鈑金工藝數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)方案任國輝

1、鈑金材料數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)方案一、項目背景基礎(chǔ)性科學(xué)數(shù)據(jù)作為科技活動發(fā)展的基礎(chǔ)和成果，是科學(xué)技術(shù)滾動發(fā)展的平臺。一個好的科學(xué)思想、理論假說和應(yīng)用技術(shù)，必須在掌握大量前人資料和科學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上才能形成，同時也必須在大量相關(guān)數(shù)據(jù)的支撐下才能被證實。而對科學(xué)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化的綜合分析，進而促進新的科學(xué)思維的產(chǎn)生，是實現(xiàn)科技創(chuàng)新的重要方式，并推動交叉學(xué)科的發(fā)展。當代高新技術(shù)的發(fā)展趨勢明顯呈現(xiàn)出大科學(xué)、定量化和注重過程研究等特點，越來越依賴于系統(tǒng)的、高可信度的基本科學(xué)數(shù)據(jù)及其衍生的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。近年來，鈑金工藝在我國航空航天及其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大，已逐漸成為構(gòu)建產(chǎn)品的基礎(chǔ)性材料之一，因此，創(chuàng)建一個內(nèi)

2、容豐富、使用便利、并能夠通過電子網(wǎng)絡(luò)方式提供服務(wù)的鈑金工藝數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，并廣泛應(yīng)用于研究部門和生產(chǎn)場所，就成為亟待解決的問題。在這個大背景下，航材院作為航空企業(yè)中鈑金工藝研究的龍頭單位，承接了國防科工委高新工程項目，主要研究航空鈑金工藝的數(shù)據(jù)庫支撐技術(shù)以及航空鈑金工藝制品的數(shù)字化制造技術(shù)。最終，建立一個鈑金工藝數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)，提供鈑金工藝性能的數(shù)據(jù)測試、分析、存儲和應(yīng)用的統(tǒng)一平臺，支持鈑金工藝制件的數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造、模擬仿真和驗證，使之成為國防科技工業(yè)創(chuàng)新研究和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。通過一段時間的工作，航材院基本完成了鈑金工藝性能表征及其標準化和測試技術(shù)的標準，這些是建立鈑金工藝數(shù)據(jù)庫

3、的主要基礎(chǔ)。但是，由于產(chǎn)品研發(fā)工作比較緊張，數(shù)據(jù)庫專業(yè)人員比較缺乏，在接下來的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建過程中，進度受到了影響。中航伊薩公司作為航材院的控股單位，具有豐富的數(shù)據(jù)庫工程經(jīng)驗，為多個國防單位提供過相關(guān)服務(wù)。因此，雙方通過緊密合作、各展所長，將會大大加快數(shù)據(jù)庫建立的速度，確保整個項目的順利進行。二、用戶需求材料數(shù)據(jù)本身是一種資源，先進國家如美國非常重視材料數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)和維護，到目前為止，美國已建設(shè)了13個國家級的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，形成了龐大的國防工業(yè)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用體系，為美國國防工業(yè)保持其世界領(lǐng)先的競爭力和可持續(xù)發(fā)展做出了巨大的貢獻。而在我國，數(shù)據(jù)積累工作長期沒有得到應(yīng)有的重視，科研過程產(chǎn)生的數(shù)

4、據(jù)很多沒有得到有效的應(yīng)用，通常研究課題完成資料歸檔后再次利用的比例很少，尤其是在鈑金工藝領(lǐng)域，該問題則更加顯著。同一種材料，性能數(shù)據(jù)的差別非常大，原始數(shù)據(jù)的記錄內(nèi)容很少，數(shù)據(jù)的可追蹤性差，無法建立科學(xué)的材料數(shù)據(jù)庫。因此，很難形成資源積累，造成新產(chǎn)品所需材料的性能數(shù)據(jù)“少、缺、散”現(xiàn)象較為嚴重，不得不進行大量重復(fù)性工作，且無法保證數(shù)據(jù)準確性。過去，在國防領(lǐng)域中曾經(jīng)陸續(xù)開發(fā)出了幾個與鈑金工藝相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，并在一定范圍內(nèi)進行了應(yīng)用，取得了一些效果，但都因為使用不方便、不適合工程實際、缺乏數(shù)據(jù)追溯性等原因被棄之不用。因此，構(gòu)建過程必須總結(jié)以往的經(jīng)驗教訓(xùn)，吸取國外的先進理念，最終形成一個能夠廣泛應(yīng)用于國

