□ 王文宇 □ 王仲奇 □ 李西寧 □ 李衛(wèi)平

1.西北工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710072

2.西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 西安 710089

自動(dòng)鉆鉚技術(shù)不僅可以提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能顯著提高連接質(zhì)量。在國外，美國Boeing公司在波音757尾段機(jī)身48段雙曲度壁板采用的自動(dòng)鉆鉚技術(shù)，占整個(gè)鉚接工作量的85%；空客A3XX系列也已廣泛采用自動(dòng)鉆鉚技術(shù)，覆蓋機(jī)翼與機(jī)身大量部件的制造過程［3］。在國內(nèi)，自動(dòng)鉆鉚技術(shù)近年來才被引進(jìn)，與西方國家差距明顯。

國內(nèi)某企業(yè)新引進(jìn)的自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)已得到應(yīng)用，并根據(jù)需要針對(duì)CATIA設(shè)計(jì)了離線編程及仿真分析等軟件，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，工作人員需根據(jù)不同情況設(shè)置不同的鉆鉚參數(shù)值，工作繁瑣且生成的紙質(zhì)記錄不便于管理，故需對(duì)自動(dòng)鉆鉚過程涉及的工藝信息展開研究，建立自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆鉚工藝信息的數(shù)字化管理，同時(shí)為離線編程及仿真分析等軟件提供原始輸入數(shù)據(jù)，方便工作人員的使用。

1 系統(tǒng)需求分析

針對(duì)企業(yè)實(shí)際需求，本文基于CATIA二次開發(fā)建立自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉚釘信息、材料信息、制孔參數(shù)、鉚接參數(shù)的統(tǒng)一管理；同時(shí)通過Backbone通信總線，與離線編程及仿真分析軟件實(shí)現(xiàn)信息共享，并與CAPP系統(tǒng)集成；此外，該系統(tǒng)可對(duì)前期已做試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，在后續(xù)試驗(yàn)中對(duì)于新類型的連接件，可以借鑒前期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，快速尋找最優(yōu)參數(shù)組合，減少試驗(yàn)量，降低實(shí)驗(yàn)成本。建立工藝參數(shù)管理系統(tǒng)后的自動(dòng)鉆鉚工作模式如圖1所示。

圖1 建立工藝參數(shù)管理系統(tǒng)后的自動(dòng)鉆鉚工作模式

自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有：①與CATIA、離線編程軟件、仿真軟件無縫集成；②對(duì)用戶賬戶進(jìn)行管理，分配不同權(quán)限；③對(duì)自動(dòng)鉆鉚制孔數(shù)據(jù)、鉚接數(shù)據(jù)和故障信息進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和管理；④對(duì)各類連接件的鉚釘牌號(hào)、材料牌號(hào)、材料厚度值進(jìn)行存儲(chǔ)和管理；⑤對(duì)鉚釘信息進(jìn)行分類檢索；⑥實(shí)現(xiàn)報(bào)表輸出功能。

2 基于CAA的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)構(gòu)建

組 件 應(yīng) 用 架 構(gòu) CAA （Component Application Architecture）是達(dá)索公司系列產(chǎn)品的擴(kuò)展和定制開發(fā)平臺(tái)，采用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，通過其特定的開發(fā)環(huán)境快速應(yīng)用研發(fā)環(huán)境RADE （Rapid Application Development Environment），實(shí)現(xiàn)對(duì) CATIA、DELMIA 等的二次開發(fā)［2］。

為獲得CATIA開發(fā)功能定義的最大靈活性，采用C++編寫程序，通過CATIA開放的接口，采用進(jìn)程外應(yīng)用程序方式實(shí)現(xiàn)與CATIA通信。應(yīng)用COM和OLE技術(shù)，通過調(diào)用CATIA最底層的API，完成功能定義。

工作過程中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)僅在自動(dòng)鉆鉚機(jī)上使用，故采用本地機(jī)類型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。傳統(tǒng)的桌面數(shù)據(jù)庫擁有自己的操作語言和數(shù)據(jù)類型，但這些數(shù)據(jù)庫語言具有極大的局限性且數(shù)據(jù)吞吐能力有限。自動(dòng)鉆鉚生產(chǎn)中，需要調(diào)用大量工藝數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)表中數(shù)據(jù)量在300條以上，數(shù)據(jù)量超出桌面數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)范圍，此外考慮到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)開放性、處理能力以及吞吐能力等因素，應(yīng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)器SQL Server。

