劉國平 陳中揚 楊 娟 胡瑢華

（南昌大學機電工程學院，江西南昌 330031）

渦旋壓縮機屬于一種容積式壓縮的壓縮機［1］，是許多機器的核心部件，而渦旋壓縮機的質量和工作可靠性在很大程度上取決于其關鍵零件——動渦旋盤和靜（定）渦旋盤的裝配質量。為了保證渦旋壓縮機工作的可靠性，提高裝配質量，縮短裝配周期，減少預裝配對零件的磨損，開發(fā)計算機輔助選配系統(tǒng)，用于指導裝配生產(chǎn)過程是十分必要的，選配系統(tǒng)以庫存動定盤零件的尺寸公差、形位公差等數(shù)據(jù)為管理對象，依據(jù)產(chǎn)品的裝配要求，就裝配需要的配對零件進行自動選配，并顯示結果，結果可直接用來指導車間進行實際裝配。

國內外許多有關選配的文章，為本系統(tǒng)研究提供了幫助，吳德剛等在文章中對基于VC++開發(fā)的汽車變速箱墊片自動選配系統(tǒng)進行了討論［2］，徐支鳳在文章中對基于VB6．0的滾齒機掛輪選配系統(tǒng)進行了討論［3］，郭曉龍等在文章中就軸承與軸頸測量選配系統(tǒng)進行了討論［4］，還有國外的Lee K所提出的裝配體層次結構和零件間虛擬連接的模型［5］對本文也有一定參考價值。

1 需求分析

1．1 系統(tǒng)信息

通過對某壓縮機生產(chǎn)廠家的調研，得到了選配對象、選配目的、選配參數(shù)、選配結果等與動定盤選配有關的信息，如表1所示。

1．2 系統(tǒng)架構

選配系統(tǒng)是利用計算機技術，對庫存零件，從數(shù)據(jù)庫中讀取其相應的公差尺寸，依據(jù)零件之間的裝配條件，按照裝配原則，選用優(yōu)化了的選配算法進行自動選配，目的是優(yōu)化裝配過程，減少人工計算量與實際拆裝次數(shù)，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，減少零件的磨損次數(shù)。通過對選配系統(tǒng)信息的分析，本系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示，主要分為四個層次，即數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、選配層和界面層。從調用關系上講，前面層次為后面的各層次提供數(shù)據(jù)和功能服務。

表1 選配信息表

系統(tǒng)總體上是在．NET開發(fā)環(huán)境下，基于 SQL Server 2005的數(shù)據(jù)平臺進行開發(fā)的。下面依次介紹各層次的功能關系:

（1）數(shù)據(jù)層 是系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)基礎。首先是系統(tǒng)登陸的用戶信息，記錄了可以使用本系統(tǒng)的用戶名稱和密碼信息;其次是零件的實際尺寸信息和尺寸鏈的信息，以數(shù)據(jù)表的形式存在;再次，零件庫存信息、圖紙信息;還有是優(yōu)化結果的信息，用來存儲優(yōu)化選配的結果，以零件編號構成的尺寸鏈的方式存在，并記錄每條鏈裝配的實際公差。

（2）數(shù)據(jù)訪問層 使用數(shù)據(jù)庫訪問函數(shù)讀取零部件的相關數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)表的形式存儲在數(shù)據(jù)庫中，供選配模塊使用。數(shù)據(jù)訪問層也是一個獨立的模塊，與數(shù)據(jù)層和選配層的存儲形式無關，因此系統(tǒng)的可維護性和擴展性較強。

（3）選配層 實現(xiàn)了選配的關鍵過程和算法應用。根據(jù)零件的相關尺寸公差和生產(chǎn)零件數(shù)據(jù)庫以及尺寸鏈信息，利用優(yōu)化算法進行尺寸鏈的分析和計算，最終實現(xiàn)零件尺寸之間的匹配。

（4）界面層 通過調用選配層和數(shù)據(jù)層來完成和用戶的交互工作，如上傳、下載、查看等。

2 系統(tǒng)設計

2．1 功能模塊劃分

選配系統(tǒng)主要是對動定盤從加工完成到尺寸偏差檢測、形位偏差計算以及選配整個過程的全部信息進行有效管理，并最終生成分析報告并顯示結果，為零件的裝配提供有力指導，使最終裝配質量得以提高，同時提高了企業(yè)的總生產(chǎn)效率。

