噴丸成形工藝數據庫系統研究與開發

王舟，董錦亮，黃振彪，劉杰，萬敏

(1.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191;2.成都飛機工業集團公司鈑金廠，成都 610092)

噴丸成形是利用高速彈丸流撞擊金屬板材的表面，使受撞擊的表面及其下層金屬材料產生塑性變形，導致殘余應力，從而逐步使板材達到所需外形的一種成形方法[1]。

由于噴丸成形具有不需要成形模具、可成形大尺寸結構件、能夠顯著提高工件的抗疲勞壽命等優點，自20世紀40年代以來，噴丸成形技術被廣泛研究和應用[2—6]。我國采用噴丸成形技術已有40多年的歷史，成飛、西飛、洪都等飛機制造公司在其整體壁板成形中，都已采用了噴丸成形方法，但技術相對國外而言還有一定差距，目前仍然主要采用人工試錯、反復試驗的方法來進行生產試驗[7—10]。由于噴丸成形的專業性較強，在噴丸成形過程中使用和產生了大量的工藝數據，若能將這些復雜的數據應用數據庫技術進行系統化、規范化的科學管理，建立噴丸成形工藝數據庫系統，則能夠很方便地實現企業內部工藝文件的設計、維護、查詢與管理，將有利于實現工藝標準化、生產過程信息化以及提高生產效率和產品質量[11—15]。

建立噴丸成形的工藝數據庫顯得十分必要，文中對噴丸成形工藝方面的數據信息進行系統化、規范化的研究，應用數據庫技術和計算機技術進行科學管理與維護，幫助用戶快速獲取工藝信息、進行工藝設計與分析，對于構建噴丸成形數字化工藝設計系統具有重要意義。

1 系統總體結構設計

1.1 數據庫應用體系架構

噴丸成形數據庫系統采用B/S架構，從結構上分為客戶端瀏覽器、Web服務器和數據庫服務器3層結構，如圖1所示。系統采用具有“富瀏覽器”機制的展現中間件Dorado5.0和跨平臺的自由集成開發環境Eclipse，作為應用服務程序開發工具。客戶端采用IE或IE內核的瀏覽器，為增進用戶體驗，該層還采用了AJAX(Asynchronous Javascript and XML)技術。Web服務器主要由應用服務程序構成，該層以Tomcat6.0作為Web容器，內部細化為表現層、控制器、數據模型3層結構，即MVC(Model－View－Controller，模型－視圖－控制器)結構，主要采用 JSP，Servlet，JDBC和 XML技術進行實現。數據庫服務器包含著應用程序所需要的各種數據，包括技術資料文檔參數庫、材料性能參數庫、基礎數據參數庫、簡單試件試驗參數庫、噴丸成形實例參數庫和設備管理參數庫6個主數據庫，該層采用Oracle11g作為數據庫管理系統。

圖1 數據庫系統的3層結構Fig.1 Three－ tiered architecture of the database system

1.2 數據庫功能結構

所開發的數據庫系統面向飛機制造廠的實際生產需要，旨在為噴丸成形的工藝設計、分析及生產等方面提供全面、完善的支持，可為用戶提供以下功能:登錄驗證、權限校驗與管理、數據查詢與維護、管理、注銷等功能。整個數據庫系統的總體流程如圖2所示，系統的總體功能結構如圖3所示。

圖2 系統總體流程Fig.2 Overall flowchart of the system

圖3 系統總體功能結構Fig.3 Architecture of the system's functions

2 系統功能的開發與實現

依據對系統的應用體系架構和功能結構的設計，在考慮了整個系統的一致性和相容性，同時力求使系統功能符合工藝人員的需求和使用習慣的前提下，文中對系統的各項功能進行了開發與實現。

2.1 數據庫的建立

建立了6個基礎數據庫:資料文檔庫、材料性能庫、基礎數據庫、簡單試件試驗庫、噴丸成形實例庫和設備管理庫。資料文檔庫包含噴丸工藝概述、噴丸成形分類、噴丸成形試驗3個網頁文件和可以上傳下載的工藝文檔資料。材料性能庫的數據包括了航空常用的高強鋁合金、鋁鋰合金和耐腐蝕鋁合金等板材的成形性能試驗數據。基礎數據庫的數據主要包括阿爾門試片試驗數據、彈丸規格和阿爾門試片數據。簡單試件試驗庫的數據包括簡單試件參數及其彎曲試驗、延展試驗和彎曲延展試驗數據。噴丸成形實例庫的數據來源于實際生產，設備管理庫的數據來源于噴丸成形過程中使用的機床設備和工藝裝備等。

2.2 Web應用程序各功能模塊的開發與實現

2.2.1 登錄驗證和權限控制模塊

該模塊的作用就是檢測用戶登錄時輸入的用戶名和口令是否正確，并在系統運行過程中對用戶的每次訪問請求都進行登錄驗證以及檢測是否越權操作。如果用戶登錄出錯，或者未登錄就試圖通過輸入網頁地址進入系統，或者越權操作，則該模塊會加以發現，并阻止未授權用戶的非法操作。

2.2.2 異常處理模塊

Web應用程序在運行過程中，難免會出現異常，導致系統不能正常地運行下去，用戶的請求無法得到妥善地處理和響應。此外，用戶的非法訪問和越權操作也會導致異常的發生。

為了保證系統的健壯性，提高系統的容錯能力，有必要將異常信息返回給客戶端，使用戶獲知異常的發生以及異常的簡要信息，并提示用戶進行適當的操作。因此，開發了一個異常處理模塊，用于捕獲系統運行過程中發生的異常，并將異常信息以網頁信息的形式返回到用戶的瀏覽器上，使其獲知異常的部分信息，并引導用戶進行下一步操作，如圖4所示。

