航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)研究與開發(fā)

賈忠寧，周來水，衛(wèi) 煒，胡家喜

JIA Zhong-ning, ZHOU Lai-shui, WEI Wei, HU Jia-xi

（南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 南京 210016）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)研究與開發(fā)

Research & development on information management of tooling rapid design for aircraft engines

賈忠寧，周來水，衛(wèi) 煒，胡家喜

JIA Zhong-ning, ZHOU Lai-shui, WEI Wei, HU Jia-xi

（南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 南京 210016）

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造過程中用到的工藝裝備品種數(shù)量多，這些工裝直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的制造質(zhì)量、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期和經(jīng)濟(jì)效益。因此本文主要針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)在工裝設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，根據(jù)已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)等，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫作為后臺(tái)支撐數(shù)據(jù)庫，研究并開發(fā)了一個(gè)與UG NX無縫集成的工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；工裝設(shè)計(jì)；信息管理；快速設(shè)計(jì)

0 引言

在經(jīng)濟(jì)全球化不斷加劇的今天，制造企業(yè)面臨越來越激烈的市場競爭，如何加強(qiáng)管理，提高效率，迅速研發(fā)出滿足市場需求的產(chǎn)品，是每個(gè)企業(yè)必須解決的實(shí)際問題。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程中，特別是成批生產(chǎn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求高、相互間又有協(xié)調(diào)關(guān)系，因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造過程中不得不采用大量的工藝裝備（以下簡稱工裝）。工裝用于對(duì)工件進(jìn)行加工成形、裝配安裝、測量檢查，以及在工裝之間進(jìn)行協(xié)調(diào)移形。工裝對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)零件、部件的質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度有著重大的影響。工裝的設(shè)計(jì)與制造需要占用很多的人力和很長的周期（一般約占發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)周期的三分之一），因此發(fā)動(dòng)機(jī)的制造質(zhì)量和周期很大程度上依賴于工裝的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和周期，工裝的快速設(shè)計(jì)已經(jīng)成為我國航空企業(yè)亟待解決的問題之一[1]。

然而按照航空發(fā)動(dòng)機(jī)以往的準(zhǔn)備過程，每當(dāng)設(shè)計(jì)出一個(gè)新產(chǎn)品的圖紙，產(chǎn)品工藝制定和工裝設(shè)計(jì)是同時(shí)進(jìn)行的。工裝設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的工裝時(shí)，由于老產(chǎn)品相關(guān)的工裝信息資料沒有有效的進(jìn)行整理與歸納，不便于檢索，也就不便于重用和借鑒，往往是對(duì)每一套新產(chǎn)品都設(shè)計(jì)一套相應(yīng)的工裝，導(dǎo)致工裝設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)，工裝設(shè)計(jì)周期的增長，工裝技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間長，工裝利用率低，成本增加。因而開發(fā)一種適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝設(shè)計(jì)時(shí)有效的信息管理系統(tǒng)勢在必行。

本文主要采用數(shù)字化的手段，將工裝設(shè)計(jì)過程中的各類信息，包括數(shù)量眾多的三維模型、與三維模型對(duì)應(yīng)的二維工程圖和JT模型、以往的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)信息、專家知識(shí)信息等進(jìn)行有效的組織與管理，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，便于設(shè)計(jì)人員查看調(diào)閱，提高效率、縮短工裝的設(shè)計(jì)周期，研究并開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)是基于NX6.0，采用Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)的。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

1）可靠性。數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)更新以達(dá)到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的要求，同時(shí)數(shù)據(jù)庫應(yīng)有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力和處理突發(fā)事件的能力，從而保證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)操作達(dá)到完整性要求。

2）實(shí)用性。系統(tǒng)應(yīng)易于數(shù)據(jù)更新、便于數(shù)據(jù)管理、使用和升級(jí)，要有良好的用戶界面便于用戶操作使用。

3）安全性。由于數(shù)據(jù)要求保密性很高，所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要非常注意數(shù)據(jù)的安全性問題。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)模式

C/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，是由美國的Borland公司最早開發(fā)的。系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)主要考慮它有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

1）服務(wù)器處理任務(wù)相對(duì)較輕。可以充分利用客戶端和服務(wù)器兩端的硬件環(huán)境的優(yōu)勢，把任務(wù)合理的分配到客戶端和服務(wù)器端，降低了系統(tǒng)的通訊成本；

2）數(shù)據(jù)集中管理分散使用，保證了數(shù)據(jù)的完整性和安全性；網(wǎng)絡(luò)中的各類計(jì)算機(jī)同時(shí)協(xié)調(diào)工作并分布處理，效率很高；

