一、引言
在整个生产过程中，工艺工作贯穿其中。工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等，甚至还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约，其中的任何一个因素发生变化，都可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺设计是企业生产活动中最活跃的因素，工艺设计对其使用环境的依赖就必然导致工艺设计的动态性和经验性。传统的工艺设计都是由人工来进行的，这就不可避免地存在以下一些缺点：
（1）对工艺设计人员要求高
传统的工艺设计是由工艺人员手工进行设计的，工艺文件的合理性、可操作性以及
编制时间的长短主要取决于工艺人员的经验和熟练程度。这样就不可避免地会导致工艺文件的设计周期和质量不易保证。因此，传统的工艺设计要求工艺人员具有丰富的生产经验。
（2）工作量大，效率低下
工艺设计需要生成大量的工艺文件，这些工艺文件多以表格、卡片的形式存在。手工进行工艺规程设计一般要经过以下步骤：由工艺人员按零件设计工艺过程；填写工艺卡片、绘制工序草图等；校对；审核；眷写、描图；晒图；装订成册。另外，工艺人员还要进行大量的汇总工作，如：工装汇总、设备汇总等。这些工作的工作量很大，需要花费很长时间。
（3）无法利用CAD的图形、数据
随着国家科委"甩图板工程"的实施，二维CAD技术在企业中的应用已很普及，各部门之间通过电子图档进行交流，然而由于工艺设计部门仍采用人工方式进行设计，这样就无法有效利用CAD的图形及数据。
（4）难以保证数据的准确性
工艺设计需要处理大量的图形信息、数据信息，并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺数据；传统的设计方式需要人工处理图形及数据信息，由于数据繁多且很分散，因此处理起来繁琐、易出错。
（5）信息不能共享
随着企业计算机应用的深入，各部门所产生的数据可以通过计算机进行数据交流和共享，如果工艺部门仍采用手工方式，其他部门的数据就只能通过手工查询，工作效率低且易出错；所产生的工艺数据也无法方便地与其他部门进行交流和共享。
目前，计算机技术的应用已深入到工厂企业的各个领域，在进行工艺设计时，如应用计算机进行工艺的设计，必然大大提高工艺部门的工作效率、工作质量，提高信息处理能力和企业各部门间信息的交流能力。特别是应用了CAPP以后，即计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning),它通常指机械产品零件制造工艺过程的计算机辅助设计与文档编制，将缩短设计周期，对修改和变更设计能快速作出响应；工艺人员的经验能够得到充分的积累和继承；减小编制工艺文件的工作量和产生错误的可能性并为建立计算机制造系统打下基础[2]。
在过去的几十年中，已经有一些研究者利用AI和知识基系统的方法来解决焊接过程的工艺设计问题，已经建立起了一些原型系统。专家系统将人类专家的知识和经验以知识库的形式存入计算机，并模仿人类专家解决问题的方法和思维过程，利用这些知识和经验对现实中的问题作出判断和决策。专家系统可以利用知识库中的知识指导试验设计、数值模拟、结果解释、选择合理的优化方法并推荐迭代初值等，从而减少试验次数或迭代次数，提高优化准确度，降低成本。反之，试验与模拟优化结果又进一步丰富了专家系统的知识，使其功能更加强大[12]。
基于以上各因素的考虑，利用 Microsoft Access制作了这个“焊接工艺设计及缺陷分析数据库系统”。它虽然不是真正意义上的CAPP系统，但它作为一个小巧的软件，能够提供一般的工艺设计中的许多重要知识，可以使工艺人员从繁琐重复的事务性工作中解脱出来，迅速编制出完整而详尽的工艺文件，缩短生产准备周期，提高产品制造质量，进而缩短整个产品的开发周期。从根本上改变工艺过程设计的'个体'劳动与'手工'劳动性质，提高工艺设计质量，并为制定先进合理的工时定额，改善企业管理提供科学依据；实现了工艺过程的规范化、标准化与优化。
二、设计软件介绍
2.1 Microsoft Access[8]
Microsoft Access是一种采用关系结构的数据库管理系统，它具备一般数据库管理系统所拥有的功能，从而具有易学易用的特性，使它成为最适合的数据库入门软件。相对于其他大型数据库管理系统，包括Microsoft SQL Server、Oracle、Sybase、Informix等，Microsoft Access提供了一个经济实惠的解决方案。它不但在价格上比其他系统便宜许多，而且“麻雀虽小、五脏俱全”，您想到的功能它通通都有，因此十分适合用来开发小型的数据库应用系统。
在Access数据库中包含7种数据库对象，分别是“表”、“查询”、“窗体”、“报表”、“页”、“宏”、“模块”，以下将分别介绍这7种数据库对象在Access数据库中所扮演的角色。
（1）表
