陳振林 張玉蓮 苑興楠 魏艷紅

摘要： 為了高效存儲和管理航空發(fā)動機焊接工藝涉及的焊接基礎數(shù)據(jù)，并輔助焊接工藝快速編制，使用面對對象程序設計語言Java和瀏覽器/服務器架構，設計并開發(fā)了應用于航空發(fā)動機焊接零件的焊接工藝資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括焊接數(shù)據(jù)庫平臺和焊接工藝智能編制平臺兩個主要部分，其中焊接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)涵蓋了焊接基礎數(shù)據(jù)庫、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫、材料焊接性能數(shù)據(jù)庫和典型零件案例庫。焊接工藝智能編制平臺以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎，設計相應的匹配規(guī)則，可以快速完成焊接工藝文件的編制。該系統(tǒng)可以對焊接工藝數(shù)據(jù)進行快速的查詢管理，極大的提高了工作效率，縮短了工藝制備周期，促進了焊接知識自動化水平和管理精細化水平的提高。

關鍵詞： 航空發(fā)動機; 焊接數(shù)據(jù)庫; 焊接工藝編制

中圖分類號： TG 409

Abstract： A database system of process resources for welding parts in aeroengine is designed with Java and browser / server architecture， which can store and manage the basic data efficiently and assist in the rapid preparation of welding process for aeroengine. This system mainly includes two parts， welding database platform and welding process intelligent designing platform. The welding database platform covers basic welding database， welding parameter database， material welding performance database and typical parts case database. Based on the welding database system， the intelligent designing platform of welding process can quickly accomplish the compilation of welding process documents by designing with corresponding matching rules. The system can query and manage the welding process data quickly， greatly improve the work efficiency， shorten the process preparation cycle， and promote the level of welding knowledge automation and fine management.

Key words： aeroengine; welding database; welding process preparation

0 前言

航空工業(yè)在世界上各個國家中都備受重視，航空發(fā)動機作為航空飛行器的心臟，更是匯集了很多的新興功能和高端科技[1]。焊接技術在航空發(fā)動機制造過程中占據(jù)了極其重要的地位，而優(yōu)質(zhì)的焊接工藝和焊接工藝指導文件是保存焊接質(zhì)量的重要措施。隨著計算機技術在焊接領域的發(fā)展，在焊接工藝數(shù)據(jù)管理中引入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以依托計算機強大的計算處理能力，制定更加科學合理的焊接工藝參數(shù)，提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

自上世紀80年代以來，清華大學、哈爾濱工業(yè)大學等學校開始與企業(yè)合作，對已經(jīng)趨于成熟的焊接行業(yè)數(shù)據(jù)進行了相關焊接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究[2-5]。近年來，軌道車輛、壓力容器、船舶和航空航天行業(yè)也在積極建立相關焊接工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和工藝設計專家系統(tǒng)，用以提高企業(yè)生產(chǎn)效率及核心競爭力。滬東中華造船有限公司針對各種船用特殊鋼材的焊接工藝操作規(guī)程設計了一個較為完善的焊接工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，開創(chuàng)了船舶工業(yè)系統(tǒng)在焊接工藝數(shù)據(jù)庫方面的先河;中車青島四方機車車輛有限公司開發(fā)了焊接工藝信息化管理系統(tǒng)，可以支撐企業(yè)焊接工藝制定及焊接件生產(chǎn)過程;成都飛機工業(yè)有限公司與南京航空航天大學合作開發(fā)的航空用焊接數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)可以對焊接工藝制定過程進行流程化管理，提高了航空焊接生產(chǎn)領域管理規(guī)范化水平[6]。

從焊接工藝數(shù)據(jù)庫的發(fā)展狀況可以看出，企業(yè)逐步淘汰紙質(zhì)的焊接工藝文件，將其轉化為電子文件，并將已有的焊接工藝數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)庫進行儲存和管理，相應的，使用焊接工藝設計專家系統(tǒng)進行工藝文件設計也逐步替代了大量重復的人工設計工作。文中針對航空發(fā)動機構件焊接過程中工藝制備時間周期長，效率低下的問題，設計并開發(fā)了焊接工藝資源數(shù)據(jù)庫平臺，對大量的焊接工藝相關數(shù)據(jù)進行科學有效的管理使用，并基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)快速編制焊接工藝文件，不僅提高了工作效率，還規(guī)避了可能因人工編制文件而產(chǎn)生的不足，滿足了實際生產(chǎn)需求。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)主要包括焊接數(shù)據(jù)庫平臺和焊接工藝智能編制平臺兩大功能板塊和用戶權限管理模塊。其總體結構如圖1所示。

