鍋爐制造業(yè)的CAPP系統(tǒng)分析與集成設計

1、鍋爐制造業(yè)的CAPP 系統(tǒng)分析與集成設計1 國內(nèi)鍋爐制造行業(yè)的 CAPP 應用現(xiàn)狀目前 ,國內(nèi)的大中型鍋爐制造廠主要有上海鍋爐廠有限公司、杭州鍋爐廠、武漢鍋爐集團有限公司、東方鍋爐 (集團 )有限公司、北京鍋爐廠和哈爾濱鍋紅光爐廠等 ,它們在應用 CAPP 方面都做了一定的工作 , 其水平也參差不齊。武漢鍋爐 (集團 )有限公司的冷作工藝生成軟件可根據(jù)輸入的產(chǎn)品設計圖的各種參數(shù) ,自動生成工藝卡 ,也曾開發(fā)過適合自己需要的焊接應用軟件 ,取得了一定效果。哈爾濱紅光鍋爐廠在 CAPP 系統(tǒng)下建立了材料定額、 工時定額、典型工藝庫等 ,并通過 BOM 接口程序?qū)?shù)據(jù)導入了 ERP 的公共數(shù)據(jù)庫區(qū)。

2、上海鍋爐廠有限公司已于 2001 年確定開目公司作為企業(yè)信息化建設合作伙伴 ,實施、應用開目 CAPP 和 BOM 系統(tǒng) ,在實施、應用過程中取得了一定的效果。 東風鍋爐 (集團 )有限公司的工裝設計組和模具設計組可用 CAD 繪圖 ,但還未參數(shù)化繪圖。杭州鍋爐廠CAPP 正在規(guī)劃中 ,設想是與設計處聯(lián)網(wǎng),開發(fā)半自動化生成軟件?？偟膩砜?,國內(nèi) CAPP 原型系統(tǒng)多 ,得到實際生產(chǎn)應用的系統(tǒng)較少 ;商品系統(tǒng)很少 ,而且功能不足 ;同 CAD 、CAM 、M IS、PDM 等相關計算機輔助技術相比 ,差距相當大。大多數(shù)是孤島式的 CAPP,隨著 CAD 、CAPP、CAM 單元技術日益成熟 ,同

3、時又由于 PDM 、ERP 的提出和發(fā)展 ,促使 CAPP 向智能化、集成化、實用化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。2 用戶需求分析根據(jù)鍋爐壓力容器的制造工藝特點,結合信息系統(tǒng)的開發(fā)的方法和步驟,以上海鍋爐廠有限公司為分析對象 ,總結鍋爐制造企業(yè)的 CAPP 系統(tǒng)需求。 以尋找符合鍋爐制造行業(yè)特點的 CAPP 系統(tǒng)應用開發(fā)之路 ,為行業(yè)推廣 CAPP 系統(tǒng)提供一些經(jīng)驗。目前認為綜合式平臺類 CAPP 系統(tǒng)是最佳開發(fā)模式。此類系統(tǒng)完全基于數(shù)據(jù)庫 ,采用交互式設計方式滿足實用化要求 ,同時注重數(shù)據(jù)的管理與集成 ,在 CAPP 通用基礎平臺的基礎上 ,可以根據(jù)不同企業(yè)的應用環(huán)境 ,形成面向特定的制造環(huán)境和工藝習慣

4、的具體的 CAPP 系統(tǒng)。也可以將開發(fā)平臺提供給用戶 ,使用戶可以進行 CAPP 系統(tǒng)的二次開發(fā) ,在開發(fā)平臺上構造符合用戶需要的 CAPP 系統(tǒng) ,因此可移植性強 ,能適應企業(yè)的產(chǎn)品類型、工藝方法和制造環(huán)境的發(fā)展和變化。2. 1 組織職能分析與 CAPP 系統(tǒng)應用緊密相關的主要是技術開發(fā)部下的工藝處 ,以上海鍋爐廠有限公司為例 ,其系統(tǒng)組織結構圖 ,如圖 1 所示。不同的生產(chǎn)企業(yè)會有所不同 ,但是主要的工藝技術組大中型鍋爐制造企業(yè)都是有的。圖 1系統(tǒng)組織結構圖工藝處根據(jù)總師辦技術準備計劃 , 接受設計處圖紙方面的信息 , 完成工藝技術準備工作。工作內(nèi)容主要包括產(chǎn)品工藝路線劃分 , 編制焊接工