表是特定主题的数据集合，例如“产品”表中包含所有产品的记录以及每个产品的属性描述。除了浏览表中的数据之外，在Access表的“设汁视图”中，您既可以从头开始创建整个表，也可以添加、删除或自定义表中已有的字段。
（2）查询
查询可以按照不同的方式查看、更改和分析数据。查询的基础为SQL命令，它是关系数据库用来查询数据的操作语言。通过它来结合数个表，并可根据特定条件找出相关的数据。
（3）窗体
在Access数据库中窗体是一种数据库对象，主要用来输入或显示数据库中的数据。Access提供了窗体的功能，运用操作便利的窗口界面设计，让不熟悉Access的用户也能轻易上手。
每个窗体都是一个操作界面，其中包含称为控件的图形对象，可建立窗体及其记录源之间的连接。控件包括文本框、复选框、命令按钮等。根据不同的数据类型，可以用适当的控件供用户输入。窗体的建立可通过Access内置的窗体向导或手动的方式来完成。
（4）报表
报表是以打印格式展示数据的一种有效方式。因为用户能够控制报表上所有内容的大小和外观，所以可以按照所需的方式显示要查看的信息。
（5）页
页是应用在互联网上的Web网页。页的使用与窗体的使用相当类似，您可以查看、输入、编辑和删除数据库中的数据，即使是在Internet或Intranet上也能更新或查看数据。
（6）宏
宏是用来自动执行的一个操作或一组操作的集合。例如打开窗休或打印报表的宏命令。宏能替您自动执行一般工作。宏可以是一连串的宏指令构成，也可以是宏组。
（7）模块
模块基本上是由声明、语句和过程组成的集合，它们作为—个已命名的单元存储在一起，对Microsoft Visual Basic代码进行组织。模块是将Visual Basic 声明和过程作为一个单元进行存储的集合。模块可分为两种基本类型：类模块与标准模块。
三、整体设计思路
3.1 基于知识的焊接特征分类[12]
材料、型材或零件连接成零件或机器部件的方式有机械连接、物理化学连接和冶金连接（焊接）三类。这些连接成形技术在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天及各种尖端科学技术中发挥着积极的作用。
机械连接是指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程。物理和化学连接是用粘胶或钎料通过毛细作用、分子间扩散及化学反应等作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程，通常指针焊、封接和胶接三类。冶金连接即焊接是通过加热或加压（或两者并用）使两个金属分离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。
冶金连接（焊接）是目前应用极为广泛的材料连接方法。它具有以下优点：节省材料，减轻结构重量；接头的密封性好，可承受高压；加工与装配工序简单，可缩短加工周期；易于实现机械化和自动化生产，提高生产率及产品质量。但焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件会产生焊接应力和变形，因此，必须采取一定的工艺措施予以防止。
金属材料的冶金连接（焊接）分类如下所示：
电弧焊
电渣焊
熔焊连接 电子束焊
激光焊
等离子弧焊
冶金连接（焊接） 电子焊
摩擦焊
超声波焊
压焊连接 爆炸焊
扩散焊
高频焊
3.2 焊接成形常见缺陷
本文所描述的工件焊后在接头处存留下来的不完整性称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。这些缺陷会减少焊缝截面，降低承载能力；产生应力集中，引起裂纹，降低疲劳强度，易引起构件破裂而导致脆断。
3.3 焊接成形方法的选择
焊接成形方法的选择应充分考虑材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短、生产批量质量等因素，并结合各种焊接方法的特点和应用范围来确定。基本原则是：在保证产品质量的前提下，优先选用常用的焊接方法；生产批量较大时，要考虑提高生产率和降低成本等。
3.3 焊接工艺参数的选择
焊接工艺参数主要包括焊接接头形式、板厚、焊丝直径、焊接电流、电弧电压、送丝速度、焊接速度等。不同的焊接方法所选择的工艺参数有所不同。
3.4 对应模块的建立[12]
根据生产中最常用的焊接过程，把所设计的这个数据库系统划分为三个主要的模块，分别是焊接缺陷及原因分析模块、焊接成形方法的选择模块、焊接工艺参数的选择模块。如下图所示。
四、数据库的建立
4.1 创建数据库[8]
数据库是进行数据处理的基础，它不仅保存了所有的静态数据，更是为动态的数据处理带来了极大的方便。一个设计合理的数据库，不仅使人获得有用的信息，更使数据库管理人员管理其中的数据来极其方便、快捷。因此创建数据库就成为数据库处理中的重要一步。
Access提供了多种数据库模板这些模板涉及范围广，应用广泛。先创建了一个空数据库然后通过使用设计器创建表。表是Access存储数据极其相关信息的一种方式，表中的数据是以一种分类的方式进行存储。由于焊接工艺数据参数多是以表格的形式显示，且数据庞大，类型众多，故数据表的创建是首要的一步。
