m ei sb u i l t s e c o n d l y , a c c o r d i n gt o t h er e q u i r e m e n to ft h ep r o j c o t ，t h ec sp a t t e r ni s c h o s e nt h r o u g ht h ec o n t r a s t i v ea n a l y s i s ，t h es y s t e mc o n t a c ts u r f a c ed e s i g na n dt h e f u n c t i o n sa r er e a l i z e du s i n gd e l p h i7 。0 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 di nt e r m s o ft h es t e e lw i r er o p ec o n s t r u c t i o nc h a r a c t e r i s t i ca sw e l la st h er e l a t e dp a r a m e t e ro f w i r ed r a w i n ga n dt h eh e a tt r e a t m e n t t h es w - c a p ps y s t e mh a sr e a l i z e dt h ed e s i g n o fs o m ec o n c r e t ef u n c t i o n a ls u c ha st h ec o n s t r u c t i o no fs t e e lw i r er o p ea n dw i r e d r a w i n gt e c h n o l o g ya n dt h eh e a tt r e a t m e n t t h i r d l y ，t h en a t i o n a ls t a n d a r d sd a t a b a s eo fc o m m o ns t r u c t u r eo fs t e e lw i r e r o p ei s e s t a b l i s h e d t h ed e t a i lc o n s t i t u t i o ni n f o r m a t i o no ft h es t e e lw i r ei s c a l c u l a t e da n dr e a s o n e da c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r et y p e s ，t h ed r a w i n gc r a f tr o u t e a u t o m a t i ca n da l t e r n a t e l yw i t ht h ec o m p u t a t i o nr u l eo fd r a w i n gp r o c e d u r ei s f o r m u l a t e d ，t h es t a n d a r do fh e a tt r e a t m e n tp r o c e s sf o rt h ea u t o m a t i cp r o d u c t i o n t e c h n o l o g i c a ld o c u m e n tf o r m u l a t i o ni sb u i l tu p l a s t l y , t h es w - c a p ps y s t e mo p e r a t i o nd e m o n s t r a t i o ni sc a r r i e d0 nb a s e do n t h ep r o d u c t i o nd a t ao ft h es t e e lw i r et e c h n i q u e ，t h es y s t e m sa c c u r a c ya n dt h e p e r f o r m a n c eu s a b i l i t ya r et e s t e d ，w h i c hm a k e st h ef u n c t i o n a ld e s i g nf r o mt h e c u s t o m e rd e m a n dt ot h ec o n c r e t es o l u t i o nc o r n et r u e k e y w o r d s ：s t e e lw i r er o p e ；s w - c a p p ；p r o c e s sd e s i g n ；m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n 插图清单 图1 1 钢丝绳生产示意图。