將系統(tǒng)劃分為3大模塊:基礎設置模塊、零件管理模塊、系統(tǒng)管理模塊，系統(tǒng)功能結構圖如圖2所示。

（1）基礎設置模塊:提供了基礎信息定義、選配文件定義與報表配置等功能。

（2）零件管理模塊:提供了檢測信息管理、公差計算管理、選配管理與報表統(tǒng)計4大模塊，其中檢測信息模塊中是將各個工位檢測到的信息錄入數(shù)據(jù)庫，公差計算模塊中從數(shù)據(jù)庫調用所需信息進行選配要用到的公差的計算，選配模塊中系統(tǒng)會自動調用優(yōu)化算法與所需參數(shù)信息進行自動計算，并將最終結果顯示，同時生成統(tǒng)計信息報表。在該模塊中，還提供對信息進行查詢的功能。

（3）系統(tǒng)管理模塊:通過“用戶—角色—權限”三級配置方式，用戶配置角色、角色配置權限的方式，不同權限用戶調用相應的功能模塊使用，提高了數(shù)據(jù)管理的安全性。

2．2 數(shù)據(jù)結構設計

數(shù)據(jù)庫采用由上到下的層級關系表結構，主要有代碼信息表、檢測數(shù)據(jù)表、選配信息表、用戶信息表等。在SQL Server 2005關系型數(shù)據(jù)庫中，表彼此間都會有關聯(lián)，也就是表與表之間可通過一些列的對應關系建立連接，在本系統(tǒng)中，代碼信息表和檢測數(shù)據(jù)表之間就存在聯(lián)系，如表2、表3所示。

表2 代碼信息表

表3 檢測數(shù)據(jù)表

2．3 系統(tǒng)運行流程

系統(tǒng)運行過程是個循環(huán)的過程（圖3），以庫存信息作為選配開始的初始化信息，輸入需要選配的數(shù)量后，系統(tǒng)便會自動從數(shù)據(jù)庫相應表中讀取所需數(shù)據(jù)，然后調用優(yōu)化的選配算法進行計算，最后得出結果，若有合適的選配結果，則以圖表的形式顯示;若沒有合適的選配結果，系統(tǒng)則提示無匹配對象，重新輸入選配個數(shù)，進行新一輪的選配。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)技術

3．1 選配算法

（1）軸向間隙［6］

式中:Dn為軸向間隙;A1為動盤渦旋體底面到定盤渦旋體頂面的距離;A2為靜盤渦旋體高度;A3為動盤渦旋體高度;e1為靜盤渦旋體底盤的平面度;e2為靜盤渦旋體頂面的平面度;e3為渦旋齒頂面和底面的平行度。

（2）徑向間隙

式中:Dr為徑向間隙;a為基圓半徑;k1、k2分別為靜盤內渦旋線輪廓度和動盤外渦旋線輪廓度。

（3）選配目標函數(shù)建立

若裝配N臺渦旋壓縮機，即有N個靜盤與N個動盤參與選配，則選擇裝配應滿足以下要求:

①軸向間隙滿足設計標準;

②徑向間隙滿足設計標準;

③最小化剩余零件。

根據(jù)以上裝配要求，建各個優(yōu)化目標函數(shù)如下:

目標函數(shù)1:

Dni為第i臺壓縮機的軸向間隙，由式（1）計算而來;

目標函數(shù)2:

Dri為第i臺壓縮機的徑向間隙，由式（5）計算而來;

目標函數(shù)3:MinZ2=1－n/N

n為滿足裝配要求的裝配體數(shù)量，N為裝配體總量。

3．2 ．NET對數(shù)據(jù)庫的訪問技術

在．NET中所有訪問數(shù)據(jù)庫的操作都是通過ADO．NET進行的。ADO．NET并不是指某一個特定的東西，ADO．NET這個名詞代表．NET中許多與數(shù)據(jù)訪問相關的類及技術，可以通過程序在Web窗體中建立ADO．NET類的對象，進行數(shù)據(jù)訪問的操作［7］。圖4為ADO．NET數(shù)據(jù)訪問架構的示意圖。