由于CAA采用COM和OLE技術(shù)，所以數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)應(yīng)考慮對(duì)COM、OLE技術(shù)的充分支持。ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，是對(duì)象層次上的數(shù)據(jù)操作技術(shù)，允許訪問程序在Visual C++、Visual Basic、Java等編程語言中訪問，同時(shí)對(duì)SQL Server有良好的支持作用。

綜上，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)構(gòu)建如圖2所示。

圖2 自動(dòng)鉆鉚數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺(tái)

此外，需重點(diǎn)解決異構(gòu)數(shù)據(jù)在開發(fā)平臺(tái)不同組成部分間交互時(shí)的格式轉(zhuǎn)換問題。通過CAA環(huán)境與CATIA進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的過程中不支持標(biāo)準(zhǔn)C++字符串類型變量，CAA中標(biāo)準(zhǔn)的字符串變量類型為CATUnicodeString/CATString。ADO數(shù)據(jù)類型主要包括VARIANT、BSTR，_variant_t類封裝并管理 VARIANT數(shù)據(jù)類型，_bstr_t類封裝并管理BSTR數(shù)據(jù)類型。SQL Server支持標(biāo)準(zhǔn)C++開發(fā)環(huán)境，識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)C++類型字符串變量。故開發(fā)時(shí)應(yīng)根據(jù)需要在不同類型變量之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過使用相關(guān)類和宏實(shí)現(xiàn)信息的準(zhǔn)確交互。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

自動(dòng)鉆鉚數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)表和人機(jī)交互界面組成。SQL Server存儲(chǔ)表完成系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，CAA程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)表中數(shù)據(jù)的調(diào)用、管理和輸出。系統(tǒng)包含的功能模塊為：用戶信息管理模塊，鉚釘信息管理模塊，自動(dòng)鉆鉚參數(shù)管理模塊，故障信息管理模塊，報(bào)表輸出模塊。系統(tǒng)功能模塊如圖3所示。

圖3 自動(dòng)鉆鉚數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 用戶登錄管理模塊

用戶登錄模塊主要包括用戶信息維護(hù)和登錄權(quán)限管理功能。該模塊自動(dòng)獲取用戶輸入的用戶名、密碼信息，并進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果，系統(tǒng)執(zhí)行不同操作。具有訪問權(quán)限的用戶可以進(jìn)入系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)操作；具有管理權(quán)限的用戶可以管理賬戶信息，創(chuàng)建、刪除普通用戶。通過設(shè)計(jì)用戶登錄模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫庫存信息的保護(hù)。

3.2 鉚釘信息管理模塊

自動(dòng)鉆鉚過程中，鉚釘為標(biāo)準(zhǔn)件，L釘桿為鉚釘釘桿長度，L連接材料為連接材料厚度，d釘徑為鉚釘直徑。根據(jù)L釘桿=L連接材料+1.3×d釘徑， 確定鉚釘所適合連接材料厚度，同時(shí)每種鉚釘可以對(duì)應(yīng)多種不同規(guī)格的連接材料，工藝人員需要以鉚釘信息為基準(zhǔn)對(duì)連接件進(jìn)行分類，故數(shù)據(jù)庫中需實(shí)現(xiàn)鉚釘信息索引功能。在系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表中，設(shè)置鉚釘牌號(hào)、直徑、長度為關(guān)鍵字，根據(jù)用戶需要，系統(tǒng)將關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的所有鉚釘型號(hào)進(jìn)行分類輸出。

3.3 自動(dòng)鉆鉚參數(shù)管理模塊

自動(dòng)鉆鉚機(jī)工作過程主要分為制孔、鉚接，過程中涉及眾多工藝參數(shù)，這些參數(shù)由連接件形式?jīng)Q定，關(guān)系為一一對(duì)應(yīng)。在自動(dòng)鉆鉚參數(shù)管理模塊中，根據(jù)自動(dòng)鉆鉚工作原理，進(jìn)行工藝過程分解，提取工作中需加以控制的重要工藝參數(shù)，建立工藝參數(shù)與連接件形式的對(duì)應(yīng)關(guān)系；同時(shí)建立鉆鉚結(jié)果判斷標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工藝規(guī)范自動(dòng)判斷鉚接結(jié)果是否合格；此外，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)維護(hù)功能，通過應(yīng)用程序設(shè)計(jì)完成工藝參數(shù)的查詢、增添、刪除、修改等功能。

