NBT47014-2011《承压设备焊接工艺评定》标准的概念体系分析

1、NB/T 47014-2011 承压设备焊接工艺评定标准的概念体系分析靳茂明（江苏省特种设备安全监督检验研究院，210003，南京）摘要： 简要介绍概念及概念体系的基础知识，应用概念理论对 NB/T 47014-2011 承压设备焊接工艺评定标准的 结构进行分析，提出焊接工艺评定的逻辑方法和描述规则，并对“重要因素”和“补加因素”的定义提出疑问。关键词： 概念体系；承压设备；焊接工艺评定；重要因素；补加因素Concept system analysis for sdandard of NB/T 47014-2011 Welding procedurequalifications for pre

2、ssure equipments Jin Maoming （Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute, Nanjing 210000, China）Abstract: Based on concept theory ， analyzed uarchitecture to standard of NB/T 47014-2011 Weldingprocedure qualifications for pressure equipments . Proposed qualification l

3、ogical ways and description rules.Pointed out the defects in definitions of“ essential variable” and “ supplementary essentialvariable ” .Key words: Concept system; Pressure equipments; Welding procedure qualification; essential variable；supplementary essential variable1. 概念基础知识：1.1 概念和概念化概念是人脑通过思维对

4、客体共同的、本质的特性进行抽象概括的认知结果 , 并对抽象的结果赋予一定的语言符 号。语言符号可表示为一个词语，也可以是一个字母、或一个图形。形成概念的思维过程称为概念化。1.2 概念的特征GB/T 10112-1999 术语工作 原则与方法中定义“如果根据一群客体中共有的特性而形成某一概念，则共同 的特性称为概念的特征。 ”1.3 上位概念和下位概念 对一组概念的共同特性进行概念化的结果是形成一个上位概念，对一个概念的某一特性进行分类的结果是形成 若干个下位概念。1.4 简单概念和复杂概念： 简单概念是指内涵简单且被普遍性接受和理解的概念。复杂概念是指多维度、多层次、多个概念、多个概念体 系

5、之间相互作用形成的概念。如：各种具体的专业标准、实验方法、法律、法规、规程等。简单概念和复杂概念是相对的，且只存在于一个特定的、具体的概念体系之中。简单和复杂反映了对概念理解 的层次和深度的不同。1.5 概念之间的关系1.5.1 层级关系 是指上位概念和下位概念之间的关系。上位概念和下位概念之间的关系包含种 - 属关系和整体 -部分关系，这是 概念之间内在的、客观存在的关系。层级关系的正确性和完整性将影响到对非层级关系描述的准确性和完整性。1.5.2 非层级关系 非层级关系是指概念之间构建的外部关系，它可能是客观存在的，也可能是主观上定义的。 非层级关系可以存在于任何概念之间、概念组之间、概念

6、层级之间、不同的概念体系之间以及它们的相互之间。 实际应用中概念的非层级关系可以非常丰富和极端复杂，一般有因果关系、条件关系、时间关系、推理关系、影响关系、函数关系等等。 工程标准中的规范性技术要素，主要就是依据准确的层级关系来构建正确的、科学的（包括经验性的）非层级 关系。1.5.3 概念之间相对的独立性和绝对的关联性 概念之间相对的独立性反映了概念之间的不相干关系，概念之间绝对的关联性反映了概念之间的相干关系。（示例：气焊、摩擦焊、螺柱焊在考虑焊剂对焊接的影响时，焊剂与气焊、摩擦焊、螺柱焊之间为不相干关系，但在考虑焊接母材对焊接的影响时，焊接母材与气焊、摩擦焊、螺柱焊之间全部为相干关系)1

7、.6 概念的多维度分类 当对一个概念从不同方面的特性分类时，可以把该概念分成若干个不同概念特征的概念组，每一个概念组包含 若干个并列概念(即同一概念特征下的不同的概念类型) ，称为一个概念的多维度分类，也有些理论中定义为“多 元化分类”。理论上一个概念的多维度分类可能有无限多。(示例：如“钢”这一概念按含碳量的高低特征可以分为：高碳钢、中碳钢、低碳钢等；按热处理类型特征可 以分为：正火钢、退伙钢、淬火钢等；按用途特征可分为：建筑工程用钢、结构用钢、工具用钢等；按品质特征可 分为：普通钢、优质钢、特优钢等；按任何一种化学元素的含量分、按硬度范围分、按金相组织的类型分、按不同 国家和生产厂商分 ,

