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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言焊接是一门材料连接技术，通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或分子间的作用力而连接在一起。近年来，随着焊接技术应用领域的迅猛发展，特别是新技术、新方法、新材料的不断涌现，焊接被扩展到更具广泛意义的接合技术范畴。在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变，已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。剖析现代的焊接，我们不难发现其愈发显现出的几大特征： 焊接已成为最流行的连接技术 焊接显现了极高的技术含量和附加值 焊接已成
2、为关键的制造技术 焊接已成为现代工业不可分离的组成部分焊接是一个复杂的生产过程，涉及到的因素很多，而其中的工艺演示模块就是一个十分重要的过程。它的出现不仅节约了大量的人力、物力，而且还十分的直观、形象，可以对焊接的整个过程进行十分逼真的演示。它结合其它的模块进行总体的研究分析，发现其中的不足，可以及时的进行修改、设计，实现强大的功能。所以说，动画演示的开发对焊接CAPP系统的开发有着重大的意义。计算机模拟为焊接技术的发展创造了有力的条件，可以期望在21世纪内包括焊接在内的热加工研究模式将转变为“理论计算机模拟生产”，这将大大提高热加工工艺的科学水平，节省大量实验所需的人力物力。采用计算机仿真技
3、术，能极大的减少人工劳动，缩短设计周期，降低设计成本。在焊接过程计算机模拟的研究和开发过程中，应十分重视实验验证工作，可以预料，只要在获得焊接过程的物理参数和开发测试装置和方法等方面继续做出努力，焊接模拟技术必将得到越来越快的发展，并具有广阔的应用前景。1计算机辅助工艺设计1.1 CAPP系统概述1.1.1 CAPP的产生和发展在机械制造领域内，工艺设计自动化是发展最迟的部分。数控技术、计算机辅助设计技术在60年代初就逐步地应用于生产实践，且自动化、柔性化的程度不断提高。而工艺设计由于涉及的因素多，随机性大，很难用简单准确的数学模型来描述和分析，所以工艺设计长期处于手工操作，效率低下的状况。随
4、着工业自动化进程的不断加快，计算机辅助设计（CAD）的结果能否有效的应用于生产实践，数控机床能否充分发挥效益，CAD与CAM能否真正实现集成，都与工艺设计的自动化有着密切的关系，于是，计算机辅助工艺规程设计（CAPP，Computer Aided Process Planning）就应运而生，并且受到愈来愈广泛的重视。CAPP技术的出现和发展使利用计算机辅助编制工艺规程成为可能。1.1.2 CAPP的现状CAPP系统早在20世纪60年代中期开始研制，到目前为止，已研制出多种CAPP系统，而且其中不少系统已经被投入生产实践使用。在已有应用系统中，大多应用于单间小批量生产类型。国内则于80年代开始
5、这项研究，至今也已开发出不少CAPP系统，有的CAPP系统在实践应用中也取得良好的效果。但是，总体来说CAPP系统缺少柔性化，到目前为止，国内外开发的CAPP系统都是针对某一具体生产环境专门设计的，不具有通用性，也无法实现软件的商品化。国外某公司曾与某大学合作，投资几百万美元，试图开发完全通用的CAPP系统，虽然在某些局部技术领域上取得一些进展，但最终还是不得不宣告失败。可见，在目前技术条件下，开发完全通用的CAPP系统几乎是不可能的。而开发专用CAPP系统工作量大，开发周期长、开发费用高，并且需要提高CAPP系统的柔性，建立一个CAPP开发平台，并提供众多实用性的二次开发工具，使开发平台商品
