试验机改装材料库的建设及应用

摘要：本文基于管理和工程应用两个维度构建了试验机改装材料库系统，创建材料库数据模型和数据维护规范准则，用数字化方法实现了材料数据结构化、系统化、标准化管理，形成改装部材料信息储备知识库。结合MBD技术应用，CATIA/VPM工具端定制化的二次开发，实现了MBD模型中的高效赋材和规范注释，提升了选材整体业务流程执行效率。

关键词：改装材料库；MBD模型；高效赋材；标准化

前言

目前，数字化设计基础资源库作为飞机数字化设计的基础应用资源，已成为航空各主机厂所保证数据源唯一性、正确性、规范性，实现快速设计的关键因素。同时，随着三维实体模型及其关联数据来进行产品定义的MBD（Model Based Definition）技术在航空行业的应用，技术注释在MBD模型中的标注规范性和效率也成为MBD技术应用的关键问题之一。企业结合各自数据管理平台和数字化设计软件，利用标准化方法与规则，纷纷开展资源库系统构建和二次开发应用技术研究。

院改装部现已在设计工作中应用MBD技术，材料信息的应用方式也从二维图纸上的材料信息逐渐转变为在MBD数据集内标注材料信息。面对航空材料的快速发展，部门缺乏相应的数字化系统支撑，设计员只能手动翻阅材料资料、手动录入和维护MBD数据集的材料信息，导致选材效率低，材料数据缺乏统一标准化管理，维护的数据不能复用等问题。因此，改装部急需基于院信息化平台，定制开发材料设计资源库，为材料信息的管理和应用提供系统支撑，同时利用信息技术开展标准化工作，提高材料应用规范性与正确性，从而提升产品设计效率与质量。

材料库总体建设方案

目前，工程材料数据库系统的建设思路是以网络服务和数据库为支撑，采用B/S架构和设计软件接口相结合的方式，实现对材料数据的管理和应用。结合部门实际业务需求和现状，设计过程中充分借鉴行业其他主机厂所材料管理及使用的经验，并充分考虑航空工业集团公司统一架构的建设思想，保证系统具有良好的扩展性。基于当前院信息化平台和设计端环境，改装部材料库系统设计包含材料库管理子系统和应用子系统，系统架构设计如图1所示，主要分为以下六个部分：

一、系统功能管理层：是材料库系统基础功能的体现，是支撑整个系统的稳定运行所不可缺少的一部分，包括用户管理、角色管理、权限管理、流程管理和符合国家安全保密要求的三员管理。

二、材料模型配置管理层：对材料库数据的底层模型和数据分类的创建，以及知识库模型配置、数据模板的创建等功能管理层，该管理层是材料基础数据管理的基础和先决条件，从而实现对材料数据的统一化、标准化管理。

三、材料基础数据管理层：对材料基础数据和材料实例数据的维护和管理，通过模板权限的分配和对材料数据的增、删、改、审批、校对等功能，完成材料基础数据和材料实例数据的维护，并通过可视化分析模块对材料库中数据信息进行统计展示。该管理层是承接系统功能管理层和材料模型配置管理层的基础，也是材料数据应用层的基础和先决条件。

四、材料数据应用管理层：是对材料库中材料实例数据的查询展示及应用、对型号所用材料的统计、产品选材排序展示等应用。该应用层数据主要来源于材料数据管理层，并嵌入到CATIA/VPM设计环境应用层中。

五、集成接口管理层：提供服务接口管理功能，可对接入系统的接口信息进行存储和管理，方便数据分发与共享。本地接口管理可对材料库系统自身对外暴露的接口信息进行展示，方便其他业务系统调用和数据接收，通过接口调用日志对接口被调用信息进行记录。

六、材料数据在CATIA环境下的应用层：是CATIA/VPM设计端选材过程中对材料数据的查询、统计、展示等应用；该应用层是基于集成接口管理层和材料数据应用层的基础，并体现在CATIA/VPM设计环境中的数据交互应用。

材料库技术架构遵循标准四层应用架构，实现了数据集成层、持久层、业务处理层、视图层的分离，采用B/S架构技术保证了系统的灵活性与安全性。支持集群方式网络部署，提供高可用性支持，根据需要可增加服务器。同时采用集中服务器、集中应用、集中网络管理方式，能够快速适应海量数据处理的要求。

