基于CAA的自動鉆鉚工藝參數管理系統構建技術*

□ 王文宇 □ 王仲奇 □ 李西寧 □ 李衛平

1.西北工業大學 現代設計與集成制造技術教育部重點實驗室 西安 710072

2.西安飛機工業（集團）有限公司 西安 710089

自動鉆鉚技術不僅可以提高生產效率，減輕勞動強度，而且能顯著提高連接質量。在國外，美國Boeing公司在波音757尾段機身48段雙曲度壁板采用的自動鉆鉚技術，占整個鉚接工作量的85%；空客A3XX系列也已廣泛采用自動鉆鉚技術，覆蓋機翼與機身大量部件的制造過程［3］。在國內，自動鉆鉚技術近年來才被引進，與西方國家差距明顯。

國內某企業新引進的自動鉆鉚系統已得到應用，并根據需要針對CATIA設計了離線編程及仿真分析等軟件，但是在實際生產中，工作人員需根據不同情況設置不同的鉆鉚參數值，工作繁瑣且生成的紙質記錄不便于管理，故需對自動鉆鉚過程涉及的工藝信息展開研究，建立自動鉆鉚工藝參數管理系統，實現自動鉆鉚工藝信息的數字化管理，同時為離線編程及仿真分析等軟件提供原始輸入數據，方便工作人員的使用。

1 系統需求分析

針對企業實際需求，本文基于CATIA二次開發建立自動鉆鉚工藝參數管理系統，實現對鉚釘信息、材料信息、制孔參數、鉚接參數的統一管理；同時通過Backbone通信總線，與離線編程及仿真分析軟件實現信息共享，并與CAPP系統集成；此外，該系統可對前期已做試驗的數據進行積累，在后續試驗中對于新類型的連接件，可以借鑒前期的實驗數據，快速尋找最優參數組合，減少試驗量，降低實驗成本。建立工藝參數管理系統后的自動鉆鉚工作模式如圖1所示。

圖1 建立工藝參數管理系統后的自動鉆鉚工作模式

自動鉆鉚工藝參數管理系統主要實現的功能有：①與CATIA、離線編程軟件、仿真軟件無縫集成；②對用戶賬戶進行管理，分配不同權限；③對自動鉆鉚制孔數據、鉚接數據和故障信息進行有效的存儲和管理；④對各類連接件的鉚釘牌號、材料牌號、材料厚度值進行存儲和管理；⑤對鉚釘信息進行分類檢索；⑥實現報表輸出功能。

2 基于CAA的數據庫系統開發平臺構建

組 件 應 用 架 構 CAA （Component Application Architecture）是達索公司系列產品的擴展和定制開發平臺，采用面向對象的程序語言，通過其特定的開發環境快速應用研發環境RADE （Rapid Application Development Environment），實現對 CATIA、DELMIA 等的二次開發［2］。

為獲得CATIA開發功能定義的最大靈活性，采用C++編寫程序，通過CATIA開放的接口，采用進程外應用程序方式實現與CATIA通信。應用COM和OLE技術，通過調用CATIA最底層的API，完成功能定義。

工作過程中數據庫系統僅在自動鉆鉚機上使用，故采用本地機類型數據庫系統。傳統的桌面數據庫擁有自己的操作語言和數據類型，但這些數據庫語言具有極大的局限性且數據吞吐能力有限。自動鉆鉚生產中，需要調用大量工藝數據，存儲表中數據量在300條以上，數據量超出桌面數據庫存儲范圍，此外考慮到數據庫的數據開放性、處理能力以及吞吐能力等因素，應采用關系型數據庫服務器SQL Server。

由于CAA采用COM和OLE技術，所以數據庫接口技術應考慮對COM、OLE技術的充分支持。ADO數據庫訪問技術，是對象層次上的數據操作技術，允許訪問程序在Visual C++、Visual Basic、Java等編程語言中訪問，同時對SQL Server有良好的支持作用。

綜上，數據庫管理系統開發平臺構建如圖2所示。

圖2 自動鉆鉚數據庫開發平臺

此外，需重點解決異構數據在開發平臺不同組成部分間交互時的格式轉換問題。通過CAA環境與CATIA進行數據交互的過程中不支持標準C++字符串類型變量，CAA中標準的字符串變量類型為CATUnicodeString/CATString。ADO數據類型主要包括VARIANT、BSTR，_variant_t類封裝并管理 VARIANT數據類型，_bstr_t類封裝并管理BSTR數據類型。SQL Server支持標準C++開發環境，識別標準C++類型字符串變量。故開發時應根據需要在不同類型變量之間進行轉換，通過使用相關類和宏實現信息的準確交互。

3 系統功能模塊設計

自動鉆鉚數據庫系統主要由數據庫存儲表和人機交互界面組成。SQL Server存儲表完成系統后臺數據存儲，CAA程序實現對存儲表中數據的調用、管理和輸出。系統包含的功能模塊為：用戶信息管理模塊，鉚釘信息管理模塊，自動鉆鉚參數管理模塊，故障信息管理模塊，報表輸出模塊。系統功能模塊如圖3所示。