5、防行業(yè)中數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化仿真、數(shù)字化制造的鈑金工藝數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)以航材院編寫的數(shù)據(jù)庫中標識纖維增強聚合物基鈑金工藝的標準指南（E 1309）和纖維增強鈑金工藝力學(xué)試驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫收錄指南（E 1434）兩個標準為基礎(chǔ)，并結(jié)合航材院28室提供的其它資料進行設(shè)計和建庫工作。2 數(shù)據(jù)庫中的材料種類包括為鈑金工藝以及與鈑金工藝相關(guān)的原材料和中間材料。3 數(shù)據(jù)庫中材料的性能種類主要包括材料的理化性能、力學(xué)性能和工藝性能。4 數(shù)據(jù)庫中應(yīng)覆蓋的材料背景信息包括數(shù)據(jù)來源、試驗標準、材料標準或規(guī)范、材料概述等等。5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)可存儲不同來源、不同形式的數(shù)據(jù)，來源包括項目（課題）

6、、手冊、供應(yīng)商等，數(shù)據(jù)的形式則包括文字、位圖、文件等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要功能1構(gòu)建出的鈑金工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具有完整的體系，數(shù)據(jù)庫中應(yīng)包含豐富的鈑金工藝數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)及其流程，形成一個鈑金工藝所有重要屬性的數(shù)據(jù)測試、產(chǎn)生、分析、存儲、應(yīng)用和調(diào)度的統(tǒng)一平臺，能夠支撐鈑金工藝制件的數(shù)字化設(shè)計、模擬仿真、工藝設(shè)計、制造、管理和驗證等功能。2數(shù)據(jù)庫中能夠存儲任意材料的所有屬性，并力求使數(shù)據(jù)格式和流程管理模式成為行業(yè)統(tǒng)一的技術(shù)標準，用于國防行業(yè)鈑金工藝數(shù)據(jù)的采集、錄入、管理、推廣、應(yīng)用等。3軟件界面要求美觀、風格一致，用戶界面設(shè)計要考慮易用性，用戶操作方便，同時要求所有授權(quán)用戶能夠基于網(wǎng)絡(luò)進

7、行實時全程操控和數(shù)據(jù)共享。4要求數(shù)據(jù)庫自身具有強大的管理功能，增、刪、改、查等基本功能不僅齊備，同時要求智能化、快速化；動態(tài)修改不僅僅只能對數(shù)據(jù)級，還要能夠方便地對表一級進行。5數(shù)據(jù)庫中，不同用戶類型對不同的數(shù)據(jù)具有不同的權(quán)限，用戶權(quán)限的分配與管理功能要求簡單、快速。6數(shù)據(jù)庫具有豐富的數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計功能，可將測試數(shù)據(jù)處理生成性能級數(shù)據(jù)，包括如平均值、方差等。另外，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的性能數(shù)據(jù)點能夠生成部分性能曲線圖。7數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)具有高柔性，具有與CATIA、Nastran等鈑金工藝應(yīng)用軟件的接口，并具有開放、通用、可擴展和可升級等特性。同時應(yīng)留有與加工過程的接口，二期中能夠?qū)崿F(xiàn)與沈飛數(shù)字化生產(chǎn)線的

