通用型承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蒲炯 苑興楠 魏艷紅 劉仁培

摘要：結(jié)合NB/T 47014標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)以往相關(guān)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高的問(wèn)題和承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定的需求，在基本的工藝文件（預(yù)焊接工藝規(guī)程、焊接工藝評(píng)定報(bào)告和焊接工藝規(guī)程）管理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了通用型承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的輔助提出、焊接工藝評(píng)定的必要性智能判定以及焊接工藝規(guī)程的自動(dòng)生成，輔助焊接工程師進(jìn)行工藝評(píng)定，提高工作效率。與以往定制焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)相比，通用型系統(tǒng)可滿足大部分承壓設(shè)備企業(yè)的使用需求，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：NB/T 47014-2011;承壓設(shè)備;通用型系統(tǒng);焊接工藝評(píng)定

中圖分類(lèi)號(hào)：TG409 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001-2003（2021）04-0031-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.04.06

0 ? ?前言

隨著承壓設(shè)備的蓬勃發(fā)展，焊接質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格，焊接工藝合理與否直接影響產(chǎn)品最終質(zhì)量[1]。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)受壓或承載的焊接接頭編制焊接工藝規(guī)程（Welding Procedure Specification，WPS），并通過(guò)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證WPS的合理性。以往國(guó)內(nèi)壓力容器、鍋爐等承壓設(shè)備遵循不同的標(biāo)準(zhǔn)，很多內(nèi)容不同，部分條款甚至相互矛盾，這已成為制約承壓設(shè)備焊接發(fā)展的重要因素。隨著NB/T 47014-2011的執(zhí)行[2]，承壓設(shè)備工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)逐步統(tǒng)一。承壓設(shè)備的各項(xiàng)焊接工藝評(píng)定都要求按照NB/T 47014-2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期以來(lái)按各種標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)[3-8]。英國(guó)焊接研究所的WeldSpecTM 4.3集成了ASMEⅨ，EN 288，AWS D1.1標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)焊材選擇;美國(guó)WPSAmerica集成ASMEⅨ，AWS D1.1，D1.2，D1.3，D1.5，D1.6，D9.1，D17.1，實(shí)現(xiàn)焊接文件的管理及編制。國(guó)內(nèi)南京航空航天大學(xué)與南京維爾德智能科技公司合作開(kāi)發(fā)了基于AWSD1.1，NB/T47014，EN287的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊接工藝評(píng)定必要性判定和焊接工藝文件審核及會(huì)簽，在青島四方、振華港機(jī)等企業(yè)發(fā)揮了重要作用。

現(xiàn)有工藝評(píng)定系統(tǒng)一般針對(duì)特定企業(yè)設(shè)計(jì)，在符合標(biāo)準(zhǔn)條件下，文件格式、術(shù)語(yǔ)和工作流程可最大程度地滿足特定企業(yè)的需求，但是這種定制型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本高、周期長(zhǎng)。隨著承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一及軟件技術(shù)的發(fā)展，通用型系統(tǒng)成為可能。文中調(diào)研部分承壓設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，研究通用性功能，設(shè)計(jì)通用型承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)定位為通用型承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)，集焊接數(shù)據(jù)、焊接標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)于一身，并結(jié)合企業(yè)流程化管理思維，打造通用的企業(yè)焊接工藝評(píng)定與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)WPS及預(yù)焊接工藝規(guī)程（Preliminary Welding Procedure Specification，pWPS）設(shè)計(jì)與管理，焊接工藝評(píng)定報(bào)告（Welding procedure qualification record，PQR）管理，焊接工藝評(píng)定必要性判斷，坡口圖庫(kù)、工藝文件的日常審批流程等。

系統(tǒng)采用模塊化管理，根據(jù)需求分析將系統(tǒng)分為用戶(hù)管理、流程管理、我的工作、工藝管理和系統(tǒng)設(shè)置5個(gè)模塊，各模塊間既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)通過(guò)用戶(hù)管理和系統(tǒng)設(shè)置模塊明確各個(gè)用戶(hù)的權(quán)責(zé)范圍，通過(guò)流程管理、我的工作和工藝管理模塊之間的相互配合完成焊接工藝評(píng)定任務(wù)。

