陳振林 張玉蓮 苑興楠 魏艷紅

摘要： 為了高效存儲(chǔ)和管理航空發(fā)動(dòng)機(jī)焊接工藝涉及的焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并輔助焊接工藝快速編制，使用面對(duì)對(duì)象程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Java和瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)焊接零件的焊接工藝資源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和焊接工藝智能編制平臺(tái)兩個(gè)主要部分，其中焊接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)涵蓋了焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、材料焊接性能數(shù)據(jù)庫(kù)和典型零件案例庫(kù)。焊接工藝智能編制平臺(tái)以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配規(guī)則，可以快速完成焊接工藝文件的編制。該系統(tǒng)可以對(duì)焊接工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的查詢管理，極大的提高了工作效率，縮短了工藝制備周期，促進(jìn)了焊接知識(shí)自動(dòng)化水平和管理精細(xì)化水平的提高。

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動(dòng)機(jī); 焊接數(shù)據(jù)庫(kù); 焊接工藝編制

中圖分類號(hào)： TG 409

Abstract： A database system of process resources for welding parts in aeroengine is designed with Java and browser / server architecture， which can store and manage the basic data efficiently and assist in the rapid preparation of welding process for aeroengine. This system mainly includes two parts， welding database platform and welding process intelligent designing platform. The welding database platform covers basic welding database， welding parameter database， material welding performance database and typical parts case database. Based on the welding database system， the intelligent designing platform of welding process can quickly accomplish the compilation of welding process documents by designing with corresponding matching rules. The system can query and manage the welding process data quickly， greatly improve the work efficiency， shorten the process preparation cycle， and promote the level of welding knowledge automation and fine management.

Key words： aeroengine; welding database; welding process preparation

0 前言

航空工業(yè)在世界上各個(gè)國(guó)家中都備受重視，航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為航空飛行器的心臟，更是匯集了很多的新興功能和高端科技[1]。焊接技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中占據(jù)了極其重要的地位，而優(yōu)質(zhì)的焊接工藝和焊接工藝指導(dǎo)文件是保存焊接質(zhì)量的重要措施。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在焊接領(lǐng)域的發(fā)展，在焊接工藝數(shù)據(jù)管理中引入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以依托計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，制定更加科學(xué)合理的焊接工藝參數(shù)，提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

自上世紀(jì)80年代以來(lái)，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等學(xué)校開(kāi)始與企業(yè)合作，對(duì)已經(jīng)趨于成熟的焊接行業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)焊接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究[2-5]。近年來(lái)，軌道車輛、壓力容器、船舶和航空航天行業(yè)也在積極建立相關(guān)焊接工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，用以提高企業(yè)生產(chǎn)效率及核心競(jìng)爭(zhēng)力。滬東中華造船有限公司針對(duì)各種船用特殊鋼材的焊接工藝操作規(guī)程設(shè)計(jì)了一個(gè)較為完善的焊接工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了船舶工業(yè)系統(tǒng)在焊接工藝數(shù)據(jù)庫(kù)方面的先河;中車青島四方機(jī)車車輛有限公司開(kāi)發(fā)了焊接工藝信息化管理系統(tǒng)，可以支撐企業(yè)焊接工藝制定及焊接件生產(chǎn)過(guò)程;成都飛機(jī)工業(yè)有限公司與南京航空航天大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的航空用焊接數(shù)據(jù)庫(kù)及專家系統(tǒng)可以對(duì)焊接工藝制定過(guò)程進(jìn)行流程化管理，提高了航空焊接生產(chǎn)領(lǐng)域管理規(guī)范化水平[6]。

