航空發動機焊接工藝資源數據庫系統開發

陳振林， 張玉蓮， 苑興楠， 魏艷紅

(1.中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，遼寧 沈陽，110043;2.南京航空航天大學，江蘇 南京 211106;3.南京維爾德智能科技有限公司，江蘇 南京 211100)

0 前言

航空工業在世界上各個國家中都備受重視，航空發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]。焊接技術在航空發動機制造過程中占據了極其重要的地位，而優質的焊接工藝和焊接工藝指導文件是保存焊接質量的重要措施。隨著計算機技術在焊接領域的發展，在焊接工藝數據管理中引入數據庫系統，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，提高焊接質量和焊接效率。

自上世紀80年代以來，清華大學、哈爾濱工業大學等學校開始與企業合作，對已經趨于成熟的焊接行業數據進行了相關焊接數據庫系統的研究[2-5]。近年來，軌道車輛、壓力容器、船舶和航空航天行業也在積極建立相關焊接工藝數據庫系統和工藝設計專家系統，用以提高企業生產效率及核心競爭力。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程設計了一個較為完善的焊接工藝數據庫系統，開創了船舶工業系統在焊接工藝數據庫方面的先河；中車青島四方機車車輛有限公司開發了焊接工藝信息化管理系統，可以支撐企業焊接工藝制定及焊接件生產過程；成都飛機工業有限公司與南京航空航天大學合作開發的航空用焊接數據庫及專家系統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領域管理規范化水平[6]。

從焊接工藝數據庫的發展狀況可以看出，企業逐步淘汰紙質的焊接工藝文件，將其轉化為電子文件，并將已有的焊接工藝數據用數據庫進行儲存和管理，相應的，使用焊接工藝設計專家系統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，設計并開發了焊接工藝資源數據庫平臺，對大量的焊接工藝相關數據進行科學有效的管理使用，并基于數據庫系統快速編制焊接工藝文件，不僅提高了工作效率，還規避了可能因人工編制文件而產生的不足，滿足了實際生產需求。

1 系統總體設計

系統主要包括焊接數據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。

焊接數據庫平臺包含四大數據庫系統，即焊接基礎數據庫、焊接參數數據庫、材料焊接性能數據庫、典型零件案例庫。焊接數據庫平臺主要存儲及管理焊接工藝涉及的焊接數據包括焊接材料各種性能參數、焊接過程參數及焊接件基本信息，對一些典型零件焊接工藝相關參數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據庫平臺為數據基礎，設計相應的匹配規則，實現了編制工藝時關聯材料牌號、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等信息，快速完成焊接工藝文件的編制。

圖1 系統總體結構圖

2 焊接數據庫平臺設計

2.1 數據庫結構設計

焊接數據庫主要包括焊接基礎數據庫、焊接參數數據庫、材料性能數據庫及典型零件案例庫。焊接基礎數據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。焊接參數數據庫是結合產品型號的常用材料建立的用于存儲焊接工藝參數的數據庫，工藝參數數據內容是根據四大類共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。材料性能數據庫將企業常用材料的焊接性能試驗數據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。

圖2 焊接基礎數據庫結構設計

2.2 數據庫功能設計

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

(1)實現數據庫中各類數據的基本操作，如增加、修改、刪除、查看、搜索等基本功能，使所有數據可以實時更新，保持數據的實時性。

(2)實現數據庫中數據批量處理操作，如批量刪除、批量導入，提高數據編輯效率，減少重復工作。

(3)實現數據庫中文件或圖片數據的多格式存儲，并實現其基本操作，如文件或圖片的上傳、下載、打印、預覽等功能。

(4)實現各數據庫中的相關數據的配合調用，并使用一定的邏輯算法，對數據庫中的數據進行適當的處理，使數據庫前臺系統可以呈現出完整的焊接工藝參數數據。

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據庫平臺為基礎，設計相應的匹配規則和推理機制，實現編制工藝時可快速關聯焊接數據庫中各類相關信息的錄入，自動生成焊接工藝參數等信息，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，并從基本數據庫中關聯相關信息，再從已經預填充的表單中選擇性輸入工序內容和技術條件，根據用戶在編制工藝時輸入的初始參數，根據一定的匹配規則，在數據庫中獲取匹配的工藝參數數據，如填充材料、焊接速度等，并在前臺展示。若符合條件的數據不止一條，用戶可以手動選擇最適合的工藝參數數據，并自動填充入工藝文件中，若符合條件的數據只有一條，則這些數據將無需人工選擇自動填充入工藝文件報表相應位置。

圖3 焊接工藝智能編制平臺編制過程

4 系統開發和實現

4.1 系統開發方法

該系統主要使用Java作為開發語言，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作為開發框架，將前端響應和后端處理進行分層，減少系統維護量，增加系統的穩定性，其原理圖如圖4所示。首先用戶發出請求，請求到達前端控制器，前端控制器根據用戶請求地址，請求處理器映射器查找匹配該請求地址的處理器，并返回一個執行鏈，前端控制器再請求處理器適配器調用相應的處理器進行業務處理，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據裝入到返回域，返回給用戶，用戶即可實現請求。

圖4 spring MVC開發框架原理圖

4.2 系統功能及應用

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

在數據庫管理頁面中，以焊接基礎數據庫中母材材料數據庫管理為例介紹數據庫基本功能，母材材料數據庫主要分為鋼、高溫合金、鈦合金和鋁合金四大類型，又根據存儲數據格式的差別分為了九個數據庫模板，供用戶查看使用。用戶可以通過交互界面上的功能按鍵，對數據進行基礎的增加、批量刪除、查詢等操作，通過每一行數據后的功能圖標，對所在行數據進行查詢、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?，根據所填寫的基本信息，可以按照匹配因素對工作內容及附注欄和焊接參數欄中的參數進行自動匹配和填充，這兩個模塊是系統智能編制焊接工藝的核心模塊，系統會根據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容和焊接參數，若無合適匹配結果，用戶也可在匹配界面進行數據庫維護工作，添加合適工藝數據以供選擇。

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

圖5 焊接基礎數據庫母材材料數據庫管理界面(低碳鋼和低合金結構鋼)

圖6 真空電子束焊工藝智能編制界面參數輸入模塊

5 結論

(1)針對航空發動機焊接工藝參數的存儲需求，設計并開發了焊接數據庫平臺，實現了焊接基礎數據、焊接參數數據、材料性能數據和典型零件案例數據的存儲和共享。

(2)以焊接數據庫平臺為基礎，設計并開發了焊接工藝智能編制平臺，實現編制工藝參數的關聯輸入和自動匹配，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)將焊接數據庫平臺和焊接工藝智能編制平臺集成為焊接工藝資源數據庫系統，極大的提高了工作效率，縮短了工藝制備周期，實現了焊接工藝編制過程的信息化管理。