1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分，為系統(tǒng)所有功能提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)庫(kù)的質(zhì)量將直接影響系統(tǒng)的質(zhì)量，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，適應(yīng)未來(lái)系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。本系統(tǒng)結(jié)合NB/T 47014-2011標(biāo)準(zhǔn)和需求分析完成平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，包括母材數(shù)據(jù)庫(kù)、焊材數(shù)據(jù)庫(kù)、接頭數(shù)據(jù)庫(kù)、pWPS數(shù)據(jù)庫(kù)、PQR數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝卡數(shù)據(jù)庫(kù)。常用實(shí)體-聯(lián)系（Entity Relationship Diagram，E-R）圖表示數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程，系統(tǒng)E-R如圖1所示。其中矩形框?yàn)閿?shù)據(jù)實(shí)體，橢圓形框?yàn)閷傩裕庑慰驗(yàn)閷?duì)應(yīng)關(guān)系。

1.2 知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)設(shè)計(jì)

知識(shí)庫(kù)是系統(tǒng)的核心，知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量決定了系統(tǒng)的質(zhì)量和系統(tǒng)代替專(zhuān)家工作的能力。系統(tǒng)知識(shí)分為母材信息、焊材信息、焊接標(biāo)準(zhǔn)等清晰的顯性知識(shí)和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)、焊接工藝評(píng)定覆蓋規(guī)則等難以直接表示的隱性知識(shí)。其中顯性知識(shí)通常以人工方式或半自動(dòng)方式獲取并用邏輯表示法和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法表示，隱性知識(shí)常用半自動(dòng)方式和自動(dòng)方式獲取并用規(guī)則表示法表示，即if A，then B的形式表示。

知識(shí)利用則是利用推理機(jī)對(duì)焊接工藝評(píng)定必要性進(jìn)行判斷并實(shí)現(xiàn)工藝文件的編制，系統(tǒng)利用推理機(jī)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，生成WPS時(shí)需要遵循以下兩個(gè)規(guī)則：

（1）pWPS與 PQR匹配規(guī)則。制定新的pWPS時(shí)，若無(wú)支持的PQR，則需根據(jù)pWPS進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，生成PQR時(shí)需根據(jù)規(guī)則確定pWPS中數(shù)據(jù)如何在PQR中表示。

（2）PQR與WPS匹配規(guī)則。當(dāng)新工藝無(wú)法免除評(píng)定時(shí)需要進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)并生成PQR報(bào)告，此時(shí)需根據(jù)PQR及制定的匹配規(guī)則編制WPS。

推理機(jī)是根據(jù)承壓設(shè)備焊接實(shí)際操作設(shè)計(jì)的，如圖2所示。首先判斷是同種材料焊接還是異種材料焊接，同種母材則依次按照焊接方法、母材類(lèi)別、焊后熱處理類(lèi)別、預(yù)熱溫度、母材組別、填充金屬類(lèi)別和試件厚度順序搜索是否已有相應(yīng)PQR。異種材料焊接時(shí)首先搜索焊接方法、焊后熱處理類(lèi)別、預(yù)熱溫度，然后判斷母材是否為同類(lèi)別材料，若母材是同類(lèi)別材料或是Fe-1～Fe-5A的非同類(lèi)別材料，則只需搜索較高母材組別號(hào)，然后搜索填充金屬類(lèi)別、母材厚度，得到適用的PQR;否則兩種類(lèi)別下都應(yīng)有符合條件的PQR。滿足上述條件則無(wú)需進(jìn)行新的焊接工藝評(píng)定，直接利用推理出的PQR指導(dǎo)生產(chǎn)即可。其他情況則無(wú)法免除評(píng)定，需根據(jù)pWPS進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，生成PQR和WPS。

1.3 項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)

