飞机钣金件工程设计协同平台研究与开发

飞机钣金件工程设计协同平台研究与开发

邵继胜

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限公司工程技术部

黑龙江 哈尔滨 150060

摘要：对于钣金件工程设计，综合应用计算机技术、网络技术、计算机支持的协同设计技术等，建立支持异地协同平台，是缩短工程设计周期重要方式。

关键词：飞机钣金件；工程设计；协同平台

飞机钣金件工程设计具有专业性强、分布交互、信息异构等特点，解决钣金件工程设计各部门、人员、业务协同与技术资源集成是钣金数字化制造技术发展必然趋势。

一、飞机钣金件工程设计平台

飞机钣金件工程设计平台由钣金工艺知识库、钣金工艺设计专业工具等功能模块组成，分布式(计算机、网络和数据库)的拓扑结构，是将与工程设计相关的技术资源整合为一体的集成工艺设计平台。该平台提供基于权限管理的钣金工艺设计业务过程应用入口，可调用工艺知识完成指令、加工参数、模具参数等制造要素的设计，并可对知识进行有效存储和管理，实现钣金工艺设计的数字化、智能化和集成化。

二、协同设计平台是变革钣金制造方式的基础支撑

飞机钣金件工程设计受传统设计制造方法及工具限制，过程经历许多复杂环节，如零件模型、模线、样板、样件、模具工装、零件等。各环节由不同业务部门人员经各通用和专业CAx软件完成。对于钣金件工程设计，综合应用计算机技术、网络技术、计算机支持的协同设计(CSCD)技术等，建立支持异地协同平台，是缩短工程设计周期重要方式。基于计算机信息网络和企业分布式设计环境，将原来分散设计过程及其分析工具有机结合成一个互动整体，充分考虑分布式环境中信息、过程、知识集成问题，建立支持协同工作的工程设计集成平台是实现钣金制造生产方式变革的基本保障。

三、钣金件工程设计协同平台设计

基于Web的B/S结构模式，开发构建钣金件工程设计协同平台。

1、用户层。其是分布在计算机网络中的钣金件工程设计节点，平台为工艺设计、制造模型设计、工装设计、工艺知识管理等提供统一入口，客户端用浏览器形式。依据CM4A模型，平台统一分配工程设计角色及用户，工艺设计、工装设计等各部门工程技术人员经平台各专业软件工具协同工作，各级管理人员、各类工程设计与制造人员整合为协同整体，完成钣金制造要素的设计。

2、应用层。它是平台体系核心层，面向整个钣金件制造过程，围绕工程设计目标，集成企业业务逻辑、钣金专业构件、基于PDM的信息管理和平台管理。通过钣金数字化制造应用系统及工具，实现面向制造的多态模型、工艺信息、工装信息、生产管理等的数字化定义。

①企业业务模型。其是应用系统层核心部分，分析优化钣金件工程设计相关各业务，建立支持各业务的计算机辅助设计系统，并经相应的机制和接口集成各系统间信息和功能。

(1)多态模型定义系统：基于定义钣金件工程设计各状态数字化模型，解决其传递、协调、管理，满足飞机制造中全数字量传递要求。

(2)工艺性评估系统：基于企业机床设备条件、材料成形极限、加工成本等的约束，判断零件可制造性，消除设计中可能存在的不合理因素，提高钣金成形经济性与质量，缩短制造周期。

(3)制造/装配指令设计系统：以数字化形式继承及重用工艺知识经验，为工艺设计提供智能决策环境，支持零件工艺的设计、选择、评估，实现钣金成形工艺设计集成化、标准化、快速化。

(4)成形模具设计系统：提取钣金件多态模型形状特征，与工艺协同完成模具和样板设计制造，缩短工装设计制造周期。

(5)工程设计知识管理系统：工程设计知识库的管理为工艺知识积累提供入口，包括工程设计知识库维护及审批。

②协同平台管理。它为协同平台框架提供管理和修护机制，包括协同平台用户管理、统一角色和权限分配，以及各种业务工作流引擎管理配置等。

③协同工具集。其为工程设计技术人员提供多媒体协作环境，支持物理分散用户在网络的支持下，经计算机和相关辅助设备，以文本、图形、音/视频等实时或非实时讨论交流。其功能应包括用户留言本、电子邮件等。

3、异构环境处理层。它包括数据库服务环境、分布式物理环境、应用服务环境。环境层建立在企业现有硬件条件基础上，经网络及计算机软硬件环境建设，为建立钣金件数字化工程设计系统提供物理基础。⑴数据库服务环境：在工程设计中，利用0racle等大型数据库管理系统为数据提供存储空间和管理机制。⑵应用服务环境：实现集成应用的应用服务器和配置。⑶分布式物理环境：网络、计算机系统。

