（机械制造及其自动化专业论文）飞机电气ecamecat信息集成技术.pdf

y4 2 1 127 摘要 本文首先论述了匕机电气信息集成系统的总体堤计方案，包括该系统的组成、各 个模块的功能、结构、具体实现方法、以及模块之间数据的传输和控制。接着论述了 飞机电气信息集成系统中电缆计算机辅助制造( e c a m ) 部分，其中重点论述了，1 a , r l 电 气系统工艺文件自动生成( e c k p p ) 部分和电缆计算机辅助测试( e c a t ) 剂分的信息 集成技术，介绍了这两个模块的组成、功能、设计原理、软硬件的实现方案以及这两 个模块相互之问的关系。最后对该系统的发展 j i ：景作了讨论。 关键词：电气信息集成计算机辅助制造计算机辅助设计 计算机辅助工艺规程设汁 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , f i r s l ，w ei n t r o d u c et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f c o m p u t e ri n t e g r a t e d i n f o r m a t i o ns y s t e mf o ra i r c r a f te l e c t r i cs y s t e m ，w h i c hi n c l u d e sc o n s t i t u t e s ，f u n c t i o n t r a n s m i ta n dc o n t r o lb e t w e e n m o d u l e ss e c o n d ，w ep u tt h ee m p h a s e so nc o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n ga n dc o m p u t e ra i d e dt e s t i nt h i se m p h a s e sw ei n t r o d u c ec o n s t i t u t e sa n d f u n c t i o na n dd e s i g nt h e o r ya n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo ft h e s e t w om o d u l e sa tl a s t t i mp r o s p e c t so fc o m p u t e ri n t e g r a t e di n t b r m a t i o ns y s t e mf o ra i r c r a f t e l e c t r i cs y s t e ma r ep o i n t e do u t 南京航空航天大学坝 j 学俺沦文 第一章引言 1 1c a d 、c a m 、c a t 的概念 1 1 1c a d 技术基本概念 c a d 是“c o m p u t e fa i d e dd e s i g n ”的酋写字母组成的缩写，其中文名为“计算机辅 助设计”。顾名思义它是一种利用计算机辅助设计人员进行快速、高效、高质、低设计 成本、方便地完成产品设计任务的现代设计技术。 c a d 技术是通过计算机和c a d 软件对设计“产品”进行分析、计算与仿真、产品结 构利性能的调整与优化以及绘图，把设计人员所具有的最佳特性( 创造| 生思维、形象思 维与经验知识、综合判断与分析的能力) 同计算机的强大记 乙与检索信息能力、大量信 息的高速精确计算与处理能力、易于修改设计、工作状态稳定且不疲劳的特性结合起来， 从而大大提高了设计速度与效率，提高了设计质量，降低了设计成本。 一般来说，一个c a d 系统由如下几部分组成： ( 1 ) c a d 硬件环境：计算机，计算机的外围设备( i o 设备) ，有的还有网络通信环境等； ( 2 ) c a d 软件环境：操作系统，各种标准利支撑软件，有的还有网络通信软件等： ( 3 ) c a d 软件，帮助设计人员去完成各种设计任务的计算机应用软件； ( 4 ) 设计人员与c a d 系统的软硬件一起组成的能协同完成设计任务的人机系统。 1 1 2c a l l 技术基本概念 从广义上讲，计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，简称c a m ) 就是 利用计算机来代替或帮助人去完成制造以及与制造有关的准备工作。