5 图1 2 钢丝绳构成图5 图2 1 钢丝绳生产流程图9 图2 2 捻制设备图1 1 图2 3s w - c a p p 系统体系结构图1 3 图2 4s w c a p p 系统工作流程图1 4 图3 1 两层c s 模式原理图一1 5 图3 2 三层c s 模式原理图1 6 图3 3b s 模式原理图1 6 图3 4 用户界面图2 l 图3 5s q ls e r v e r2 0 0 0 的安全机制图2 6 图4 1 钢丝生产工艺流程图2 8 图4 2 拉丝工艺设计流程图3 2 图4 3 拉丝工艺设计界面图3 3 图4 4 热处理工艺设计流程图3 5 图4 5 热处理炉参数界面图3 6 图4 6 热处理工艺设计界面图3 6 图5 1 半成品工序流程图3 8 图5 2 捻股工序设计流程图3 9 图5 3 合绳工序设计流程图4 0 图5 4 用户登录界面图4 1 图5 5s w c a p p 系统主界面图4 1 图5 6s w - c a p p 系统具体实现流程图4 2 图5 7 客户需求界面图4 3 图5 8 拉丝界面图4 4 图5 9 浸油界面图4 4 图5 10 盘条设计界面图4 6 图5 1 1s w - c a p p 系统对话框图4 6 表格清单 表3 1 用户管理表2 4 表3 2 菜单信息表2 4 表3 3 钢丝绳的结构类型表2 4 表3 4 热处理工序表2 4 表3 5 拉丝工艺表2 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，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 金胆王些态堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一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 明并表示谢意。 学位论文作者签字： 签字日期：q 习裤 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金匿王业太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 硅籀 i 签字日期：调勺年中月暂日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翩摊：仫坼 签字日期：矽f o 年饵月日 电话： 邮编： 致谢 光阴荏苒，近三年的硕士学习生涯即将结束，值此论文完成之际，谨向所 有关心我学业的老师、同学、朋友表示最衷心的感谢! 特别感谢我的导师陈文琳教授的谆谆教诲和悉心指导。从课程学习、论文 选题、到学术论文发表、学位论文成稿无不凝聚着导师的心血。导师严谨的治 学态度、渊博的专业知识、孜孜不倦的进取精神令我终身难忘。让我不但在专 业理论知识上有所收获，更在人际关系、为人处世上学到了很多，使我今后的 工作、学习和生活受益匪浅。 在硕士研究生的学习期间，材料学院的刘全坤教授、陈忠家副教授、吴圣川l 、 马勇等老师都给予了我学业上的指导和宝贵建议，在此表示衷心的感谢! 同时 感谢安徽淮矿钢绳有限责任公司在我的课题研究上提供的支持和帮助。 在三年的学习和生活中，得到了王荐、邹文超、曹俊、朱小兵、武大鹏、 夏正宝、张文超、彭李静、路遥、刘桥求等实验室成员的支持和热心帮助。在 此致以我衷心的感谢和祝福。感谢我的父母和家人以及所有关心我的亲友们， 多年来在我的求学道路中给予我始终如一的关心、帮助、支持、信任和温暖。 最后感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授，感谢答辩委员会各 位老师和专家们对我的论文提出宝贵建议。 面对如此之多的关心与帮助，常感无可回报，唯有在以后的日子里时时敦 促自己更加努力，以不负师长、亲人和朋友的殷殷期望之情和谆谆教诲之意! 