吳志昊，蔡 茜

(1.江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.北京航天動力研究所，北京 100076)

0 引言

由于航空葉片較強(qiáng)專業(yè)性以及測量精度高等特點，航空葉片在生產(chǎn)過程中大量依賴三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM，Coordinate Measuring Machining)進(jìn)行及時測量反饋。在國內(nèi)，航空葉片測量過程中數(shù)據(jù)采集、處理和測量效率均為難點[1-3]。

不少學(xué)者在葉片測量相關(guān)數(shù)據(jù)采集與處理方面做了一些研究工作。在國外，有著先進(jìn)的葉片自動檢測專用系統(tǒng)[4-6]，在測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)方面有著深入研究；此外在CMM平臺上，例如瑞典?？怂箍禍y量軟件PC-DMIS、分析軟件Blade以及管理軟件BladeRunner，有著高效的測量解決方案和管理手段。在客戶個性化的測量報告輸出情況下，CMM平臺上專用系統(tǒng)并不能對報告數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一整合和高效管理。在國內(nèi)大多是研究基于葉片特征點的測量數(shù)據(jù)提取和誤差分析上，但針對測量后期輸出報告的數(shù)據(jù)處理卻鮮有人涉足。部分學(xué)者基于UG二次開發(fā)，實現(xiàn)葉片測量程序參數(shù)化生成和葉片參數(shù)化建模，使葉片檢測整體流程得到改善[7-8]；還有些學(xué)者利用VB編程方法或數(shù)據(jù)模型，對CMM輸出報告進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[9-10]，也多是停留在Excel數(shù)據(jù)匯總層次或是提供專業(yè)SPC軟件的外部數(shù)據(jù)接口上，針對葉片測量報告數(shù)據(jù)的功能集成與自動管理研究明顯不足。

若能在原有資源不變和資金有限的情況下，實現(xiàn)CMM測量報告數(shù)據(jù)的快速采集、規(guī)范處理和可追溯管理，在后臺MySQL數(shù)據(jù)庫的支撐下，建立起集自動測控與數(shù)據(jù)管理與一體的高效系統(tǒng)，將減輕檢測人員工作負(fù)擔(dān)，也提高了葉片整體檢測的實際效率。

1 測量報告自動保存策略

經(jīng)實踐調(diào)研可知，葉片葉根葉冠及葉型都需要經(jīng)過CMM測量，在葉片測量完畢后，測量系統(tǒng)會輸出測量報告并彈出相應(yīng)的保存界面，以指示測量人員對測量報告進(jìn)行保存。此時若沒有及時輸入保存文件名和保存路徑，CMM測量系統(tǒng)就會停滯，CMM也隨著停機(jī)并等待操作指令。對于葉片葉型還需要進(jìn)行型線分析評價，也會輸出測量報告并彈出保存界面，也需要及時的人機(jī)交互。由于每一次測量都只是面向單一葉片，導(dǎo)致葉片測量效率極其低下，根本無法滿足正常的葉片測量需求。

為提高測量中心葉片測量效率和較少不必要的人機(jī)交互，現(xiàn)針對德國卡爾蔡司(Carl ZEISS)公司CMM測量，提出關(guān)于測量報告的自動保存編程方法，如圖1所示。通過應(yīng)用程序后臺循環(huán)掃描，捕獲到“pdfFactory Pro”主窗體后，并通過標(biāo)題欄文本長短來判斷文件是否生成完成，若完成，模擬點擊“保存”按鈕后彈出“另存為”子窗體并再次捕捉，發(fā)送保存路徑信息至對話框后再次模擬點擊“保存”按鈕。