五、设计总结
焊接工艺设计是焊接过程的一个重要环节，对焊接产品质量和焊件的制造成本、质量都具有重要影响。正是因为如此，本设计的目的之一就是使设计人员可以方便快捷的查询到焊接工艺的相关参数，缩短工艺设计周期，使工艺方按制定速度快。本系统通过对焊接方法进行分类，对其工艺设计所需的工艺参数进行归类、整理然后合为一个整体，在此基础上使用者可以较快的查到设计所需的数据，能够轻松引用大量的焊接知识和相关数据。使用它可以省去一边设计一边翻书的烦恼。
这次设计使我们对焊接技术特别是焊接工艺设计的各种工艺数据有了一个较全面的了解和熟悉，巩固了所学过的知识，在实际应用方面也有一定提高。团队合作的重要性也是我在这次设计中得到的重要认识，一项优秀的设计需要许多人的努力协作与配合，一个人单枪匹马很难成就大事，团队精神应当为每个设计人员所牢记。另外一个大的收获是学到了本专业以外的没涉及的知识如Access数据库、Visual Basic的应用使我们的知识面得到扩充，计算机的使用可以帮助我们更快、更好的完成设计，对于计算机技术的学习也应成为我们的一个方向。这次设计还让我们深刻的领会到计算机在焊接领域的应用范围不断扩大，使得焊接技术突破了许多传统的设计与制造技术的限制，应用前景广阔。焊接技术与计算机技术的紧密结合代表着该领域未来的发展方向。
由于我们在知识和经验的储备上准备不够充分，而且是在设计之初才开始学习。所以对很多特性没能深入了解和学习，许多编程语言没能很好的使用，致使设计出的系统还比较简单，只能实现一些基本的功能。另外我们也缺少实际的工作经验，所以对于实际生产中冲模设计到底需要查询哪些数据还有些模糊，在建立数据库的过程中肯定还有不完善的地方。虽然如此，但相信我们所做的工作还是很有应用前景，通过对其进行大的改进，例如增加一些功能强大的模块以实现较复杂的查询。还可以对现有的焊接工艺数据库增加内容，使其涵盖的数据面更广，以应付更广阔的需要。另外还可以在其完善后作为计算机辅助工艺设计（CAPP）的一个模块。
参考文献
[1] 阮雪榆等．中国模具工业和技术的发展[J]．模具技术，200l.
[2] 李新城．材料成形学 [J]．北京：机械工业出版社，2000.
[3] 师昌绪等．21世纪表面工程的发展趋势[L].中国表面工程，2001.
[4] M.tisza. Expret systems for metal forming. J. Mater. Process. Technol., 1995,53:423~432.
[5] K. OSAKADA,etc. Expert system for cold forging process based on FEM simulation. Ann. CIRP,1990.
[6] Hong-Seok Kim,Yong-Taek IM. Expert syetem for muff-stage cold-forging process design with are-designing algorithm. J. Mater. Process. Technol. ,1995,54:271~289.
[7] K. Osakada,G. yand. Application of neural network to expert system for cold forging. Int. Mach.Tools Manuf. ,1991.
[8] 东名、吴名月．Access 2002 数据库管理实务．北京：人民邮电出版社，2002．
[9] 龚沛曾， 陆慰民， 杨志强.Visual Basic 6.0程序设计教程（6.0版），北京： 高等教育出版社，2000.
[10] 周雄辉等．现代模具设计制造理论与技术[M]．上海：上海交通大学出版社，2000．
[11] 肖详芷，王孝陪.中国模具设计大典.北京：江西科学技术出版社，2003.
[12] 陈祝年，焊接工程师手册。北京：机械工业出版社，2002
[13] 陈平昌，材料成形原理。北京：机械工业出版社，2001
[14] 周雄辉，彭颖红．现代模具设计制造理论与技术[M]．上海：上海交通大学出版社，2000．
[15] 肖景容，姜奎华．冲压工艺学[M]．北京：机械工业出版社，1992．
[16] 卢 毅. Visual Basic 6.0数据库设计实例导航.北京：科学出版社，2001.
[17] [18] 谭小丹，刘国庆，李光明. Visual Basic 6.0数据库编程思想与实践. 北京：冶金工业出版社，2002.
作者简介：王春伟（1964- ），广西博白人，硕士，副教授，主要从事模具设计、材料品质及过程控制研究工作。
注：本文为广西大学创新实践资助项目。项目编号：校创新200405号
6/20/2005
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