锅炉制造业的CAPP系统分析与集成设计

1、锅炉制造业的CAPP 系统分析与集成设计1 国内锅炉制造行业的 CAPP 应用现状目前 ,国内的大中型锅炉制造厂主要有上海锅炉厂有限公司、杭州锅炉厂、武汉锅炉集团有限公司、东方锅炉 (集团 )有限公司、北京锅炉厂和哈尔滨锅红光炉厂等 ,它们在应用 CAPP 方面都做了一定的工作 , 其水平也参差不齐。武汉锅炉 (集团 )有限公司的冷作工艺生成软件可根据输入的产品设计图的各种参数 ,自动生成工艺卡 ,也曾开发过适合自己需要的焊接应用软件 ,取得了一定效果。哈尔滨红光锅炉厂在 CAPP 系统下建立了材料定额、 工时定额、典型工艺库等 ,并通过 BOM 接口程序将数据导入了 ERP 的公共数据库区。

2、上海锅炉厂有限公司已于 2001 年确定开目公司作为企业信息化建设合作伙伴 ,实施、应用开目 CAPP 和 BOM 系统 ,在实施、应用过程中取得了一定的效果。 东风锅炉 (集团 )有限公司的工装设计组和模具设计组可用 CAD 绘图 ,但还未参数化绘图。杭州锅炉厂CAPP 正在规划中 ,设想是与设计处联网,开发半自动化生成软件。总的来看 ,国内 CAPP 原型系统多 ,得到实际生产应用的系统较少 ;商品系统很少 ,而且功能不足 ;同 CAD 、CAM 、M IS、PDM 等相关计算机辅助技术相比 ,差距相当大。大多数是孤岛式的 CAPP,随着 CAD 、CAPP、CAM 单元技术日益成熟 ,同

3、时又由于 PDM 、ERP 的提出和发展 ,促使 CAPP 向智能化、集成化、实用化和网络化方向发展。2 用户需求分析根据锅炉压力容器的制造工艺特点,结合信息系统的开发的方法和步骤,以上海锅炉厂有限公司为分析对象 ,总结锅炉制造企业的 CAPP 系统需求。 以寻找符合锅炉制造行业特点的 CAPP 系统应用开发之路 ,为行业推广 CAPP 系统提供一些经验。目前认为综合式平台类 CAPP 系统是最佳开发模式。此类系统完全基于数据库 ,采用交互式设计方式满足实用化要求 ,同时注重数据的管理与集成 ,在 CAPP 通用基础平台的基础上 ,可以根据不同企业的应用环境 ,形成面向特定的制造环境和工艺习惯

4、的具体的 CAPP 系统。也可以将开发平台提供给用户 ,使用户可以进行 CAPP 系统的二次开发 ,在开发平台上构造符合用户需要的 CAPP 系统 ,因此可移植性强 ,能适应企业的产品类型、工艺方法和制造环境的发展和变化。2. 1 组织职能分析与 CAPP 系统应用紧密相关的主要是技术开发部下的工艺处 ,以上海锅炉厂有限公司为例 ,其系统组织结构图 ,如图 1 所示。不同的生产企业会有所不同 ,但是主要的工艺技术组大中型锅炉制造企业都是有的。图 1系统组织结构图工艺处根据总师办技术准备计划 , 接受设计处图纸方面的信息 , 完成工艺技术准备工作。工作内容主要包括产品工艺路线划分 , 编制焊接工

5、艺、冷作工艺 ( 冷加工 , 锻造等工艺过程卡的总称 ) 、材料定额等工艺文件 , 设计工装图纸及工装制造一览表。并把工艺信息传递给供应处、生产处和各生产车间。2. 2业务流程分析锅炉厂都有全面的质量管理, 完善的质量保证体系来严格控制产品质量。像上海锅炉厂有限公司在1987 年就获得美国 ASME协会颁发的压力容器证书和S、U、U2法规钢印。 1994 年获取上海市质量体系审核中心授予的“ GB /T19001”等同“ 0 ISO9001”证书。持有中华人民共和国劳动部颁发的“一级锅炉制造许可证”、“AR I 级压力容器制造许可证” 和国家核安全局颁发的 “压力堆核电厂核压力容器制造许可证”