2 測量數(shù)據(jù)動態(tài)輸出與轉(zhuǎn)換策略

在對葉片葉型或葉根葉冠進(jìn)行批量測量時，CMM會產(chǎn)生大量的測量數(shù)據(jù)(包含分析數(shù)據(jù))。每完成一次葉片測量，相關(guān)測量數(shù)據(jù)均放置在一個單獨測量報告中，而測量軟件一般不會自動整理和匯總。目前在該公司仍然采用人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分類和匯總，然后再由質(zhì)量管理部門刷選樣本數(shù)據(jù)并導(dǎo)入SPC分析工具進(jìn)行過程能力分析和管控，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)制造效率，因此能夠及時準(zhǔn)確地采集測量中心的質(zhì)量數(shù)據(jù)顯得尤為關(guān)鍵。

圖2 測量報告輸出策略

由于PDF圖文并茂的可閱讀性和TXT文本格式重復(fù)可識別性，本文主要針對Carl ZEISS三坐標(biāo)測量設(shè)備輸出報告的PDF格式和TXT格式進(jìn)行輸出調(diào)整，輸出策略如圖2所示。根據(jù)輸出報告格式共性，基于TXT格式確定測量報告的轉(zhuǎn)換策略，如圖3所示。

圖3 測量報告轉(zhuǎn)換策略

在前期與測量中心人員協(xié)調(diào)溝通后，基于卡爾蔡司CMM測量報告建立其規(guī)范格式，轉(zhuǎn)換格式如圖4所示。

圖4 TXT文本輸出格式

3 測量數(shù)據(jù)動態(tài)采集與處理方法

無論是葉片測量或分析報告，卡爾蔡司CMM測量系統(tǒng)均能輸出TXT文本格式，并能預(yù)設(shè)置為統(tǒng)一文本格式，方便相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的提取及轉(zhuǎn)換。顯然可見，測量報告中的報告初始行、報告間隔行及報告結(jié)束行把葉片信息和葉片特征測量數(shù)據(jù)間隔開來，前三者靜態(tài)的固定不變輸出，而后兩者動態(tài)輸出。通過系統(tǒng)標(biāo)識符來識別報告初始行、報告間隔行和報告結(jié)束行，進(jìn)行數(shù)據(jù)塊的自動分割后，從而提取文本文檔中的葉片信息和葉片特征測量數(shù)據(jù)。通過對有效數(shù)據(jù)的快速提取、重新組合并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)的單元存放，保證了數(shù)據(jù)的獨立性，為后續(xù)數(shù)據(jù)的精確查詢和采集奠定了基礎(chǔ)。

首先介紹如何完成文件的實時監(jiān)控與自動采集，程序大致實現(xiàn)步驟如圖5所示?；赩S 2010開發(fā)平臺與C#編程技術(shù)，對各變量實例完成初始化設(shè)置，主要通過創(chuàng)建FileSystemWatcher類的實例，并完成一系列的文件監(jiān)控方法調(diào)用，包括監(jiān)控文件的類型、文件的觸發(fā)動作等，隨后開始實時監(jiān)控。在本方法中，若有新的TXT文件產(chǎn)生則會觸發(fā)相應(yīng)操作時間，再判斷文件類型和是否可操作后進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，依次循環(huán)讀取并轉(zhuǎn)換完所有新建TXT文件后，程序結(jié)束。

圖5 文件實時監(jiān)控和自動采集程序?qū)崿F(xiàn)步驟

測量報告批量轉(zhuǎn)換的編程實現(xiàn)方法如圖6所示。首先，預(yù)先對數(shù)組、字符串、浮點型數(shù)等等變量進(jìn)行初始化定義，程序獲取指定文件夾下的所有文本文件的存放路徑及文件名，依次對各個文本文件進(jìn)行數(shù)據(jù)行識別，提取出有效的數(shù)據(jù)行區(qū)域，并將有效數(shù)據(jù)行依次導(dǎo)入字符串后，按照分號進(jìn)行有效數(shù)據(jù)單元的分割(即獲取有效子字符串)和冗余數(shù)據(jù)單元的剔除，并依次導(dǎo)入數(shù)組，接著創(chuàng)建Excel數(shù)據(jù)表，獲取數(shù)組數(shù)據(jù)并按照格式轉(zhuǎn)換要求實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的單元化，從而完成規(guī)范二維表的建立，以便后續(xù)批量導(dǎo)入后臺MySQL數(shù)據(jù)庫。