從焊接工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展?fàn)顩r可以看出，企業(yè)逐步淘汰紙質(zhì)的焊接工藝文件，將其轉(zhuǎn)化為電子文件，并將已有的焊接工藝數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，相應(yīng)的，使用焊接工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)進(jìn)行工藝文件設(shè)計(jì)也逐步替代了大量重復(fù)的人工設(shè)計(jì)工作。文中針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件焊接過(guò)程中工藝制備時(shí)間周期長(zhǎng)，效率低下的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了焊接工藝資源數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，對(duì)大量的焊接工藝相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的管理使用，并基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)快速編制焊接工藝文件，不僅提高了工作效率，還規(guī)避了可能因人工編制文件而產(chǎn)生的不足，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和焊接工藝智能編制平臺(tái)兩大功能板塊和用戶權(quán)限管理模塊。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)包含四大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，即焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、材料焊接性能數(shù)據(jù)庫(kù)、典型零件案例庫(kù)。焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)主要存儲(chǔ)及管理焊接工藝涉及的焊接數(shù)據(jù)包括焊接材料各種性能參數(shù)、焊接過(guò)程參數(shù)及焊接件基本信息，對(duì)一些典型零件焊接工藝相關(guān)參數(shù)也進(jìn)行了收錄以便于快速查找并應(yīng)用。焊接工藝智能編制平臺(tái)以焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了編制工藝時(shí)關(guān)聯(lián)材料牌號(hào)、焊接設(shè)備及編號(hào)等初始信息的錄入，自動(dòng)生成焊接工藝參數(shù)等信息，快速完成焊接工藝文件的編制。

2 焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

焊接數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)及典型零件案例庫(kù)。焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)焊接工藝涉及的焊接基礎(chǔ)資料，包括母材材料、填充材料、接頭形式、焊接設(shè)備、焊接通用要求、焊接標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)、焊接基礎(chǔ)問(wèn)題等模塊，如圖2所示。焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是結(jié)合產(chǎn)品型號(hào)的常用材料建立的用于存儲(chǔ)焊接工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，工藝參數(shù)數(shù)據(jù)內(nèi)容是根據(jù)四大類共16種不同的焊接方法進(jìn)行分類設(shè)計(jì)與存儲(chǔ)，主要包括焊接電流、焊接電壓、送絲速度、氣體流量等焊接工藝參數(shù)。材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)將企業(yè)常用材料的焊接性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并有效管理，用于快速查詢和掌握材料焊接性能。典型零件案例庫(kù)是設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品零部件或者典型零部件在焊接攻關(guān)過(guò)程中獲得的所有焊接成果，包括焊接工藝、檢測(cè)方法、焊接缺陷、變形情況、問(wèn)題解決措施等。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中相對(duì)抽象、零散的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以使用戶不需要直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，而是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)中已經(jīng)設(shè)計(jì)好的功能對(duì)數(shù)據(jù)直接處理。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為底層數(shù)據(jù)庫(kù)與用戶操作界面的連接樞紐，還承擔(dān)著數(shù)據(jù)共享及與其他系統(tǒng)集成對(duì)接的重要作用。每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都會(huì)根據(jù)具體使用及展示需求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中各類數(shù)據(jù)的基本操作，如增加、修改、刪除、查看、搜索等基本功能，使所有數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)更新，保持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)批量處理操作，如批量刪除、批量導(dǎo)入，提高數(shù)據(jù)編輯效率，減少重復(fù)工作。

（3）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中文件或圖片數(shù)據(jù)的多格式存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)其基本操作，如文件或圖片的上傳、下載、打印、預(yù)覽等功能。

（4）實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)的配合調(diào)用，并使用一定的邏輯算法，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，使?shù)據(jù)庫(kù)前臺(tái)系統(tǒng)可以呈現(xiàn)出完整的焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)。

3 焊接工藝智能編制平臺(tái)設(shè)計(jì)

焊接工藝智能編制平臺(tái)以焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配規(guī)則和推理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)編制工藝時(shí)可快速關(guān)聯(lián)焊接數(shù)據(jù)庫(kù)中各類相關(guān)信息的錄入，自動(dòng)生成焊接工藝參數(shù)等信息，快速完成焊接工藝文件的編制。該平臺(tái)的工藝編制過(guò)程如圖3所示，首先輸入焊接基本信息，如焊接方法、母材材料等，并從基本數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)聯(lián)相關(guān)信息，再?gòu)囊呀?jīng)預(yù)填充的表單中選擇性輸入工序內(nèi)容和技術(shù)條件，根據(jù)用戶在編制工藝時(shí)輸入的初始參數(shù)，根據(jù)一定的匹配規(guī)則，在數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取匹配的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，如填充材料、焊接速度等，并在前臺(tái)展示。若符合條件的數(shù)據(jù)不止一條，用戶可以手動(dòng)選擇最適合的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)填充入工藝文件中，若符合條件的數(shù)據(jù)只有一條，則這些數(shù)據(jù)將無(wú)需人工選擇自動(dòng)填充入工藝文件報(bào)表相應(yīng)位置。

