压力容器制造CAPP系统的研究开发

    压力容器的制造属于单件、小批量生产，随着化工设备向大型化、复杂化、以及更加苛刻的操作工况发展，对压力容器制造工艺设计要求越来越高。为了能够确保制造质量，国家对压力容器的设计、制造、检验和验收制定了一系列法律法规，制造过程中质量检验贯穿整个制造过程，并要求保存技术文件备查。高质量的工艺设计成为压力容器制造企业的技术关键，一方面是设计和制造的接口，决定了最终的制造质量;另一方面，工艺设计数据是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等的重要依据。
   
    传统的压力容器制造工艺设计是由人工完成的，这种人工设计方法逐渐凸现出一系列不足，例如:工艺设计工作量大、效率低、周期长，存在大量的重复劳动;工艺设计质量取决于工艺人员的技术水平和工作经验，难以保证;工艺方法因人而异，不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用，难以实现工艺设计的继承性、规范性、标准化和最优化。难以实现工艺文件计算机统一管理和维护，工艺信息不能与其他部门或企业的计算机信息系统实现资料信息共享等等。
   
    面对世界经济全球化、一体化，全球网络化和信息数字化飞速发展，以及激烈的市场竞争，如何运用信息化技术和计算机手段来提升企业先进制造水平成为一个重要的研究领域。经历了三十多年的发展，计算机辅助制造工艺设计/规划( CAPP, Computer Aided Proecss Planning) 研究已取得很多成果，一些CAPP 系统走向应用，但是由于压力容器制造本身的特殊和复杂性，目前尚没有合适的CAPP 商业软件。本文以压力容器制造为研究对象，通过对现行的制造工艺技术、工艺设计需求进行分析和总结，尝试开发一套适宜企业应用的压力容器制造CAPP系统及其应用软件。
   
    1 压力容器CAPP 系统的需求分析
   
    1. 1 压力窑器制造要求
   
    压力容器制造虽然属于非标的单件或小批量生产，但是制造工艺具有很大的相似性。典型的压力容器制造过程通常包括:零部件制造、筒节制造、壳体组焊、热处理、耐压试验及气密性试验等工序。根据国家有关法规，压力容器的设计、制造、检验和验收必须遵守GB150-1998 《钢制压力容器》、《压力容器安全技术监察规程》的要求。GB150-1998规定制造单位对其制造的每一台产品至少应具备并保存下列技术文件备查:制造工艺图或制造工艺卡、材料证明文件及材料表、焊接工艺和热处理工艺记录、标准中允许制造厂选择项目的记录、压力容器制造过程中及完工后的检查记录、压力容器原设计图和竣工图等.
    
    1.2 质量检验的主要内容与方法
   
    质量检验是确保制造质量的重要措施，压力容器制造厂均设有专门的检验机构和人员，在压力容器制造过程中，质量检验工作贯穿始终。质量检验的主要内容包括:原材料及焊缝的化学成分分析、机械性能试验、金相组织检查;原材料及设备零件尺寸和几何形状检查，焊缝尺寸外观检查，原材料及焊缝表面和内部缺陷检验等等。检验方法有无损探伤、水压试验、气压试验、气密性试验等。整个制造过程伴随严格的质量检验是压力容器制造的特点之一。
   
    1.3 压力窑器制造工艺设计内容
   
    根据制造和质量检验要求，压力容器制造工艺设计内容主要包括：
    
    (1)零部件和筒节制造工艺卡设计；
    
    (2) 设备组装工艺卡设计；
    
    (3) 设备焊缝布置和焊缝焊接工艺设计；
    
    (4) 试验工艺设计，常用的试验类型包括:液压试验、气密性试验和氨渗试验等；
    
    (5) 热处理工艺设计；

     (6) 酸洗钝化工艺设计；
    
    (7)外购件和材料表清单；
        
    (8) 主要受控件制造质量控制流转检验记录卡；
    
    (9) 工艺设计文件、材料清单、工艺设计目录、工艺设计文件封面等。
   
    1.4 制造工艺设计要求和流程
   
    通常，工艺设计的基本流程为:首先由工艺部门对设计图进行工艺审查，然后由工艺设计人员编制工艺路线、工艺规程和有关工艺文件。压力容器制造工艺文件至少有施工图纸(包括测绘零件图).制造工艺过程卡、焊接工艺卡等工艺设计卡，材料消耗定额，流转检验记录卡等。其中：
    
    (1)施工图纸是产品制造的根本依据，它整体反映了产品的设计结构及制造和验收的技术要求。
   
    (2) 工艺过程卡及工艺卡，列出各道工序的名称和技术要求，明确施工内容、使用的设备、工艺装备、检验要点、质量要求等，以便在流转程中作施工签证和确认签证。
   
    (3) 焊接工艺卡包括产品焊缝分布示意图、焊接规程、质量检验要求。焊接规程内容应有焊接工艺评定号、焊工资格、焊接参数等内容，对容器焊接质量起到指导和保证作用。
   
    (4) 材料定额控制用料规格、材质及数量。
   
    (5) 质量流转检验记录卡作为制造过程检验的质量记录，实行主要受压元件一件一卡。质量流转检验记录卡随制造工艺卡一起发放。
   
    经调研对于不同的企业，工艺设计的具体过程可能有所不同，但内容大同小异。在工艺设计过程中产生的工艺文件对指导企业制造和物料供应有着直接的影响。
   
    1.5 压力容器CAPP 系统的基本要求
   
    结合企业生产实际情况，新开发的压力容器CAPP 系统应具备如下特点和功能:(l)可以高效率、高质量地完成所有的制造工艺设计；(2) CAPP程序界面友好，采用交互式的操作方式，符合Windows的使用风格和习惯，符合工艺设计人员工作习惯；(3) 采用基于数据库的程序结构，可以为工艺设计提供强大的数据资源支持；(4) 采用开放数据库的结构形式，可以不断更新、完善和维护数据库内容；(5) 具有一定的质量管理功能，实现工艺标准化；(6) 具有工艺设计管理和汇总功能、工艺设计流程管理功能、生产管理功能等；(7) 具有工艺设计流程管理功能，能实现对设计、审核等设计流程作业的计算机自动管理流程，能够在工艺设计过程中显示制造工艺设计进度；(8) 提供简易的图形绘制功能，可以绘制设备焊缝布置图、标准件示意图、试验曲线等图形；(9) 提供程序安全保障，包括:设计、审核权限系统，数据库安全等。
   
    2 压力容器CAPP 系统总体结构设计
   
    根据以上压力容器工艺设计需求和特点分析，本文提出了一种基于数据库的压力容器CAPP 系统结构，总体结构包括三大部分:工艺设计、系统管理和资源库管理，如图1 所示。工艺设计部分包括:输入有关结构和特性参数、完成各种工艺设计、生成工艺卡和清单等工作。系统管理和资源库管理为工艺设计提供支持。

    
    从层次上， CAPP 系统分为三个层次，最外层为输人和输出层，包括信息输人模块和工艺文件及工艺报表输出模块。中间层为工艺设计和管理层，包括:各种工艺设计模块、生产管理模块、工艺文件管理模块、系统管理模块、数据库管理模块等。最底层为数据库层，包括:产品制造工艺、典型工艺、标件、材料、焊接、外购件、标准、图库、打印模板库、数据词典等数据库，为CAPP 系统的运行提供数据和资源信息的支撑。