（中國空空導彈研究院，洛陽 471009）

目前，在產品結構設計中設計與工藝存在脫節(jié)，有些產品圖紙存在標注不規(guī)范、材料浪費嚴重、公差標注過嚴、加工性差等問題[1]。這給制造過程帶來很大的負擔加大了不合格品的產生。此外，設計人員在產品設計過程中需要閱讀大量的設計資料，其中大多數是紙質設計手冊，設計者還必須進行比對、篩選、驗證，如選擇合適的原材料、設計基準、公差、標注等，最終選取相對較好的方案[2]。由于設計者本身知識和設計資料的局限性，使得設計結果不可能達到最好。

為了有效解決這個問題，本文開發(fā)了基于C/S（Client/Service，客戶端和服務器）模式的結構設計輔助指導系統(tǒng)，將信息化技術融入到結構設計過程中，指導結構設計的整個過程。該系統(tǒng)集成豐富的結構設計數據資料，包括選材庫、尺寸公差庫、形位公差庫、工程化指導等。設計者在設計過程中可以根據要設計的產品特征直接方便地從系統(tǒng)中獲得金屬材料、公差、標注方法、建模方法等相應的設計資料，最終提高設計產品的質量和工藝性。

1 系統(tǒng)組成及功能

1.1 系統(tǒng)總體介紹

該系統(tǒng)是針對結構設計整個過程的專業(yè)軟件系統(tǒng)，涉及計算機應用、軟件編程和數據庫操作等多個方面。

一個良好的系統(tǒng)平臺會給系統(tǒng)后續(xù)的開發(fā)和維護帶來簡便，也會使系統(tǒng)的運行和操作更穩(wěn)定。為了提高結構設計輔助指導系統(tǒng)的知識共享度，本文采用基于C/S模式的系統(tǒng)架構，相對于B/S（Brower/Service，瀏覽器和服務器）模式的系統(tǒng)架構而言，系統(tǒng)的響應速度較快，系統(tǒng)運行速度基本不受訪問用戶數量的限制。軟件系統(tǒng)平臺基于Visual Studio.NET 2005，開發(fā)環(huán)境和語言為Win Form和C#，數據庫系統(tǒng)選用Oracle9i。

該結構設計輔助指導系統(tǒng)是供設計人員使用的，通過對結構設計人員進行調查，明確需求，策劃系統(tǒng)方案、功能模塊及流程圖，主要包括系統(tǒng)基礎模塊和系統(tǒng)應用模塊兩大類，其中系統(tǒng)基礎模塊包括系統(tǒng)的登陸和運行界面、用戶管理、密碼安全管理、系統(tǒng)數據管理等；系統(tǒng)應用模塊包括合理選材模塊、公差標注模塊、工程化指導模塊。系統(tǒng)的結構流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構流程圖Fig.1 Flow chart of the system structure

1.2 系統(tǒng)基礎模塊

一套軟件系統(tǒng)不僅包括系統(tǒng)應用模塊，而且必須包含系統(tǒng)整體框架及其基礎模塊，如系統(tǒng)的登錄和運行界面、用戶管理、密碼安全管理、系統(tǒng)數據管理等。基礎模塊是軟件系統(tǒng)完整性的必要要求?？梢哉f，系統(tǒng)平臺的設計以及基礎模塊的開發(fā)難度遠大于應用模塊。

1.2.1 登陸模塊

系統(tǒng)登錄模塊是進入系統(tǒng)的大門，也是系統(tǒng)第一道安全屏障。用戶輸入正確的用戶名和密碼，則可以進入系統(tǒng)操作界面，如圖2所示。否則，系統(tǒng)提示用戶名或密碼有誤，禁止登錄系統(tǒng)。在操作界面上用戶可以根據需要選中相應的功能項，系統(tǒng)即刻將該功能對應的操作窗口激活并顯示為當前窗口。系統(tǒng)操作界面包括：系統(tǒng)提示、當前窗口名稱、用戶信息、當前時間等。