項(xiàng)目流程的總體設(shè)計(jì)思路是流程與具體工作相互獨(dú)立。流程可以自定義，而具體工作則是依據(jù)制定流程時(shí)的關(guān)聯(lián)項(xiàng)來(lái)確定。

在該模塊中，用戶(hù)可制定新流程、編輯流程和刪除流程。制定流程時(shí)，需要輸入流程名稱(chēng)、創(chuàng)建時(shí)間、每一步驟的名稱(chēng)、辦理時(shí)限、預(yù)警時(shí)間、預(yù)警信息和下一步，還需指定每個(gè)步驟的辦理人和知會(huì)人，即可自動(dòng)生成如圖3所示的流程步驟順序。

創(chuàng)建流程時(shí)需遵循以下規(guī)則：

（1）流程完整性：流程步驟必須封閉（例如：開(kāi)始→A;A→B;B→結(jié)束）;

（2）每個(gè)步驟至少指定一個(gè)辦理人。

系統(tǒng)采用用戶(hù)-角色-權(quán)限模型，系統(tǒng)一般默認(rèn)一個(gè)超級(jí)管理員，為普通用戶(hù)分配角色和指定權(quán)限，使其只能在職責(zé)范圍內(nèi)工作，也可避免無(wú)權(quán)限人員使用系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全性的同時(shí)保證不同用戶(hù)之間協(xié)同高效工作。

在項(xiàng)目流程中共有6種工作流程，即我可以發(fā)起的、我發(fā)起的、我的經(jīng)辦、我的待辦、知會(huì)我的和已結(jié)束的。工作流程即用戶(hù)具體的工作，主要包括pWPS、PQR和工藝卡管理。根據(jù)用戶(hù)角色、權(quán)限不同，可以操作的工作流程也各不相同，例如有的用戶(hù)只有編制pWPS的權(quán)限而無(wú)審批權(quán)限，有的用戶(hù)只有查看文件的權(quán)限而無(wú)刪除權(quán)限。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）結(jié)構(gòu)，如圖4所示。其中表示層是人機(jī)交互界面;業(yè)務(wù)層存儲(chǔ)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)運(yùn)算規(guī)則;數(shù)據(jù)層存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并定義數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及訪問(wèn)規(guī)則。B/S結(jié)構(gòu)在服務(wù)器中運(yùn)行，沒(méi)有客戶(hù)端，只要有操作系統(tǒng)和瀏覽器即可使用系統(tǒng)，維護(hù)和升級(jí)簡(jiǎn)單。

系統(tǒng)采用開(kāi)源的web框架SpringMVC+mybatis框架，mysql數(shù)據(jù)庫(kù)、java編程語(yǔ)言和面向?qū)ο蠹夹g(shù)。利用mybatis實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后端與mysql數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，簡(jiǎn)化代碼，提高運(yùn)行效率，便于修改SQL及獲取SQL執(zhí)行結(jié)果并將其轉(zhuǎn)化為java對(duì)象。MVC（即Model模型，View視圖和Controller控制器）將復(fù)雜的系統(tǒng)分成簡(jiǎn)單清晰的界面、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)三個(gè)部分，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)步驟，提高開(kāi)發(fā)效率，降低系統(tǒng)出錯(cuò)可能。

SpringMVC框架架構(gòu)如圖5所示。首先用戶(hù)發(fā)起請(qǐng)求，系統(tǒng)前端接收請(qǐng)求后根據(jù)url找到 Controller文件中的相應(yīng)方法并執(zhí)行該方法，若與系統(tǒng)后端無(wú)交互則直接返回ModelAndView至前端，否則逐步執(zhí)行service，map和dao中的方法直到從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出數(shù)據(jù)，此時(shí)返回Model數(shù)據(jù)至前端并對(duì)其進(jìn)行渲染。最后，將結(jié)果返回給用戶(hù)并在前端界面顯示。

2.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)流程管理，pWPS、PQR、WPS和工藝卡等工藝文件的管理和焊接工藝評(píng)定必要性判斷等功能。其中工藝卡包含封面、接頭列表、焊材列表、附件列表和工藝卡片等多種信息，因此以工藝卡樹(shù)形式存儲(chǔ)于系統(tǒng)中。