焊接數(shù)據(jù)庫平臺包含四大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，即焊接基礎數(shù)據(jù)庫、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫、材料焊接性能數(shù)據(jù)庫、典型零件案例庫。焊接數(shù)據(jù)庫平臺主要存儲及管理焊接工藝涉及的焊接數(shù)據(jù)包括焊接材料各種性能參數(shù)、焊接過程參數(shù)及焊接件基本信息，對一些典型零件焊接工藝相關參數(shù)也進行了收錄以便于快速查找并應用。焊接工藝智能編制平臺以焊接數(shù)據(jù)庫平臺為數(shù)據(jù)基礎，設計相應的匹配規(guī)則，實現(xiàn)了編制工藝時關聯(lián)材料牌號、焊接設備及編號等初始信息的錄入，自動生成焊接工藝參數(shù)等信息，快速完成焊接工藝文件的編制。

2 焊接數(shù)據(jù)庫平臺設計

2.1 數(shù)據(jù)庫結構設計

焊接數(shù)據(jù)庫主要包括焊接基礎數(shù)據(jù)庫、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫、材料性能數(shù)據(jù)庫及典型零件案例庫。焊接基礎數(shù)據(jù)庫主要存儲焊接工藝涉及的焊接基礎資料，包括母材材料、填充材料、接頭形式、焊接設備、焊接通用要求、焊接標準文獻、焊接基礎問題等模塊，如圖2所示。焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫是結合產(chǎn)品型號的常用材料建立的用于存儲焊接工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，工藝參數(shù)數(shù)據(jù)內(nèi)容是根據(jù)四大類共16種不同的焊接方法進行分類設計與存儲，主要包括焊接電流、焊接電壓、送絲速度、氣體流量等焊接工藝參數(shù)。材料性能數(shù)據(jù)庫將企業(yè)常用材料的焊接性能試驗數(shù)據(jù)進行存儲并有效管理，用于快速查詢和掌握材料焊接性能。典型零件案例庫是設計和存儲重點型號產(chǎn)品零部件或者典型零部件在焊接攻關過程中獲得的所有焊接成果，包括焊接工藝、檢測方法、焊接缺陷、變形情況、問題解決措施等。

2.2 數(shù)據(jù)庫功能設計

對數(shù)據(jù)庫中相對抽象、零散的數(shù)據(jù)進行邏輯處理，建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以使用戶不需要直接對數(shù)據(jù)庫進行操作，而是通過數(shù)據(jù)庫平臺中已經(jīng)設計好的功能對數(shù)據(jù)直接處理。同時，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為底層數(shù)據(jù)庫與用戶操作界面的連接樞紐，還承擔著數(shù)據(jù)共享及與其他系統(tǒng)集成對接的重要作用。每個數(shù)據(jù)庫都會根據(jù)具體使用及展示需求進行功能設計。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫功能設計主要包括以下幾個方面：

（1）實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)的基本操作，如增加、修改、刪除、查看、搜索等基本功能，使所有數(shù)據(jù)可以實時更新，保持數(shù)據(jù)的實時性。

（2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)批量處理操作，如批量刪除、批量導入，提高數(shù)據(jù)編輯效率，減少重復工作。

（3）實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中文件或圖片數(shù)據(jù)的多格式存儲，并實現(xiàn)其基本操作，如文件或圖片的上傳、下載、打印、預覽等功能。

（4）實現(xiàn)各數(shù)據(jù)庫中的相關數(shù)據(jù)的配合調(diào)用，并使用一定的邏輯算法，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚?，使?shù)據(jù)庫前臺系統(tǒng)可以呈現(xiàn)出完整的焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)。

3 焊接工藝智能編制平臺設計

焊接工藝智能編制平臺以焊接數(shù)據(jù)庫平臺為基礎，設計相應的匹配規(guī)則和推理機制，實現(xiàn)編制工藝時可快速關聯(lián)焊接數(shù)據(jù)庫中各類相關信息的錄入，自動生成焊接工藝參數(shù)等信息，快速完成焊接工藝文件的編制。該平臺的工藝編制過程如圖3所示，首先輸入焊接基本信息，如焊接方法、母材材料等，并從基本數(shù)據(jù)庫中關聯(lián)相關信息，再從已經(jīng)預填充的表單中選擇性輸入工序內(nèi)容和技術條件，根據(jù)用戶在編制工藝時輸入的初始參數(shù)，根據(jù)一定的匹配規(guī)則，在數(shù)據(jù)庫中獲取匹配的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，如填充材料、焊接速度等，并在前臺展示。若符合條件的數(shù)據(jù)不止一條，用戶可以手動選擇最適合的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，并自動填充入工藝文件中，若符合條件的數(shù)據(jù)只有一條，則這些數(shù)據(jù)將無需人工選擇自動填充入工藝文件報表相應位置。

