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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。上海锅炉厂有限公司已于2001年确定开目公司作为
2、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
3、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
4、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
5、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”、“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
6、(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(CO
7、L) 。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
8、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
9、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,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
10、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
11、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,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
12、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
13、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CAPP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
14、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
15、。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准,定制汇总表格式、配置数据的计算、排列方式。同时考虑与其他系统的数据交换,可以设计出锅炉CAPP系统的模块组成和集成体系结构,如图3、图4所示。图3锅炉CAPP体系结构图图4锅炉CAPP主要功能模块组成 4结论 通过对锅炉工艺设计的业务流程分析,分析锅炉CAPP系统的需求,并考虑到与其他系统的集成,本文给出了锅炉CAPP系统的集成设计方案和功能模块组成图,希望可以为锅炉行业的CAPP系统设计提供一些应用经验,从而设计出更完善的系统解决方案。