圖2 系統(tǒng)操作界面Fig.2 Operating interface of the system

1.2.2 用戶管理模塊

系統(tǒng)用戶管理模塊包括注冊新用戶和用戶管理兩個功能。注冊新用戶功能能夠實現在系統(tǒng)中增加新的用戶，具有注冊權限的用戶設定新用戶的默認密碼，并指定角色，完成新用戶注冊。用戶管理功能能夠實現修改系統(tǒng)用戶信息，包括重置密碼、更換角色、刪除用戶等操作。本系統(tǒng)的用戶分為3種類型：Admin超級用戶、系統(tǒng)管理員用戶和普通用戶。在系統(tǒng)初始化時創(chuàng)建一個默認的Admin超級用戶，Admin用戶擁有唯一的最高權限，可以創(chuàng)建和管理系統(tǒng)管理員用戶和普通用戶；系統(tǒng)管理員用戶擁有所有的管理權限，可以創(chuàng)建和管理普通用戶；普通用戶在數據管理模塊中只有查詢的權限。所有用戶都可以管理自己的用戶信息。系統(tǒng)用戶管理模塊流程如圖3所示。

圖3 用戶管理模塊流程Fig.3 Process of user management module

1.3 系統(tǒng)應用模塊

1.3.1 合理選材模塊

選材模塊是該系統(tǒng)主要應用模塊之一。選材模塊包括選材原則和選材兩部分。選材原則功能主要指導設計人員如何進行合理選材，選材時要考慮哪些因素等；選材功能可以根據用戶的輸入條件從系統(tǒng)數據庫中快速檢索出滿足條件的材料信息，并將符合條件的材料信息按照優(yōu)先順序依次列出。

對于企業(yè)來說，并不會備齊所有的材料和規(guī)格，而是會根據企業(yè)對材料的需求和應用情況，形成企業(yè)自身的材料優(yōu)選目錄。所以針對特定的企業(yè)，合理選材所涉及的材料種類將大大減少，合理選材模塊所準備的基礎材料數據也減小。

以某航空企業(yè)為例，系統(tǒng)材料庫中錄入了該企業(yè)材料優(yōu)選名錄中原材料的基本信息，種類涵蓋結構鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金和不銹鋼；毛坯種類包括板材、棒材、管材和絲等。選材功能輸入條件包括材料種類、品種、參考規(guī)格、彈性模量、極限應力、硬度等涉及材料特征和力學性能的參數。選材時不僅是選規(guī)格，更重要的是讓所選擇的材料滿足使用性能。本系統(tǒng)的開發(fā)就兼顧了各種因素，確保選材過程的科學性。圖4以鋁合金、棒材、參考規(guī)格30為例說明了選材模塊的使用過程。

圖4 合理選材應用實例Fig.4 Example of reasonable selection and application

1.3.2 公差標注模塊

在機械設計手冊中，孔軸公差配合表包括間隙配合、過度配合、過盈配合3種，數量繁多，但是許多公差帶和配合使用甚少，形同虛設，不僅增加了定值刀具和量具的品種規(guī)格，而且給管理帶來困難，影響經濟效益。為此，GB/T1801-1999規(guī)定了基本尺寸至500mm的常用和優(yōu)先孔和軸公差帶，在此基礎上又規(guī)定了常用和優(yōu)先基孔制配合和基軸制配合[3]。在系統(tǒng)開發(fā)時，公差配合可以限定在國家規(guī)定的常用和優(yōu)先基孔制配合和基軸制配合范圍及其選用的原則以內。

公差標注模塊主要是指出公差等級選用的實例，以此為參考使設計者從公差標準數值表中選出最合適的公差值。為了更好地讓設計人員了解制造過程，系統(tǒng)增加了各種加工方法能夠達到的形位公差等級，如圖5所示。設計人員在設計時能夠清楚公差的選擇范圍，并根據零件的實際使用條件具體選擇最合適的公差等級。從而保證標注的公差數值不至于過嚴或者過松，造成不必要的精加工或者淪為次品。