4 系統(tǒng)開發(fā)和實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)開發(fā)方法

該系統(tǒng)主要使用Java作為開發(fā)語言，Java是一門面向對象的編程語言，功能強大而相對來說使用簡單?；跒g覽器/服務器（Browser/Service）架構，并使用spring MVC作為開發(fā)框架，將前端響應和后端處理進行分層，減少系統(tǒng)維護量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其原理圖如圖4所示。首先用戶發(fā)出請求，請求到達前端控制器，前端控制器根據(jù)用戶請求地址，請求處理器映射器查找匹配該請求地址的處理器，并返回一個執(zhí)行鏈，前端控制器再請求處理器適配器調(diào)用相應的處理器進行業(yè)務處理，并返回給前端控制器，前端控制器再請求視圖解析器對返回的邏輯視圖進行解析，最后前端控制器將返回的視圖進行渲染并把數(shù)據(jù)裝入到返回域，返回給用戶，用戶即可實現(xiàn)請求。

4.2 系統(tǒng)功能及應用

系統(tǒng)功能目錄如圖5左側框所示，主要分為用戶管理、四大數(shù)據(jù)庫和焊接工藝智能編制三個模塊。

在數(shù)據(jù)庫管理頁面中，以焊接基礎數(shù)據(jù)庫中母材材料數(shù)據(jù)庫管理為例介紹數(shù)據(jù)庫基本功能，母材材料數(shù)據(jù)庫主要分為鋼、高溫合金、鈦合金和鋁合金四大類型，又根據(jù)存儲數(shù)據(jù)格式的差別分為了九個數(shù)據(jù)庫模板，供用戶查看使用。用戶可以通過交互界面上的功能按鍵，對數(shù)據(jù)進行基礎的增加、批量刪除、查詢等操作，通過每一行數(shù)據(jù)后的功能圖標，對所在行數(shù)據(jù)進行查詢、修改、單條刪除等操作。

在焊接工藝智能編制平臺中，根據(jù)不同的焊接方法，將焊接工藝編制分為弧焊、高能束焊、壓焊和釬焊四個模塊。以高能束焊中的真空電子束焊為例對焊接工藝智能編制進行介紹，如圖6所示，用戶首先需要在焊接初始條件欄中輸入如材料牌號、接頭厚度、焊接設備等焊接零件基本信息，如有需求也可在草圖欄上傳草圖?；拘畔⑻顚懲瓿珊?，根據(jù)所填寫的基本信息，可以按照匹配因素對工作內(nèi)容及附注欄和焊接參數(shù)欄中的參數(shù)進行自動匹配和填充，這兩個模塊是系統(tǒng)智能編制焊接工藝的核心模塊，系統(tǒng)會根據(jù)用戶在初始條件欄中的信息來分析匹配出合適的焊接工作內(nèi)容和焊接參數(shù)，若無合適匹配結果，用戶也可在匹配界面進行數(shù)據(jù)庫維護工作，添加合適工藝數(shù)據(jù)以供選擇。

完成真空電子束焊工藝編制之后，數(shù)據(jù)將被保存到真空電子束焊焊接工藝規(guī)程數(shù)據(jù)庫，點擊相應的數(shù)據(jù)庫按鈕，則可進入真空電子束焊的焊接工藝規(guī)程界面，用戶可以對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫的基本操作。

5 結論

（1）針對航空發(fā)動機焊接工藝參數(shù)的存儲需求，設計并開發(fā)了焊接數(shù)據(jù)庫平臺，實現(xiàn)了焊接基礎數(shù)據(jù)、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)、材料性能數(shù)據(jù)和典型零件案例數(shù)據(jù)的存儲和共享。

（2）以焊接數(shù)據(jù)庫平臺為基礎，設計并開發(fā)了焊接工藝智能編制平臺，實現(xiàn)編制工藝參數(shù)的關聯(lián)輸入和自動匹配，快速完成焊接工藝文件編制工作，比人工編制效率提高50%。

（3）將焊接數(shù)據(jù)庫平臺和焊接工藝智能編制平臺集成為焊接工藝資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，極大的提高了工作效率，縮短了工藝制備周期，實現(xiàn)了焊接工藝編制過程的信息化管理。

參考文獻

[1] 賈忠寧. 航空發(fā)動機工裝快速設計系統(tǒng)信息管理研究[D]. 南京：南京航空航天大學， 2011.

[2] 魏艷紅. 材料焊接性試驗方法新探-焊接工藝設計智能保證系統(tǒng)的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學， 1989.

[3] 魏艷紅，劉愛國，李成山，等. 基于Client/Server模式的焊接工藝文件管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[J]. 焊接，2000（6）： 22-25.

[4] 張崇軻，朱志明，陳丙森. 工程機械焊接結構件裝焊工藝流程及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J]. 焊接， 2002（7）： 9-12.

[5] 喬尚飛. 通用焊接工藝輔助編制與管理系統(tǒng)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學， 2002.

[6] 榮佑珍，劉仁培，魏艷紅.航空專用焊接數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)[J].航空制造技術，2017（12）：43-47.