試驗(yàn)機(jī)改裝材料庫(kù)的建設(shè)及應(yīng)用

摘要：本文基于管理和工程應(yīng)用兩個(gè)維度構(gòu)建了試驗(yàn)機(jī)改裝材料庫(kù)系統(tǒng)，創(chuàng)建材料庫(kù)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)維護(hù)規(guī)范準(zhǔn)則，用數(shù)字化方法實(shí)現(xiàn)了材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，形成改裝部材料信息儲(chǔ)備知識(shí)庫(kù)。結(jié)合MBD技術(shù)應(yīng)用，CATIA/VPM工具端定制化的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了MBD模型中的高效賦材和規(guī)范注釋，提升了選材整體業(yè)務(wù)流程執(zhí)行效率。

關(guān)鍵詞：改裝材料庫(kù)；MBD模型；高效賦材；標(biāo)準(zhǔn)化

前言

目前，數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資源庫(kù)作為飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)應(yīng)用資源，已成為航空各主機(jī)廠所保證數(shù)據(jù)源唯一性、正確性、規(guī)范性，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。同時(shí)，隨著三維實(shí)體模型及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品定義的MBD（Model Based Definition）技術(shù)在航空行業(yè)的應(yīng)用，技術(shù)注釋在MBD模型中的標(biāo)注規(guī)范性和效率也成為MBD技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。企業(yè)結(jié)合各自數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，利用標(biāo)準(zhǔn)化方法與規(guī)則，紛紛開展資源庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)建和二次開發(fā)應(yīng)用技術(shù)研究。

院改裝部現(xiàn)已在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用MBD技術(shù)，材料信息的應(yīng)用方式也從二維圖紙上的材料信息逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵贛BD數(shù)據(jù)集內(nèi)標(biāo)注材料信息。面對(duì)航空材料的快速發(fā)展，部門缺乏相應(yīng)的數(shù)字化系統(tǒng)支撐，設(shè)計(jì)員只能手動(dòng)翻閱材料資料、手動(dòng)錄入和維護(hù)MBD數(shù)據(jù)集的材料信息，導(dǎo)致選材效率低，材料數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理，維護(hù)的數(shù)據(jù)不能復(fù)用等問題。因此，改裝部急需基于院信息化平臺(tái)，定制開發(fā)材料設(shè)計(jì)資源庫(kù)，為材料信息的管理和應(yīng)用提供系統(tǒng)支撐，同時(shí)利用信息技術(shù)開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，提高材料應(yīng)用規(guī)范性與正確性，從而提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。

材料庫(kù)總體建設(shè)方案

目前，工程材料數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)思路是以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，采用B/S架構(gòu)和設(shè)計(jì)軟件接口相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。結(jié)合部門實(shí)際業(yè)務(wù)需求和現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)過程中充分借鑒行業(yè)其他主機(jī)廠所材料管理及使用的經(jīng)驗(yàn)，并充分考慮航空工業(yè)集團(tuán)公司統(tǒng)一架構(gòu)的建設(shè)思想，保證系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性?；诋?dāng)前院信息化平臺(tái)和設(shè)計(jì)端環(huán)境，改裝部材料庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含材料庫(kù)管理子系統(tǒng)和應(yīng)用子系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要分為以下六個(gè)部分：

一、系統(tǒng)功能管理層：是材料庫(kù)系統(tǒng)基礎(chǔ)功能的體現(xiàn)，是支撐整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行所不可缺少的一部分，包括用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、流程管理和符合國(guó)家安全保密要求的三員管理。

二、材料模型配置管理層：對(duì)材料庫(kù)數(shù)據(jù)的底層模型和數(shù)據(jù)分類的創(chuàng)建，以及知識(shí)庫(kù)模型配置、數(shù)據(jù)模板的創(chuàng)建等功能管理層，該管理層是材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)和先決條件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。

三、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理層：對(duì)材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和材料實(shí)例數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理，通過模板權(quán)限的分配和對(duì)材料數(shù)據(jù)的增、刪、改、審批、校對(duì)等功能，完成材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和材料實(shí)例數(shù)據(jù)的維護(hù)，并通過可視化分析模塊對(duì)材料庫(kù)中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)展示。該管理層是承接系統(tǒng)功能管理層和材料模型配置管理層的基礎(chǔ)，也是材料數(shù)據(jù)應(yīng)用層的基礎(chǔ)和先決條件。