8、 等等。 )1.7 概念域GB/T 15237.1-2000 术语工作 词汇 第 1 部分：理论与应用定义概念域是“同一主题相关的非结构化概念 的集合。注：概念域可作为建立概念体系的基础”“非结构化体系的集合”可以理解为构成非层级关系概念的集合。1.8 概念体系1.8.1 概念体系是由一个概念按一个或若干个维度分类、并由并列概念再按一个或若干个维度分类，如此重复下去 形成的在垂直方向上无限细化和在横向方向上无限扩张的概念分类模型， 这是概念体系广义上的描述。 按这一描述， 所有的概念体系将被包含在“宇宙”这一概念之中。1.8.2 一般性理解的概念体系是指在某一专业领域内，对该领域内的知识体系的

9、概念分类。1.8.3 一个工程标准的概念体系一般是一个概念域，并根据标准的目的、以相关领域的知识为依据、运用科学的分 析方法在相干关系的概念或概念体系之间进行关联、协调、定义等并制定规则和方法。工程标准概念体系的表现形式一般是将多种逻辑关系嵌入概念体系或将多个概念体系嵌入逻辑关系而构成的混 合体系。1.9 概念化模型 概念化模型是对概念体系进行抽象而形成的仅由概念特征构成的结构化语言的(包括图表 )描述模型。一个科学合理的概念体系应该能够被概念化，即能够形成与之对应得概念化模型 , 对概念进行科学正确的分类是概念化的基 础。2. 概念之间的关联和影响模型2.1 概念多维度分类下的概念关联模型假

10、设有概念 M ：A1； A2； A3；, ；B1； B2；B3；, ；C1； C2； C3；, ；在 A 维度有概念类型分类在 B 维度有概念类型分类在 C 维度有概念类型分类5，则存在一组包含所有维度特征的概念：M(A1,B1,C1 , ),M(A1,B1,C2 , ),M(A1,B1,C3 , ) ，M(A3,B3,C1 , ),M(A3,B3,C2 , ),M(A3,B3,C3 , ) ，定义：把这一组概念称为概念M的多维度关联点，记为概念m , m的概念特征是包含 M的每个维度的分类特征。如果：概念类型 A1又有特征类型分类 a1-1 ； a1-2 ； a1-3 ；,;概念类型B1又有

11、特征类型分类b1-1 ； b1-2 ；b1-3 ；,;概念类型C1又有特征类型分类 c1-1 ； c1-2 ； c1-3 ；,；则：可以在包含 A1；B1；C1；, 的关联点建立新的子关联点，也可以直接把 a1-1 ；a1-2 ；a1-3；, ； b1-1 ； b1-2 ； b1-3 ； , ；c1-1 ； c1-2 ； c1-3 ；,;看作是概念M在A B； C维度下的分类，即：概念M在A维度有概念类型分类a1-1 ； a1-2 ； a1-3 ； , ； A2; A3；,； 概念M在B维度有概念类型分类b1-1 ；b1-2 ； b1-3 ； , ； B2； B3;,； 概念 M在 C维度有概

12、念类型分类c1-1 ； c1-2 ； c1-3 ； , ； C2； C3;,；多维度分类下多维度关联点m的数量为每个维度下概念类型的数量之积，只有2个维度分类的可以用二维坐标来表示， 3个维度分类的可以用三维空间的坐标来表示，超过 2个维度分类的，都可以用多个嵌套二维表模型来表 示。2.2同一维度下或同一概念特征下概念类型的影响关系模型2.2.1种属关系时下位概念类型（并列概念）的影响关系假设概念M在A维度有概念类型 A1, A2, A3,，并与A属于种属关系。概念A1又有特征类型分类 a1-1、a1-2、a1-3 ,，概念 A2又有特征类型分类 a2-1、a2-2、a2-3 ,，假设有一概念

