魏志芳，李 丹

(1中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，太原 030051;2中國兵器工業(yè)第208研究所，北京 102202)

0 引言

輕武器彈藥的整個設(shè)計(jì)過程一般分為3個階段:戰(zhàn)術(shù)技術(shù)論證階段，彈丸方案及技術(shù)設(shè)計(jì)階段，試驗(yàn)、試制與鑒定定型階段。由于彈頭價廉，加工時間短，輕武器彈藥“畫加打”的設(shè)計(jì)方法非常普遍?；谔岣邭艿娜珡椀纼?yōu)化設(shè)計(jì)方法就是要從根本上改變這種設(shè)計(jì)方法，以理論計(jì)算為主、試驗(yàn)驗(yàn)證為輔，減少彈頭的加工和試驗(yàn)量，加快研制進(jìn)度。為此，首次研究建立一個簡便、實(shí)用的集成平臺——輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺[1－2]，集彈頭結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)、全彈道計(jì)算、殺傷效能評估與優(yōu)化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)資料管理與維護(hù)、應(yīng)用工具等為一體，為輕武器彈藥設(shè)計(jì)人員提供便捷、統(tǒng)一的設(shè)計(jì)環(huán)境。

1 平臺總體設(shè)計(jì)

構(gòu)建集成設(shè)計(jì)平臺一般有兩種解決方案[1－2]:一是采用商業(yè)集成平臺，如 Isight、AML、ModelCenter等;二是采用自研軟件平臺。文中充分結(jié)合輕武器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，考慮用戶的使用需求，詳細(xì)分析了平臺的功能需求、性能需求與系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境需求等，在此基礎(chǔ)上完成了平臺的總體設(shè)計(jì)。

輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺在集成環(huán)境下，以CAD軟件和專業(yè)計(jì)算模塊作為基本設(shè)計(jì)工具，在數(shù)據(jù)庫等資源的支撐下，實(shí)現(xiàn)“全彈道計(jì)算、殺傷效能評估與優(yōu)化設(shè)計(jì)”。平臺總體構(gòu)架[3－4]如圖1所示，平臺功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺總體架構(gòu)

圖2 輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺功能結(jié)構(gòu)

集成三維CAD軟件目前比較流行的是內(nèi)部開發(fā)模式，即通過生成DLL文件，使平臺以插件的形式被三維CAD軟件加載并利用。根據(jù)輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺的總體架構(gòu)，彈頭參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊需集成在平臺環(huán)境中被用戶調(diào)用，故選用三維CAD軟件的異步開發(fā)模式，這種開發(fā)方式極少有應(yīng)用，這也是文中需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是“輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺”的底層結(jié)構(gòu)，主要功能是對平臺各功能模塊提供數(shù)據(jù)支撐[5]，并供設(shè)計(jì)人員在平臺環(huán)境下查詢與瀏覽槍彈的結(jié)構(gòu)、材料、配套武器、發(fā)射藥、內(nèi)外彈道性能等復(fù)雜參數(shù)信息，提高彈藥設(shè)計(jì)效率。按照大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫需求分析、數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫的安全設(shè)計(jì)等。平臺以SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫管理軟件，采用Visual C++6.0作為開發(fā)工具。

2.1 數(shù)據(jù)庫功能分析

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能框架如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能框架

底層數(shù)據(jù)庫為整個平臺系統(tǒng)提供了以下3類功能:

1)對CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊的數(shù)據(jù)庫訪問支持。按照設(shè)計(jì)要求，通過數(shù)據(jù)庫接口支持層，參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊從數(shù)據(jù)庫中檢入彈頭模型并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特征量獲取。若設(shè)計(jì)模型達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可將新彈頭模型保存到數(shù)據(jù)庫中以備查詢。

2)對各專業(yè)程序功能模塊的數(shù)據(jù)庫訪問支持。在各專業(yè)程序功能模塊初始化時，數(shù)據(jù)庫接口支持層以文件或者直接賦值的方式提供給各模塊所需的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括:彈頭結(jié)構(gòu)特征信息、火藥參數(shù)信息、槍膛參數(shù)信息、材料信息、內(nèi)外彈道參數(shù)信息等。各模塊還可以根據(jù)需要靈活的從數(shù)據(jù)庫中取出相應(yīng)參數(shù)。

3)設(shè)計(jì)資料瀏覽與檢索。平臺以目錄樹和條件查詢的形式為用戶提供信息檢索功能，設(shè)計(jì)人員既可以通過點(diǎn)擊平臺提供的目錄樹形式實(shí)現(xiàn)制式彈、火藥等的分類查詢，又可以通過鍵盤輸入指定的查詢條件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供的多條件查詢功能，快速檢索自己關(guān)心的信息。

圖4 實(shí)體間關(guān)系E-R圖

2.2 數(shù)據(jù)庫E-R模型

根據(jù)平臺數(shù)據(jù)庫需求分析，確定了各數(shù)據(jù)庫實(shí)體，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)框架的復(fù)雜性，只給出實(shí)體間關(guān)系的E-R圖，如圖4所示。

3 輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺基于集成框架，強(qiáng)調(diào)各自編軟件、外掛商業(yè)軟件的自動協(xié)調(diào)工作，使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各類數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)集成框架主要完成以下工作:為設(shè)計(jì)人員提供統(tǒng)一的工作環(huán)境、數(shù)據(jù)實(shí)時管理、數(shù)據(jù)流管理、結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時提取和存儲、系統(tǒng)功能擴(kuò)展等。