作者：程颖 2 0 1 0 年4 月 第一章概论 1 1 生产管理系统在工业生产中的应用 在2 1 世纪的今天，信息技术作为一门由计算机技术、通信技术、信息处理 技术和控制技术等构成的综合性高新技术，是所有高新技术的基础和核心。现 代信息技术的核心是电子计算机和现代通信技术【l 】。信息技术的应用已经渗透 到社会的各个领域，对部分企业产生的影响逐渐加重，继而引起社会资源配置 方式、企业生产和管理方式的改革。近年来，制造业提出计算机集成制造系统、 敏捷制造、并行工程、精益制造等一系列新的制造模式。这些新模式离不开信 息的自动化，因此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 ) 成为其中重要组成部分 【2 】。企业实施m i s ，可以解决当前项目管理工作有效性差的问题，通过项目管 理软件与m i s 的接口，实现项目的工作分解，工作分派，工作进度监测，实时 监控，资源配置和各项费用统计，项目管理全过程的信息化处理，真正实现有 效管理。管理人员通过m i s 的电子文档数据库，对历史积累的各类数据信息进 行分析，寻找工艺流程，设备性能，材料使用等方面改进和优化的途径，这对 于保持在传统工业项目领域内的技术领先优势是必不可少的【3 1 。m i s 对企业的 作用主要有：合理安排生产，提高产品的生产效率；提高对客户的服务质量； 提高企业的管理水平和管理素质；提高企业的应变能力和竞争能力。管理信息 系统有很多种分类标准。如将管理信息系统分成独立系统和综合系统两种情形。 满足某个特定的应用领域而设计的独立系统有它自己的文件或数据库系统；综 合的系统则由多个独立系统组成，这些独立系统通过它们使用的数据综合在一 起，利用一个资源共享的数据库来达到综合的目的【4 】。国际生产工程学会对生 产系统定义是作为生产产品的制造企业的一种组织体，生产系统具有销售、设 计、加工、交货等综合功能。利用信息系统配合企业的发展战略，使企业在持 续的竞争中立于不败之地。生产管理系统作为多功能的综合系统，呈螺旋循环 状，具有阶层性，由若干子系统组成，并可以细分为更小的次子系统，实现递 阶控制。在生产管理系统中m i s 、m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ) 、 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 ) 、电子商务的应用系统均显示着信息的重要 性，企业需要正确、及时地收集、提供、传递、存储、分析与利用运作过程中 的信息，从而合理有效的利用各种资源。 在现代机械制造企业中，制造工艺信息系统是通过对企业的工艺过程进行 设计、技术管理与控制，从而保证工艺活动按照设计的路线、流程、规程等技 术要求，并且最终实现生产合格产品的目标。制造工艺信息系统为以各专业工 种的计算机辅助工艺过程编制为基础，包括制造工艺信息管理、工艺管理及工 艺设计流程管理功能，实现产品工艺设计及管理的一体化，为工艺系统提供各 种软件的运行支持。机械制造企业的工艺信息是指贯穿于产品形成过程中发生 的与工艺工作有关的信息。工艺信息管理需要对工艺信息的产生、发展、变化 进行全面的跟踪与管理，包括产品的设计信息，生产工艺人员的专业知识以及 相关的工艺文件( 工艺方案、工艺规程、工艺路线等) ，这些工艺信息直接影响 产品的制造过程【5 0 】。工艺设计作为机械生产过程中的重要准备过程，衔接着产 品设计与车间的实际生产。随着现代制造业市场需求结构化的发展，个性化的 需求也在逐渐增强。传统的工艺设计方法渐渐无法适应当前机械制造行业的发 展生产，主要表现在以下几方面：( 1 ) 传统的工艺设计依靠人工编制，劳动强度 大，工作繁琐。( 2 ) 设计周期长，难以适应瞬息万变的市场。( 3 ) 工艺设计依赖于 设计人员的水平，经验性很强，而经验的继承性则较差【5 1 。针对这些问题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 ) 应运而生，c a p p 是指借助于计算机软硬件技 术和支撑环境，通过向计算机输入被加工零件的几何信息和加工工艺信息，利 用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能，自动输出零件的工艺路线 和工序内容等工艺文件的过程【6 】。c a p p 在制造业的应用给企业带来的价值和 效益主要体现在：( 1 ) 将工艺人员从繁琐和重复性劳动中解放出来，能将更多的 精力从事新产品及新工艺开发等创造性工作。