圖4 包含異常信息的網頁Fig.4 Webpage with fault information

2.2.3 系統管理模塊

該模塊包括用戶管理、角色管理、模塊管理和日志管理四大模塊。其中用戶管理模塊的作用是對數據庫系統的用戶進行管理，包括增加用戶、刪除用戶、修改權限、修改密碼等操作，只有具有管理員身份的用戶才能使用該功能模塊。角色管理模塊的作用是對4種用戶角色:超級管理員、系統管理員、高級用戶和一般用戶進行管理。模塊管理的作用是對本系統各個模塊進行管理。日志管理的作用是對系統的登錄操作、各業務辦理過程的主要階段的操作進行記錄，從而可以跟蹤業務的辦理情況，分析系統運行中出現的問題。

2.2.4 資料文檔模塊

該模塊為用戶提供了噴丸成形工藝的術語知識、噴丸成形分類、噴丸成形試驗和工藝規范等文檔數據，為用戶掌握噴丸成形工藝知識提供了有效的途徑。該模塊的典型界面如圖5a所示。

圖5 典型界面Fig.5 Representative interfaces

2.2.5 材料性能模塊

該模塊為用戶選擇材料提供參考數據。該模塊提供的數據包括機械性能、成形性能、供應規格、供應狀態、熱處理規范、牌號對照等等。材料類型主要為鋁合金和鋁鋰合金。數據類型包含文字數據、單向拉伸曲線、FLD圖片與OPJ文件(Origin工程文件)等。該模塊的典型界面如圖5b所示。

2.2.6 基礎數據模塊

該模塊包括基礎工藝試驗、彈丸規格和阿爾門試片3類數據，為其他噴丸成形提供基礎參數。其中包括彈丸名稱、彈丸類型、彈丸硬度、彈丸流量、噴射角度、噴射距離，以及阿爾門試片材料、厚度、寬度等。基礎數據的典型界面如圖5c所示。

2.2.7 簡單試件試驗模塊

簡單試件試驗模塊管理簡單試件參數和試件的3類試驗:彎曲試驗、延展試驗和彎曲延展試驗的參數，用于研究噴丸工藝參數對噴丸成形效果的影響規律，并為具體零件的工藝參數設計提供參考依據。該模塊提供的數據包括試件材料名稱、試件長度、試件寬度、試件厚度、橫向彎曲半徑等等。簡單試件試驗數據界面如圖5d所示。

2.2.8 噴丸成形實例模塊

噴丸成形實例模塊可以對噴丸成形典型實例和實際生產零件的數據進行管理，并可以通過系統的接口與專用軟件系統、有限元模擬軟件以及數控機床進行交互協作。已完成的零件工藝信息用實例方式存儲起來供學習和參考。該模塊提供的數據包括零件名稱、零件編號、噴丸仿真參數等等。噴丸成形實例數據如圖5e所示。

2.2.9 設備管理模塊

設備管理模塊管理噴丸成形過程中所需要用到的噴丸機床和工藝裝備數據，便于對噴丸機床和工藝裝備的數據進行查詢與維護。該模塊提供的數據包括機床名稱、機床參數、工裝名稱等等。設備管理數據如圖5f所示。

3 系統開發中的關鍵技術

3.1 登錄驗證與權限控制

根據前述該模塊的功能，開發了完善的登錄驗證和權限控制功能，在各個環節對用戶的登錄情況進行驗證，并在需要的場合驗證用戶的操作權限。所采取的方法主要包括以下幾種。

1)利用自定義的MyAccessChecker類，對每次Servlet跳轉以及視圖模型的加載等過程進行登錄驗證。利用自定義的視圖模型實現類MyViewModel對用戶的操作權限進行控制。以MyAccessChecker類為例，其關鍵代碼的部分示例如下:

2)在某些網頁添加具有登錄驗證和權限控制功能的Java代碼。這種方式主要用于網頁之間的直接跳轉。

3)如果驗證發現用戶未登錄，或者進行了越權的操作，則系統拋出異常，并跳轉到error.jsp網頁，將錯誤信息返回給用戶，并提示其重新登錄。這種系統的頁面自動跳轉功能是依靠Dorado5的Mapping控制技術實現的。

3.2 大型二進制對象的上傳與下載

本數據庫系統包含大量大型二進制對象數據，例如圖片、OPJ文件、Word報表和數控代碼文件等等。為了提高系統的運行效率和穩定性，本系統將這類文件存儲于Web服務器上，而將其地址保存于Oracle數據庫中。

大型二進制對象的上傳與下載功能涉及到Java的I/O(Input/Output，輸入/輸出)操作，同時還必須考慮到B/S架構系統的特點，使用相對目錄作為文件的地址，以便于系統的移植與發布。大型二進制對象的上傳與下載程序流程如圖6所示。

圖6 大型二進制對象的上傳與下載流程Fig.6 Upload and download flowchart of large binary objects

4 結論

開發的噴丸成形工藝數據庫系統具有界面友好、功能強大、內容覆蓋面廣、數據表現形式豐富、操作簡單、系統易于維護和擴充等優點，具有較高的實用價值，為噴丸成形工藝的設計提供了良好的支持與協助，與其他應用軟件相配合，可以共同實現噴丸成形的數字化制造。

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