锅炉压力容器CAPP系统开发平台的研究

    前言

    锅炉压力容器的工艺设计是为企业的生产管理提供技术服务的，系统是否实用是系统成败的一个重要标志。因此必须紧密结合行业生产特点来设计系统的功能，压力容器的质量保证可以从设计、材料、制造与制造过程中的检验、在役检验与监控四个方面提出质量保证措施，而良好的工艺设计是制造过程中的重要保证，企业希望能引进计算机辅助工艺设计来减少生产成本、提高生产率和产品质量，增加企业收入，适应瞬息万变的地市场需要。

    当前应用在锅炉压力容器行业的CAPP系统还不多，现有的系统大多只是简单的检索工艺或进行工艺的简单派生，这些CAPP系统采用的开发方法单一，运用成组技术进行工艺派生的少，即使工艺创成的达到实用化的也不多。其开发方向仍偏向于结合具体的企业进行开发。这些专用型的CAPP系统在解决不同企业的相同问题时(例如工艺文档的输出，工艺图形的编辑等等)没有为不同的企业提供一个通用的工具，导致了软件开发的重复建设，每次都要根据不同的企业特点来解决相同的问题，二次开发的工作量大。这种开发模式已经与当前CAPP系统的发展方向不相适应，必须采用新的开发模式来解决这个问题。

    炉压力容器CAPP系统开发平台的需求分析

    因为锅炉压力容器的工艺设计是典型的复杂问题，包含了分析、选择、规划、优化等不同性质的各种功能要求，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞大，又与具体的生产环境及个人经验水平密切相关；生产环境不同(不同的工厂，甚至同一工厂内的不同车间)、产品对象不同、生产批量不同，生产设备、工艺方法和工艺习惯都不一样，使得产品工艺差别很大 。因此，必须针对工艺设计的不同环节加以解决。而CAPP系统开发平台能把系统的功能分解成一个个相对独立的工具，针对不同的应用环境，在开发平台上构造符合用户需要的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，CAPP系统开发平台可以适应企业内部发生的较大的变化，具有较好的通用性和柔性。因此，本文决定采用CAPP系统开发平台作为开发模式。在解决了开发方向之后，我们就可以根据需求分析得出其功能模块的组成和系统的总统结构设计。

    锅炉压力容器对可靠性要求非常高，为此，国家专门制定了一套锅炉压力容器质量保证体系来提高锅炉的质量管理，它由由法规体系、组织体系和控制体系三部分组成 。从锅炉压力容器的质保体系看，工艺质量控制是一个很重要的方面，如果没有严格的工艺质量控制，锅炉压力容器的质量不能得到充分的保证，从工艺质量控制的流程图中可以看出，工艺设计是一个涉及多方面的问题，需求分析的目的就是要更好地弄清客户的需求，在符合锅炉压力容器制造法规的前提下，搞清楚锅炉压力容器计算机辅助工艺设计需要实现的各个模块，以便更好地为生产和社会服务。由于各锅炉制造厂的水平参差不齐，制造情况差别很大，对不同工厂工艺设计中的个性可根据自己的实际情况开发自己的工艺知识库来解决特定的问题，把各工厂工艺设计有共性的东西提取出来作为一个个工具加以实现，这个系统工具集构成了一个CAPP系统开发平台。这些系统工具包括了零件信息输入工具、工艺设计工具、工艺文档输出工具图形的编辑工具以及知识和数据的输入工具等等，编码表是进行成组工艺的设计的依据，因此，企业必须结合自身的实际情况编制适合于本企业的零件分类编码系统，虽然影响锅炉压力容器零件的制造工艺的因素众多，但可以从对制造工艺有重要影响的几个环节进行分类编码，即根据名称类别类（即从封头、筒体、管件和法兰等等类去区分不同的零件）、运行参数（包括工作压力、温度和介质等）、外部结构形状（长度、宽度、开孔和拼接等）、材料、毛坯原始形状以及生产批量等进行编码。关于锅炉压力容器零件的详细编码可以参考本人的另一篇论文 。运用编码表，可以制定出零件的成组工艺，工艺设计工具根据编码的匹配可以判断是成组工艺还是新工艺，因此能根据不同的工艺生成方法设计工艺。工艺的创成是由推理机根据工序工步词典推理而成，由于推理的策略不与企业的具体实例相结合也不偏于某个具体问题的求解领域，因此能保证该CAPP系统开发平台的实用性。同时注重信息的管理和集成，实现工艺设计的规范化和标准化，实现工艺管理的计算机化。本CAPP系统开发平台应力求达到上述要求。经过广泛的调查和研究，确定本CAPP系统开发平台应具备以下功能：

    1) 工艺图形的存储管理和检索，可以通过自动调用AutoCAD进行图形的编辑和更新；
    2) 工艺数据库中各基础数据的存储管理，包括工艺表头信息、典型工艺和成组工艺的存储管理及其他标准信息的存储管理；
    3) 工艺知识库中工序工步词典的生成，工艺决策规则的编辑存储和管理；   
    4) 一套独立于问题求解领域的推理控制策略和解释机制；
    5) 各种查询和检索功能，包括工艺信息和标准信息的查询和检索；
    6) 工艺知识库和数据库的管理功能；
    7) 多种输出功能，包括工艺图形和报表的输出。

    开发平台的子系统及总体结构设计

    根据前面的需求分析并结合锅炉压力容器的质保体系，将锅炉压力容器计算机辅助工艺设计系统开发平台分成四大功能子系统。分别是工艺知识构造子系统、工艺设计子系统、工艺管理子系统、工艺设计辅助支持子系统，每个子系统由数个模块组成，如图1所示：

    图1 锅炉压力容器CAPP系统开发平台的子系统和模块图