摘要：本文基于管理和工程應(yīng)用兩個維度構(gòu)建了試驗機改裝材料庫系統(tǒng)，創(chuàng)建材料庫數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)維護規(guī)范準則，用數(shù)字化方法實現(xiàn)了材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、標準化管理，形成改裝部材料信息儲備知識庫。結(jié)合MBD技術(shù)應(yīng)用，CATIA/VPM工具端定制化的二次開發(fā)，實現(xiàn)了MBD模型中的高效賦材和規(guī)范注釋，提升了選材整體業(yè)務(wù)流程執(zhí)行效率。

關(guān)鍵詞：改裝材料庫；MBD模型；高效賦材；標準化

前言

目前，數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)資源庫作為飛機數(shù)字化設(shè)計的基礎(chǔ)應(yīng)用資源，已成為航空各主機廠所保證數(shù)據(jù)源唯一性、正確性、規(guī)范性，實現(xiàn)快速設(shè)計的關(guān)鍵因素。同時，隨著三維實體模型及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來進行產(chǎn)品定義的MBD（Model Based Definition）技術(shù)在航空行業(yè)的應(yīng)用，技術(shù)注釋在MBD模型中的標注規(guī)范性和效率也成為MBD技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。企業(yè)結(jié)合各自數(shù)據(jù)管理平臺和數(shù)字化設(shè)計軟件，利用標準化方法與規(guī)則，紛紛開展資源庫系統(tǒng)構(gòu)建和二次開發(fā)應(yīng)用技術(shù)研究。

院改裝部現(xiàn)已在設(shè)計工作中應(yīng)用MBD技術(shù)，材料信息的應(yīng)用方式也從二維圖紙上的材料信息逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵贛BD數(shù)據(jù)集內(nèi)標注材料信息。面對航空材料的快速發(fā)展，部門缺乏相應(yīng)的數(shù)字化系統(tǒng)支撐，設(shè)計員只能手動翻閱材料資料、手動錄入和維護MBD數(shù)據(jù)集的材料信息，導(dǎo)致選材效率低，材料數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一標準化管理，維護的數(shù)據(jù)不能復(fù)用等問題。因此，改裝部急需基于院信息化平臺，定制開發(fā)材料設(shè)計資源庫，為材料信息的管理和應(yīng)用提供系統(tǒng)支撐，同時利用信息技術(shù)開展標準化工作，提高材料應(yīng)用規(guī)范性與正確性，從而提升產(chǎn)品設(shè)計效率與質(zhì)量。

材料庫總體建設(shè)方案

目前，工程材料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)思路是以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和數(shù)據(jù)庫為支撐，采用B/S架構(gòu)和設(shè)計軟件接口相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對材料數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。結(jié)合部門實際業(yè)務(wù)需求和現(xiàn)狀，設(shè)計過程中充分借鑒行業(yè)其他主機廠所材料管理及使用的經(jīng)驗，并充分考慮航空工業(yè)集團公司統(tǒng)一架構(gòu)的建設(shè)思想，保證系統(tǒng)具有良好的擴展性?；诋?dāng)前院信息化平臺和設(shè)計端環(huán)境，改裝部材料庫系統(tǒng)設(shè)計包含材料庫管理子系統(tǒng)和應(yīng)用子系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示，主要分為以下六個部分：

一、系統(tǒng)功能管理層：是材料庫系統(tǒng)基礎(chǔ)功能的體現(xiàn)，是支撐整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行所不可缺少的一部分，包括用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、流程管理和符合國家安全保密要求的三員管理。

二、材料模型配置管理層：對材料庫數(shù)據(jù)的底層模型和數(shù)據(jù)分類的創(chuàng)建，以及知識庫模型配置、數(shù)據(jù)模板的創(chuàng)建等功能管理層，該管理層是材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)和先決條件，從而實現(xiàn)對材料數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化、標準化管理。