8、連接，能夠與沈飛工程庫（CAPP）進行數(shù)據(jù)交互。8數(shù)據(jù)庫要能夠與實驗室中的測試設(shè)備或者加工現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行交換，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、提取、分析、反饋等。另外，數(shù)據(jù)可以根據(jù)用戶需要，以Excel等通用格式導(dǎo)出。9數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，以方便數(shù)據(jù)的錄入。同時，數(shù)據(jù)庫的備份與還原可由管理員通過界面完成。10數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中具有系統(tǒng)日志功能，管理人員可以對數(shù)據(jù)庫的所有操作應(yīng)用進行全面監(jiān)控。11數(shù)據(jù)庫要求具有高度的安全性，保證系統(tǒng)敏感信息不被人所截獲，同時保證整個系統(tǒng)不被人所侵犯，特別是機密數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)庫對每一項數(shù)據(jù)的權(quán)限僅對指定的人或組開放，訪問日志能夠即時監(jiān)控每一個用戶。三、技術(shù)方案1開發(fā)工具

9、和方法數(shù)據(jù)庫建模工具使用PowerDesign。PowerDesign主要采用基于Entiry-Relation的數(shù)據(jù)模型，分別從概念數(shù)據(jù)模型(Conceptual Data Model)和物理數(shù)據(jù)模型(Physical Data Model)兩個層次對數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計，是當前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫建模工具之一。概念數(shù)據(jù)模型描述的是獨立于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)的實體定義和實體關(guān)系定義。物理數(shù)據(jù)模型是在概念數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上針對目標數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的具體化或者.數(shù)據(jù)庫使用Oracle，開發(fā)語言使用Java，開發(fā)工具使用Eclipse。Eclipse是一個開放源代碼的、通用性的、基于Java 的可擴展

10、開發(fā)平臺。就其本身而言，它包括一個框架和一組服務(wù)，用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，在開發(fā)Web應(yīng)用程序方面功能強大、使用便利。服務(wù)器程序使用Tomcat。Tomcat是一個免費的開源的Serlvet容器，它是Apache基金會的Jakarta項目中的一個核心項目，由Apache，Sun和其它一些公司及個人共同開發(fā)而成，同時它又是sun公司官方推薦的servlet和jsp容器.數(shù)據(jù)庫持久化技術(shù)使用Hibernate，Hibernate是一個開放源代碼的對象關(guān)系映射框架，它對JDBC進行了非常輕量級的對象封裝，使得Java程序員可以隨心所欲的使用對象編程思維來操縱數(shù)據(jù)庫，另外將會使用的技術(shù)包括sql

11、、jsp、javascript及Web2.0技術(shù)xmlhttp。構(gòu)建過程中，通過PowerDesigner進行數(shù)據(jù)庫建模，導(dǎo)出sql文件后，根據(jù)建模信息在數(shù)據(jù)庫中建立表結(jié)構(gòu)，之后，在eclipse中生成數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)流程對應(yīng)的java，dao，jsp及Hibernate文件，發(fā)布到Tomcat應(yīng)用程序目錄，完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，進行功能測試。2設(shè)計方案2.1設(shè)計基本內(nèi)容整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計框架要能夠涵蓋目前國內(nèi)通用的所有鈑金工藝類型.2.2構(gòu)建過程根據(jù)數(shù)據(jù)庫開發(fā)生命周期的要求并結(jié)合工程項目的標準流程，整個項目的執(zhí)行主要包括用戶需求、原型系統(tǒng)、編碼實現(xiàn)和系統(tǒng)測試四個階段，其中用戶需求又包括專業(yè)積累，框架結(jié)構(gòu)

12、，確定表結(jié)構(gòu)，確定用戶界面四個部分。鈑金工藝數(shù)據(jù)庫中涉及的材料眾多、測試方法多樣，專業(yè)知識性很強，數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性非常復(fù)雜，所以，在用戶需求階段需要雙方投入大量的精力，通力協(xié)作、打好基礎(chǔ)，保證項目順利進行。數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員將從一開始就與航材院的專家進行緊密合作、充分溝通，學(xué)習鈑金工藝相關(guān)專業(yè)知識。同時，根據(jù)標準中的內(nèi)容，明確材料數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，了解各個數(shù)據(jù)的獲取流程以及統(tǒng)計計算數(shù)據(jù)的方式、方法，在整體上形成材料數(shù)據(jù)框架結(jié)構(gòu)。之后進行向下層面地細化確定表結(jié)構(gòu)和表之間的關(guān)系，確定數(shù)據(jù)類。然后根據(jù)使用數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)流程確定方法類和用戶操作界面，根據(jù)框架結(jié)構(gòu)制作包含材料，工藝試驗等模塊總體功能的原型系統(tǒng)。在