通常认为，c a m 可 定义为能通过直接或间接地与工厂资源接口的计算机来完成制造系统的计划、操作工序 控制和管理工作的计算机系统。因此，c a m 的应用可以概括为c a m 的直接应用和c a m 的 间接应用两大类。 c a m 的直接应用即计算机直接与制造过程连接阻对它进行监视和控制，这类应用可 分为计算机过程监视系统和计算机过程控制系统两种。 ( 1 )计算机过程监视系统在这个系统中，计算机通过一个与制造系统的直接接口来 监视系统的制造过程及其辅助装备工作情况并采集过程中的数据。但计算机并不直接 对制造系统中的各工序实行控制，这些控制工作，将由系统的操作者根据计算机给出的 信息去手工完成，如加工尺寸的计算机数字显示系统就属于这一类。 ( 2 ) 计算机过程控制系统该系统不仅对制造系统进行监视，而且还对制造系统的制 造过程及其辅助装备实行控制。如数控机床上的计算机数字控制( c n c ) 就属于这一类。 1 飞机电气e c a m i e c a t 信息集成技术 c a m 的间接应用中计算机并不直接与制造设各连接，只是用计算机对制造过程进行 支持。此时计算机是“离线”的，它只是用来提供牛产计划、作业调度计划、发出指令 及有关信息。以便使牛产资源的管理更有效。 1 1 3c a t 技术基本概况 计算机辅助测试( c o m p u t e ra i d e dt e s t ，简称c a t ) 是当今飞速发展的计算机技 术与原有的测试技术相互渗透、融合而产牛的一门新兴测试技术学科，它不仅取代人的 感觉和动作功能，还取代人的思维功能。 c a t 作为一门新兴的技术学科，具有一些鲜明得特点：定量性、实践性、综合性、 发展性。 c a t 系统丰要由四个子系统组成： 1 硬输入子系统：它的任务是将检测对象的参数输入中央处理器。参数一般为非 电模拟量，而目前所用中央处理器绝太多数是数字电子计算装置，只能接受电数字量， 因此需对参数进彳亍变换。硬输入子系统除了输入被测参数外，还输入各种监视，报警信 号。 2 硬输出系统：它的任务是由中央处理器向测试对象及装置发出控制信号、应急 处理命令、激励信号等。由于中央处理器输出的是电数字量，而测试对象一般为非电模 拟量，因此也需经过变换。 3 软输入子系统：由输入设备通过接口向中央处理器输入各种软信息，如程序、 原始数据、操作员命令等。输入设备有键盘、数字化输入板、磁盘机、磁带机、图形输 入设备、语音输入装置等。 4 软输出予系统：中央处理器经接口、输出设备输出各种软信息，如测试结果、 报警信号、图形等。输出设备有打印机、c r t 、绘图仪、语音输出装置等。 1 2c a d 、c 删、c a t 技术的发展概况 1 2 1c a d 的发展 纵观c a d 技术的发展，可以将其发展归纳为四次技术革命： 1 第一次c a d 技术革命曲面造型系统 2 0 世纪6 0 年代出现的三维c a d 系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框 造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几体数据间的拓扑关系。由于缺乏形 体的表面信息，c a e 及c a m 均无法实现。进入2 0 世纪7 0 年代，飞机和汽车工业中遇到 了大量的自由曲面问题。随着法国人提出了贝赛尔算法，使人们用计算机处理曲线及曲 面问题变的可行，同时法国达索飞机制造公司的开发者们推出了三维曲面造型系统 南京航空航天大学硕十学位论文 c a t i a 。它的 现为人类带来了第一次c a d 技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近 似表达曲面的落后的工作方式。 2 第二次c a d 技术革命实体造型技术 2 0 世纪8 0 i 代初，c a d 系统价格仍然令一般企业望而却步，这使得c a d 技术无法拥 有更广阔的市场。为了使自己的产品更具特色，以c v 、s d r c 、u g 为代表的系统开始朝各 自的发展方向前进，s d r c 公司于1 9 7 9 年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大 型c a d c a e 软件i d e a s 。