基于Web的飛機(jī)裝配可視化系統(tǒng)的應(yīng)用研究

莊 夏

（中國民航飛行學(xué)院科研處，四川廣漢 618307）

基于Web的飛機(jī)裝配可視化系統(tǒng)的應(yīng)用研究

莊 夏

（中國民航飛行學(xué)院科研處，四川廣漢 618307）

目前國內(nèi)的飛機(jī)裝配生產(chǎn)過程中存在裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率不高、生產(chǎn)管理水平欠缺及實(shí)際生產(chǎn)裝配過程缺乏有效的裝配仿真環(huán)境。該文設(shè)計(jì)開發(fā)了基于B／S結(jié)構(gòu)的飛機(jī)裝配可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠構(gòu)建車間單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源信息模型，配合使用DELMIA仿真裝備過程，用ActiveX技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配動(dòng)畫頁面內(nèi)的三維交互。選擇以某型號大型飛機(jī)的艙門為仿真實(shí)驗(yàn)對象，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。

飛機(jī)裝配可視化系統(tǒng)；三維交互；B／S結(jié)構(gòu)

飛機(jī)制造過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是飛機(jī)零部件的裝配問題。飛機(jī)集合了眾多有特殊要求的零部件，所以飛機(jī)的裝備問題在制造飛機(jī)過程中需要首先考慮［1］。制造飛機(jī)的難度比較大，要集合多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，并且要求有嚴(yán)格的質(zhì)量和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾硐到y(tǒng)。國內(nèi)的飛機(jī)在裝配生產(chǎn)過程中存在裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率不高、生產(chǎn)管理水平欠缺等問題，在實(shí)際生產(chǎn)裝配前缺乏有效的裝配仿真環(huán)境［2-4］。

1 國內(nèi)外飛機(jī)裝配情況

國內(nèi)外在飛機(jī)制造過程理論方面提出了不少先進(jìn)思想和研究結(jié)論，現(xiàn)在很多配件都有合理的工藝規(guī)劃。例如有人提出一種復(fù)雜產(chǎn)品裝配序列、基于等價(jià)二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表達(dá)和最優(yōu)化的方法［5］，還有自動(dòng)生成飛機(jī)以及裝配工序的方法等［6］，這些都為飛機(jī)制造業(yè)增添了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。很多研究結(jié)論都是面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的，處于制造的上游階段，但缺少一些更為實(shí)際的研究，企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際過程和理論沒有完全結(jié)合，生產(chǎn)管理過程缺乏有效的控制，現(xiàn)場的人機(jī)工程、工裝工具、過程信息等沒有得到完善。在計(jì)算機(jī)上將現(xiàn)實(shí)的裝配流程和零部件的動(dòng)態(tài)都通過裝配過程仿真出來，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)直觀化的過程［7-8］。本文以裝配車間為實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)點(diǎn)，以Web飛機(jī)裝備可視化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，用實(shí)際的指導(dǎo)和實(shí)踐完善制造過程，用合理的管理模式對制造工藝進(jìn)行了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)仿真，發(fā)布可視化的文件到車間，合理規(guī)劃生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過實(shí)踐和總結(jié)提高了配置水平和生產(chǎn)效率，做到了精益求精，優(yōu)化完善了整個(gè)制造過程。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 異地協(xié)同情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)唯一性

飛機(jī)生產(chǎn)過程是一個(gè)非常復(fù)雜、多元的過程，需要很多部門進(jìn)行集中合作，要調(diào)動(dòng)不同的成員和流程，運(yùn)用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)一起為制造服務(wù)。Web底層開放協(xié)議可以使得局域網(wǎng)無縫連接，解決了資源共享的問題。要保持?jǐn)?shù)據(jù)源的一致性和協(xié)調(diào)性就要保持人員的協(xié)調(diào)性［9］，人員是生產(chǎn)的關(guān)鍵，對于車間里各種復(fù)雜的產(chǎn)品和工具以及人員中存在的各類信息大多是分散、孤立的，相互之間并沒有太強(qiáng)的邏輯關(guān)系，我們應(yīng)從不同角度多元化考慮，將這些信息進(jìn)行整合和統(tǒng)計(jì)，保障生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性，便于系統(tǒng)的管理、完善和優(yōu)化［10］。