四、材料數(shù)據(jù)應(yīng)用管理層：是對(duì)材料庫(kù)中材料實(shí)例數(shù)據(jù)的查詢展示及應(yīng)用、對(duì)型號(hào)所用材料的統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)品選材排序展示等應(yīng)用。該應(yīng)用層數(shù)據(jù)主要來(lái)源于材料數(shù)據(jù)管理層，并嵌入到CATIA/VPM設(shè)計(jì)環(huán)境應(yīng)用層中。

五、集成接口管理層：提供服務(wù)接口管理功能，可對(duì)接入系統(tǒng)的接口信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便數(shù)據(jù)分發(fā)與共享。本地接口管理可對(duì)材料庫(kù)系統(tǒng)自身對(duì)外暴露的接口信息進(jìn)行展示，方便其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用和數(shù)據(jù)接收，通過接口調(diào)用日志對(duì)接口被調(diào)用信息進(jìn)行記錄。

六、材料數(shù)據(jù)在CATIA環(huán)境下的應(yīng)用層：是CATIA/VPM設(shè)計(jì)端選材過程中對(duì)材料數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、展示等應(yīng)用；該應(yīng)用層是基于集成接口管理層和材料數(shù)據(jù)應(yīng)用層的基礎(chǔ)，并體現(xiàn)在CATIA/VPM設(shè)計(jì)環(huán)境中的數(shù)據(jù)交互應(yīng)用。

材料庫(kù)技術(shù)架構(gòu)遵循標(biāo)準(zhǔn)四層應(yīng)用架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)集成層、持久層、業(yè)務(wù)處理層、視圖層的分離，采用B/S架構(gòu)技術(shù)保證了系統(tǒng)的靈活性與安全性。支持集群方式網(wǎng)絡(luò)部署，提供高可用性支持，根據(jù)需要可增加服務(wù)器。同時(shí)采用集中服務(wù)器、集中應(yīng)用、集中網(wǎng)絡(luò)管理方式，能夠快速適應(yīng)海量數(shù)據(jù)處理的要求。

材料庫(kù)功能模塊設(shè)計(jì)方案

材料數(shù)據(jù)的構(gòu)建和基本管理設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)材料信息的數(shù)字化管理，首先需要根據(jù)材料數(shù)據(jù)特性對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化則需要對(duì)材料數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。參考《中國(guó)航空材料手冊(cè)》和《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》材料分冊(cè)以及幾型民用飛機(jī)的材料選用目錄，梳理試驗(yàn)機(jī)改裝常用材料。材料模型分類下創(chuàng)建金屬材料數(shù)據(jù)模型、非金屬材料數(shù)據(jù)模型、工藝材料數(shù)據(jù)模型，每個(gè)模型分類下再分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)分類，以樹形方式展示，實(shí)現(xiàn)材料數(shù)據(jù)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化表達(dá)。考慮到材料類別和牌號(hào)后續(xù)會(huì)發(fā)生變化的情況，設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料類別靈活配置的要求，即系統(tǒng)管理員可新建、修改或刪除任一材料分類和牌號(hào)信息。

針對(duì)每一項(xiàng)材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，采用配置的方式自定義材料的基本信息屬性和性能數(shù)據(jù)屬性，保證屬性定義的靈活性和擴(kuò)展性。同時(shí)，對(duì)材料性能數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行分組展示，如物理/化學(xué)性能、力學(xué)性能、拉伸性能、工藝性能等，實(shí)現(xiàn)材料信息展示的直觀性和結(jié)構(gòu)化，如圖2所示。

選取材料屬性信息中相對(duì)比較規(guī)范且范圍界定的數(shù)據(jù)，如計(jì)量單位、材料品種、品種代號(hào)等，作為數(shù)據(jù)字典進(jìn)行管理維護(hù)，從而提高此類數(shù)據(jù)信息的規(guī)范性。為了便于數(shù)據(jù)維護(hù)和應(yīng)用，設(shè)計(jì)支持材料數(shù)據(jù)的批量附碼和導(dǎo)入導(dǎo)出，針對(duì)圖片、文件、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行附件維護(hù)管理。通過自定義流程配置，使材料申請(qǐng)、修訂或停用過程中完成線上審批工作，記錄材料狀態(tài)變化過程中的審批信息。