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论 上有助于统一c a d 、c a e 、c a m 的模型表达，给设计带来惊人的方便。它代表着未来c a d 技术的发展方向，标志着c a d 发展史上的第二次技术革命。 3 第三次c a d 技术革命参数化技术 正当实体造型技术逐渐普及之时，c a d 技术的研究又有了重大进展。如果说在此之前 的造型技术都属于约束自由造型的话，进入2 0 世纪8 0 年代中期，c v 公司提出了种比 无约束自由造型更新颖、更好的算法参数化实体造型方法，该算法具有以下特点： 基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。可以认为，参数化技术的应 用丰导了c a d 发展史上的第三次技术革命。 4 第四次c a d 技术革命变量化妓术 参数化技术的成功应用，使得它在2 0 世纪9 0 年代前后几乎成为c a d 业界的标准， 但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。积数年对参数化技术的研究经验以 及对工程设计过程的深刻理解，s d r c 的开发人员发现了参数化技术尚有许多不足之处。 于是从1 9 9 0 到1 9 9 3 年，历经三年时间，投资一亿多美元，将软件全部重新改写，于1 9 9 3 年推出全新体系结构的i d e a sm a s e rs e r i e s 软件，就此形成了一整套独特的变量化 造型理论及软件开发方法。无疑，变量化技术成就了s d r c ，也推动了c a d 发展的第四次 技术革命。 纵观c a d 技术旋展过程及现状，对通用的机械类产品、电子类产品设计各自的需求 研究越来越深入功能越来越强大。然而对某些机电一体化生产过程中所涉及的机电集 成信息在c a d 技术中却体现较少。比如机械产品的相关电气信息、电子产品的相关几何 信息等，对企业信息管理系统来讲，不但影响基础信息系统的完整性，也不便于设计、 制造、决策、供应、管理各部门计算机辅助技术的集成。因此针对具体需求，应当注意 开发相关功能。 1 2 2c a l l 的发展 2 0 世纪的前5 0 年间，即在数控技术和柔性制造技术的开发和广泛应用前，机械制 造业基本上是在“批量法则”的传统概念下组织生产的。所谓批量法则即牛产的组织 e 机电气e c a m t e c a t 信息集成技术 形式、加工方法和加工设备、工艺装备等，均按产品批量的大小来决定它们的先进性年u 高效性对于牛产批量足够大的产品就专业化牛产，采用高效率和自动化的加工设备 和工艺设备，建立流水生产线或自动生产线。对于小批量的产品，就只能采用，丰产效率 低的常规工艺方法和通用设备。显然，这就使得品种、小批量生产企业长期处于低效率、 低技术和高成本的落后状态下。 进入2 0 世纪8 0 年代以来，由于工业技术的高速发展国民生活发生了巨大的变化 人民普遍追求富裕牛活，对工业产品的需求电是多样化的，并且要求产品具有高性能、 高质量和低价格。因此，多品种、小批量的生产企业在机械制造业中的比重越来越大， 为了适应市场的激烈竞争，那种靠批量法则来组织生产的概念完全不使用了。显然，小 批量生产也必须采用高效率利自动化的生产方式和生产于段，这也是制造系统所以按前 述过程发展的缘故所在。在这种制造概念的指导下，当前的机械制造业必然要大力发展 数控技术和柔性制造技术，而它们都是计算机辅助制造这一技术领域所要研究和解决的 问题。 实际上，自2 0 世纪5 0 年代初期，成组技术和数控技术问世以来，就预示了柔性技 术的开始，但真正的发展还是在成组技术、数控技术和柔性制造技术结台起来之后，随 着计算机在生产中的应用的日益广泛，计算机辅助工程( c a e ) 已深入到各个技术领域。 然而，单项的计算机辅助系统虽然都取得了相当好的技术经济效益，但就工业企业的整 体而言，并不一定都能取得最好的效益，从而促进了计算机集成制造( c i m s ) 的研究和 发展，这也是进一步发展来来工厂自动化( f a ) 的高级模式。 由计算机集成制造进而实现企业管理信息化，可以实现产品的敏捷制造，提高企业 经济效益。针对企业生产模式中难以形成统一规范信息的现状，在制造过程工艺信息牛 成和应用管理方面适合采用半创成式和专家系统相结合的模式。 1 2 3c a t 的发展 计算机辅助测试是自动测试通向智能化测试的桥梁。