( 2 ) 缩短工艺设计周期，保证工艺 设计质量，增强产品竞争力。( 3 ) 建立工艺知识的积累平台，利于工艺设计人员 经验的总结和继承，伴随c a p p 应用的深入，减少对个体技术人员的依赖，降 低人员风险。( 4 ) 通过产品设计与工艺信息的共享和集成，提高了信息的重用性， 实现工艺设计的标准化，为企业的信息化打下良好基础。 1 2c a p p 系统的发展 1 2 1c a p p 系统的国内外发展概况 随着集成技术的发展，c a p p 被公认为是c a d c a m 集成的关键，是 f m s ( f l e x i b l em a n u f a c t u r es y s t e m ) 及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 o r y s y s t e m ) 等先进制造系统的技术基础，世界各国都在大力研究c a p p 技术，越来 越被重视。c a p p 的研究始于2 0 世纪6 0 年代。c a p p 的研制在工业界和学术界 的双重推动下，由挪威n a k k 提出了世界上第一个c a p p 系统，它由四家机械 公司和两家研究所组成，于1 9 6 6 年开始到1 9 7 0 年推出了一个系统，称为 a u t o p r o s ( 自动工艺设计系统) ，并于1 9 7 3 年商品化，可以处理这家公司6 0 的零件，稍加人工辅助可达8 0 的零件【8 】。2 0 世纪7 0 年代以来，世界各国均 对c a p p 系统进行了开发，如1 9 8 0 年英国曼彻斯特大学开发的a u t o c a p 系 统、德国柏林工业大学的c a p s y 系统、日本日立制作所的h i m t c s 工艺设计、 美国的m i p l a n 系统、国际机械制造研究会( c i r p ) 的c a p p 系统等【引。其中在 c a p p 发展史的里程碑是国际性组织c a m i 于1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m i 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。19 9 5 年d i m i t r i sk i r i t s i s 在回顾c a p p 专家系 统的发展状况后，提出了对一个有效益的c a p p 系统必须高度自动化观点的质 2 疑：1 9 9 6 年a m l u s c o m b e 和d j t o n c i c h 在针对c n c 机床进行的c a p p 研究 中，强调了“辅助( a i d e d ) 的特点；1 9 9 7 年g v a nz e i r 提出了交互式工艺设计 ( i n t e r a c t i v ep r o c e s sp l a n n i n g ) 的概念，并开发了基于交互式的c a p p 原型系统【9 j 。 随着c a d 、c a m 技术的日益成熟，国外研究人员围绕着c a d c a p p c a m 的 集成进行了大量的研究。美国的b o e i n g 、l o c k h e a d 、a i r b u s 等著名公司开发和 集成了大量的c a p p 工程应用软件和制造数据管理软件，通过建立各类材料库、 工程数据库等措施初步解决了产品的信息集成与共享问题，建立了相应的企业 标准规范。现代的c a p p 系统以实用化为基础，以企业的全面集成应用为目标， 不仅考虑工艺决策的自动化问题，还考虑各种工艺技术问题的研究和开发【l o 】。 近几年来，有人将人工神经元网络技术、模糊推理及基于实例的推理等应用于 c a p p 中，还有人提出了c a p p 系统建造工具的思路，并进行了一系列卓有成 效的实践。我国c a p p 系统的开发始于2 0 世纪八十年代，最早开发的c a p p 系统是同济大学的t o j i c a p 修订式系统和西北工业大学的c a o s 生成式系统 u 。随着发展和演变，国内学术会议刊物上发表和商用的c a p p 系统主要包括 西北工业大学c a p p 研究所的c a p pf r a m e w o r k 、上海交大的思普c a p p 系统等。 清华大学与西北工业大学最早在国内开展了c a d c a p p c a m 智能集成化研究 与原型系统的开发【l0 1 。