圖5 輕武器彈藥全彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

3.1 輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)流程控制與管理

輕武器彈藥全彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)流程如圖5所示，提供了對從彈藥結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建到獲得優(yōu)化方案的整個優(yōu)化設(shè)計(jì)過程的支持，這也是輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺與其他平臺的區(qū)別之一。針對全彈道計(jì)算流程，采用應(yīng)用程序封裝技術(shù)，梳理各計(jì)算模塊輸入輸出關(guān)系，統(tǒng)一采用數(shù)據(jù)文件的形式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，約定各程序輸入輸出文件名稱與格式，應(yīng)用文本解析與重構(gòu)技術(shù)對數(shù)據(jù)的來源和去向進(jìn)行分流，實(shí)時管理每一個設(shè)計(jì)計(jì)算步驟所生成的設(shè)計(jì) /計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各計(jì)算程序之間計(jì)算參數(shù)的自動抽取及傳遞[6]。

3.2 專業(yè)應(yīng)用程序的封裝與集成技術(shù)

平臺對各類自編的計(jì)算程序及商業(yè)CAD軟件進(jìn)行了封裝。統(tǒng)一了編程語言，規(guī)范了運(yùn)行環(huán)境，設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的輸入輸出模式，約定了輸入輸出文件格式，設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的界面風(fēng)格。

1)應(yīng)用程序統(tǒng)一為“.exe”執(zhí)行文件格式，運(yùn)行在Windows環(huán)境下;

2)應(yīng)用程序統(tǒng)一使用C語言編寫;

3)應(yīng)用程序統(tǒng)一采用文件輸入輸出模式;

4)約定各應(yīng)用程序輸入輸出文件名稱及格式;

5)設(shè)計(jì)統(tǒng)一的程序界面。

平臺提供了相應(yīng)的集成接口，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)程序的驅(qū)動調(diào)用及數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)。

3.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊集成技術(shù)

SolidWorks的二次開發(fā)支持COM和OLE兩種技術(shù)。COM技術(shù)是生成動態(tài)鏈接庫(DLL)文件，以插件的形式被SolidWorks加載并利用，稱為內(nèi)部開發(fā)模式，是目前比較流行的開發(fā)方式。OLE技術(shù)，即對象的嵌入與鏈接技術(shù)，是生成可執(zhí)行文件(.exe)，獨(dú)立于SolidWorks平臺運(yùn)行，稱為外部開發(fā)模式，這種開發(fā)方式極少有應(yīng)用。這是一種異步開發(fā)模式，SolidWorks軟件在后臺運(yùn)行，應(yīng)用生成的.exe文件調(diào)用SolidWorks的軟件功能，適合集成在其他程序中，作為第三方軟件被調(diào)用的情況。

由于彈頭參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊需集成在“輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺”環(huán)境中被用戶調(diào)用，故選用SolidWorks的異步開發(fā)模式。這也是平臺的主要創(chuàng)新點(diǎn)。

在Visual C++6.0中，使用 MFC AppWizard(exe)生成基于對話框的應(yīng)用程序;通過在應(yīng)用程序MFC Class Wizard中導(dǎo)入SolidWorks安裝目錄下的SldWorks.tlb文件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和SolidWorks應(yīng)用程序中函數(shù)和數(shù)據(jù)的共享;在對話框應(yīng)用程序的.CPP和.h文件中添加SolidWorks的庫文件，即可以實(shí)現(xiàn)平臺和SolidWorks的異步調(diào)用過程。

3.4 數(shù)據(jù)庫接口設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫對平臺各功能模塊提供數(shù)據(jù)支撐，通過開發(fā)各功能模塊和平臺數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，能夠?qū)ψ罱K數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確析取。

3.5 平臺實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

平臺以SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫管理軟件，采用Visual C++6.0作為開發(fā)工具，通過ODBC訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，給設(shè)計(jì)人員提供了一個集彈頭結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)、全彈道計(jì)算、殺傷效能評估與優(yōu)化、設(shè)計(jì)過程管理等功能于一體的全彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺。其中，調(diào)用彈頭參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)有鋼心手槍彈參數(shù)化設(shè)計(jì)功能如圖6和圖7所示。

圖6 選擇數(shù)據(jù)庫制式彈模板

圖7 有鋼心手槍彈參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

4 結(jié)論

“輕武器殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺”，實(shí)現(xiàn)了以下功能:

1)系統(tǒng)集成功能。實(shí)現(xiàn)了包括外掛CAD軟件、彈頭強(qiáng)度校核、內(nèi)彈道計(jì)算、氣動力計(jì)算、外彈道計(jì)算、飛行穩(wěn)定性計(jì)算、殺傷效能評估、殺傷效能優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能模塊在內(nèi)的系統(tǒng)信息集成。

2)流程控制與管理功能。通過對全彈道優(yōu)化設(shè)計(jì)流程中的每一過程參數(shù)的關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)傳遞和分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程的自動運(yùn)行、幾何模型預(yù)覽、分析仿真結(jié)果的可視化。

3)彈頭結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。在集成環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)彈頭結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，自動計(jì)算和獲取殺傷元模型結(jié)構(gòu)參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)與分析計(jì)算程序的數(shù)據(jù)集成。

4)平臺數(shù)據(jù)庫環(huán)境支撐功能。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫對各功能模塊的數(shù)據(jù)支撐作用，便于設(shè)計(jì)人員隨時進(jìn)行設(shè)計(jì)資料的調(diào)用、查詢與瀏覽，提高了彈藥設(shè)計(jì)效率。

5)系統(tǒng)安全管理。平臺采取注冊碼授權(quán)方式安裝運(yùn)行，并提供了數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能。

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