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清华* 袁崇福 陈丙森 |
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徐州工程机械集团有限公司 杨 勇 路豫湘 |
| 由于焊接结构件的装焊工艺设计需要考虑和处理的问题较多，使涉及装焊工艺领域的CAPP系统的研究工作发展较慢，系统研究基本处于刚刚起步的阶段［1］。本文针对压路机车架工艺开发了一个专用型、综合式的装焊工艺CAPP系统。 1 系统简介 本文介绍的焊接结构件装焊工艺CAPP系统是根据工厂的实际情况，针对具体产品而开发的综合式、集成化的CAPP系统。 本系统主要处理压路机车架的装焊工艺信息，它不但实现了与CAD系统的集成，可以从CAD系统中提取装配信息，而且能够与工厂正在使用的MRPII系统进行信息交换。此外，系统中存储的所有已有工艺的工艺简图在新工艺制定过程中可以实现共享。 该系统主要以工艺制定模块和工艺管理模块为核心模块。但是，系统除了主要实现工艺管理功能和新装焊工艺制定功能外，还具有将已有工艺提取生成标准的块工艺功能和标准工艺块工艺管理功能。同时，系统也具有焊接参数推荐和查看等辅助功能（系统的功能见图1所示）。 2 工艺制定模块 ２．１焊接结构件装焊工艺分析 众所周知，对于一个焊接结构件装焊工艺CAPP系统来说，其主要解决的问题是如何利用工艺设计对象的一些已知的工艺信息，通过一定的规则给出一个可用的实际工艺。为了达到这样的目标，就需要对装焊工艺进行分析，总结出特点和规律，作为开发CAPP系统的基础加以利用。 其实对于焊接结构件来说，尽管存在着结构形状千差万别、材料种类多、装焊工艺流程易受环境影响等诸多特点，但就装配焊接工艺而言，还是可以总结出有一定的规律，以便在开发装焊工艺CAPP时加以利用。 首先，从生产过程来看，焊接结构件的生产是一个“装配”－“焊接”相混合的过程。在焊接件的实际生产中，主要是将一个（或几个）零（部）件进行装配，然后进行焊接，如此反复，生产出焊接结构件整体。有的焊接结构件还要进行矫正和油漆，*形成部件以便于产品整体组装。这样的加工工艺可以总结为每一个“铆工序”（工厂的习惯是指装配工序）后面都有一个“焊工序”（工厂的习惯是指焊接工序）。 其次，从结构上来看，尽管焊接结构件的形状、结构千变万化，但是对于某一类产品来说，其焊接结构件往往可以分成几个不同类型(系列)。因而，一个企业所生产的焊接结构件在结构和装焊工艺上都有很大的相似性和继承性。 以压路机车架(构成压路机的重要焊接结构件)为例，尽管不同车架之间的结构形状的相似程度不同，车架的零(部)件构成比较复杂(要生产一个车架需要对40多个零件进行装配和焊接)，但几乎所有的车架都是在几个典型的型号上衍生而来，最终发展形成几个不同的系列。在同一个车架系列内，因为不同型号的车架都是基于某一个典型的车架变化而生成的，所以不同型号的车架的结构特征是相同的，结构上的差别主要体现为不影响结构的零件的数量增减或结构尺寸上的变化。由于焊接结构件存在结构相似其加工艺相似的特点，因而在同一系列内，不同型号的车架的装焊工艺基本相似，不同之处往往是某些工步的增减。但是，不同系列之间，上述的相似性和继承性就相对较小，有的甚至根本就没有相似之处。 由于焊接结构件在生产和结构上存在着上述特点，同时结合具体工厂的实际情况，在开发焊接结构件装焊工艺CAPP系统时，其工艺制定模块的功能设计应基于以下考虑： 当新的焊接结构件与已有的某个焊接结构件非常相似、其差别很小(例如只是修改尺寸或是只增加或减少不重要的一个或两个小的零件)时，系统提供修改相似工艺的功能，使用户可以对某份已有的装焊工艺进行修改从而生成新工艺。 当新的焊接结构件与已有的某个焊接结构件之间的差别(零件数量或结构尺寸)较大、但还是属于同一系列(重要的结构特征相同)时，系统提供修改同系列的典型工艺的功能来辅助用户完成新工艺设计。 当新的焊接结构件属于一个新的系列、没有可以借鉴的相似工艺和典型工艺，但可以参照某个（或某几个）工艺的局部相似之处时，可以将某一个(或某几个)整套已有工艺以工序(铆工序或焊工序)或工步为最小单位，分解成若干个工艺块，再从这些工艺块中选出可以利用的部分。按照一定的规则进行重新组合(如图2所示)，并修改成一个新的装焊工艺。 当新的焊接结构件是一个崭新的型号，完全没有可以借用的工艺时，新的装焊工艺只能全部从头设计。此时，系统需要为用户提供编辑工艺的界面以便进行工艺编辑。 可见，经过以上的分析，就可以将焊接结构件实际的装焊工艺设计工作归纳为简单的几种情形。在此基础上，结合具体的产品的装焊工艺文档结构和焊接结构件的具体特点，有针对性地开发出不同的新工艺制定功能，从而可以保证CAPP系统功能的实用性。 ２．２工艺制定功能 本系统的新工艺制定功能是在以上分析的基础上开发的，它是CAPP系统的重要功能。 