王舟，董錦亮，黃振彪，劉杰，萬敏

(1.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191;2.成都飛機工業(yè)集團公司鈑金廠，成都 610092)

噴丸成形是利用高速彈丸流撞擊金屬板材的表面，使受撞擊的表面及其下層金屬材料產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致殘余應(yīng)力，從而逐步使板材達到所需外形的一種成形方法[1]。

由于噴丸成形具有不需要成形模具、可成形大尺寸結(jié)構(gòu)件、能夠顯著提高工件的抗疲勞壽命等優(yōu)點，自20世紀40年代以來，噴丸成形技術(shù)被廣泛研究和應(yīng)用[2—6]。我國采用噴丸成形技術(shù)已有40多年的歷史，成飛、西飛、洪都等飛機制造公司在其整體壁板成形中，都已采用了噴丸成形方法，但技術(shù)相對國外而言還有一定差距，目前仍然主要采用人工試錯、反復(fù)試驗的方法來進行生產(chǎn)試驗[7—10]。由于噴丸成形的專業(yè)性較強，在噴丸成形過程中使用和產(chǎn)生了大量的工藝數(shù)據(jù)，若能將這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行系統(tǒng)化、規(guī)范化的科學管理，建立噴丸成形工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，則能夠很方便地實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部工藝文件的設(shè)計、維護、查詢與管理，將有利于實現(xiàn)工藝標準化、生產(chǎn)過程信息化以及提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[11—15]。

建立噴丸成形的工藝數(shù)據(jù)庫顯得十分必要，文中對噴丸成形工藝方面的數(shù)據(jù)信息進行系統(tǒng)化、規(guī)范化的研究，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機技術(shù)進行科學管理與維護，幫助用戶快速獲取工藝信息、進行工藝設(shè)計與分析，對于構(gòu)建噴丸成形數(shù)字化工藝設(shè)計系統(tǒng)具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用體系架構(gòu)

噴丸成形數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上分為客戶端瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)采用具有“富瀏覽器”機制的展現(xiàn)中間件Dorado5.0和跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境Eclipse，作為應(yīng)用服務(wù)程序開發(fā)工具。客戶端采用IE或IE內(nèi)核的瀏覽器，為增進用戶體驗，該層還采用了AJAX(Asynchronous Javascript and XML)技術(shù)。Web服務(wù)器主要由應(yīng)用服務(wù)程序構(gòu)成，該層以Tomcat6.0作為Web容器，內(nèi)部細化為表現(xiàn)層、控制器、數(shù)據(jù)模型3層結(jié)構(gòu)，即MVC(Model－View－Controller，模型－視圖－控制器)結(jié)構(gòu)，主要采用 JSP，Servlet，JDBC和 XML技術(shù)進行實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器包含著應(yīng)用程序所需要的各種數(shù)據(jù)，包括技術(shù)資料文檔參數(shù)庫、材料性能參數(shù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)庫、簡單試件試驗參數(shù)庫、噴丸成形實例參數(shù)庫和設(shè)備管理參數(shù)庫6個主數(shù)據(jù)庫，該層采用Oracle11g作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

圖1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)Fig.1 Three－ tiered architecture of the database system

1.2 數(shù)據(jù)庫功能結(jié)構(gòu)

所開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向飛機制造廠的實際生產(chǎn)需要，旨在為噴丸成形的工藝設(shè)計、分析及生產(chǎn)等方面提供全面、完善的支持，可為用戶提供以下功能:登錄驗證、權(quán)限校驗與管理、數(shù)據(jù)查詢與維護、管理、注銷等功能。整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總體流程如圖2所示，系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)總體流程Fig.2 Overall flowchart of the system

圖3 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)Fig.3 Architecture of the system's functions

2 系統(tǒng)功能的開發(fā)與實現(xiàn)

依據(jù)對系統(tǒng)的應(yīng)用體系架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在考慮了整個系統(tǒng)的一致性和相容性，同時力求使系統(tǒng)功能符合工藝人員的需求和使用習慣的前提下，文中對系統(tǒng)的各項功能進行了開發(fā)與實現(xiàn)。

