試驗機改裝材料庫的建設及應用

摘要：本文基于管理和工程應用兩個維度構建了試驗機改裝材料庫系統，創建材料庫數據模型和數據維護規范準則，用數字化方法實現了材料數據結構化、系統化、標準化管理，形成改裝部材料信息儲備知識庫。結合MBD技術應用，CATIA/VPM工具端定制化的二次開發，實現了MBD模型中的高效賦材和規范注釋，提升了選材整體業務流程執行效率。

關鍵詞：改裝材料庫；MBD模型；高效賦材；標準化

前言

目前，數字化設計基礎資源庫作為飛機數字化設計的基礎應用資源，已成為航空各主機廠所保證數據源唯一性、正確性、規范性，實現快速設計的關鍵因素。同時，隨著三維實體模型及其關聯數據來進行產品定義的MBD（Model Based Definition）技術在航空行業的應用，技術注釋在MBD模型中的標注規范性和效率也成為MBD技術應用的關鍵問題之一。企業結合各自數據管理平臺和數字化設計軟件，利用標準化方法與規則，紛紛開展資源庫系統構建和二次開發應用技術研究。

院改裝部現已在設計工作中應用MBD技術，材料信息的應用方式也從二維圖紙上的材料信息逐漸轉變為在MBD數據集內標注材料信息。面對航空材料的快速發展，部門缺乏相應的數字化系統支撐，設計員只能手動翻閱材料資料、手動錄入和維護MBD數據集的材料信息，導致選材效率低，材料數據缺乏統一標準化管理，維護的數據不能復用等問題。因此，改裝部急需基于院信息化平臺，定制開發材料設計資源庫，為材料信息的管理和應用提供系統支撐，同時利用信息技術開展標準化工作，提高材料應用規范性與正確性，從而提升產品設計效率與質量。

材料庫總體建設方案

目前，工程材料數據庫系統的建設思路是以網絡服務和數據庫為支撐，采用B/S架構和設計軟件接口相結合的方式，實現對材料數據的管理和應用。結合部門實際業務需求和現狀，設計過程中充分借鑒行業其他主機廠所材料管理及使用的經驗，并充分考慮航空工業集團公司統一架構的建設思想，保證系統具有良好的擴展性?；诋斍霸盒畔⒒脚_和設計端環境，改裝部材料庫系統設計包含材料庫管理子系統和應用子系統，系統架構設計如圖1所示，主要分為以下六個部分：

一、系統功能管理層：是材料庫系統基礎功能的體現，是支撐整個系統的穩定運行所不可缺少的一部分，包括用戶管理、角色管理、權限管理、流程管理和符合國家安全保密要求的三員管理。

二、材料模型配置管理層：對材料庫數據的底層模型和數據分類的創建，以及知識庫模型配置、數據模板的創建等功能管理層，該管理層是材料基礎數據管理的基礎和先決條件，從而實現對材料數據的統一化、標準化管理。

三、材料基礎數據管理層：對材料基礎數據和材料實例數據的維護和管理，通過模板權限的分配和對材料數據的增、刪、改、審批、校對等功能，完成材料基礎數據和材料實例數據的維護，并通過可視化分析模塊對材料庫中數據信息進行統計展示。該管理層是承接系統功能管理層和材料模型配置管理層的基礎，也是材料數據應用層的基礎和先決條件。

四、材料數據應用管理層：是對材料庫中材料實例數據的查詢展示及應用、對型號所用材料的統計、產品選材排序展示等應用。該應用層數據主要來源于材料數據管理層，并嵌入到CATIA/VPM設計環境應用層中。

五、集成接口管理層：提供服務接口管理功能，可對接入系統的接口信息進行存儲和管理，方便數據分發與共享。本地接口管理可對材料庫系統自身對外暴露的接口信息進行展示，方便其他業務系統調用和數據接收，通過接口調用日志對接口被調用信息進行記錄。

六、材料數據在CATIA環境下的應用層：是CATIA/VPM設計端選材過程中對材料數據的查詢、統計、展示等應用；該應用層是基于集成接口管理層和材料數據應用層的基礎，并體現在CATIA/VPM設計環境中的數據交互應用。

材料庫技術架構遵循標準四層應用架構，實現了數據集成層、持久層、業務處理層、視圖層的分離，采用B/S架構技術保證了系統的靈活性與安全性。支持集群方式網絡部署，提供高可用性支持，根據需要可增加服務器。同時采用集中服務器、集中應用、集中網絡管理方式，能夠快速適應海量數據處理的要求。