在工艺制定模块中，根据如上分析所得出的工艺设计中的修改相似工艺、修改典型工艺、重组工艺块和为用户提供编辑界面等四种情况，系统分别提供了“由相似工艺修改生成新工艺”、“由典型工艺修改生成新工艺”、“由工艺块重组生成新工艺”和“由工艺模板生成新工艺”等新工艺生成方法。 (1)“由相似工艺修改生成新工艺”方法就是利用计算机的检索技术，对系统存储的工艺进行检索，并利用工艺知识（决策规则）对检索出来的工艺进行处理从而生成新工艺。使用这种方法的前提是新的焊接结构件与某个已有的焊接结构件具有很大的相似性，比如两者之间只是焊接结构件的自重、或是大小、尺寸、或是某些小的不重要的零件的增减。这时，可以只对已有工艺中的某些描述语句进行少量修改，而不改变工艺路线和工艺规则就可以生成新工艺。 (2)“由典型工艺修改生成新工艺”方法是根据新的焊接结构件的已知的工艺信息，通过计算机推荐(或由用户选择)一个同系列的典型工艺(例如自重10吨的振动式压路机车架装焊工艺就是同类型车架的典型工艺，其它工艺如自重14吨和18吨的车架工艺都是在对其进行修改的基础上得到的)，系统根据工艺生成规则对这个典型工艺的工艺信息进行必要的替换和推理(包括尺寸信息代换、零件信息的代换等)，从而生成新工艺。在这个过程中，用户随时都可以对系统生成的新工艺进行修改以便使新工艺更好地适应生产实际情况。 (3)“由工艺块重组生成新工艺”方法是把已有工艺以工步为单位分解成工艺的最小单元---工艺块，并作为一种工艺资源存储在数据库中。在制定新工艺时，选出可以利用的工艺块信息，按照工艺生成规则进行重组，从而生成新工艺。 本系统中的工艺块工艺按照其所属工序(铆工序、焊工序或辅助工序)的不同分为“标准工艺块”和“辅助工艺块”两种类型。工艺块的存储、管理和调用是按照类型的不同分别进行的。但是，由于工艺块的工艺信息在本系统中是作为一种工艺信息资源而单独管理的，因而在生成新工艺时，工艺块工艺信息的使用并没有类型(或系列、图号)的界限，每一个工艺块在本系统中都是通用的。 用户在使用这种方法时，可以根据焊接结构件的结构相似则工艺相似的特点，在如图3所示的界面中，首先选出所有可以使用的工艺块，然后，系统按照工艺生成规则将用户所选出的工艺块工艺信息进行重组，形成新工艺的草案，用户对这个新工艺草案稍作修正就可以完成新工艺的设计。 (4)“由工艺模板生成新工艺”方法是按照焊接结构件装焊工艺的文档结构事先设定好工艺的框架，用户在系统提供的输入界面中自行输入所需要的工艺内容。在用户编辑工艺时，可以使用系统提供的辅助功能，如标准描述语言、焊接参数的自动推荐、工装、设备等工艺资源的推荐等等，以便保证工艺的规范性。 3 工艺管理模块 工艺管理模块主要实现对已有工艺的管理功能。工艺管理模块采用如图4所示的界面来显示工艺文档和工艺文档结构。该模块可以实现对已有工艺的查看、打印、删除等管理功能。如果用户需要对已有工艺进行修改，则可以调用修改窗体。在修改窗体中，用户可以方便地修改任何记录。 本模块的打印功能既可以实现整套工艺文档的打印输出，也可实现工艺文档的分页打印。考虑到CAPP系统的通用性［2］，本系统的打印功能是利用一个专用的打印组件调用不同的工艺格式模板来实现的。打印的各种工艺卡片的样式可以通过调整工艺模板的格式方便地修改。 另外，已有工艺管理模块还具有尺寸联动修改功能，即用户可以在一处对某个尺寸信息进行修改，系统能够将这种修改同时反映到全套工艺当中。这样的功能设计一方面可以简化用户操作，方便使用，另一方面也实现了系统对工艺文档的高效、规范化的管理。 4 辅助功能 为方便实现系统的工艺制定功能和工艺管理功能，本系统还建立了一个工艺文档输入框架，用户可以根据需要将新的工艺描述语言加入到框架中，以便工艺编辑和工艺修改时调用。 另外，本系统还具有对重要焊缝的焊接参数的自动推荐、查询等功能。 5 结论 本文介绍的焊接结构件装焊工艺CAPP系统是在分析、归纳、整理和提炼压路机车架的装焊工艺的基础上开发的，因而该系统是一个具有操作简便、功能较为全面的专用型CAPP系统。然而，由于在系统的开发过程中，借鉴了一般焊接结构件装焊工艺的特点，所以对于其它焊接结构件来说，只要结合具体的装焊工艺特点，对系统的功能进行某些修改就可以方便地使用。 该系统的成功开发不但为企业提供了一个实用的装焊工艺制定和工艺文档管理工具，促进企业的工艺设计与工艺管理水平的提高，而且探索了用于装焊工艺CAPP的开发技术和方法。 参考文献 1张崇轲,陈丙森. CAPP的发展现状及焊接结构件CAPP的开发方法.第三届计算机在焊接中的应用技术论文集,上海, 2000 2白远樯,朱志明. 焊接结构件CAPP的通用化.第三届计算机在焊接中的应用技术论文集,上海, 2000 通讯地址：清华*机械工程系(100084) |
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