三、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理層：對材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和材料實例數(shù)據(jù)的維護和管理，通過模板權(quán)限的分配和對材料數(shù)據(jù)的增、刪、改、審批、校對等功能，完成材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和材料實例數(shù)據(jù)的維護，并通過可視化分析模塊對材料庫中數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計展示。該管理層是承接系統(tǒng)功能管理層和材料模型配置管理層的基礎(chǔ)，也是材料數(shù)據(jù)應(yīng)用層的基礎(chǔ)和先決條件。

四、材料數(shù)據(jù)應(yīng)用管理層：是對材料庫中材料實例數(shù)據(jù)的查詢展示及應(yīng)用、對型號所用材料的統(tǒng)計、產(chǎn)品選材排序展示等應(yīng)用。該應(yīng)用層數(shù)據(jù)主要來源于材料數(shù)據(jù)管理層，并嵌入到CATIA/VPM設(shè)計環(huán)境應(yīng)用層中。

五、集成接口管理層：提供服務(wù)接口管理功能，可對接入系統(tǒng)的接口信息進行存儲和管理，方便數(shù)據(jù)分發(fā)與共享。本地接口管理可對材料庫系統(tǒng)自身對外暴露的接口信息進行展示，方便其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用和數(shù)據(jù)接收，通過接口調(diào)用日志對接口被調(diào)用信息進行記錄。

六、材料數(shù)據(jù)在CATIA環(huán)境下的應(yīng)用層：是CATIA/VPM設(shè)計端選材過程中對材料數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、展示等應(yīng)用；該應(yīng)用層是基于集成接口管理層和材料數(shù)據(jù)應(yīng)用層的基礎(chǔ)，并體現(xiàn)在CATIA/VPM設(shè)計環(huán)境中的數(shù)據(jù)交互應(yīng)用。

材料庫技術(shù)架構(gòu)遵循標準四層應(yīng)用架構(gòu)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集成層、持久層、業(yè)務(wù)處理層、視圖層的分離，采用B/S架構(gòu)技術(shù)保證了系統(tǒng)的靈活性與安全性。支持集群方式網(wǎng)絡(luò)部署，提供高可用性支持，根據(jù)需要可增加服務(wù)器。同時采用集中服務(wù)器、集中應(yīng)用、集中網(wǎng)絡(luò)管理方式，能夠快速適應(yīng)海量數(shù)據(jù)處理的要求。

材料庫功能模塊設(shè)計方案

材料數(shù)據(jù)的構(gòu)建和基本管理設(shè)計

為了實現(xiàn)對材料信息的數(shù)字化管理，首先需要根據(jù)材料數(shù)據(jù)特性對其進行結(jié)構(gòu)化處理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化則需要對材料數(shù)據(jù)進行分類。參考《中國航空材料手冊》和《飛機設(shè)計手冊》材料分冊以及幾型民用飛機的材料選用目錄，梳理試驗機改裝常用材料。材料模型分類下創(chuàng)建金屬材料數(shù)據(jù)模型、非金屬材料數(shù)據(jù)模型、工藝材料數(shù)據(jù)模型，每個模型分類下再分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)分類，以樹形方式展示，實現(xiàn)材料數(shù)據(jù)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化表達?？紤]到材料類別和牌號后續(xù)會發(fā)生變化的情況，設(shè)計時實現(xiàn)了材料類別靈活配置的要求，即系統(tǒng)管理員可新建、修改或刪除任一材料分類和牌號信息。

針對每一項材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)動態(tài)建模技術(shù)，采用配置的方式自定義材料的基本信息屬性和性能數(shù)據(jù)屬性，保證屬性定義的靈活性和擴展性。同時，對材料性能數(shù)據(jù)屬性進行分組展示，如物理/化學(xué)性能、力學(xué)性能、拉伸性能、工藝性能等，實現(xiàn)材料信息展示的直觀性和結(jié)構(gòu)化，如圖2所示。