6、、“10MW高温气冷实验反应堆压力容器制造资格许可证”。产品质量达到了国际先进水平和国内领先地位。其工作业务流程, 如图2所示。2. 3 各工艺组工艺编制特点和需求分析焊接工艺按制造标准的不同分为两大类。主要工艺卡片有:热处理工艺卡片 (HTI) 、焊接工艺规程 (WPS) 、焊接接头检查试件卡( TCL,WJT) 、集箱焊接接头试样清单 ( TL) 、焊接工艺和检查项目一览表 (WPTS) 、焊接工一览表 (WPL) 和焊接材料定额卡。焊接组对 CAPP 的功能需求主要是 :WPL 信息多数可以自动或半自动地产生 ;焊接材料定额已有的信息可以不用重复输入 ,并能进行自动计算 ;可以自动或半自

7、动的产生焊接试样卡 WJT;从 PQR 中导出的数据可以能自动生成 WPS;具有查询 HTI 、PQR 和 WPS 的功能。容器工艺组主要编制锅筒、集箱、下水包、减温器和管道等冷作工艺,包括组装工艺和零件加工的工艺。 工艺卡片的类型有 :工艺过程卡、工装一览表和履历卡 (COL) 。容器组对 CAPP 的功能需求主要是 :可以通过焊接提供的 WPL 找到相应的 WPS,然后将相应焊接的工艺插入到工艺过程卡中 ;对于简单工艺可以从工艺术语库中进行逐级挑选 ,生成相应工艺 ,该零件工艺过程相对变化较小 ;在数据库中提供方便的查找方法 ,例如通过关键字进行查询 ;方便的工序号处理 ,如可以在序号处点

8、击增加序号 ,再点击则去掉序号 ,同时后面的序号自动跟上。管子膜式工艺组主要由管子冷作工艺和膜式冷作工艺两部分组成,管子工艺卡片的类型有 :工艺过程卡 (用于综合卡、零件卡和组装卡) 、工序简图、工装一览表和COL 卡。膜式壁工艺卡片的类型有:典型工艺卡、典型工艺过程卡目录清单、典型工艺过程卡工艺装备清单、零件工艺过程卡、工装一览表和组装焊接表。 管子组对 CAPP 的需求是 :可以从零件图中直接提取过程卡中的表头信息,并可作适当改动 ;数据库开放 ;编写过程卡时可以浏览相关的WPS 卡信息 ;若组件中几个零件的工艺过程卡相同 ,则应编写合卡 ,列出零件号 ;零件卡的工艺路线信息根据条件可以自

9、动或半自动生成。 膜式组对 CAPP 的需求主要是 :过程卡中的表头信息可以从零件图中直接提取;编写过程卡时可以浏览相关的 WPS卡信息 ;根据典型工艺卡的编号和零件类别提示选择工艺装备 ;尽量减少手工输入量 ,从图纸上读入的信息可以多次重复利用;过程卡和典型卡之间可以相互转换。非受压件工艺组主要由非受压件冷作工艺、热处理工艺和锻造工艺三部分组成。非受压件的工艺卡片类型有 :工艺过程卡和工艺简图。非受压件工艺组对 CAPP 的需求是 :工装自动汇总 ,自动计算材料定额 ; 工装设备能查询填写 ;部分类型的零件工艺过程可以自动生成 ;可以方便的查询典型工艺。热处理工艺卡片的类型是热处理工艺卡 ,

10、热处理工艺图 2 工作业务流程图组对 CAPP的需求是 :编制工艺的过程中能自动查询 SGO132标准 ,从标准数据库中将冷却介质、回火温度和试样尺寸等信息自动填写出来 ,热处理设备也能自动填入。锻造工艺卡片的类型主要是锻造工艺卡。锻造组对 CAPP 的需求是 :根据零件形状输入零件参数后 ,自动生成该形状的锻件图 ;输入几个参数后能自动查找相应的工装 ,询问是否需要泵水余量 ,然后列出相应条件 ,由工艺人员自行选择 ;列出设备清单 ,包括各种设备的相应参数 ,由工艺人员自行选择 ;输入材料性能目录 ,能根据所选材料查找相应参数 ,根据相应公式自动计算锻件质量 ;确定工件形状后 ,工序内容也被