同時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)材料信息統(tǒng)計(jì)分析功能，從數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)增量等維度以圖表形式展示材料數(shù)據(jù)的數(shù)量變化，便于直觀獲取新入庫(kù)材料等信息。通過配置質(zhì)量規(guī)則對(duì)入庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范約束，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)可對(duì)相同數(shù)據(jù)模型中的材料信息進(jìn)行多條件篩選查詢，并進(jìn)行相似數(shù)據(jù)檢索，提升選材效率。

為使材料數(shù)據(jù)更好地應(yīng)用于MBD模型，同時(shí)便于選材時(shí)瀏覽、相似數(shù)據(jù)查詢和對(duì)比分析，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)部門實(shí)際業(yè)務(wù)需求，選取重點(diǎn)關(guān)注的材料屬性信息，如基本信息、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用范圍、適用機(jī)型等，采用從材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中直接引用相關(guān)屬性信息生成材料實(shí)例數(shù)據(jù)的方式，保證了材料庫(kù)數(shù)據(jù)源的唯一性。對(duì)于每項(xiàng)實(shí)例數(shù)據(jù)只需維護(hù)材料規(guī)格屬性信息即可，大大提高材料實(shí)例信息維護(hù)效率。

材料數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理設(shè)計(jì)

材料庫(kù)應(yīng)用管理功能主要包括型號(hào)選材目錄配置、產(chǎn)品選材統(tǒng)計(jì)功能。型號(hào)選材目錄配置功能對(duì)型號(hào)信息進(jìn)行維護(hù)，針對(duì)每個(gè)型號(hào)配置可選的材料實(shí)例選用目錄，供設(shè)計(jì)員選材，并提供快速檢索、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。產(chǎn)品選材統(tǒng)計(jì)功能通過CATIA/ VPM客戶端集成實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄設(shè)計(jì)員在CATIA選材頁(yè)面對(duì)材料實(shí)例數(shù)據(jù)的選擇次數(shù)，并根據(jù)材料實(shí)例的選擇次數(shù)對(duì)實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行從高到低的默認(rèn)排序展示。實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)機(jī)改裝過程中材料數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理，積累和重用了飛機(jī)型號(hào)材料應(yīng)用知識(shí)，使設(shè)計(jì)員在進(jìn)行選材時(shí)能夠充分借鑒已有型號(hào)的材料選用情況，進(jìn)行材料的快速選擇和重用。

材料數(shù)據(jù)在CATIA/VPM環(huán)境下的應(yīng)用

基于CAA進(jìn)行CATIA/VPM設(shè)計(jì)環(huán)境下的二次定制化開發(fā)，常用設(shè)計(jì)軟件中的材料信息與材料庫(kù)管理系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)自同一數(shù)據(jù)源，既可以實(shí)現(xiàn)選材數(shù)據(jù)的及時(shí)更新，又可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和追溯。在CATIA/ VPM客戶端嵌入“選材”工具條，實(shí)現(xiàn)快速跳轉(zhuǎn)選材頁(yè)面功能。選材頁(yè)面具備多條件檢索查詢功能，也可根據(jù)型號(hào)選材目錄進(jìn)行檢索。

數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資源庫(kù)建設(shè)是越來(lái)越多主機(jī)廠所和設(shè)計(jì)部門實(shí)現(xiàn)建模規(guī)范性、準(zhǔn)確性以及數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵因素。本文針對(duì)試驗(yàn)機(jī)改裝材料庫(kù)的建設(shè)，從管理和應(yīng)用兩個(gè)維度開展系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，創(chuàng)建材料庫(kù)數(shù)據(jù)模型和維護(hù)規(guī)范，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，形成了部門特有的材料信息儲(chǔ)備知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。通過CATIA/VPM環(huán)境下的集成應(yīng)用設(shè)計(jì)，提高材料的優(yōu)選和復(fù)選效率，用數(shù)字化方法加強(qiáng)了設(shè)計(jì)階段的選材統(tǒng)一控制，為后續(xù)部門數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資源庫(kù)的建設(shè)和集成奠定了良好基礎(chǔ)。