在流程中的工藝文件可以進(jìn)行附加到流程（選擇）、查看、添加、編輯、移至垃圾箱、永久刪除、生成副本等操作。其中，查看、添加和編輯操作都鏈接到工藝管理模塊進(jìn)行。只有定版的工藝文件可以生成副本，未在流程中并且未定版的WPS文件可以發(fā)送或共享給其他用戶(hù)。此外，用戶(hù)還可以自定義模板并將模板共享給其他用戶(hù)使用。還可對(duì)工藝文件導(dǎo)出、打印等操作，使系統(tǒng)中的工藝文件不斷更新。以工藝卡管理為例，其主界面如圖6所示。

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)中，企業(yè)積累了大量的工藝文件，針對(duì)一份新的pWPS，應(yīng)先判斷系統(tǒng)中是否有相應(yīng)的PQR或標(biāo)準(zhǔn)可以支撐這條pWPS，若有則無(wú)需進(jìn)行新的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，可直接生成正式的WPS用于指導(dǎo)生產(chǎn)，可免除不必要的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，大大減少了人力、物力和時(shí)間，節(jié)省成本并增加企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

而作為通用型承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)，遵循的標(biāo)準(zhǔn)為NB/T47014，參與判斷的元素包括：焊接方法、母材、試件厚度（包括板、管，其中管焊接只判斷管厚，無(wú)需判斷直徑）、焊縫金屬厚度、焊后熱處理制度、焊接位置（對(duì)接）、沖擊試驗(yàn)的沖擊功和溫度。母材不同進(jìn)行焊接工藝評(píng)定必要性判斷的步驟略有不同，主要分為普通情況、復(fù)合板、堆焊和換熱管或管板4種情況，下面以普通情況為例介紹系統(tǒng)如何進(jìn)行焊接工藝評(píng)定必要性判斷，其主界面如圖7所示。

用戶(hù)根據(jù)提示依次輸入母材牌號(hào)、母材厚度等信息后點(diǎn)擊“ 確定 ”按鈕，系統(tǒng)將把參數(shù)和已有PQR進(jìn)行對(duì)比分析，判斷是否有可覆蓋該條記錄的PQR，若有則將結(jié)果顯示在界面右側(cè)供用戶(hù)參考，若有多種焊接方法時(shí)，將會(huì)在界面右下方顯示推薦焊評(píng);若無(wú)PQR可覆蓋該條記錄，將建議用戶(hù)針對(duì)該pWPS進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

3 結(jié)論

（1）為彌補(bǔ)定制的焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高的不足，在統(tǒng)一的承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)NB/T47014-2011的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了通用型承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定系統(tǒng)。

（2）通過(guò)用戶(hù)管理和角色管理，系統(tǒng)可為企業(yè)中的不同人員分配與其職責(zé)相對(duì)應(yīng)的權(quán)限，同時(shí)還可按需要修改用戶(hù)角色及其相應(yīng)權(quán)限，使系統(tǒng)更加安全、靈活、高效。

（3）通過(guò)流程管理、我的工作和工藝管理模塊之間的相互配合，實(shí)現(xiàn)了焊接工藝評(píng)定工作的流程制定、評(píng)定項(xiàng)目的提出、焊接工藝評(píng)定必要性智能判定和焊接工藝規(guī)程的自動(dòng)生成。

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收稿日期：2020-10-09

作者簡(jiǎn)介：蒲 炯（1997—），女，碩士，主要從事焊接數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家系統(tǒng)、力學(xué)性能預(yù)測(cè)等方面的研究。E-mail：pujiong1997@126.com。

通訊作者：劉仁培，碩士生導(dǎo)師，主要從事焊接專(zhuān)家系統(tǒng)、焊接過(guò)程數(shù)值模擬與仿真等教研工作。E-mail：lrp_msc@nuaa.edu.cn。