5、藝、冷作工藝 ( 冷加工 , 鍛造等工藝過程卡的總稱 ) 、材料定額等工藝文件 , 設計工裝圖紙及工裝制造一覽表。并把工藝信息傳遞給供應處、生產(chǎn)處和各生產(chǎn)車間。2. 2業(yè)務流程分析鍋爐廠都有全面的質(zhì)量管理, 完善的質(zhì)量保證體系來嚴格控制產(chǎn)品質(zhì)量。像上海鍋爐廠有限公司在1987 年就獲得美國 ASME協(xié)會頒發(fā)的壓力容器證書和S、U、U2法規(guī)鋼印。 1994 年獲取上海市質(zhì)量體系審核中心授予的“ GB /T19001”等同“ 0 ISO9001”證書。持有中華人民共和國勞動部頒發(fā)的“一級鍋爐制造許可證”、“AR I 級壓力容器制造許可證” 和國家核安全局頒發(fā)的 “壓力堆核電廠核壓力容器制造許可證”

6、、“10MW高溫氣冷實驗反應堆壓力容器制造資格許可證”。產(chǎn)品質(zhì)量達到了國際先進水平和國內(nèi)領先地位。其工作業(yè)務流程, 如圖2所示。2. 3 各工藝組工藝編制特點和需求分析焊接工藝按制造標準的不同分為兩大類。主要工藝卡片有:熱處理工藝卡片 (HTI) 、焊接工藝規(guī)程 (WPS) 、焊接接頭檢查試件卡( TCL,WJT) 、集箱焊接接頭試樣清單 ( TL) 、焊接工藝和檢查項目一覽表 (WPTS) 、焊接工一覽表 (WPL) 和焊接材料定額卡。焊接組對 CAPP 的功能需求主要是 :WPL 信息多數(shù)可以自動或半自動地產(chǎn)生 ;焊接材料定額已有的信息可以不用重復輸入 ,并能進行自動計算 ;可以自動或半自

7、動的產(chǎn)生焊接試樣卡 WJT;從 PQR 中導出的數(shù)據(jù)可以能自動生成 WPS;具有查詢 HTI 、PQR 和 WPS 的功能。容器工藝組主要編制鍋筒、集箱、下水包、減溫器和管道等冷作工藝,包括組裝工藝和零件加工的工藝。 工藝卡片的類型有 :工藝過程卡、工裝一覽表和履歷卡 (COL) 。容器組對 CAPP 的功能需求主要是 :可以通過焊接提供的 WPL 找到相應的 WPS,然后將相應焊接的工藝插入到工藝過程卡中 ;對于簡單工藝可以從工藝術語庫中進行逐級挑選 ,生成相應工藝 ,該零件工藝過程相對變化較小 ;在數(shù)據(jù)庫中提供方便的查找方法 ,例如通過關鍵字進行查詢 ;方便的工序號處理 ,如可以在序號處點

8、擊增加序號 ,再點擊則去掉序號 ,同時后面的序號自動跟上。管子膜式工藝組主要由管子冷作工藝和膜式冷作工藝兩部分組成,管子工藝卡片的類型有 :工藝過程卡 (用于綜合卡、零件卡和組裝卡) 、工序簡圖、工裝一覽表和COL 卡。膜式壁工藝卡片的類型有:典型工藝卡、典型工藝過程卡目錄清單、典型工藝過程卡工藝裝備清單、零件工藝過程卡、工裝一覽表和組裝焊接表。 管子組對 CAPP 的需求是 :可以從零件圖中直接提取過程卡中的表頭信息,并可作適當改動 ;數(shù)據(jù)庫開放 ;編寫過程卡時可以瀏覽相關的WPS 卡信息 ;若組件中幾個零件的工藝過程卡相同 ,則應編寫合卡 ,列出零件號 ;零件卡的工藝路線信息根據(jù)條件可以自