13、原型系統(tǒng)經(jīng)過確認后在此基礎(chǔ)上進行各個模塊java，dao，jsp的編碼實現(xiàn)。經(jīng)過對每個頁面每個功能的測試及bug修改完成構(gòu)建。2.3 數(shù)據(jù)庫基本模塊 根據(jù)設(shè)計的主要內(nèi)容及其所需具有的各類功能，整個數(shù)據(jù)庫的模塊包括：A管理模塊模塊名稱功能描述使用人員人員管理對系統(tǒng)用戶增刪改查，分配部門，啟用停用的管理系統(tǒng)管理員部門管理對系統(tǒng)用戶所屬部門的管理系統(tǒng)管理員系統(tǒng)表格管理對系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表的管理系統(tǒng)管理員數(shù)據(jù)權(quán)限管理對系統(tǒng)業(yè)務(wù)表對應(yīng)的查看權(quán)限的管理系統(tǒng)管理員操作權(quán)限管理對系統(tǒng)業(yè)務(wù)表對應(yīng)的增刪改權(quán)限的管理系統(tǒng)管理員菜單權(quán)限管理對系統(tǒng)業(yè)務(wù)表對應(yīng)的菜單，樹，導(dǎo)航權(quán)限的管理系統(tǒng)管理員人員數(shù)據(jù)權(quán)限管理對系統(tǒng)用戶賦予

14、數(shù)據(jù)權(quán)限的管理系統(tǒng)管理員人員操作權(quán)限管理對系統(tǒng)用戶賦予操作權(quán)限的管理系統(tǒng)管理員人員菜單權(quán)限管理對系統(tǒng)用戶賦予菜單權(quán)限的管理系統(tǒng)管理員B材料模塊模塊名稱功能描述使用人員鈑金工藝對基體和纖維組成的鈑金工藝的標識和管理系統(tǒng)用戶基體材料對基體材料的標識和管理，主要組成包括分類、規(guī)范、機構(gòu)、方法等等系統(tǒng)用戶C試驗?zāi)K模塊名稱功能描述使用人員傳感器對試驗傳感器的標識和管理，主要組成包括類型、位置、標定等系統(tǒng)用戶試驗方法對試驗方法的管理，主要組成包括類型、人員、設(shè)備、性能類別等系統(tǒng)用戶試驗環(huán)境對試驗環(huán)境的管理，主要組成包括日期、環(huán)境、濕度、溫度等系統(tǒng)用戶試樣對試驗試樣相關(guān)內(nèi)容的管理，包括試樣準備、試樣調(diào)節(jié)、

15、試樣幾何形狀三個大的部分。試樣準備主要組成有方向、加工方法、層數(shù)、材料、標識方案等；試樣調(diào)節(jié)主要組成有調(diào)節(jié)方法、溫度、參數(shù)、時間、環(huán)境等；試樣幾何形狀主要組成有內(nèi)外徑、厚度、面積、寬徑比、端距比等系統(tǒng)用戶原始數(shù)據(jù)塊對原始數(shù)據(jù)進行有效管理，能夠很好的存儲、提取、管理試驗獲取的原始數(shù)據(jù)，主要包括失效、模量、泊松比、彎曲、斷裂韌性、疲勞等系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)歸一化對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，主要包括正則化方法、強度、模量等系統(tǒng)用戶D統(tǒng)計模塊模塊名稱功能描述使用人員平均值對試驗得到的原始數(shù)據(jù)進行平均值計算系統(tǒng)用戶應(yīng)變統(tǒng)計對應(yīng)變統(tǒng)計參數(shù)管理系統(tǒng)用戶強度統(tǒng)計對應(yīng)變統(tǒng)計參數(shù)管理系統(tǒng)用戶模量統(tǒng)計對模量統(tǒng)計參數(shù)管理系統(tǒng)用戶彈