4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法

該系統(tǒng)主要使用Java作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Java是一門面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，功能強(qiáng)大而相對(duì)來(lái)說(shuō)使用簡(jiǎn)單。基于瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Service）架構(gòu)，并使用spring MVC作為開(kāi)發(fā)框架，將前端響應(yīng)和后端處理進(jìn)行分層，減少系統(tǒng)維護(hù)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其原理圖如圖4所示。首先用戶發(fā)出請(qǐng)求，請(qǐng)求到達(dá)前端控制器，前端控制器根據(jù)用戶請(qǐng)求地址，請(qǐng)求處理器映射器查找匹配該請(qǐng)求地址的處理器，并返回一個(gè)執(zhí)行鏈，前端控制器再請(qǐng)求處理器適配器調(diào)用相應(yīng)的處理器進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，并返回給前端控制器，前端控制器再請(qǐng)求視圖解析器對(duì)返回的邏輯視圖進(jìn)行解析，最后前端控制器將返回的視圖進(jìn)行渲染并把數(shù)據(jù)裝入到返回域，返回給用戶，用戶即可實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求。

4.2 系統(tǒng)功能及應(yīng)用

系統(tǒng)功能目錄如圖5左側(cè)框所示，主要分為用戶管理、四大數(shù)據(jù)庫(kù)和焊接工藝智能編制三個(gè)模塊。

在數(shù)據(jù)庫(kù)管理頁(yè)面中，以焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中母材材料數(shù)據(jù)庫(kù)管理為例介紹數(shù)據(jù)庫(kù)基本功能，母材材料數(shù)據(jù)庫(kù)主要分為鋼、高溫合金、鈦合金和鋁合金四大類型，又根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)格式的差別分為了九個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)模板，供用戶查看使用。用戶可以通過(guò)交互界面上的功能按鍵，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)的增加、批量刪除、查詢等操作，通過(guò)每一行數(shù)據(jù)后的功能圖標(biāo)，對(duì)所在行數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、修改、單條刪除等操作。

在焊接工藝智能編制平臺(tái)中，根據(jù)不同的焊接方法，將焊接工藝編制分為弧焊、高能束焊、壓焊和釬焊四個(gè)模塊。以高能束焊中的真空電子束焊為例對(duì)焊接工藝智能編制進(jìn)行介紹，如圖6所示，用戶首先需要在焊接初始條件欄中輸入如材料牌號(hào)、接頭厚度、焊接設(shè)備等焊接零件基本信息，如有需求也可在草圖欄上傳草圖?；拘畔⑻顚?xiě)完成后，根據(jù)所填寫(xiě)的基本信息，可以按照匹配因素對(duì)工作內(nèi)容及附注欄和焊接參數(shù)欄中的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)匹配和填充，這兩個(gè)模塊是系統(tǒng)智能編制焊接工藝的核心模塊，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶在初始條件欄中的信息來(lái)分析匹配出合適的焊接工作內(nèi)容和焊接參數(shù)，若無(wú)合適匹配結(jié)果，用戶也可在匹配界面進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工作，添加合適工藝數(shù)據(jù)以供選擇。

完成真空電子束焊工藝編制之后，數(shù)據(jù)將被保存到真空電子束焊焊接工藝規(guī)程數(shù)據(jù)庫(kù)，點(diǎn)擊相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)按鈕，則可進(jìn)入真空電子束焊的焊接工藝規(guī)程界面，用戶可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作。

5 結(jié)論

（1）針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)焊接工藝參數(shù)的存儲(chǔ)需求，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)、材料性能數(shù)據(jù)和典型零件案例數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和共享。

（2）以焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了焊接工藝智能編制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)編制工藝參數(shù)的關(guān)聯(lián)輸入和自動(dòng)匹配，快速完成焊接工藝文件編制工作，比人工編制效率提高50%。

（3）將焊接數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和焊接工藝智能編制平臺(tái)集成為焊接工藝資源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，極大的提高了工作效率，縮短了工藝制備周期，實(shí)現(xiàn)了焊接工藝編制過(guò)程的信息化管理。

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