3）數(shù)據(jù)庫與客戶端程序無關(guān)，因?yàn)榭蛻羰峭ㄟ^SQL語言訪問數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，在體系下，零件數(shù)據(jù)庫不是真正的公共倉庫，它可以受到獨(dú)立的專門管理[1]；

4）安全性問題。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是在局域網(wǎng)內(nèi)使用，客戶端是被專人，特定位置使用的，系統(tǒng)安全性由C/S結(jié)構(gòu)是可以得到足夠的保證的。

工裝設(shè)計(jì)部門的網(wǎng)絡(luò)常常需要傳遞大量的圖形、圖像文件等，它主要以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般為星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般采用C/S模式的體系結(jié)構(gòu)，使得用戶可以共享數(shù)據(jù)資源。航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)要適用于局域網(wǎng)中協(xié)同設(shè)計(jì)的需要，必須具有一個(gè)開放靈活的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。C/S結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)分為兩層結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器承擔(dān)數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)調(diào)度、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)檢索等任務(wù)，客戶端承擔(dān)數(shù)據(jù)處理任務(wù)。本系統(tǒng)由于一些設(shè)計(jì)參數(shù)、模型等具有很高的保密性要求，要求系統(tǒng)具有較高的安全性。鑒于以上考慮，本系統(tǒng)采用兩層C/S模式的體系結(jié)構(gòu)[2]。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)邏輯上分為三層：數(shù)據(jù)層、邏輯層和應(yīng)用層（或表示層），邏輯層和應(yīng)用層組成客戶端，其體系結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

該系統(tǒng)將模型庫所需的巨大物理空間集中存儲(chǔ)在服務(wù)器端，便于用戶按需查詢、訪問和調(diào)用模型，同時(shí)提供開發(fā)數(shù)據(jù)接口，允許用戶將自己的模板和組件模型及其相關(guān)的說明信息加入到數(shù)據(jù)倉庫中。模型庫提供可以驅(qū)動(dòng)的實(shí)體模型，相關(guān)信息庫提供模板和組件的預(yù)覽圖片庫、其三維JT預(yù)覽模型及相關(guān)的說明信息（例如HTML、Word等信息），便于工裝設(shè)計(jì)人員更好的了解模板和組件模型。如果模型庫中沒有滿足現(xiàn)有產(chǎn)品的工裝結(jié)構(gòu)，工裝設(shè)計(jì)人員可以加入相應(yīng)的工裝結(jié)構(gòu)及其相關(guān)信息，對(duì)存在錯(cuò)誤的模型及信息工裝設(shè)計(jì)人員也可以進(jìn)行修改，將這些修改好的模型等存入數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)庫得到良好的擴(kuò)展和利用。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)原理圖

1）數(shù)據(jù)層：主要指飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工裝模型庫及其相關(guān)信息的服務(wù)器端，封裝了一些模型的主要參數(shù)、工程信息和模型庫。

2）邏輯層：封裝了該系統(tǒng)各功能模塊，包括模型及相關(guān)信息的管理模塊，檢索與調(diào)用模塊，用戶管理模塊及一些相關(guān)的輔助工具等。模型及相關(guān)信息檢索與調(diào)用模塊按照工裝設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行模型的檢索與篩選，最后到調(diào)用所需模型的用戶界面；該模塊采用ADO訪問服務(wù)器的模型庫，獲得并顯示模型的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，通過檢索，獲得具有一定結(jié)構(gòu)形式的工裝模板模型并顯示其相關(guān)的輔助信息，用戶確定某個(gè)模型后即可以復(fù)制克隆該模板，修改參數(shù)后與現(xiàn)有設(shè)計(jì)工裝進(jìn)行裝配。模型信息管理模塊包括模型及其相關(guān)信息的添加、編輯、刪除和修改，該模塊也是通過ADO對(duì)服務(wù)器的模型信息庫進(jìn)行讀寫的。

3）應(yīng)用層：在CAD系統(tǒng)的交互界面中實(shí)現(xiàn)模型信息庫的各功能。

1.4 系統(tǒng)功能模塊

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)主要由后臺(tái)工裝設(shè)計(jì)信息庫和前臺(tái)信息瀏覽模塊、信息系統(tǒng)管理模塊、用戶管理模塊和打印輸出模塊組成，如圖2所示。該系統(tǒng)與三維CAD/CAM/CAE軟件NX6.0實(shí)現(xiàn)了無縫集成，能更好的滿足工裝設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)相關(guān)信息的管理、檢索與查看。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