圖6 測量報告轉(zhuǎn)換的編程實現(xiàn)方法

4 MDMS-AB系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所提到的MDMS-AB系統(tǒng)可分為4個層次，如圖7所示，主要由自動測量與控制、數(shù)據(jù)處理與分析和系統(tǒng)管理三大部分組成。

圖7 MDMS-AB系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

(1)應(yīng)用層。即用戶操作使用的MDMS-AB系統(tǒng)人機(jī)交互界面，用戶通過簡單的界面控件(包括按鈕、下拉框、文本框和復(fù)選框等等)來觸發(fā)事件并實現(xiàn)相應(yīng)的響應(yīng)。

(2)功能層。即MDMS-AB系統(tǒng)后臺通過用戶的指令和編寫代碼自行運(yùn)行實現(xiàn)的相應(yīng)動作，以完成對應(yīng)的功能，主要包括三大部分：自動測量與控制、數(shù)據(jù)分析與處理和系統(tǒng)管理。

(3)接口層。即提供MDMS-AB系統(tǒng)與MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口方法，本系統(tǒng)采用的是ADO.NET技術(shù)，實現(xiàn)MDMS-AB系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的訪問與響應(yīng)。

(4)數(shù)據(jù)庫層。即本系統(tǒng)所采用的MySQL數(shù)據(jù)庫，為各種數(shù)據(jù)提供存儲空間，為總體結(jié)構(gòu)的最底層，也是整個MDMS-AB系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)。

5 測量數(shù)據(jù)動態(tài)管理模式的建立

葉片CMM測量中心屬于企業(yè)車間質(zhì)量管理的一部分，測量相關(guān)數(shù)據(jù)大都處于離散化狀態(tài)，現(xiàn)有的測量管理模式需要大量的人機(jī)交互且容易形成信息孤島，導(dǎo)致效率降低和信息缺乏。現(xiàn)將MDMS-AB系統(tǒng)貫穿于CMM測量全過程中，高效便捷地為其提供數(shù)據(jù)采集、處理和分析等相關(guān)功能，葉片測量過程中的動態(tài)管理模式如圖8所示。

圖8 基于CMM的動態(tài)管理模式

該動態(tài)管理模式分為4個階段：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、測量計劃和測量實施，并形成閉環(huán)管理體系，概述如下。

①數(shù)據(jù)采集：葉片相關(guān)測量報告(葉型、葉根葉冠測量報告)輸出后，利用本文所介紹的方法能及時準(zhǔn)確的獲取測量數(shù)據(jù)，并能按照預(yù)設(shè)的格式進(jìn)行單元化存儲，使數(shù)據(jù)更加有獨立性和可追溯性；

②數(shù)據(jù)處理：在數(shù)據(jù)進(jìn)行完單元化存儲后，基于MDMS-AB系統(tǒng)，數(shù)據(jù)更便于定位查找和再提取，該系統(tǒng)能為提取后的數(shù)據(jù)快速完成相關(guān)處理，例如SPC分析、失控管理和SPC報表在線打印等；

③測量計劃：根據(jù)測量數(shù)據(jù)處理及分析結(jié)果，制定新的測量型號、測量流程、測量特性等規(guī)劃，逐步改善葉片測量準(zhǔn)確性和效率；

④測量實施：在新的測量計劃制定完成后，在不斷改善和優(yōu)化測量環(huán)境后，進(jìn)行下一輪的測量。

6 結(jié)束語

利用VS平臺上的C#編程開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)對葉片測量報告數(shù)據(jù)動態(tài)、可靠和規(guī)范的處理，力求解決在葉片測量過程中的數(shù)據(jù)管理混亂和人機(jī)交互繁冗等問題。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及SPC技術(shù)，在MDMS-AB系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立起葉片測量過程中的動態(tài)管理模式，進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)自動化和信息化程度。該模式已在某企業(yè)生產(chǎn)實踐過程中得到了初步驗證，明顯地提高了葉片測量效率。