国内企业c a p p 软件应用较多的是武汉开目、清华天河、 金叶西工大三家公司的产品。 1 2 2c a p p 存在的问题和发展方向 狭义的c a p p 是指完成工艺过程设计，输出工艺规程。从c a p p 的目标来 看，过分强调了工艺决策的自动化【l2 1 ，造成的缺点主要是系统开发周期长、适 用性差、不易推广应用等。又由于工艺设计的特点常常针对特定的制造对象、 特定的企业进行，开发出的系统功能和应用范围有限，缺乏适应生产环境变化 的灵活性，决定了自动化的c a p p 系统存在很大的局限性。到9 0 年代中期， c a p p 系统开始重视软件工具化和实用化，面向对象为部分工艺人员、部分零 部件，进行工艺设计。随着c a d c a m 集成系统及c i m s 发展的需要，c a p p 系统开发需要充分重视数据传送、数据共享的功能，运用数据库技术管理工艺 数据，为c i m s 系统提供数据。c a p p 系统逐步发展成为基于数据库和产品结 构、注重管理和集成、面向产品工艺准备全过程、采用交互式设计方式的综合 平台式系统。这才是c a p p 发展的根本所在【1 1 1 。c a p p 技术的发展趋势可以归 纳为以下几个方面： ( 1 ) 集成化 现代集成制造已经是现代制造业的发展趋势，而作为集成系统中的一个单 元技术，c a p p 系统的集成化也成了必然。在c i m s 生产模式下，实现 c a d c a p p c a m 的全面集成，发挥c a p p 在整个生产活动中的信息枢纽功能。 ( 2 ) 实用化 摆脱了c a p p 传统的模式，面向需求、面向实际应用，利用成熟的技术， 建立各种计算机辅助功能模块。帮助工艺人员更快、更好的完成工艺任务，通 过广泛的实际应用来促进发展。 ( 3 ) 工具化 开发应用面广、适用性强的工具性c a p p 系统，可以使得c a p p 系统具有 更好的通用性和柔性，从而易于在企业之间推广应用。 ( 4 ) 智能化 人工智能技术的发展促成了专家系统、人工神经网络技术的出现，c a p p 系统在获取、表达和处理知识上有进一步的发展。 在3 0 多年的历程中，国内外对c a p p 技术已经进行了大量的研究，在深度 和广度上将会得到不断发展和完善。 1 3 钢丝绳在工业生产中的地位和作用 钢丝绳又称钢索，是由优质钢丝经过打轴、捻股、合绳等工序制成的绳状 制品。从1 8 2 1 年世界上第一条简单结构钢丝绳问世【l ”，到1 8 7 0 年高碳钢丝绳 诞生【l4 1 ，该产品迄今已有18 0 多年的历史。随着应用领域的不断拓展和科学技 术的不断进步，钢丝绳设计制造理论日渐完善、品种结构日益增多、生产工艺 日趋成熟，特别是到2 0 世纪7 0 年代，可谓进入高速发展时期。与此同时，也 打造出一批著名生产商，如美钢联、纽卡斯尔、迪帕、蒂森、波莱顿、奥钢联、 东京制纲、神钢钢线、欧洲钢缆、加拿大钢绳公司等。目前国内金属制品狭义 的含义是指钢丝及其制品( s t e e lw i r ep r o d u c t s ) ，属于钢材的深度加工，生产工 艺过程比较复杂，广泛应用于煤炭、冶金、矿山、机械、建筑、石油、化工、 航空等各个领域，因而钢丝绳在国民经济建设中占有重要地位u5 。改革开放以 来，我国的金属制品行业更是得到了长足的发展。2 0 世纪以来，我国的金属制 品年产量就达到世界前列，2 0 0 4 年世界线材产量1 1 4 6 l 万吨，中国线材产量 4 9 5 8 9 万吨，占世界线材总量的4 3 2 。我国加入w t o 后，一些国家的贸易 壁垒被打破，国际市场的扩展使得产业发展有了更大的空间。作为劳动密集型 产业，由于我国劳动力成本的相对较低，出口量也逐年递增，从企业数量、生 产总量看，已经成为钢丝绳生产大国，甚至有些企业在生产规模上与国外一些 著名公司相当，加入w t o 获得发展的同时，我们能发现企业的竞争也随之增 大。与发达国家相比，产品制造技术水平依旧相对落后，中国线材的使用仍属 于粗放型，线材深加工的比例不足3 0 ，而发达国家线材深加工比例在6 0 以 上。据此我们应结合中国国情、行业特点、产品特点，以满足产品质量要求、 提高生产率为宗旨引进适合自身特点的先进技术，重视消化吸收创新工作，限 制低水平线材的生产，加速金属制品的发展，以期赶上国际先进水平【l 5 1 。 4 钢丝绳的优点主要表现为：较安全，不会突然断裂；传动噪声小，吸震性 好：换向性好等。被广泛用于三方面：作为动绳，起卷绕和变旋运动为直线运 动：作为静绳，起张拉、支撑、紧固和捆绑作用；吸收能量，具有缓冲和抗震 作用16 1 。 