圖3 自動鉆鉚數據庫系統功能模塊設計

3.1 用戶登錄管理模塊

用戶登錄模塊主要包括用戶信息維護和登錄權限管理功能。該模塊自動獲取用戶輸入的用戶名、密碼信息，并進行判斷，根據判斷結果，系統執行不同操作。具有訪問權限的用戶可以進入系統并進行相關操作；具有管理權限的用戶可以管理賬戶信息，創建、刪除普通用戶。通過設計用戶登錄模塊，實現對數據庫庫存信息的保護。

3.2 鉚釘信息管理模塊

自動鉆鉚過程中，鉚釘為標準件，L釘桿為鉚釘釘桿長度，L連接材料為連接材料厚度，d釘徑為鉚釘直徑。根據L釘桿=L連接材料+1.3×d釘徑， 確定鉚釘所適合連接材料厚度，同時每種鉚釘可以對應多種不同規格的連接材料，工藝人員需要以鉚釘信息為基準對連接件進行分類，故數據庫中需實現鉚釘信息索引功能。在系統后臺數據存儲表中，設置鉚釘牌號、直徑、長度為關鍵字，根據用戶需要，系統將關鍵字對應的所有鉚釘型號進行分類輸出。

3.3 自動鉆鉚參數管理模塊

自動鉆鉚機工作過程主要分為制孔、鉚接，過程中涉及眾多工藝參數，這些參數由連接件形式決定，關系為一一對應。在自動鉆鉚參數管理模塊中，根據自動鉆鉚工作原理，進行工藝過程分解，提取工作中需加以控制的重要工藝參數，建立工藝參數與連接件形式的對應關系；同時建立鉆鉚結果判斷標準，根據工藝規范自動判斷鉚接結果是否合格；此外，實現自動鉆鉚工藝參數維護功能，通過應用程序設計完成工藝參數的查詢、增添、刪除、修改等功能。

3.4 故障信息管理模塊

生產過程中，由于對自動鉆鉚設備操作不規范或參數設置不合理，常會導致鉚接加工不合格或自動鉆鉚設備報錯。故將生產中可能出現的問題及解決方案在系統后臺存儲表中進行存儲，并對具體問題進行編號，同時編寫圖片庫，為典型故障配備圖片說明，建立與問題產生原因及解決方案的一一對應關系。操作中，工作人員按要求格式輸入具體問題，系統自動輸出問題產生原因及解決方案。方便操作人員快速排除故障。

3.5 報表輸出模塊

報表輸出模塊完成庫存信息輸出功能，系統根據用戶需求選擇數據，自動將后臺存儲表中相應的數據輸出。由于CAA環境中難以調用報表控件，同時便于數據在CAPP系統內的流通交互，調用fprintf（）函數創建文本文檔并安排文檔格式實現報表輸出功能。fprintf（）函數的變量支持常量指針類型，輸出報表前需要將調用的后臺存儲數據進行從CATUnicodeString類型到const char*類型的轉換。

4 開發實例

自動鉆鉚數據庫系統操作界面及流程如圖4所示，用戶輸入登錄名稱和密碼，系統根據用戶信息進行用戶身份認證并分配使用權限。用戶登錄系統后，按需要進行鉚釘分類檢索或連接件精確查詢，系統根據用戶查詢方式打開工藝信息管理界面，并對參數進行顯示，同時用戶可以對界面上的參數進行報表輸出。此外，用戶可以對故障信息進行訪問并進行管理。

圖4 自動鉆鉚數據庫運行界面

5 結論

本文探究了在CAA環境中建立數據庫管理系統的技術，主要包括開發平臺的構建和異構數據在開發平臺內的流通交互。按照面向組件的編程思想，基于CAA環境開發了自動鉆鉚工藝參數管理系統，完成與CATIA及CAPP系統無縫集成，解決了自動鉆鉚工藝信息在自動鉆鉚工作平臺內的交互、集成和共享，達到企業資源的優化配置和高效運轉。具體實現了連接件信息分類檢索、自動鉆鉚工藝參數管理、故障信息自動匹配、參數報表輸出等功能。

［1］ 李衛民，劉淑芬.基于Solidworks平臺的二次開發技術［J］.機械制造，2003，41（4）：24-26.

［2］ 李維學，王仲奇，康永剛，等.基于CATIA V5二次開發的產品自動裝配［J］.機械制造，2010，48（1）：40-42.

［3］ 曲麗娜.大尺寸薄壁工件自動鉆鉚機結構的研究與設計［D］.大連：大連理工大學，2009.

［4］ 側衛.為航空制造業提供產品系統解決方案——訪柯馬（上海）工程有限公司［J］.航空制造技術，2010（19）：104-105.

［5］ Gu Qiang，Zhong Rui，Ju Dong-ying.Development of Materials Database System forCae System of Heat Treatment Based on Data Mining Technology ［J］.International Journal of Minerals，Metallurgy and Materials.2011（4）：572-576.

［6］ 史豐榮，韓華偉，史豐智.基于CATIA的標準件庫的設計及應用［J］.機械工程與自動化 2011（1）：181-185.

［7］ 齊永奇，喬文生.基于Visual C++的ADO數據庫開發技術［J］.華北水利水電學院學報，2008（4）：68-71.