3.4 故障信息管理模塊

生產(chǎn)過程中，由于對(duì)自動(dòng)鉆鉚設(shè)備操作不規(guī)范或參數(shù)設(shè)置不合理，常會(huì)導(dǎo)致鉚接加工不合格或自動(dòng)鉆鉚設(shè)備報(bào)錯(cuò)。故將生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題及解決方案在系統(tǒng)后臺(tái)存儲(chǔ)表中進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)具體問題進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)編寫圖片庫，為典型故障配備圖片說明，建立與問題產(chǎn)生原因及解決方案的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。操作中，工作人員按要求格式輸入具體問題，系統(tǒng)自動(dòng)輸出問題產(chǎn)生原因及解決方案。方便操作人員快速排除故障。

3.5 報(bào)表輸出模塊

報(bào)表輸出模塊完成庫存信息輸出功能，系統(tǒng)根據(jù)用戶需求選擇數(shù)據(jù)，自動(dòng)將后臺(tái)存儲(chǔ)表中相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。由于CAA環(huán)境中難以調(diào)用報(bào)表控件，同時(shí)便于數(shù)據(jù)在CAPP系統(tǒng)內(nèi)的流通交互，調(diào)用fprintf（）函數(shù)創(chuàng)建文本文檔并安排文檔格式實(shí)現(xiàn)報(bào)表輸出功能。fprintf（）函數(shù)的變量支持常量指針類型，輸出報(bào)表前需要將調(diào)用的后臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行從CATUnicodeString類型到const char*類型的轉(zhuǎn)換。

4 開發(fā)實(shí)例

自動(dòng)鉆鉚數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)操作界面及流程如圖4所示，用戶輸入登錄名稱和密碼，系統(tǒng)根據(jù)用戶信息進(jìn)行用戶身份認(rèn)證并分配使用權(quán)限。用戶登錄系統(tǒng)后，按需要進(jìn)行鉚釘分類檢索或連接件精確查詢，系統(tǒng)根據(jù)用戶查詢方式打開工藝信息管理界面，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行顯示，同時(shí)用戶可以對(duì)界面上的參數(shù)進(jìn)行報(bào)表輸出。此外，用戶可以對(duì)故障信息進(jìn)行訪問并進(jìn)行管理。

圖4 自動(dòng)鉆鉚數(shù)據(jù)庫運(yùn)行界面

5 結(jié)論

本文探究了在CAA環(huán)境中建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的技術(shù)，主要包括開發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建和異構(gòu)數(shù)據(jù)在開發(fā)平臺(tái)內(nèi)的流通交互。按照面向組件的編程思想，基于CAA環(huán)境開發(fā)了自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)管理系統(tǒng)，完成與CATIA及CAPP系統(tǒng)無縫集成，解決了自動(dòng)鉆鉚工藝信息在自動(dòng)鉆鉚工作平臺(tái)內(nèi)的交互、集成和共享，達(dá)到企業(yè)資源的優(yōu)化配置和高效運(yùn)轉(zhuǎn)。具體實(shí)現(xiàn)了連接件信息分類檢索、自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)管理、故障信息自動(dòng)匹配、參數(shù)報(bào)表輸出等功能。

［1］ 李衛(wèi)民，劉淑芬.基于Solidworks平臺(tái)的二次開發(fā)技術(shù)［J］.機(jī)械制造，2003，41（4）：24-26.

［2］ 李維學(xué)，王仲奇，康永剛，等.基于CATIA V5二次開發(fā)的產(chǎn)品自動(dòng)裝配［J］.機(jī)械制造，2010，48（1）：40-42.

［3］ 曲麗娜.大尺寸薄壁工件自動(dòng)鉆鉚機(jī)結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2009.

［4］ 側(cè)衛(wèi).為航空制造業(yè)提供產(chǎn)品系統(tǒng)解決方案——訪柯馬（上海）工程有限公司［J］.航空制造技術(shù)，2010（19）：104-105.

［5］ Gu Qiang，Zhong Rui，Ju Dong-ying.Development of Materials Database System forCae System of Heat Treatment Based on Data Mining Technology ［J］.International Journal of Minerals，Metallurgy and Materials.2011（4）：572-576.

［6］ 史豐榮，韓華偉，史豐智.基于CATIA的標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化 2011（1）：181-185.

［7］ 齊永奇，喬文生.基于Visual C++的ADO數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（4）：68-71.