13、n是描述每一个概念类型对其它概念类型 （包括对自己）的影响结果，则可以用一个二维表格来表 示（表1）。概念n的特征是包含 A维度任意两个概念类型，概念 n的数量是A维度下概念类型数量之和的平方。 欧洲标准“ EN288-3金属材料焊接工艺评定”（已被ISO 15614-1 : 2004替代）中对焊接接头类型的覆盖规则就是用 这种方法来描述的。表1种属关系时下位概念类型（并列概念）的影响关系模型A1A2a1-1a1-2a1-3a2-1a2-2a2-3A1a1-1a1-2a1-3A2a2-1a2-2a2-32.2.2整体部分关系时下位概念类型的影响关系整体部分关系时的下位概念彼此之间一般不产生影响

14、关系（注：仅指NB/T 47014-2011中的情况），但会对其它维度的概念产生影响关系。如：NB/T 47014-2011中的专用评定因素，每一个概念类型对焊接方法产生影响关系。如果概念类型的影响关系还受到其他概念层的影响时，应该在其他概念层加入引导语句，弓I导到受影响的概念 层，具体的影响结果在受影响的概念层描述。这个规则很重要，可以避免相同的概念出现在不同的概念层，这也是 概念体系理论的要求。ASME第 IX卷这方面做得并不好，标准的结构层次较乱，受影响的概念不在相关概念层定义， 这很容易造成对规则理解上的遗漏。ASME标准的章节用流水号的形式编写，这注定了它无法在概念层上建立完整的体系

15、,ISO系列工艺评定标准在概念和概念体系上就比较科学合理。实际应用中的概念关系有各种各样的形式，可能非常复杂，应根据具体情况做具体分析，以上三种概念关联形 式将在NB/T 47014-2011中的覆盖规则上得到应用。3. NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定标准概念体系分析3.1焊接工艺评定的目的目的可概括为：（1）通过对模拟试件焊接质量的检验来验证焊接工艺的正确性。（2）以评价合格的模拟试件的焊接工艺为基础制定产品的焊接工艺。这两个目的后者是根本目的，前者仅仅是方法，目的决定方法，因此标准中只需要规定模拟试件的焊接工艺评 定因素对产品的焊接工艺评定因素的覆盖范围即可，无需从产品

16、的角度对试件做不必要的规定。为了区分两个目的实现的方法，有必要对后者做新的定义：等效焊接工艺评定：根据试件的焊接工艺评定因素覆盖范围，判断产品（或焊件）的焊接工艺是否符合要求的 评价方法，简称“等效评定”。这样定义后，可将标准中焊接工艺评定的定义理解为只对试件进行的焊接工艺的评价，这对于概念的理解和语 言描述都是有意义的。一个试件的“焊接工艺评定”并不针对某个产品，而仅仅是对试件本身的评定，最终对产品 做的都是“等效评定”。一个试件的焊接工艺评定合格，不代表对焊件的等效评定合格。3.2标准中的概念体系和逻辑关系3.2.1 标准中的概念域标准中概念域包含 4个辅助概念、5个主概念、1个逻辑判断规

17、则。4个辅助概念：术语和定义工艺评定用试件类型每种试件类型的检验方法各种评定因素的分类5个主概念：对接焊缝和角焊缝的工艺评定耐蚀堆焊的工艺评定复合金属材料焊接工艺评定螺柱焊工艺评定换热管与管板焊缝工艺评定1个逻辑判断规则：每种主概念中的工艺评定覆盖规则3.2.2标准中的逻辑关系根据焊接工艺评定的目的，产生如下三个基本概念：一个基于试件的且合格的WPS（记作Coupon wps或Cwps）,一个用于产品的 WPS记作Product wps或PwpS ,影响Pwps和Cwps之间关联的因素（记作评定因素，简称Variables或VR）。它们之间的逻辑关系是：如果Cwps合格，且Cwps的VR包含（

18、覆盖）Pwps的VR,那么Pwps不需要重新评定。这一逻辑关系是进行等效评定的规则，其它概念和概念分类以及试验方法都是为其服务的，而VR 的覆盖规则（评定规则）又是本标准的核心部分。3.2.3 判断Cwps工艺评定因素覆盖 Pwps的方法由Cwps可产生如下概念：焊接方法，工艺参数，试件类型及试件的焊接工艺组合（模式）类型，焊接母材，焊 接材料，试件厚度、热处理方法、检验方法等。以上概念除去“检验方法”其它概念就是Cwps的多维度分类的概念特征。在每一个维度下将产生一定数量的概念类型，同样Pwps在相同的维度下也包含同样数量的概念类型，如果Cwps的多维度关联点和 Pwps的多维度关联点符合覆