．NET Framework本身提供了4組數(shù)據(jù)提供者以供選擇，以便針對不同的數(shù)據(jù)庫提供最佳的訪問效能，它們分別為:System．Data．oleDb、System．Data．SqlClient、System．Data．Odbc、System．Data．OracleClient，而本系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫是SQL Server 2005，因此數(shù)據(jù)提供者便搭配 System．Data．SqlClient。在 System．Data．Sql-Client這組數(shù)據(jù)提供者中，最常用到的就是:SqlConnection、SqlCommand、SqlDatReader、SqlDataAdatpter、DataSet等5個類，通過這幾個類所產(chǎn)生的對象，可對數(shù)據(jù)庫進行查詢、新增、修改及刪除的處理。實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問的函數(shù)為:

SqlConnection con=new SqlConnection（“server，database，uid，pwd”）;//以 SqlConnection 建立數(shù)據(jù)庫連接 Con．Opne（）;//調用 Open方法打開連接 Sql-Command cmd=new SqlCommand（“SQL語句”）;//以SqlCommand執(zhí)行SQL語句，根據(jù)SQL語句的類型及返回結果，SqlCommand提供了幾個不同的執(zhí)行方法，如表4所示。

Con．Close（）;//調用Close方法關閉連接

表4 SqlCommand常用的執(zhí)行方式

4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)運行流程，先要把檢測信息上傳至數(shù)據(jù)庫，由于渦旋壓縮機有多個零部件，因此為每個零部件分別設置了錄入界面，防止彼此間的誤錄入。以定盤錄入界面為例，員工需要將檢測到的一些尺寸信息輸入，例如渦旋體高度等;在錄入形位公差前，需要先計算，員工需要選擇原始數(shù)據(jù)文件，為txt或dat格式，點擊相應按鈕后，系統(tǒng)自動調用相應算法進行計算，并顯示結果。將所有結果得出后，員工點保存按鈕，便可將檢測信息上傳至數(shù)據(jù)庫了。運行界面如圖5。

接下來便是進行零件的選配了。進入動定盤選配界面，輸入需要選配的數(shù)量，點擊開始選配按鈕，系統(tǒng)便會自動運算，最終在列表中顯示配對的兩個零件的編號，點擊顯示詳細按鈕，會顯示每對配對成功組的詳細參數(shù)，點擊顯示折線圖按鈕，會顯示軸向和徑向間隙的折線圖，給用戶以直觀的感受。選配界面與折線圖如圖6、圖7所示。

5 結語

通過對廠家的調研，對需求的分析，利用計算機軟件，結合現(xiàn)代選配技術與算法，開發(fā)并針對性的研究渦旋壓縮機動定盤選配系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫管理軟件作為強大的數(shù)據(jù)管理工具，基于．NET開發(fā)平臺開發(fā)系統(tǒng)運行界面，界面友好且用戶體驗良好。通過本系統(tǒng)的運行，大大減少了選配所需的時間，縮短了裝配周期，保證了壓縮機工作的可靠性，同時也提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

［1］劉振全．渦旋式流體機械與渦旋壓縮機［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2009:1－3．

［2］吳德剛，趙利平．基于VC++的汽車變速箱墊片自動選配系統(tǒng)的研究［J］．陜西科技大學學報，2011，29（6）:71－74．

［3］徐支鳳．基于Vb6．0的滾齒機掛輪選配系統(tǒng)開發(fā)［J］．制造技術與機床，2008（10）:100－102．

［4］郭曉龍，宋永增，李鐵錨．軸承與軸頸測量選配及管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］．鐵道機車車輛，2007，27（4）:25－27

［5］Lee K，Gossard D C．A hierarchical data structure for representing assemblies:partl［J］．Computer Aided Design，1985，17（1）:15－19．

［6］王先逵．機械制造工藝學［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2006:226－230．

［7］鄭淑芬，趙敏翔．ASP．NET 3．5 最佳實踐［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2009:251－252．