11、相应确定下来;根据试样尺寸计算试样质量 ,乘上火耗系数 ,然后根据试样外径算出试样长度 (试样为圆柱体的情况下 ) 。 工装设计组的主要工作是工装设计 ,需要配备 CAD 软件 ,满足图纸设计和数据集成的需要 ,具体实施方案可以参照设计部门的 Auto CAD 模式。通过对工艺流程和各工艺组工艺工作的考察 ,需求分析、数据搜集 , 可以看到企业的工艺设计有如下特点 :(1)工艺编制时首先是依据产品图的零件清单 (以组件为单位 ) ,由冷作组对每个零件设计工艺路线 ,工艺文件以组件为单位进行管理 ;(2)工艺主要分成两大部分:焊接工艺和冷作工艺。 焊接工艺卡类型最多,工作量很大。首先做好焊接工艺

12、 ,然后根据焊接工艺做冷作工艺 ,其中冷作工艺的加工方法和加工余量是依据焊接的方法来确定的;(3)工艺编制主要依据国内和国外两种标准,如果是按国内标准制造的,工艺生成规则基本保存不变 ,由于国外的标准差异较大 ,因此工艺生成规则改动较大 ;(4)各专业工艺组均有自己的工艺设计要求 ,有不同的输入信息和输出结果 ,同时各专业工艺之间存在信息交换和共享 ;(5)基础数据录入量大 ,原有的成熟工艺需要借用和参考 ,需要在计算机系统内部建立大量的典型工艺库、 工艺术语库和工艺规则库等。 如焊接用于需要建立 WPS、PQR 数据库等 ,管子工艺需要建立弯管工装数据库、泵水工装数据库、通球工装数据库、倒角

13、工装数据库、镦厚工装数据库和缩颈工装数据库等 ;(6)工艺输出文档种类繁多,信息量大 ,每个专业工艺组均有自己的工艺输出文档 ;(7)完整的工艺设计涉及到多个专业工艺组、多个工艺设计人员 ,需要信息共享和交流 ;(8)对应各专业工艺组 ,要求在一定程度上实现工艺的自动或半自动生成。可以读取已有的信息 ,根据本专业的工艺要求 ,事先建好的工艺规则和工艺知识、工艺数据库 ,由计算机生成相应工艺 ,即要求具有一定的智能性和开放性 ;(9)由于各专业工艺组工艺上的差异 (包括输入的信息、 基础工艺数据库和输出的工艺内容等 ) ,使得对 CAPP 的功能需求各不相同 ,需要分别设计和实现。3 锅炉 CA

14、PP 系统集成设计通过对工艺设计的业务流程分析 ,结合工艺质量的控制过程和工艺编制的特点和需求分析 ,可以看出锅炉压力容器 CAPP 系统应具有以下主要的功能需求 :1)工艺文档管理功能由于上锅工艺文件数量庞大 ,种类繁多 ,一个产品或部件包括焊接工艺、冷作工艺、工装定额表、各种汇总清单等 ,所以必须有良好的工艺图档管理功能 ,实现工艺文档的网络检索、入库 ,资源共享。2)工艺资源管理功能工艺资源包括典型工艺、工艺装备、工艺术语词典、材料以及其他的工艺数据库 ,供工艺设计人员借用和参考。上锅每个工艺专业组都有自己的工艺资源数据库 ,同时又共享着企业的公共的信息资源。工艺资源具有扩充、修改、检索

15、等功能。3)适合冷作工艺特点的冷作CAPP冷作工艺以编辑工艺过程卡为主,需要工艺编辑器具有较强的文本编辑、工艺序号自动生成、绘制工艺简图、查询浏览工艺资源、打印输出等功能此外 ,工艺编辑器还应该能够以前不同格式的数据转换到本CAPP 系统。4)适合焊接工艺特点的焊接CAPP焊接工艺的编制特点是需要大量查找引用相关工艺知识、工作规范、行业标准 ,按预定规则进行计算判断,形成工艺卡片。5)适合各专业的智能CAPP 系统锅炉行业的部分工艺流程相对稳定,即使产品发生变化 ,这部分工艺流程大致相同 ,只是相关参数发生变化。可以将这些工艺使用流程图总结出来 ,智能 CAPP 系统可以对流程图进行解释,生成标准的工艺内容。能够对产品设计信息、工艺设计信息进行自动汇总:可以根据企业自身的标