19、盖规则，那么Pwps不需要重新评定。理论上需要对每一个关联点进行判断以确定是否符合规则，显然关联点数量相当多而且关系复杂，这种方法是不科学的。关联点包含每 个维度下的一个概念类型，如果对每个维度下、每个概念层下的概念类型的影响关系制订覆盖规则，则每个概念层 符合覆盖规则是关联点符合覆盖规则的必要条件，所有的概念层符合覆盖规则是关联点符合覆盖规则的充分条件， 这是制定焊接工艺评定覆盖规则的逻辑推理依据。所以，制定覆盖规则的条件语句在逻辑上应描述为“条件真值”，这一“条件真值”是“不需要重新评定”这一“真值”的必要条件或充分条件，当复杂概念无法在语言表示形式做到的这一点时，则语言描述中应明确隐含这

20、种 逻辑关系。对覆盖结果的否定语句是无意义的（除非能从否定结论中推断出明确的肯定判断，如对特例进行否定或 只能覆盖与自己相同的概念类型或单一概念类型对其它概念层做否定覆盖时，可以使用否定语句。 即使这种情况也建议转化为逻辑上的肯定语句。如： “改变热处理方法，需要重新评定” ，这就是一个逻辑上的否定语句，宜描述为 “热处理方法相同时不需要重新评定” 或“只覆盖试件的热处理方法” ，这两种描述在逻辑上是肯定语句） 。 EN288-3 和 ISO 15614-1 ： 2004 覆盖规则的描述基本上都是这种逻辑关系下的肯定语句，而美国的标准就显得混乱。标准中 6.1.2.1 a）, 6.1.2.1

21、d）, 6.1.2.2 a）, 6.1.2.3 b）都是“条件假值” ，而且 6.1.2.1 d） 与 6.1.2.1 e）还相互矛盾。 “条件假值”属于沉冗条件，将沉冗条件作为覆盖规则将会出现逻辑关系上的混乱或逻辑关系组合的 不完整，甚至出现逻辑错误。 参照ASME第 IX卷中相关评定规则，6.1.2.1 a）条和6.1.2.1 d）条的规定和 QW403.1 QW403.4内容相似，而 QW403.1仅仅是对气焊的评定规则，QW403.4是对气电立焊的评定规则，对其他焊接方法属于非影响因素，这就让我们对标准中规则（条款）之间的关系层次上产生疑问，至少有点混乱的感觉。描述这样的 问题，可采用

22、两种方法： 1）普遍适用规则 +特例 2 ）按焊接方法分类描述。而标准中将这两种方法混合同时使用， 会产生一些无意义的逻辑分析，甚至遗漏某些评定因素（比如对气焊、电渣焊母材厚度的评定），建议按焊接方法分类描述将使问题变得简单。对于螺柱焊的母材评定规则，也必须在“母材评定”这个概念层体现，可以使用“螺 柱焊母材评定规则按本标准附录 E 的规定”加以引导，否则在该概念层上将出现概念类型的遗漏，同时造成附录E在概念体系中没有明确的位置。3.2.4焊接工艺评定因素（VR的影响结果每个评定因素在概念层上的地位是平等的，只是对概念之间的影响结果分为无影响（即不需要重新评定）、条件影响（即有冲击要求时要重新

23、评定） 、绝对影响（即无论是否有冲击要求都要重新评定） 三种结果， 对应 47014-2011 标准中的概念分别是：非影响因素或次要因素、补加因素、重要因素。如果按概念理论的要求，这种分类是不符合 要求的，这三个概念并非是同一层次的概念。对各种焊接工艺评定因素如只按影响结果（是否重新做工艺评定）这一特征进行的分类，只需分为：影响因素 和非影响因数，其中影响因素又分为：条件影响（补加因素）和绝对影响（重要因素）。但对影响因素继续分类的意义已经不大， 对于有冲击韧性要求时的影响， 只需在评定规则中将冲击韧性要求作为条件语句对评定规则进行定 义即可。可在标准中重新定义基本概念： 焊接工艺评定因素：影