材料库功能模块设计方案

材料数据的构建和基本管理设计

为了实现对材料信息的数字化管理，首先需要根据材料数据特性对其进行结构化处理，数据结构化则需要对材料数据进行分类。参考《中国航空材料手册》和《飞机设计手册》材料分册以及几型民用飞机的材料选用目录，梳理试验机改装常用材料。材料模型分类下创建金属材料数据模型、非金属材料数据模型、工艺材料数据模型，每个模型分类下再分别创建数据分类，以树形方式展示，实现材料数据的数字化和结构化表达。考虑到材料类别和牌号后续会发生变化的情况，设计时实现了材料类别灵活配置的要求，即系统管理员可新建、修改或删除任一材料分类和牌号信息。

针对每一项材料基础数据，基于数据动态建模技术，采用配置的方式自定义材料的基本信息属性和性能数据属性，保证属性定义的灵活性和扩展性。同时，对材料性能数据属性进行分组展示，如物理/化学性能、力学性能、拉伸性能、工艺性能等，实现材料信息展示的直观性和结构化，如图2所示。

选取材料属性信息中相对比较规范且范围界定的数据，如计量单位、材料品种、品种代号等，作为数据字典进行管理维护，从而提高此类数据信息的规范性。为了便于数据维护和应用，设计支持材料数据的批量附码和导入导出，针对图片、文件、视频等非结构化数据进行附件维护管理。通过自定义流程配置，使材料申请、修订或停用过程中完成线上审批工作，记录材料状态变化过程中的审批信息。

同时系统实现材料信息统计分析功能，从数据量、数据增量等维度以图表形式展示材料数据的数量变化，便于直观获取新入库材料等信息。通过配置质量规则对入库数据进行规范约束，保证数据质量，同时可对相同数据模型中的材料信息进行多条件筛选查询，并进行相似数据检索，提升选材效率。

为使材料数据更好地应用于MBD模型，同时便于选材时浏览、相似数据查询和对比分析，设计时根据部门实际业务需求，选取重点关注的材料属性信息，如基本信息、技术标准、应用范围、适用机型等，采用从材料基础数据中直接引用相关属性信息生成材料实例数据的方式，保证了材料库数据源的唯一性。对于每项实例数据只需维护材料规格属性信息即可，大大提高材料实例信息维护效率。

材料数据的应用管理设计

材料库应用管理功能主要包括型号选材目录配置、产品选材统计功能。型号选材目录配置功能对型号信息进行维护，针对每个型号配置可选的材料实例选用目录，供设计员选材，并提供快速检索、数据导出等功能。产品选材统计功能通过CATIA/ VPM客户端集成实现，如图3所示。系统会自动记录设计员在CATIA选材页面对材料实例数据的选择次数，并根据材料实例的选择次数对实例数据进行从高到低的默认排序展示。实现了试验机改装过程中材料数据的应用管理，积累和重用了飞机型号材料应用知识，使设计员在进行选材时能够充分借鉴已有型号的材料选用情况，进行材料的快速选择和重用。

材料数据在CATIA/VPM环境下的应用

基于CAA进行CATIA/VPM设计环境下的二次定制化开发，常用设计软件中的材料信息与材料库管理系统中的标准数据来自同一数据源，既可以实现选材数据的及时更新，又可以实现数据关联和追溯。在CATIA/ VPM客户端嵌入“选材”工具条，实现快速跳转选材页面功能。选材页面具备多条件检索查询功能，也可根据型号选材目录进行检索。

数字化设计基础资源库建设是越来越多主机厂所和设计部门实现建模规范性、准确性以及数字化发展的关键因素。本文针对试验机改装材料库的建设，从管理和应用两个维度开展系统功能设计，创建材料库数据模型和维护规范，保障数据质量，形成了部门特有的材料信息储备知识库，实现了材料数据结构化、系统化、标准化管理。通过CATIA/VPM环境下的集成应用设计，提高材料的优选和复选效率，用数字化方法加强了设计阶段的选材统一控制，为后续部门数字化设计基础资源库的建设和集成奠定了良好基础。