2.1 數(shù)據(jù)庫的建立

建立了6個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫:資料文檔庫、材料性能庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、簡單試件試驗庫、噴丸成形實例庫和設(shè)備管理庫。資料文檔庫包含噴丸工藝概述、噴丸成形分類、噴丸成形試驗3個網(wǎng)頁文件和可以上傳下載的工藝文檔資料。材料性能庫的數(shù)據(jù)包括了航空常用的高強鋁合金、鋁鋰合金和耐腐蝕鋁合金等板材的成形性能試驗數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)主要包括阿爾門試片試驗數(shù)據(jù)、彈丸規(guī)格和阿爾門試片數(shù)據(jù)。簡單試件試驗庫的數(shù)據(jù)包括簡單試件參數(shù)及其彎曲試驗、延展試驗和彎曲延展試驗數(shù)據(jù)。噴丸成形實例庫的數(shù)據(jù)來源于實際生產(chǎn)，設(shè)備管理庫的數(shù)據(jù)來源于噴丸成形過程中使用的機床設(shè)備和工藝裝備等。

2.2 Web應(yīng)用程序各功能模塊的開發(fā)與實現(xiàn)

2.2.1 登錄驗證和權(quán)限控制模塊

該模塊的作用就是檢測用戶登錄時輸入的用戶名和口令是否正確，并在系統(tǒng)運行過程中對用戶的每次訪問請求都進行登錄驗證以及檢測是否越權(quán)操作。如果用戶登錄出錯，或者未登錄就試圖通過輸入網(wǎng)頁地址進入系統(tǒng)，或者越權(quán)操作，則該模塊會加以發(fā)現(xiàn)，并阻止未授權(quán)用戶的非法操作。

2.2.2 異常處理模塊

Web應(yīng)用程序在運行過程中，難免會出現(xiàn)異常，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常地運行下去，用戶的請求無法得到妥善地處理和響應(yīng)。此外，用戶的非法訪問和越權(quán)操作也會導(dǎo)致異常的發(fā)生。

為了保證系統(tǒng)的健壯性，提高系統(tǒng)的容錯能力，有必要將異常信息返回給客戶端，使用戶獲知異常的發(fā)生以及異常的簡要信息，并提示用戶進行適當?shù)牟僮?。因此，開發(fā)了一個異常處理模塊，用于捕獲系統(tǒng)運行過程中發(fā)生的異常，并將異常信息以網(wǎng)頁信息的形式返回到用戶的瀏覽器上，使其獲知異常的部分信息，并引導(dǎo)用戶進行下一步操作，如圖4所示。

圖4 包含異常信息的網(wǎng)頁Fig.4 Webpage with fault information

2.2.3 系統(tǒng)管理模塊

該模塊包括用戶管理、角色管理、模塊管理和日志管理四大模塊。其中用戶管理模塊的作用是對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶進行管理，包括增加用戶、刪除用戶、修改權(quán)限、修改密碼等操作，只有具有管理員身份的用戶才能使用該功能模塊。角色管理模塊的作用是對4種用戶角色:超級管理員、系統(tǒng)管理員、高級用戶和一般用戶進行管理。模塊管理的作用是對本系統(tǒng)各個模塊進行管理。日志管理的作用是對系統(tǒng)的登錄操作、各業(yè)務(wù)辦理過程的主要階段的操作進行記錄，從而可以跟蹤業(yè)務(wù)的辦理情況，分析系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題。

2.2.4 資料文檔模塊

該模塊為用戶提供了噴丸成形工藝的術(shù)語知識、噴丸成形分類、噴丸成形試驗和工藝規(guī)范等文檔數(shù)據(jù)，為用戶掌握噴丸成形工藝知識提供了有效的途徑。該模塊的典型界面如圖5a所示。

圖5 典型界面Fig.5 Representative interfaces

2.2.5 材料性能模塊

該模塊為用戶選擇材料提供參考數(shù)據(jù)。該模塊提供的數(shù)據(jù)包括機械性能、成形性能、供應(yīng)規(guī)格、供應(yīng)狀態(tài)、熱處理規(guī)范、牌號對照等等。材料類型主要為鋁合金和鋁鋰合金。數(shù)據(jù)類型包含文字數(shù)據(jù)、單向拉伸曲線、FLD圖片與OPJ文件(Origin工程文件)等。該模塊的典型界面如圖5b所示。

2.2.6 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊

該模塊包括基礎(chǔ)工藝試驗、彈丸規(guī)格和阿爾門試片3類數(shù)據(jù)，為其他噴丸成形提供基礎(chǔ)參數(shù)。其中包括彈丸名稱、彈丸類型、彈丸硬度、彈丸流量、噴射角度、噴射距離，以及阿爾門試片材料、厚度、寬度等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的典型界面如圖5c所示。