1 4 钢丝绳的制造工艺概况 钢丝绳是由线坯( 盘条) 经酸洗、冷拔、热处理、成品拉拔制成制绳丝， 由制绳丝按照一定规则捻成股，再以绳芯为中心，最后由股按照一定规则捻制 成螺旋状的绳。股绳和绳芯通过主机的运转实现合绳，经过压紧轮，使得钢丝 绳与驱动卷筒之间产生足够大的摩擦力，减少打滑，然后由卷筒驱动至成品卷 筒。生产的示意图如图1 1 所示，具体的工艺流程将在第二章的系统分析中详 细介绍。 l 磐 王叨蟹冈 y 一 、， mr f lm m 成品卷铝 士l、：拶 = i = 7 矿0 j 田 i l ：_ 譬厂f 1 】1 6 匠油篮 图1 1 钢丝绳生产示意图 钢丝绳的主要由绳股、绳芯、润滑油脂三大部分构成，如图1 2 所示。 图1 2 钢丝绳构成图 5 从钢丝绳的基本构成结构可以看出，钢丝绳的构成具有多样性，因而它的 分类也具有多样性。按照股中钢丝的断面形状、根数、排列规律以及捻制规律 对钢丝绳进行若干种分类。以股绳中相邻钢丝的接触状态分类为例，可分为点 接触钢丝绳、线接触钢丝绳和面接触钢丝绳【l 7 1 。 点接触钢丝绳是指股内相邻层钢丝之间呈点状接触方式。普通圆股点接触 钢丝绳的股绳，一般是用加粗的中心钢丝和等直径的钢丝捻制而成的。 线接触钢丝绳是指股内各钢丝之间呈线状接触状态。对于圆股线接触钢丝 绳的股绳，采用粗细不同直径的钢丝捻制，按其丝径配值的不同，又可分为以 下三种基本类型：结构特点为股内最外层钢丝直径较粗，相邻次层钢丝直径较 细，且最外层与相邻次层的钢丝数目相等的西鲁式钢丝绳：结构特点为股的外 层由两种不同的钢丝组成，在相邻内层的凹部能够配置较粗的钢丝，而在凸部 上配置较细的钢丝的瓦林吞式( 粗细式) 钢丝绳。结构特点是在股中内外层钢丝 之间空隙处填充细直径钢丝的填充式钢丝绳。 面接触钢丝绳的股绳是在捻制线接触股绳的过程中或捻制后通过塑性压 缩，相邻层钢丝之间由于相互挤压变形而形成平行紧密相贴的螺旋面。面接触 钢丝股绳中的钢丝排列规律与线接触股绳相同( 不包括点线接触钢丝绳) ，也分 为西鲁式、瓦林吞式、填充式三种形式。 1 5 本课题研究意义及主要内容 1 5 1 本课题的意义 根据钢丝绳的分类情况，可以了解到钢丝绳品种结构较多，生产方式也各 异。因此在钢丝绳生产领域，我国的科研工作者至今还未形成系统的理论分析， 生产过程还无法实现有章可循。如对钢丝生产过程中构成丝的加工变形理论、 拉拔工艺、构成丝热处理的方法等重要环节的研究均没有实现具体的操作指导。 在钢丝绳制造工艺设计过程中，要进行大量繁杂的重复性计算，如要根据钢丝 的直径、强度要求计算所需的半成品直径，热处理工序中加热时间，加热温度 等参数的确定，设计拉丝工序需要根据总压缩比来分配每个拉拔道次的部分压 缩比及钢丝直径【1 8 】。目前我国钢丝生产技术主要按照以前的生产经验为主。 基于专业技术人员不足，对于相关技术人员的依赖性强，当发生突发性人 事变动时，企业的生产便会受到影响等不利于企业的发展与提高的现状，并且 考虑到企业的发展过程中生产经验积累的相关参数的存储的问题。这些对开发 一个设计辅助生产的c a p p 系统提出了必要性。系统的开发目的是希望根据设 计人员与开发人员的良好交流和沟通，实现简单实用的设计。利用系统建立的 工艺数据库对于捻股、合绳、拉丝过程中相关设备的型号、规格等技术参数进 行存储。经过系统的运行，对工艺知识库进行检索、实现自动运算、自动生成 拉丝工艺，完成工艺设计。 6 1 5 2 本课题的研究内容 论文通过对钢丝绳厂生产的实际情况进行需求分析，确定系统实施的可行 性。遵循c a p p 系统实用化的指导思想，考虑企业的实际需求，进行设计。经 过对该厂钢丝绳生产过程的了解、分析，总结出系统开发的设计框架与思路。 然后根据对系统框架的分析，描述系统的各模块。按照系统平台的使用过程， 对各功能操作的设计，数据库调用进行了说明。本文作者参与了本系统中的系 统分析、功能、数据库、编码的设计。 本文共分六章，具体内容是按照如下方式进行组织的： 第一章绪论，描述了生产管理系统以及c a p p 系统在工业生产中的作用， 并对国内外发展的情况进行简介。同时还通过钢丝绳在工业生产中地位和制造 工艺的介绍，指出了目前生产过程中的不足，继而引出了本课题研究的目的和 意义。 第二章系统分析，本章针对合作厂家的实际情况和需求，调查了钢丝绳生 产的具体过程，引出了课题的总体设计目标，从而得到系统的设计框架与思路 以及系统的工作流程图。 