圖5 加工方法獲得的公差等級Fig.5 Tolerance levels for processing method

1.3.3 工程化指導模塊

工程化指導模塊主要的功能是通過對各種典型特征的建模和標注方法的分類描述，讓設計人員學習和參考標準的、合理的方法，以使其設計出來的圖紙質量更高，工藝性也更好。該模塊還包含目前常用的加工設備的加工技術指標，供設計人員參考。工程化圖例指導模塊通過對比某特征建模形式和標注工藝性差和工藝性好兩張圖例，附帶簡要說明，讓設計人員清楚該圖例工藝性好在哪里，從而對自己的設計圖紙進行改進。圖6以孔類型為例，以高精度通氣孔圖例具體說明了在標注尺寸和公差時應該注意的問題。

圖6 工程化圖例指導實例Fig.6 Example of engineering legend guidance

2 系統(tǒng)開發(fā)難點

2.1 用戶密碼安全

用戶密碼安全是信息化系統(tǒng)必須考慮的關鍵問題之一。用戶密碼原則上只應該本人知曉，其他人員不得也不能從系統(tǒng)中獲得某個用戶的密碼信息。因此，用戶密碼在數據庫中必須加密存儲。加密算法可以自己編寫也可以調用其他通用的成熟算法，為了避開嫌疑采用通用加密算法是最合適的。

經過查閱資料，綜合比較，選用MD5哈希算法最合適[4]。該算法能很好地嵌入到Visual Studio.NET平臺，應用起來也比較方便。在程序設計中密碼驗證、存儲等過程嚴格保護用戶初始輸入的密碼。在第一時間將用戶輸入的密碼進行哈希算法加密，用加密后的密碼再進行各種驗證操作。

2.2 系統(tǒng)數據處理

對信息化系統(tǒng)來說，數據處理是非常頻繁的。如果大量的數據處理過程在前臺程序進行，那么系統(tǒng)與數據庫之間的數據交換和傳輸將會變慢，不僅不利于系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，也會大大影響系統(tǒng)的反應速度。

為了解決這個潛在的問題，提高系統(tǒng)的響應速度。首先，盡量使前臺程序與后臺數據庫之間的數據交互盡可能少，能一次傳遞的，不要分多次；其次，要充分發(fā)揮數據庫的作用。數據庫不是簡單的用來存儲數據的倉庫，它最突出的優(yōu)勢是處理數據與操作數據并行。也就是說前臺獲得若干數據，不需要對這些數據進行分批處理，只需要把這些數據傳遞到數據庫系統(tǒng)中，在數據庫系統(tǒng)中執(zhí)行編寫好的數據處理函數，完成一系列數據的操作和存儲，最后返回一個信息告訴前臺執(zhí)行結果即可。這樣，不僅能減少前臺的代碼量，而且減少了對數據庫的多次頻繁操作，保證了數據庫的穩(wěn)定性。

3 結論

本文針對產品結構設計中存在的若干問題，建立基于C/S模式的結構設計輔助指導系統(tǒng)，詳細介紹了該系統(tǒng)的基礎模塊和應用模塊及其實用價值和意義。通過實際應用，選材過程變得更快捷方便；各種標注方法的指導也使得設計的產品圖紙質量更高，工藝性更好；各種與制造過程相關的數據能夠方便查找，便于設計者對設計參數的綜合選擇。工程實踐表明，本系統(tǒng)最終提高了設計產品的質量和工藝性，同時提高了結構設計的工作效率，對電路設計、建筑設計、軟件開發(fā)等行業(yè)具有很好的借鑒作用。

[1]張國慶，婁心豪.結構設計輔助指導系統(tǒng)的研究[J].航空制造技術，2011(13):90-94.

ZHANG Guoqing，LOU Xinhao.Structure design aided instruction system research[J].Aeronautical Manufacturing Technology，2011(13) :90-94.

[2]《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊第10冊:結構設計[M].北京:航空工業(yè)出版社，2000.

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[3]孔慶華，劉傳邵.極限配合與測量技術基礎[M].上海:同濟大學出版社，2002：10-14.

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[4]賈寧.密碼算法的研究綜述[J].現代電子技術，2007(11):59-61.

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