2.2.7 簡單試件試驗?zāi)K

簡單試件試驗?zāi)K管理簡單試件參數(shù)和試件的3類試驗:彎曲試驗、延展試驗和彎曲延展試驗的參數(shù)，用于研究噴丸工藝參數(shù)對噴丸成形效果的影響規(guī)律，并為具體零件的工藝參數(shù)設(shè)計提供參考依據(jù)。該模塊提供的數(shù)據(jù)包括試件材料名稱、試件長度、試件寬度、試件厚度、橫向彎曲半徑等等。簡單試件試驗數(shù)據(jù)界面如圖5d所示。

2.2.8 噴丸成形實例模塊

噴丸成形實例模塊可以對噴丸成形典型實例和實際生產(chǎn)零件的數(shù)據(jù)進行管理，并可以通過系統(tǒng)的接口與專用軟件系統(tǒng)、有限元模擬軟件以及數(shù)控機床進行交互協(xié)作。已完成的零件工藝信息用實例方式存儲起來供學習和參考。該模塊提供的數(shù)據(jù)包括零件名稱、零件編號、噴丸仿真參數(shù)等等。噴丸成形實例數(shù)據(jù)如圖5e所示。

2.2.9 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊管理噴丸成形過程中所需要用到的噴丸機床和工藝裝備數(shù)據(jù)，便于對噴丸機床和工藝裝備的數(shù)據(jù)進行查詢與維護。該模塊提供的數(shù)據(jù)包括機床名稱、機床參數(shù)、工裝名稱等等。設(shè)備管理數(shù)據(jù)如圖5f所示。

3 系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 登錄驗證與權(quán)限控制

根據(jù)前述該模塊的功能，開發(fā)了完善的登錄驗證和權(quán)限控制功能，在各個環(huán)節(jié)對用戶的登錄情況進行驗證，并在需要的場合驗證用戶的操作權(quán)限。所采取的方法主要包括以下幾種。

1)利用自定義的MyAccessChecker類，對每次Servlet跳轉(zhuǎn)以及視圖模型的加載等過程進行登錄驗證。利用自定義的視圖模型實現(xiàn)類MyViewModel對用戶的操作權(quán)限進行控制。以MyAccessChecker類為例，其關(guān)鍵代碼的部分示例如下:

2)在某些網(wǎng)頁添加具有登錄驗證和權(quán)限控制功能的Java代碼。這種方式主要用于網(wǎng)頁之間的直接跳轉(zhuǎn)。

3)如果驗證發(fā)現(xiàn)用戶未登錄，或者進行了越權(quán)的操作，則系統(tǒng)拋出異常，并跳轉(zhuǎn)到error.jsp網(wǎng)頁，將錯誤信息返回給用戶，并提示其重新登錄。這種系統(tǒng)的頁面自動跳轉(zhuǎn)功能是依靠Dorado5的Mapping控制技術(shù)實現(xiàn)的。

3.2 大型二進制對象的上傳與下載

本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包含大量大型二進制對象數(shù)據(jù)，例如圖片、OPJ文件、Word報表和數(shù)控代碼文件等等。為了提高系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)將這類文件存儲于Web服務(wù)器上，而將其地址保存于Oracle數(shù)據(jù)庫中。

大型二進制對象的上傳與下載功能涉及到Java的I/O(Input/Output，輸入/輸出)操作，同時還必須考慮到B/S架構(gòu)系統(tǒng)的特點，使用相對目錄作為文件的地址，以便于系統(tǒng)的移植與發(fā)布。大型二進制對象的上傳與下載程序流程如圖6所示。

圖6 大型二進制對象的上傳與下載流程Fig.6 Upload and download flowchart of large binary objects

4 結(jié)論

開發(fā)的噴丸成形工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有界面友好、功能強大、內(nèi)容覆蓋面廣、數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式豐富、操作簡單、系統(tǒng)易于維護和擴充等優(yōu)點，具有較高的實用價值，為噴丸成形工藝的設(shè)計提供了良好的支持與協(xié)助，與其他應(yīng)用軟件相配合，可以共同實現(xiàn)噴丸成形的數(shù)字化制造。

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