單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源通過為數(shù)據(jù)的訪問和操作提供相應(yīng)唯一的數(shù)據(jù)源，通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系將物理分布的數(shù)據(jù)統(tǒng)一為邏輯整體，也就是SSPD（Single Source of Product Data），它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最新性、可靠性、完整性和一致性。車間中常用的信息有很多，其中有資源信息、零件信息、成員信息、工藝信息和在過程管理方面的其他信息等，這些信息需要按照他們所存在的邏輯關(guān)系進(jìn)行整合，從而便于工作中的利用。在車間中，可以根據(jù)某一數(shù)據(jù)源建立相應(yīng)的模型，并給予相應(yīng)的系統(tǒng)性維護(hù)和管理，把握各個(gè)信息之間固有的邏輯關(guān)系，用系統(tǒng)化的模式構(gòu)建數(shù)據(jù)模型（見圖1）。

圖1 裝配車間單一數(shù)據(jù)源信息模型

利用裝配車間單一數(shù)據(jù)源信息模型可以對現(xiàn)有的裝配生產(chǎn)信息進(jìn)行整合，并能夠較好地解決信息關(guān)系邏輯不清晰、聯(lián)系不緊密的問題。這樣可以滿足信息的唯一性，發(fā)揮信息模型的優(yōu)勢，在無形中提高車間的生產(chǎn)效率，將各車間的關(guān)系和系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行資源共享和數(shù)據(jù)鏈接，完善工作模式。

2.2 裝配流程的劃分

在工藝流程設(shè)計(jì)中，裝備的流程劃分是核心內(nèi)容。通過描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的零部件父子關(guān)系形成樹形結(jié)構(gòu)，其上的節(jié)點(diǎn)全是裝配件或者零件［11-12］。裝配工藝結(jié)構(gòu)樹不僅僅體現(xiàn)了零部件裝配在模式中的先后順序，還能夠在產(chǎn)品中體現(xiàn)父子關(guān)系。從工藝流程上可以直接描述產(chǎn)品的裝配過程，按照其設(shè)計(jì)和裝配工藝這方面的分離面進(jìn)行劃分，在這一流程中重要的是工作任務(wù)的安排。要對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行詳細(xì)的分析才能夠確定工藝樹（見圖2）。

圖2 裝配工藝樹示例

從生產(chǎn)車間的基礎(chǔ)出發(fā)，在裝配工藝樹形成后，依據(jù)裝配過程總流程來安排各種獨(dú)立的工作內(nèi)容，需要對裝配的流程進(jìn)行工藝劃分，并要有指導(dǎo)性的文件與流程相呼應(yīng)，這樣的管理才會(huì)簡單明了。裝配流程的劃分要按照進(jìn)度的要求進(jìn)行劃分，牢牢掌握生產(chǎn)周期，按照生產(chǎn)條件經(jīng)常去優(yōu)化和平衡周期結(jié)構(gòu)，這樣易于將工作系統(tǒng)化開展。

2.3 裝配過程的可視化

在生產(chǎn)中人機(jī)工程、工具零部件、輔助設(shè)備、場地等各方面的因素都應(yīng)該充分考慮，要將相應(yīng)的仿真過程和驗(yàn)證過程結(jié)合起來，然后將可視化的文件輸出，這樣就能更加符合人們的認(rèn)知規(guī)律，能夠廣泛地被人們接受。將裝配過程中需要的一切信息加以整合和利用，無形中提高效率、優(yōu)化管理模式并能減少時(shí)間。對飛機(jī)裝配過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真普遍使用DELMIA互動(dòng)制造應(yīng)用軟件，該系統(tǒng)以“數(shù)字化制造技術(shù)”為核心，主要優(yōu)勢在于便于共享產(chǎn)品數(shù)字化模型，并且重點(diǎn)解決了在制造過程中遇到的仿真問題，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化流程。以數(shù)字化模型代替實(shí)體裝配過程，在計(jì)算機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下模擬裝配過程，保證了產(chǎn)品裝配，資源配置更合理。

2.4 三維交互的實(shí)現(xiàn)方法

DELMIA裝配工藝可以制作內(nèi)容豐富、直觀簡潔的說明文檔，仿真功能強(qiáng)，但其輸出的可視化演示視頻文件無法交互。因此應(yīng)將3DVIA Composer解決方案制作文檔動(dòng)畫與DELMIA系統(tǒng)輸出的可視化文件相結(jié)合，因?yàn)槠涮峁┑腁ctiveX控件具備強(qiáng)大的三維交互功能，易于實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成。3DVIA Composer創(chuàng)建的動(dòng)畫文檔能夠?qū)崿F(xiàn)瀏覽器端的三維交互。服務(wù)器端頁面內(nèi)使用＜o(jì)bject＞標(biāo)簽編程，嵌入動(dòng)畫文件，瀏覽器端安裝3DVIA Player插件可實(shí)現(xiàn)交互演示，還可以調(diào)用ActiveX定制交互場景中的函數(shù)功能。在瀏覽器端使用腳本語言JavaScript來調(diào)用插件API函數(shù)，在服務(wù)器端可進(jìn)行編程控制。由于3DVIA Composer文檔能在基于XML的架構(gòu)之上創(chuàng)建更新的文檔，所以，當(dāng)獲得最新產(chǎn)品數(shù)據(jù)時(shí)能保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。圖3為創(chuàng)建的關(guān)鍵幀動(dòng)畫。圖中紅色箭頭可以在三維場景直觀地傳遞信息。

