航空发动机工装快速设计信息管理系统研究与开发

2010-04-11贾忠宁周来水胡家喜

制造业自动化 2010年13期

关键词：信息管理系统工装航空

贾忠宁，周来水，卫炜，胡家喜

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

（南京航空航天大学机电学院，南京 210016）

航空发动机工装快速设计信息管理系统研究与开发

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

贾忠宁，周来水，卫炜，胡家喜

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

（南京航空航天大学机电学院，南京 210016）

飞机发动机制造过程中用到的工艺装备品种数量多，这些工装直接影响到发动机的制造质量、生产成本、生产周期和经济效益。因此本文主要针对航空发动机制造企业在工装设计过程中遇到的问题，根据已有的设计经验、发动机工艺装备设计手册等，以Oracle数据库作为后台支撑数据库，研究并开发了一个与UG NX无缝集成的工装快速设计信息管理系统。

航空发动机；工装设计；信息管理；快速设计

0 引言

在经济全球化不断加剧的今天，制造企业面临越来越激烈的市场竞争，如何加强管理，提高效率，迅速研发出满足市场需求的产品，是每个企业必须解决的实际问题。

在航空发动机研发过程中，特别是成批生产中，发动机零部件多、结构复杂、要求高、相互间又有协调关系，因此在航空发动机的制造过程中不得不采用大量的工艺装备（以下简称工装）。工装用于对工件进行加工成形、装配安装、测量检查，以及在工装之间进行协调移形。工装对保证发动机零件、部件的质量，提高劳动生产率和减轻工人劳动强度有着重大的影响。工装的设计与制造需要占用很多的人力和很长的周期（一般约占发动机研发周期的三分之一），因此发动机的制造质量和周期很大程度上依赖于工装的设计制造质量和周期，工装的快速设计已经成为我国航空企业亟待解决的问题之一[1]。

然而按照航空发动机以往的准备过程，每当设计出一个新产品的图纸，产品工艺制定和工装设计是同时进行的。工装设计人员设计新产品的工装时，由于老产品相关的工装信息资料没有有效的进行整理与归纳，不便于检索，也就不便于重用和借鉴，往往是对每一套新产品都设计一套相应的工装，导致工装设计人员的重复劳动，工装设计周期的增长，工装技术准备时间长，工装利用率低，成本增加。因而开发一种适合航空发动机工装设计时有效的信息管理系统势在必行。

本文主要采用数字化的手段，将工装设计过程中的各类信息，包括数量众多的三维模型、与三维模型对应的二维工程图和JT模型、以往的经验知识信息、专家知识信息等进行有效的组织与管理，形成一个统一的整体，便于设计人员查看调阅，提高效率、缩短工装的设计周期，研究并开发基于网络的航空发动机工装快速设计信息管理系统。

1 系统设计

航空发动机工装快速设计信息管理系统是基于NX6.0，采用Microsoft Visual C++ 6.0开发的。

1.1 系统设计的基本原则

1）可靠性。数据库中所有数据应及时更新以达到数据准确可靠的要求，同时数据库应有较强的容错能力和处理突发事件的能力，从而保证数据库中的数据操作达到完整性要求。

2）实用性。系统应易于数据更新、便于数据管理、使用和升级，要有良好的用户界面便于用户操作使用。

3）安全性。由于数据要求保密性很高，所以系统在设计时要非常注意数据的安全性问题。

1.2 系统开发模式

C/S系统结构即客户端/服务器结构，是由美国的Borland公司最早开发的。系统采用C/S结构主要考虑它有以下主要优点：

1）服务器处理任务相对较轻。可以充分利用客户端和服务器两端的硬件环境的优势，把任务合理的分配到客户端和服务器端，降低了系统的通讯成本；

2）数据集中管理分散使用，保证了数据的完整性和安全性；网络中的各类计算机同时协调工作并分布处理，效率很高；

3）数据库与客户端程序无关，因为客户是通过SQL语言访问数据库数据，在体系下，零件数据库不是真正的公共仓库，它可以受到独立的专门管理[1]；

4）安全性问题。因为该系统是在局域网内使用，客户端是被专人，特定位置使用的，系统安全性由C/S结构是可以得到足够的保证的。

工装设计部门的网络常常需要传递大量的图形、图像文件等，它主要以局域网为基础，拓扑结构一般为星型结构，网络结构一般采用C/S模式的体系结构，使得用户可以共享数据资源。航空发动机工装快速设计信息管理系统要适用于局域网中协同设计的需要，必须具有一个开放灵活的系统体系结构。C/S结构将数据库应用系统分为两层结构，数据库服务器承担数据维护、数据调度、数据安全、数据检索等任务，客户端承担数据处理任务。本系统由于一些设计参数、模型等具有很高的保密性要求，要求系统具有较高的安全性。鉴于以上考虑，本系统采用两层C/S模式的体系结构[2]。