四、协同平台软件开发技术

1、基于Struts的开发架构。当前，开发B/S模式Web应用程序主要开发平台有两个，一是以微软为代表的.NET，二是由Smn公司为代表的J2EE。J2EE的相关技术为构建大型分布式企业级应用提供了相关机制，系统的开发选择了基于J2EE的JSPModel 2体系实现MVC标准设计模式。

Struts框架是JSPModel 2的优秀实现框架，它将MVC设计模式应用于Web中。基于Struts框架的Web应用程序基本符合JSPModel 2设计标准。在Struts框架中，模型由ActionForm Bean及其它Java Bean组件组成，控制器由ActionServlet实现，视图由JSP文件构成。

2、平台实现技术

①RIA实现技术(AJAX)。AJAX是各种技术的综合，包括JavaScript、AHTML与CSS、XML与XSTL、XMLHttpRequest，其中，使用AHTML与CSS标准化呈现，用DOM进行动态显示交互，用XML及XSTL进行数据交换处理，用XMLHttpRequest对象读取异步数据，用JavaScript绑定处理各数据。

其工作原理相当于在用户与服务器间添加中间层，使用户操作和服务器响应异步。AJAX在用户与服务器间增加中间层(Ajax引擎)，Ajax引擎是一个复杂JavaScript应用程序，用于处理用户请求、读写服务器、更改DOM内容，使用户操作及服务器响应异步。并不是所有用户请求都提交到服务器，部分数据验证与处理等由Ajax引擎完成，只有当确定需从服务器读取新数据时，Ajax引擎才能代向服务交请求，这样使用Ajax后，各操作都会快速响应，无页面重载，用户接收服务器返回数据前能继续其它操作。AJAX关键技术包括：

(1)XMLHttpRequest是XMLHttp组件的对象，也是AJAX中最核心技术。AJAX无刷新更新页面特点是因XMLHttpRequest对象。

(2)DOM提供了一组用于操作HTML或XML文档对象的节点结构方法，通过调用DOM方法，能创建和定义HTML元素，并将元素附加到文档或现有元素中，实现HTML即时生成。

(3)XML是W3C发布的一种标准，能规范定义结构化数据，确保网上传输数据与文档符合统一标准。由于XML标识面向内容，具有“语义”，昴让各程序共享。

(4)在AJAX技术中，JavaScript可经JavaScript函数操作XMLHttpRequest来访问应用服务器；访问结果经服务器以XML形式返回时，可经XMLHttpRequest的ResponseXML文档对象读取数据。

作为RIA的解决方案，AJAX易便捷和J2EE框架集成，以扩展浏览器端功能，此时基于RIA的系统架构中“富客户表示层”是Ajax引擎。

②数据库接口技术(JDBC)。JDBC API是专门为Java语言数据库应用程序设计，定义了Java和数据库接口类库，是Java语言执行SQL语句的API，由一系列类和接日组成。这些类和接口用Java语言编写，程序开发人员能发送SQL语句。JDBC驱动程序完成SQL语句的解释及对数据库的数据存取，并将结果返回应用程序。

JDBC API为协同平台用户访问数据库提供了接口和访问机制，利用JDBC实现了协同平台下各业务运行和对数据库与知识库的集成管理。

③XML文件接口技术(DOM4J)。XML是W3C发布的标准，与HTML一样是SGML一个子集。XML标识面向内容，具有“语义”，适用于机器与人机交流。基于XML优势，协同平台的集成需大量的XML文件作为接口，这对XML文件的生成、修改、读取等要求高。

DOM4J是一个优秀的Java XML API，其性能优异、功能强大、易使用，在Java平台广泛使用，采用Java集合框架，完全支持DOM、SAX、JAXP。它结合了超出基本XML文档表示的许多功能，包括集成的XPath支持、XMLSchema支持、对大文档或流化文档的基于事件处理，还提供了用于构建文档表示的选项，并经DOM4J API及标准DOM接口提供并行访问功能。DOM4J大量使用API中的Collections类，但在许多情况下，它还提供了替代方法，以实现更好的性能或更直接的编码方法。通过使用D0lM4J，能方便处理工程设计中各业务系统的XML文件。

参考文献：

[1]刘闯.多态模型状态划分方法[J].机械科学与技术，2016(24):123-126.

[2]王奕闰，徐炜，王丹.某型号飞机钛合金钣金件热冲压成形工艺参数优化研究[J].粘接，2020，v.44；No.320（10）：183-187.