6、化。用户在购得开发平台后，只需经过不十分复杂的标准化的二次开发，即可得到符合用户具体情况的、满足用户使用要求的CAPP系统。为了实现通用的CAPP开发平台，应在零件信息描述、工艺决策逻辑归纳等方面进行努力：1.零件信息描述的标准化和统一化；2.工艺决策逻辑的统一化、代码化和开发性；3.软件设计的模块化；4.统一的工程数据库。1.1.3 CAPP的发展趋势随着计算机技术和网络技术的发展CAPP开发的深入以及企业的需求，CAPP技术不断向前发展，其发展趋势如下：(1)实用化实用化CAPP系统，应人机界面友好，操作简单，符合工艺设计人员的设计习惯，设计结果能正确指导生产，并且具有很好的柔性。(2)工
7、具化开发应用面广，适应性强的CAPP系统，即大力发展工具型CAPP系统。（3）集成化计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术，CAPP系统的集成化也是必然的发展趋势。(4)智能化CAPP系统必将在获取、表达、和处理各种知识的灵活性和有效性上有进一步的发展，如模糊技术、人工神经网络技术、专家系统技术的应用，使CAPP系统向着智能化方向发展。(5)网络化随着网络技术的发展，CAPP系统网络化也是必然的趋势。(6)先进性与实用性的统一尽管目前开发的CAPP系统约有200多种，但在生产实际中的应用情况并不理想，暴露出“先进的不实用，实用的不先进”等问题，影响了CAPP系统的推
8、广和普及。因此，在以后系统开发中一定要兼顾先进性和实用性。 (7)集成化和标准化的统一集成化是CAPP系统发展的必然趋势，是实现CAD/CAM真正集成的关健也是CIMS应用中的一个“瓶颈问题”。而产品数据棋型的定义和数据交换机制是实现集成的关键，它们能否实现标准化将决定CAPP系统的通用性和开放性。因此在研制和开发CAPP时，要在标准化协议的基础上考虑系统的集成性。否则又将导致自动化“孤岛”的出现。(8)智能化与人机一体化的统一片面地追求高度的自动化水平和信息的集成度，结果势必造成系统的研制和运行的难度增大。因此按照“智能代价说”的观点，应该建立一种“人机一体化”的智能化系统，充分发挥人的智能
9、优势，以合理的代价实现较高的智能。1.2 立题背景1.2.1 焊接CAPP的研究现状经过20多年的历程，国内外对CAPP技术进行了大量的探讨与研究，无论在深度上和广度上都取得了很大进展。但是，同CAD、CAM等计算机辅助技术相比，CAPP在应用方面仍是薄弱环节。一方面，这是由工艺设计问题的复杂性和特殊性所决定的；另一方面，也受CAPP发展的大背景和指导思想影响。特别是压力容器产品材质和结构的多样化，以及焊接工艺因素的复杂化，造成了焊接工艺设计的繁琐和复杂。现有的软件由于涉及面太广，具体针对性不强，以及未结合相关的标准内容，大多还存在实用功能或实用性不强等缺点，难以被用户接受。因此，尽管在国内外
10、焊接CAPP研究中，各种新概念、新方法不断涌现，但CAPP的发展缺乏坚实的实践基础是公认的事实。随着计算机技术的发展及其在各领域应用的普及，国内外开展了许多焊接专家系统、焊接数据库、焊接工艺CAPP等研究工作，并且开发了一些应用软件。研究开发具有较好实用功能的焊接CAPP软件，是很有价值的课题。因为实用化CAPP系统的引入，不仅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，而且有利于企业工艺设计文件的标准化及工艺文件的管理规范化，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(CIMS)创造必要的技术条件。国内有关焊接CAPP的研究开始于80年代，研究较早的单位有哈尔