1.3 系统结构

系统逻辑上分为三层：数据层、逻辑层和应用层（或表示层），逻辑层和应用层组成客户端，其体系结构框架如图1所示。

该系统将模型库所需的巨大物理空间集中存储在服务器端，便于用户按需查询、访问和调用模型，同时提供开发数据接口，允许用户将自己的模板和组件模型及其相关的说明信息加入到数据仓库中。模型库提供可以驱动的实体模型，相关信息库提供模板和组件的预览图片库、其三维JT预览模型及相关的说明信息（例如HTML、Word等信息），便于工装设计人员更好的了解模板和组件模型。如果模型库中没有满足现有产品的工装结构，工装设计人员可以加入相应的工装结构及其相关信息，对存在错误的模型及信息工装设计人员也可以进行修改，将这些修改好的模型等存入数据库，使数据库得到良好的扩展和利用。

图1 系统框架结构原理图

1）数据层：主要指飞机发动机工装模型库及其相关信息的服务器端，封装了一些模型的主要参数、工程信息和模型库。

2）逻辑层：封装了该系统各功能模块，包括模型及相关信息的管理模块，检索与调用模块，用户管理模块及一些相关的辅助工具等。模型及相关信息检索与调用模块按照工装设计的需求进行设计，可以进行模型的检索与筛选，最后到调用所需模型的用户界面；该模块采用ADO访问服务器的模型库，获得并显示模型的相关数据和信息，通过检索，获得具有一定结构形式的工装模板模型并显示其相关的辅助信息，用户确定某个模型后即可以复制克隆该模板，修改参数后与现有设计工装进行装配。模型信息管理模块包括模型及其相关信息的添加、编辑、删除和修改，该模块也是通过ADO对服务器的模型信息库进行读写的。

3）应用层：在CAD系统的交互界面中实现模型信息库的各功能。

1.4 系统功能模块

航空发动机工装快速设计信息管理系统主要由后台工装设计信息库和前台信息浏览模块、信息系统管理模块、用户管理模块和打印输出模块组成，如图2所示。该系统与三维CAD/CAM/CAE软件NX6.0实现了无缝集成，能更好的满足工装设计人员在设计时对相关信息的管理、检索与查看。

图2 系统功能模块图

1.5 数据库设计

为了达到数据共享的目的，本系统采用Oracle 10g这种网络数据库作为模型工程图及其相关信息存储数据的数据库。采用Oracle数据库主要是基于以下三个方面，

1）工装设计的模型及其工程图要求在选择数据库时要考虑数据库的安全性、开发的灵活性及易用性；

2）数据库安全是计算机安全的重要环节，数据库系统安全保护措施是否有效已成为现代数据库系统的主要性能指标之一，而Oracle 10g在安全性方面有独到的优点[3]；

3）用Oracle 10g作为数据库系统在支持应用方面有极大的灵活性，能够为多种应用多用户操作提供良好的数据集成平台。

2 系统关键技术

2.1 后台数据库与客户端的关联

系统的数据库访问技术采用Microsoft数据库应用程序开发的新型数据访问接口——ADO（ActiveX Data Object）技术，具体实现为Automation，ADO技术是建立在OLE DB之上的更高层、更方便的数据库访问技术。系统采用通用的数据库连接文件UDL(Universal Data Link)来创建ADO连接，可视化地定义要连接的数据源，实现数据访问的方便明了[4]。本系统使用GZ.udl文件来创建ADO连接，具体方法如下：

这种方法的优点在于，无论数据源如何变化，无需更改程序，只要打开udl更改其中的数据源、用户名和密码，系统即可重新连接新的数据库，用户操作方便快捷。

2.2 系统安全

航空发动机快速设计信息管理系统的数据关系到国家航空事业的发展，是国家的机密数据，必须要有很强的保密性和安全性。整个系统的安全设计从两个方面考虑，一是网络安全，二是系统数据的安全。网络安全采用IP地址访问限制和集成Windows身份验证两套安全体系。登录本系统需要通过三道验证关卡：首先要求用户计算机的IP地址必须要在系统指定的IP地址段内；然后还要通过Windows身份验证；最后输入系统的授权用户密码才可以进入系统。三道防线能够确保系统的访问安全。在数据安全方面，通过建立完善的数据备份机制，实施每天数据自动备份、每周数据自动备份和全年数据备份，确保数据信息不被丢失。这样保证了整个航空发动机快速设计信息管理系统的安全与稳健。