1.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

為了達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的，本系統(tǒng)采用Oracle 10g這種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫作為模型工程圖及其相關(guān)信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。采用Oracle數(shù)據(jù)庫主要是基于以下三個(gè)方面，

1）工裝設(shè)計(jì)的模型及其工程圖要求在選擇數(shù)據(jù)庫時(shí)要考慮數(shù)據(jù)庫的安全性、開發(fā)的靈活性及易用性；

2）數(shù)據(jù)庫安全是計(jì)算機(jī)安全的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全保護(hù)措施是否有效已成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)之一，而Oracle 10g在安全性方面有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)[3]；

3）用Oracle 10g作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在支持應(yīng)用方面有極大的靈活性，能夠?yàn)槎喾N應(yīng)用多用戶操作提供良好的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫與客戶端的關(guān)聯(lián)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)采用Microsoft數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序開發(fā)的新型數(shù)據(jù)訪問接口——ADO（ActiveX Data Object）技術(shù)，具體實(shí)現(xiàn)為Automation，ADO技術(shù)是建立在OLE DB之上的更高層、更方便的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)。系統(tǒng)采用通用的數(shù)據(jù)庫連接文件UDL(Universal Data Link)來創(chuàng)建ADO連接，可視化地定義要連接的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問的方便明了[4]。本系統(tǒng)使用GZ.udl文件來創(chuàng)建ADO連接，具體方法如下：

這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，無論數(shù)據(jù)源如何變化，無需更改程序，只要打開udl更改其中的數(shù)據(jù)源、用戶名和密碼，系統(tǒng)即可重新連接新的數(shù)據(jù)庫，用戶操作方便快捷。

2.2 系統(tǒng)安全

航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系到國家航空事業(yè)的發(fā)展，是國家的機(jī)密數(shù)據(jù)，必須要有很強(qiáng)的保密性和安全性。整個(gè)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)從兩個(gè)方面考慮，一是網(wǎng)絡(luò)安全，二是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全。網(wǎng)絡(luò)安全采用IP地址訪問限制和集成Windows身份驗(yàn)證兩套安全體系。登錄本系統(tǒng)需要通過三道驗(yàn)證關(guān)卡：首先要求用戶計(jì)算機(jī)的IP地址必須要在系統(tǒng)指定的IP地址段內(nèi)；然后還要通過Windows身份驗(yàn)證；最后輸入系統(tǒng)的授權(quán)用戶密碼才可以進(jìn)入系統(tǒng)。三道防線能夠確保系統(tǒng)的訪問安全。在數(shù)據(jù)安全方面，通過建立完善的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，實(shí)施每天數(shù)據(jù)自動(dòng)備份、每周數(shù)據(jù)自動(dòng)備份和全年數(shù)據(jù)備份，確保數(shù)據(jù)信息不被丟失。這樣保證了整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)的安全與穩(wěn)健。

3 結(jié)束語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)快速設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)由一臺(tái)服務(wù)器和若干普通電腦客戶端組成，采用Client/Server體系結(jié)構(gòu)，通過企業(yè)局域網(wǎng)連接，開放性好，易于擴(kuò)充和維護(hù)。

該系統(tǒng)以NX6.0為基礎(chǔ)并實(shí)現(xiàn)了無縫集成，功能完善，操作簡單，界面友好，信息形式多樣，并且包括了發(fā)動(dòng)機(jī)工藝裝備設(shè)計(jì)的相關(guān)信息，用戶能快速的瀏覽查看信息。本系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于某航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)，給工藝裝備設(shè)計(jì)人員提供了很好的幫助，提高了設(shè)計(jì)效率，減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)量。

[1] 劉洪.飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)探討[J].航空制造技術(shù),2006(12):69-71.

[2] 吳斌.基于Pro/E平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)件庫系統(tǒng)研究及管理工具開發(fā)[D].武漢:華中科技大學(xué),2004.

[3] James Perry,Gerald Post.Oracle基礎(chǔ)教程[M].北京:人們郵電出版社,2008.

[4] 張虹,周來水.飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件工裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國制造業(yè)信息化,2007,36(15):16-19.

[5] 黃翔,李迎光.UG應(yīng)用開發(fā)教程與實(shí)例精解[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005:102.

TP391.72

A

1009-0134(2010)11(下)-0007-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).03

2010-09-13

賈忠寧（1983 -），男，河北衡水人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造。