11、滨工业大学、清华大学、上海交通大学、天津大学、华中科技大学等。近些年来国内对于焊接CAPP的研究有了长足的进步，开发了一些实用的CAPP系统。国内焊接CAPP技术的发展可分为三个阶段：第一阶段，CAPP系统功能少，设计种类少。在软件方面，主要采用CCDOS和某些高级语言，采用数据文件，用高级语言或汇编语言开发绘图机绘制工艺卡。此阶段系统对外设的依赖性强，系统开发工作量大，开发周期长，系统可移植性差。第二阶段，系统的功能增强了许多，设计的种类增多，工艺专家系统进一步完善，并有一定程度的优化和智能成分。系统除了设计工艺外，还能进行工艺文件管理。在软件方面，广泛采用UCDOS，多种语言混合编程，采用
12、了工程数据库技术和绘图支撑软件AUTOCAD,使系统摆脱了对外设的依赖性，人机界面较为友好，设计速度提高，软件开发周期大为缩短。第三阶段，焊接CAPP系统向集成化方向发展。系统除了能进行工艺设计外，还能提供大量的生产管理方面信息。在软件方面，由DOS平台升级到Windows平台。开发工具为单一的高级语言(如VB,VC等)，该种语言集工艺专家系统、数据管理、绘图、生产管理为一体，大大简化了开发环境，提高了设计的可视化程度，人机界面更加友好。另外，此种语言还支持网络功能，为工厂CIMS系统的采用建立了基础。目前的焊接CAPP系统还存在许多的不足之处。比如用户界面的可视化程度不够，系统智能化程度有待
13、提高，多为单机作业，信息集成度不高，不便于上网等。此外，这种面向过程的系统，应用软件可重用性差，当用户生产条件、对象变化时，应用软件要作较大的调整。1.2.2 立项意义 焊接结构的形状是复杂多变的，其焊接工艺的设计必须是在对工厂现有的材料、设备、工装、人员配置、场地安排等各方面因素加以综合考虑的基础上才能进行。这对于CAPP系统来说，意味着大量的信息输入和信息处理。目前，国内企业在CAD系统的应用方面已经取得了很大的进展。然而在产品的参数化设计方面仍处于开发阶段，这样CAPP系统可从CAD得到的可利用信息是极为有限的。因此装焊工艺的CAPP必须在如何充分利用可从CAD中得到的信息和减少用户的输
14、入工作量前提下展开设计的。现有的一些通用的CAPP系统，可以根据系统内置的各种工艺数据库编写各种工艺包括焊接工艺。但是在编写工艺的工序内容时，只能提供一个空的表格，利用各种快捷方式由工艺人员手工输入工序内容。而且从其储存方式来看，不利于工艺的修改和更新。我们所说的CAPP系统则是在尽可能利用CAD信息的基础上，直接提供给用户一个可用的工艺，用户可以在此基础上进行少量的修改（或不修改）来完成新的工艺的制定工作。焊接CAPP系统一般包括以下几个功能子模块：已有工艺管理子模块 工艺制定子模块 MRP信息传递子模块KUAIKUAIKUAIKUAI块 计算和焊接参数推荐子模块 系统数据库管理子模块 标准
15、工艺库管理子模块 典型装焊工艺演示子模块其中，典型装焊工艺演示子模块的作用是通过对各大类压轮或其子系列的标准装焊工艺过程进行动画模拟，给工艺人员以直观、形象的演示。而本设计就是对焊接的工艺过程进行动画演示，通过3ds max所作的动画对整个焊接过程进行演示，具体形象的展示出了焊接的过程。焊接是一个复杂的生产过程，涉及到的因素很多，而其中的工艺演示模块就是一个十分重要的过程。它的出现不仅节约了大量的人力、物力，而且还十分的直观、形象，可以对焊接的整个过程进行十分逼真的演示。它结合其它的模块进行总体的研究分析，发现其中的不足，可以及时的进行修改、设计，实现强大的功能。所以说，动画演示的开发对焊接CAPP系统的开发有着重大的意义。2 三维设计2.1三维设计简介2.1.1三维设计的应用现代计算机技术和CAD应用软件技术的发展，决定了CAD应用应当以显著提高设计质量和设计效率，明显降低设计成本，充分缩短设计、生产准备周期，浓缩和提高优秀的设计经验，提高整个设计技术的管理水平为目的。如何认识和理解真正意义的CAD：利用计算机及有关应用软件，完成传统意义上的二维绘图设计，人们称其为甩图板。由于现阶段仍以二维工程图作为主要技术文件，用以指导生产且在一定程度上可以提高设计效率，因此，通常称其为CAD。在得到一定的普及之后，可以发觉