24、响焊接质量的基本因素。如：焊接方法、母材组合方式、母材厚度、焊接材料、焊接工 艺参数等。影响因素（评定因素） ：当某一焊接工艺评定因素的改变，影响等效评定的结果时，该焊接工艺评定因素为影响 因素。非影响因素（非评定因素） ：当某一焊接工艺评定因素的改变，不影响等效评定的结果时，该焊接工艺评定因素 为非影响因素。当有冲击韧性试验要求时，某些非影响因素将转变为影响因素。3.2.5 标准中对焊接工艺评定因素和评定规则的分类NB/T 47014-2011 中把焊接工艺评定因素分为“通用评定因素”和“专用评定因素”，“专用评定因素”评定因素又分为“重要因素”和“补加因素” ；把评定规则分为“通用评定规则

25、”和“专用评定规则” 。从对评定因素的分 类和评定规则内容来看，所谓“通用”也并非通用，所谓“专用”也并非专用，而“通用评定因素”中有也同样隐 含着“重要因素”和“补加因素”的概念。对 9 种焊接方法制定“通用”评定因素和“通用”评定规则，这几乎是 做不到的，标准中“通用”和“专用”的分类方法并没有明确的分类特征，牵强的分类对评定规则的制定也无任何 意义。增加不必要的概念、改变评定的描述规则和逻辑形式对评定标准的制定和理解没有帮助，只会将简单问题复 杂化。不妨将标准中“通用”和“专用”的概念取消，用“影响因素”或“评定因素”代替标准中的“重要因素”概 念，用“当有冲击韧性要求时作为影响因素”代

26、替“补加因素”概念，用“其他影响因素”代替“专用评定因素” ， 经过对概念的转换后，评定规则的逻辑形式将更加明确和统一。“专用评定因素” 实际上可以看作是包含互相否定的两个概念类型之间的覆盖关系， “重要因素” 和“补加因素” 是这两个互相否定的概念类型对所有焊接方法相互覆盖的特例情况。3.2.6 对“重要因素”和“补加因素”定义的分析NB/T 47014-2011中“重要因素”和“补加因素”的定义跟ASM彈IX卷 焊接和钎焊评定中的“重要变数”和“附加重要变数”的定义完全一致， “重要因素”定义为：是指影响焊接接头力学性能和弯曲性能（冲击韧性除 外）的焊接工艺评定因素。 “补加因素”定义为：

27、是指影响焊接接头冲击韧性的焊接工艺评定因素。强制规定力学性能不包括冲击性能的说法， 不仅与基本认识不符， 而且对评定规则的正确制定还产生干扰作用， 谁能说重要因素的改变不影响冲击性能呢？只不过对于冲击性能的改变不进行验证而已。如果按标准中的定义， 当对一个非受压角焊缝使用角焊缝试件进行评定时，无论是“重要因素”改变还是“补加因素”改变，如何评定就成 了问题，因为试件既不做拉伸、弯曲，也不做冲击。如果对这两个定义进行严密地逻辑分析，将得到对于进行过冲击验证的试件，如果只有“重要因素”改变，“补加因素”没有改变，那么只需要按改变后的重要因素补做拉伸和弯曲试验，而冲击试验不必重新验证，显然这样的 结

28、论是荒谬的，但按 NB/T 47014-2011 的定义却完全符合逻辑推理。对影响因素的定义目的是判断是否影响重新评定，而不是去关注它影响那些焊接性能。ASME第 IX卷中对这两个概念的定义虽然存在问题，但它在定义“附加重要变数”时有一个补充定义：对于每一种焊接方法，附加重要变 数将增加到重要变数中去 （QW-401.3）,它采用补充定义的方法对有漏洞的定义进行了逻辑上的修正。而我们的NB/T47014-2011在参照ASME勺定义时却把“重要因素”和“补加因素”定义为两个完全相互独立的概念，把“拉伸、 弯曲性能”和“冲击性能”看作相互独立的性能，这不符合基本理论。而“补加因数”的语言形式也脱离了“补加 因素”在有冲击要求时是“重要因素”这一重要概念。无论是ASME IX卷还是47014-2011，在如何补做冲击试验的规定中都说的很模糊，甚至存在逻辑上的矛盾， 这使得实际碰到需要补做冲击试验时，无法正确的理解标准的规定。2.5 覆盖规则的表示方式 覆盖规则的描述方式分语言描述和表格描述，形式上应符合思维逻辑的一般规律，应尽量遵循下述规则： 对每一种VR的影响应分别制定规则，每一种VR满足要求是等效