選取材料屬性信息中相對比較規(guī)范且范圍界定的數(shù)據(jù)，如計量單位、材料品種、品種代號等，作為數(shù)據(jù)字典進行管理維護，從而提高此類數(shù)據(jù)信息的規(guī)范性。為了便于數(shù)據(jù)維護和應(yīng)用，設(shè)計支持材料數(shù)據(jù)的批量附碼和導(dǎo)入導(dǎo)出，針對圖片、文件、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行附件維護管理。通過自定義流程配置，使材料申請、修訂或停用過程中完成線上審批工作，記錄材料狀態(tài)變化過程中的審批信息。

同時系統(tǒng)實現(xiàn)材料信息統(tǒng)計分析功能，從數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)增量等維度以圖表形式展示材料數(shù)據(jù)的數(shù)量變化，便于直觀獲取新入庫材料等信息。通過配置質(zhì)量規(guī)則對入庫數(shù)據(jù)進行規(guī)范約束，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時可對相同數(shù)據(jù)模型中的材料信息進行多條件篩選查詢，并進行相似數(shù)據(jù)檢索，提升選材效率。

為使材料數(shù)據(jù)更好地應(yīng)用于MBD模型，同時便于選材時瀏覽、相似數(shù)據(jù)查詢和對比分析，設(shè)計時根據(jù)部門實際業(yè)務(wù)需求，選取重點關(guān)注的材料屬性信息，如基本信息、技術(shù)標準、應(yīng)用范圍、適用機型等，采用從材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中直接引用相關(guān)屬性信息生成材料實例數(shù)據(jù)的方式，保證了材料庫數(shù)據(jù)源的唯一性。對于每項實例數(shù)據(jù)只需維護材料規(guī)格屬性信息即可，大大提高材料實例信息維護效率。

材料數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理設(shè)計

材料庫應(yīng)用管理功能主要包括型號選材目錄配置、產(chǎn)品選材統(tǒng)計功能。型號選材目錄配置功能對型號信息進行維護，針對每個型號配置可選的材料實例選用目錄，供設(shè)計員選材，并提供快速檢索、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。產(chǎn)品選材統(tǒng)計功能通過CATIA/ VPM客戶端集成實現(xiàn)，如圖3所示。系統(tǒng)會自動記錄設(shè)計員在CATIA選材頁面對材料實例數(shù)據(jù)的選擇次數(shù)，并根據(jù)材料實例的選擇次數(shù)對實例數(shù)據(jù)進行從高到低的默認排序展示。實現(xiàn)了試驗機改裝過程中材料數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理，積累和重用了飛機型號材料應(yīng)用知識，使設(shè)計員在進行選材時能夠充分借鑒已有型號的材料選用情況，進行材料的快速選擇和重用。

材料數(shù)據(jù)在CATIA/VPM環(huán)境下的應(yīng)用

基于CAA進行CATIA/VPM設(shè)計環(huán)境下的二次定制化開發(fā)，常用設(shè)計軟件中的材料信息與材料庫管理系統(tǒng)中的標準數(shù)據(jù)來自同一數(shù)據(jù)源，既可以實現(xiàn)選材數(shù)據(jù)的及時更新，又可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和追溯。在CATIA/ VPM客戶端嵌入“選材”工具條，實現(xiàn)快速跳轉(zhuǎn)選材頁面功能。選材頁面具備多條件檢索查詢功能，也可根據(jù)型號選材目錄進行檢索。

數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)資源庫建設(shè)是越來越多主機廠所和設(shè)計部門實現(xiàn)建模規(guī)范性、準確性以及數(shù)字化發(fā)展的關(guān)鍵因素。本文針對試驗機改裝材料庫的建設(shè)，從管理和應(yīng)用兩個維度開展系統(tǒng)功能設(shè)計，創(chuàng)建材料庫數(shù)據(jù)模型和維護規(guī)范，保障數(shù)據(jù)質(zhì)量，形成了部門特有的材料信息儲備知識庫，實現(xiàn)了材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、標準化管理。通過CATIA/VPM環(huán)境下的集成應(yīng)用設(shè)計，提高材料的優(yōu)選和復(fù)選效率，用數(shù)字化方法加強了設(shè)計階段的選材統(tǒng)一控制，為后續(xù)部門數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)資源庫的建設(shè)和集成奠定了良好基礎(chǔ)。