圖3 可交互動(dòng)畫文件

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

考慮到方便性、經(jīng)濟(jì)性等因素，選取SQL Server 2005EXPRESS作為底層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，從車間的實(shí)際要求出發(fā)，采用B／S結(jié)構(gòu)的工作模式，服務(wù)器端架設(shè)Windows Server服務(wù)器軟件，配置IIS作為Web服務(wù)器軟件，使用Windows默認(rèn)的TCP／IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。在制造車間的局域網(wǎng)內(nèi)，采用ADO.NET2.0技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接，使用C＃語言開發(fā)Web程序。圖4為系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。

系統(tǒng)中根據(jù)成員角色不同具有不同的功能模塊：首先是管理員模塊，管理員模塊具有最高權(quán)限的模塊；此外要有面向生產(chǎn)管理人員的模塊，管理人員要負(fù)責(zé)將生產(chǎn)計(jì)劃等合理分配、管理，管理生產(chǎn)過程并配予合理的生產(chǎn)任務(wù)；面向工人也有相應(yīng)的模塊，要負(fù)責(zé)所接受的任務(wù)，按照工作知識(shí)去執(zhí)行任務(wù)，等完成生產(chǎn)過程后，將進(jìn)度確認(rèn)并進(jìn)行提交；檢驗(yàn)人員的模塊，負(fù)責(zé)檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量，并將檢驗(yàn)報(bào)告加以完善，為后面的分析提供依據(jù)。總之是根據(jù)不同的用戶情況來設(shè)置不同權(quán)限。

4 艙門實(shí)例

飛機(jī)的前貨艙門都位于飛機(jī)右側(cè)機(jī)身的下部，也是進(jìn)入飛機(jī)貨艙的入口。本文就一大型飛機(jī)的裝貨艙門為案例進(jìn)行相應(yīng)的集成驗(yàn)證，由于產(chǎn)品情況較為復(fù)雜，制造工藝較為耗時(shí)，多在框架上進(jìn)行。基于飛機(jī)裝配可視化系統(tǒng)，將車間單一的數(shù)據(jù)源模型按照艙門的組織結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)水平劃分裝配流程。在可視化的系統(tǒng)中顯示動(dòng)畫，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的信息管理和可視化的應(yīng)用進(jìn)行及時(shí)的跟蹤查看，以便于及時(shí)解決問題。

5 結(jié)束語

由于制造飛機(jī)是特殊的生產(chǎn)過程，各個(gè)系統(tǒng)的零部件構(gòu)造相對復(fù)雜，對于工藝要求比較高，生產(chǎn)的難度也較大。本文結(jié)合實(shí)際需求研究了裝配生產(chǎn)的實(shí)際過程，并且建立了可視化系統(tǒng)，并將合理的運(yùn)轉(zhuǎn)模式運(yùn)用到建模中，有較強(qiáng)的實(shí)用性，能夠有效地配合可視化模式，提高裝配的效率，優(yōu)化、完善企業(yè)的生產(chǎn)過程。

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Research on application of aircraft assembly visualization system based on Web

Zhuang Xia
（Civil Aviation Flight University of China，Guanghan 618307，China）

There are some problems in our aircraft assembly process，for example，inefficiency of assembly quality and production efficiency，the low level of production management，and so on.There is lack of simulation environment for actual production assembly process.This paper designs an aircraft assembly visualization system based on B／S structure，which can build a single source of product data information model used in the DELMIA simulation equipment process.Using ActiveX technology can achieve the assembly animation 3Dinteraction.Choosing a large scale aircraft door as the simulation object，the feasibility and practicability of the assembly visualization system can be verified.

aircraft assembly visualization；system；3Dinteraction；B／S structure

TP302

A

1002-4956（2013）03-0099-03

2012-11-19

國家自然基金項(xiàng)目（60879022）

莊夏（1980—），男，四川廣漢，碩士，講師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).