第三章系统设计，依照系统分析的结果，对本课题所用到的技术背景，开 发手段作了简要介绍，并指出了系统设计和实现过程中这些技术的具体应用， 对各功能模块进行逐一实现。 第四章以第三章系统设计的方案为基础，针对钢丝绳生产中主要构成钢丝 的生产，详细介绍了钢丝生产中两大重要工序：拉丝工艺和热处理工艺设计的 系统实现。 第五章主要通过对钢丝绳制作的四大工序：半成品、捻股、合绳和浸油等 辅助工序的设计实现进行描述，利用一个实例展示了s w - c a p p 系统的实现过 程以及简要介绍了系统安装、测试情况。 最后，在第六章对整个毕业设计工作进行了一个总结。 7 第二章钢丝绳生产管理系统的分析 2 1 钢丝绳厂生产管理存在的问题及开发需求 2 1 1 钢丝绳厂生产管理存在的问题 随着经济的发展，该钢丝绳厂的技术实力、科技能力及规模也在相应壮大。 而在发展壮大的过程中，由于产品范围的扩大，客户范围的增加等因素的改变 下，一些生产管理中制约企业发展的问题便逐渐的凸显出来。这些问题主要可 以归纳为以下几个方面： ( 1 ) 生产的不确定性 根据经验人工计算制定的计划，工作量大且效率低。并且由于人为的影响 因素较大，具有主观性及随机性，不利于应变突发情况。 ( 2 ) 信息意识不强 一方面需要了解某些信息的时候收集不到数据，另一方面基础数据记录了 一堆却无处使用。一些标准化的工作、基础数据及基本检验方法工具手段的管 理不规范，计量工作以及基本管理技术人员的信息意识不强，可能造成的信息 不一致情况。 ( 3 ) 技术管理落后 该厂在多年的生产发展过程中，积累了大量丰富的技术文档，而这些资料 大都采用人工管理和维护。考虑到技术管理的效率性，应当减弱或消除生产管 理人员的大量事务性重复工作，从而避免空间资源和人力资源的浪费。 ( 4 ) 应用水平较低 在企业的内部应用局域网时，由于信息资源的共享程度不够，信息化建设 的优势没有体现，硬件设备得不到最大价值的发挥，常出现有“信息孤岛 现 象，信息化的应用水平较低。 2 1 2 系统的开发需求 钢丝绳的生产具有很多工序，各工序之间既独立又连续，相互的联系也是 连续的、实时的，这些特征要求企业的管理具有更好的集成化管理。针对这些 问题，结合该厂现有的物质和技术条件，该厂对系统的开发提出了以下的要求： ( 1 ) 简单适用性 立足于企业的具体情况，设置合理的功能模块，建立钢丝绳工艺数据库， 支持产品和工艺设计；在具备所需功能的前提下，从钢丝绳工艺设计的实际问 题出发，针对大量人工手册查询、手工计算、缺乏设计经验支持等特点，充分 利用计算机在线查询，减少报表输出，开发出符合设计人员设计习惯、操作简 便、有效解决问题的钢丝绳辅助工艺设计系统。 ( 2 ) 通用及可扩展性 8 利用企业具有的软硬件条件，建立集中、统一、及时的生产经营数据，准 确、迅速的处理企业的生产信息，实现信息资源共享。充分考虑现有功能对管 理系统的要求，在系统软硬件配置、结构设计、数据库设计等方面预留可扩展 的空间，保证系统的柔性、开放性和可扩展性。 ( 3 ) 可行及可靠性 系统应满足用户对产品提出的要求，缩短产品的开发周期。提高技术人员 的工作效率，实现提高企业经济利益的目标。用户界面应友好，便于操作。对 于某些干扰例如误操作、错误数据的输入等，系统应该具有识别错误信息、保 证系统安全的可靠性，便于企业人员的维护和管理。 ( 4 ) 响应速度 系统应有较快的运行响应速度，要求数据通讯和交换具有较快的速度，候 机时间短，系统设计中应特别注意解决数据传输中的瓶颈问题。 ( 5 ) 经济性 在充分合理利用现有资源、满足系统基本功能和不失系统先进性的前提下， 尽可能地降低系统的开发费用、运行费用和维护费用，以提高企业的经济效益。 2 2 钢丝绳生产工艺流程 虽然钢丝绳品种结构有所不同，捻制方式和工艺过程也有所差异，但基本 的工艺过程大致相同，如图2 1 所示。可以知道钢丝绳生产按其原辅材料的构 成可以分为三条工艺路线。其中最主要的一条是：制绳钢丝一打轴一捻股一捻 绳一成品包装一检验入库出厂，这是几乎所有钢丝绳生产都少不了的基本工艺 路线。此外还有视钢丝绳品种结构需要而定的绳芯制造工艺和浸油、涂油工艺 流程，这两者可以称之为辅助工艺流程【l9 1 。 图2 1 钢丝绳生产流程图 9 根据钢丝绳生产工艺的基本流程，结合各个工序间的紧密衔接程度，大致 可以将之分为四大主要工序：半成品工序、打轴工序、捻股工序及合绳工序。 各个工序的生产和前后工序的衔接关系如下所述： 半 成品工序是指盘条等原料经过酸洗、半成品拉拔、热处理制出半成品( 制 绳钢丝) ，然后将半成品送往车间进行下一步打轴或放置仓库库存。 