材料庫功能模塊設計方案

材料數據的構建和基本管理設計

為了實現對材料信息的數字化管理，首先需要根據材料數據特性對其進行結構化處理，數據結構化則需要對材料數據進行分類。參考《中國航空材料手冊》和《飛機設計手冊》材料分冊以及幾型民用飛機的材料選用目錄，梳理試驗機改裝常用材料。材料模型分類下創建金屬材料數據模型、非金屬材料數據模型、工藝材料數據模型，每個模型分類下再分別創建數據分類，以樹形方式展示，實現材料數據的數字化和結構化表達?？紤]到材料類別和牌號后續會發生變化的情況，設計時實現了材料類別靈活配置的要求，即系統管理員可新建、修改或刪除任一材料分類和牌號信息。

針對每一項材料基礎數據，基于數據動態建模技術，采用配置的方式自定義材料的基本信息屬性和性能數據屬性，保證屬性定義的靈活性和擴展性。同時，對材料性能數據屬性進行分組展示，如物理/化學性能、力學性能、拉伸性能、工藝性能等，實現材料信息展示的直觀性和結構化，如圖2所示。

選取材料屬性信息中相對比較規范且范圍界定的數據，如計量單位、材料品種、品種代號等，作為數據字典進行管理維護，從而提高此類數據信息的規范性。為了便于數據維護和應用，設計支持材料數據的批量附碼和導入導出，針對圖片、文件、視頻等非結構化數據進行附件維護管理。通過自定義流程配置，使材料申請、修訂或停用過程中完成線上審批工作，記錄材料狀態變化過程中的審批信息。

同時系統實現材料信息統計分析功能，從數據量、數據增量等維度以圖表形式展示材料數據的數量變化，便于直觀獲取新入庫材料等信息。通過配置質量規則對入庫數據進行規范約束，保證數據質量，同時可對相同數據模型中的材料信息進行多條件篩選查詢，并進行相似數據檢索，提升選材效率。

為使材料數據更好地應用于MBD模型，同時便于選材時瀏覽、相似數據查詢和對比分析，設計時根據部門實際業務需求，選取重點關注的材料屬性信息，如基本信息、技術標準、應用范圍、適用機型等，采用從材料基礎數據中直接引用相關屬性信息生成材料實例數據的方式，保證了材料庫數據源的唯一性。對于每項實例數據只需維護材料規格屬性信息即可，大大提高材料實例信息維護效率。

材料數據的應用管理設計

材料庫應用管理功能主要包括型號選材目錄配置、產品選材統計功能。型號選材目錄配置功能對型號信息進行維護，針對每個型號配置可選的材料實例選用目錄，供設計員選材，并提供快速檢索、數據導出等功能。產品選材統計功能通過CATIA/ VPM客戶端集成實現，如圖3所示。系統會自動記錄設計員在CATIA選材頁面對材料實例數據的選擇次數，并根據材料實例的選擇次數對實例數據進行從高到低的默認排序展示。實現了試驗機改裝過程中材料數據的應用管理，積累和重用了飛機型號材料應用知識，使設計員在進行選材時能夠充分借鑒已有型號的材料選用情況，進行材料的快速選擇和重用。

材料數據在CATIA/VPM環境下的應用

基于CAA進行CATIA/VPM設計環境下的二次定制化開發，常用設計軟件中的材料信息與材料庫管理系統中的標準數據來自同一數據源，既可以實現選材數據的及時更新，又可以實現數據關聯和追溯。在CATIA/ VPM客戶端嵌入“選材”工具條，實現快速跳轉選材頁面功能。選材頁面具備多條件檢索查詢功能，也可根據型號選材目錄進行檢索。

數字化設計基礎資源庫建設是越來越多主機廠所和設計部門實現建模規范性、準確性以及數字化發展的關鍵因素。本文針對試驗機改裝材料庫的建設，從管理和應用兩個維度開展系統功能設計，創建材料庫數據模型和維護規范，保障數據質量，形成了部門特有的材料信息儲備知識庫，實現了材料數據結構化、系統化、標準化管理。通過CATIA/VPM環境下的集成應用設計，提高材料的優選和復選效率，用數字化方法加強了設計階段的選材統一控制，為后續部門數字化設計基礎資源庫的建設和集成奠定了良好基礎。