9、動或半自動生成。 膜式組對 CAPP 的需求主要是 :過程卡中的表頭信息可以從零件圖中直接提取;編寫過程卡時可以瀏覽相關的 WPS卡信息 ;根據(jù)典型工藝卡的編號和零件類別提示選擇工藝裝備 ;盡量減少手工輸入量 ,從圖紙上讀入的信息可以多次重復利用;過程卡和典型卡之間可以相互轉(zhuǎn)換。非受壓件工藝組主要由非受壓件冷作工藝、熱處理工藝和鍛造工藝三部分組成。非受壓件的工藝卡片類型有 :工藝過程卡和工藝簡圖。非受壓件工藝組對 CAPP 的需求是 :工裝自動匯總 ,自動計算材料定額 ; 工裝設備能查詢填寫 ;部分類型的零件工藝過程可以自動生成 ;可以方便的查詢典型工藝。熱處理工藝卡片的類型是熱處理工藝卡 ,

10、熱處理工藝圖 2 工作業(yè)務流程圖組對 CAPP的需求是 :編制工藝的過程中能自動查詢 SGO132標準 ,從標準數(shù)據(jù)庫中將冷卻介質(zhì)、回火溫度和試樣尺寸等信息自動填寫出來 ,熱處理設備也能自動填入。鍛造工藝卡片的類型主要是鍛造工藝卡。鍛造組對 CAPP 的需求是 :根據(jù)零件形狀輸入零件參數(shù)后 ,自動生成該形狀的鍛件圖 ;輸入幾個參數(shù)后能自動查找相應的工裝 ,詢問是否需要泵水余量 ,然后列出相應條件 ,由工藝人員自行選擇 ;列出設備清單 ,包括各種設備的相應參數(shù) ,由工藝人員自行選擇 ;輸入材料性能目錄 ,能根據(jù)所選材料查找相應參數(shù) ,根據(jù)相應公式自動計算鍛件質(zhì)量 ;確定工件形狀后 ,工序內(nèi)容也被

11、相應確定下來;根據(jù)試樣尺寸計算試樣質(zhì)量 ,乘上火耗系數(shù) ,然后根據(jù)試樣外徑算出試樣長度 (試樣為圓柱體的情況下 ) 。 工裝設計組的主要工作是工裝設計 ,需要配備 CAD 軟件 ,滿足圖紙設計和數(shù)據(jù)集成的需要 ,具體實施方案可以參照設計部門的 Auto CAD 模式。通過對工藝流程和各工藝組工藝工作的考察 ,需求分析、數(shù)據(jù)搜集 , 可以看到企業(yè)的工藝設計有如下特點 :(1)工藝編制時首先是依據(jù)產(chǎn)品圖的零件清單 (以組件為單位 ) ,由冷作組對每個零件設計工藝路線 ,工藝文件以組件為單位進行管理 ;(2)工藝主要分成兩大部分:焊接工藝和冷作工藝。 焊接工藝卡類型最多,工作量很大。首先做好焊接工藝

12、 ,然后根據(jù)焊接工藝做冷作工藝 ,其中冷作工藝的加工方法和加工余量是依據(jù)焊接的方法來確定的;(3)工藝編制主要依據(jù)國內(nèi)和國外兩種標準,如果是按國內(nèi)標準制造的,工藝生成規(guī)則基本保存不變 ,由于國外的標準差異較大 ,因此工藝生成規(guī)則改動較大 ;(4)各專業(yè)工藝組均有自己的工藝設計要求 ,有不同的輸入信息和輸出結果 ,同時各專業(yè)工藝之間存在信息交換和共享 ;(5)基礎數(shù)據(jù)錄入量大 ,原有的成熟工藝需要借用和參考 ,需要在計算機系統(tǒng)內(nèi)部建立大量的典型工藝庫、 工藝術語庫和工藝規(guī)則庫等。 如焊接用于需要建立 WPS、PQR 數(shù)據(jù)庫等 ,管子工藝需要建立彎管工裝數(shù)據(jù)庫、泵水工裝數(shù)據(jù)庫、通球工裝數(shù)據(jù)庫、倒角