16、性常數(shù)計算曲線擬合對由應(yīng)力-應(yīng)變曲線計算彈性常數(shù)方法所用擬合方法的數(shù)值集管理系統(tǒng)用戶泊松比統(tǒng)計對泊松比統(tǒng)計參數(shù)管理系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)/圖形數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)/圖形數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用戶E接口模塊模塊名稱功能描述使用人員CATIA接口與數(shù)字化建模軟件CATIA的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞系統(tǒng)用戶CAPP接口與沈飛生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)庫CAPP系統(tǒng)的接口，本期只做相關(guān)的考慮，二期具體實施系統(tǒng)用戶2.4 數(shù)據(jù)庫基本設(shè)計框架設(shè)計 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總體架構(gòu) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)系2.4.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系架構(gòu)管理系統(tǒng)管理了整個系統(tǒng)的部門、用戶以及用戶和系統(tǒng)材料數(shù)據(jù)的權(quán)限關(guān)系。系統(tǒng)中的所有業(yè)務(wù)表都在管理系統(tǒng)中管理。管理員可以把業(yè)務(wù)表的增刪改的權(quán)限

17、與業(yè)務(wù)表關(guān)聯(lián)并給予說明。還可以把已有的權(quán)限分配給用戶,使系統(tǒng)用戶對不同的數(shù)據(jù)使用不同的增刪改的功能。實際中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查看的權(quán)限分類可能有多種情況，管理員可以通過配置系統(tǒng)用戶和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的條件李自定義數(shù)據(jù)查看的權(quán)限，并分配給系統(tǒng)用戶。管理系統(tǒng)同時管理系統(tǒng)中的菜單，樹以及導(dǎo)航欄。2.4.4數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)系架構(gòu)業(yè)務(wù)架構(gòu)根據(jù)標準文檔生成。第一幅圖代表最上層的架構(gòu)，表示了工藝，材料，試驗之間的關(guān)系，以及材料和規(guī)范，機構(gòu)，類別，單質(zhì)材料鈑金工藝的關(guān)系。第二幅圖代表了詳細一層的結(jié)構(gòu)關(guān)系。這里只給出了數(shù)據(jù)庫最頂層數(shù)據(jù)間的關(guān)系，目前只是示意性、用于參照的，最終的數(shù)據(jù)關(guān)系、從屬結(jié)構(gòu)還需要根據(jù)與相關(guān)工程人員進行討

18、論，依據(jù)實際應(yīng)用的需要進行調(diào)整，詳細準確的關(guān)系圖將會在后面提供的鈑金工藝數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書文檔中給出。2.5使用界面示意圖2.6軟件編碼特征1 軟件采用了分層設(shè)計的思想，數(shù)據(jù)層的代碼、業(yè)務(wù)邏輯層的代碼以及界面層的代碼相互獨立，分別實現(xiàn)。2 數(shù)據(jù)層的代碼不依賴特定底層數(shù)據(jù)庫的類型，底層數(shù)據(jù)庫當前使用的是Oracle，也可以使用SQL Server、DB2等。3 代碼中的對象命名按照特定的規(guī)范，對類、方法、變量都要有較為詳細的注釋說明。4 具有統(tǒng)一的錯誤處理機制，能夠快速有效地捕捉到錯誤信息，予以修改。2.7文檔提供根據(jù)數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)的進程，中航伊薩公司需要依次提供如下幾個文檔，并由雙方進行確認：1在框架構(gòu)建完成后，提交鈑金工藝數(shù)據(jù)庫及其軟件系統(tǒng)設(shè)計方案，該文檔中包括數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建內(nèi)容、構(gòu)建方法、構(gòu)建方案、構(gòu)建計劃等；2在系統(tǒng)設(shè)計方案的基