打轴工序是将制绳钢丝套在放线架上，用卷线机将其紧密而整齐的卷缠在 工字轮上，供下一步工序捻股使用。卷字工字轮的大小由捻股机的规格型号确 定，捻股的质量受卷线质量的影响，因此卷在工字轮上的钢丝必须平整、紧密 有序，各层钢丝不得交错。 捻股工序是将制成钢丝绳的基本元件钢丝捻制成绳股。钢丝绳由于结构不 同，股也是分为一层、二层、三层的，一般每层都要捻一次，在捻第二层时将 第一层作为中心钢丝使用( 瓦林吞和西鲁式钢丝在捻制时，第一层和第二层是 一次捻成) 。通常将多根钢丝或钢丝与纤维芯一起按一定规律捻制成紧密的螺旋 状的股。捻股正确与否，不仅直接影响股的质量，也会影响绳的质量。捻股前 必须根据钢丝绳的结构要求正确选择捻股设备及工字轮、压线模，然后将卷线 工字轮装到捻股机上，把工字轮上钢丝的端头分别通过穿线孔，分线盘及压线 瓦捻成绳股。捻股时压线模的位置、压力要适中，钢丝接头应尽量少，需要接 头时，应按规定方法接好。目前国内大部分生产厂采用管式捻股机b 叭。 合绳工序是将多根绳股与绳芯按一定规律捻制成紧密的螺旋状的成品钢丝 绳，是钢丝绳生产的最后一道工序。合绳和捻股一样，要选择好适当的合绳设 备，还要选择合适的绳芯、变形器及变形参数，然后从卷股工字轮上引出股端， 通过分线盘、预变形器、压线模，中间加入绳芯后捻合成绳。合成的钢丝绳经 过定径和后变形以消除捻制生产过程中产生的不均匀应力，使钢丝绳柔软，达 到不松散，以便于使用。合绳设备选用的原则为( 1 ) 根据钢丝绳的股数来选择捻 绳机放线工字轮的个数；( 2 ) 根据钢丝绳的直径选择放线工字轮的外径；( 3 ) 根据 钢丝绳要求的捻距，选择具有相应捻距范围的捻绳机：( 4 ) 选择设备应考虑主辅 设备之间的产量的相对平衡1 2 。捻制设备如图2 2 所示。 1 0 图2 2 捻制设备图 合绳大多采用筐篮式捻绳机，亦可采用管式捻绳机生产规格在2 0 r a m 以下 的钢丝绳。与捻股相比，在捻绳机组中增加了钢丝绳涂油及预变形等装置。 2 3c a p p 类型的选择 c a p p 是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，通过将产品设计信息 转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，进行企业信息交换，为企业的管 理部门提供相关的数据。借助于c a p p 系统，可以解决手工工艺设计效率低、 一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。 目前市场上开发出的c a p p 系统，根据其工作原理的不同，主要分为以下 五类【2 2 】： ( 1 ) 检索式c a p p 检索式c a p p 是指将现有的工艺文件存入计算机中，通过调用工艺相似的 工艺文件，进行人机交互修改，生成新的工艺文件，然后通过计算机对工艺文 件进行存储和修改。 ( 2 ) 变异型c a p p 变异型c a p p 系统又称作派生型、修订型c a p p 系统。它是利用成组技术 原理将零件按几何形状及工艺相似性进行分类、归族，按零件组编制典型工艺 规程，存入工艺规程库。当需要设计一个新的零件工艺规程时，输入零件信息， 根据其组成编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族的典型工艺 规程，再根据当前零件的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到所需的工 艺规程。 旋 心 心 中 中 备 各 设 设 绕 绕 围 围 不 轮 轮 字 字 工 工 线 线 放 放 备殴制捻 ( 3 ) 创成式c a p p 创成式c a p p 系统是通过工艺决策逻辑和算法对加工工艺进行决策，能综 合加工信息，自动为新零件制定出工艺规程的系统。可以根据零件的信息，自 动提取制造信息，产生零件所需要的各个工序和工步的加工内容，完成机床、 工具的选择和加工过程的最优化，模拟工艺设计人员的决策过程。在创成型 c a p p 系统中，工艺规程是根据工艺数据库的信息在没有人工干预的条件下从 无到有创造出来的。 ( 4 ) 综合式c a p p 综合式c a p p 系统也称作半创成型c a p p 系统，它是变异型与创成型的结 合，即采用变异与自动决策相结合的工作方式。例如对一个新零件进行工艺设 计，