13、工裝數(shù)據(jù)庫、鐓厚工裝數(shù)據(jù)庫和縮頸工裝數(shù)據(jù)庫等 ;(6)工藝輸出文檔種類繁多,信息量大 ,每個專業(yè)工藝組均有自己的工藝輸出文檔 ;(7)完整的工藝設計涉及到多個專業(yè)工藝組、多個工藝設計人員 ,需要信息共享和交流 ;(8)對應各專業(yè)工藝組 ,要求在一定程度上實現(xiàn)工藝的自動或半自動生成?？梢宰x取已有的信息 ,根據(jù)本專業(yè)的工藝要求 ,事先建好的工藝規(guī)則和工藝知識、工藝數(shù)據(jù)庫 ,由計算機生成相應工藝 ,即要求具有一定的智能性和開放性 ;(9)由于各專業(yè)工藝組工藝上的差異 (包括輸入的信息、 基礎工藝數(shù)據(jù)庫和輸出的工藝內(nèi)容等 ) ,使得對 CAPP 的功能需求各不相同 ,需要分別設計和實現(xiàn)。3 鍋爐 CA

14、PP 系統(tǒng)集成設計通過對工藝設計的業(yè)務流程分析 ,結合工藝質(zhì)量的控制過程和工藝編制的特點和需求分析 ,可以看出鍋爐壓力容器 CAPP 系統(tǒng)應具有以下主要的功能需求 :1)工藝文檔管理功能由于上鍋工藝文件數(shù)量龐大 ,種類繁多 ,一個產(chǎn)品或部件包括焊接工藝、冷作工藝、工裝定額表、各種匯總清單等 ,所以必須有良好的工藝圖檔管理功能 ,實現(xiàn)工藝文檔的網(wǎng)絡檢索、入庫 ,資源共享。2)工藝資源管理功能工藝資源包括典型工藝、工藝裝備、工藝術語詞典、材料以及其他的工藝數(shù)據(jù)庫 ,供工藝設計人員借用和參考。上鍋每個工藝專業(yè)組都有自己的工藝資源數(shù)據(jù)庫 ,同時又共享著企業(yè)的公共的信息資源。工藝資源具有擴充、修改、檢索

15、等功能。3)適合冷作工藝特點的冷作CAPP冷作工藝以編輯工藝過程卡為主,需要工藝編輯器具有較強的文本編輯、工藝序號自動生成、繪制工藝簡圖、查詢?yōu)g覽工藝資源、打印輸出等功能此外 ,工藝編輯器還應該能夠以前不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到本CAPP 系統(tǒng)。4)適合焊接工藝特點的焊接CAPP焊接工藝的編制特點是需要大量查找引用相關工藝知識、工作規(guī)范、行業(yè)標準 ,按預定規(guī)則進行計算判斷,形成工藝卡片。5)適合各專業(yè)的智能CAPP 系統(tǒng)鍋爐行業(yè)的部分工藝流程相對穩(wěn)定,即使產(chǎn)品發(fā)生變化 ,這部分工藝流程大致相同 ,只是相關參數(shù)發(fā)生變化。可以將這些工藝使用流程圖總結出來 ,智能 CAPP 系統(tǒng)可以對流程圖進行解釋,生成標準的工藝內(nèi)容。能夠?qū)Ξa(chǎn)品設計信息、工藝設計信息進行自動匯總:可以根據(jù)企業(yè)自身的標