计算机辅助测试技术的发展包 括基础理论、系统的硬件结构、软件和应用等方面。就c a t 系统的硬件结构而言，大约 有以下几个阶段： 7 0 年代以前，测试设备和计算机处于分离状态。计算机作为计算工具用于测试结果 统计、数据处理以及间接测量的计算等c a t 系统处于萌芽状态。 7 0 年代初期，测试设备通过a d ，d a 和i 0 接口与计算机相连，构成了基本的c a t 系统。 7 0 年代中期，伴随着标准总线的流星c a t 系统实现了模块化的分布式和分敞式结 构。 4 市京航空航天人学坝 学位葩文 8 0 年代，单片机、d s p 芯片技术有了很大发展c a t 系统趋于小型化，实现了便携 式平u 内含式( b u i 】ti nt e s t b i t ) 结构。 9 0 年代以来，随着专用集成电路( a p p h c al i o f f s p e c i f i ci n t e g r a t e dc if c u i t ， a s i c ) 和计算机网络技术的发展，c a t 系统正朝着微型化和网络化两极发展。 就c a t 系统的软件而言，编程语言由机器语言发展到汇编语言、通用高级语言、专 用高级语言和测试专用语言：测试系统的控制和数据采集，测试数据的离线和在线处理， 测试数据的传输以及用户的友好界面等已达到相当高的水平：人工智能技术也得到初步 的应用，仙其智能水平尚处于幼稚状态。 就c a t 系统的应用而言，无论从深度还是从广度看都是相当成功的，并且正处在加 速发展之中。c a t 系统己不是仅供实验研究的宠物，而是成了各行各业不可缺少的重要 角色。 随着电了技术、传感技术和计算机技术的进一步发展，有理由相信未来c a t 系统会 继续出现一些新的结构开拓出一些新的应用领域。编程语言和软件开发环境将进一步 完善，用户界面将更符合人类习惯。但是，c a t 系统最根本的改变将体现在智能化水平 上。尽管目前还很难给智能化测试下一个确切的定义，毫无疑问，加强对计算机辅助测 试技术的研究有助于这一目标的早日实现。 1 3c a d 、c 删、c a t 的集成 机械工业是应用c a d c a m 技术的丰要领域。开始时，主要是应用计算机绘图技术、 绘制二维工程图样。目前，已能用三位几何造型技术和分析计算产品及其零、配件的形 状和结构，以及生成数控加工信息等c a d c a m 技术已成为产品和工程设计及新一代牛 产技术发展的核心技术。在国外，应用c a d c a m 技术最早的部门是航空和航天、汽车和 造船等大型制造业。随着计算机的硬件和软件技术的发展，c a d c a m 系统的价格不断下 降，而性能不断地提高，特别是微机和工作站的问世，推动c a d c 删技术应用领域的扩 大，使得中小型企业也有经济能力应用c a d c a m 技术。所以，c a d c a m 技术正逐步由大 型企业和竣工企业向中小型和民用企业扩展和延伸。机械工业作为c a d c a m 丰要应用领 域，其_ 丰要特点是设计利制造密切联系，生产出精密复杂的产品，创造出比传统人工方 式更为客观的综合效益，显著缩短生产周期，提高质量和灵活性降低了成本。 我国c a d c a m 技术的研究起步于2 0 世纪7 0 年代，当时仅有少数大型企业和科研单 位及部分高校参加，进展速度和幔。近年来，由于计算机价格的不断下降，加之改革开 放和国内外市场激烈竞争形势的不断发展，促使我国科技人员采用新技术的积极性不断 高涨，c a d c a m 技术的优点逐渐被更多的人们所接受。近几年来，c a d 技术有了较快的发 展，主要表现在以下几个方面： 5 飞机电气e c a m e c a t 信息集成技术 ( 1 ) 数大型企业已经建立起来比较完整的c a d c a m 系统兵获得较好的效益。 ( 2 ) 中小型企业开始使用c a d c a m 技术。 ( 3 ) 我国已自行开发了一些实用的c a d c a m 软件。 ( 4 ) 国内计算机工业部门已能为c a d c a m 提供微机和低档的工程工作站。 ( 5 ) 引进国外成套的c a d c a m 设备。 上述五点是我国推广c a d c a m 技术的主流。 c a d c a m 系统是由若干个相互作用和相互依赖的部分集合而成的、具有特定功能的 有机整体，而且一个系统又属于一个更大的系统。这个系统包括实现c a d c a m 所必须的 硬件系统、软件系统和人才系统。硬件丰要是指计算机及各种配套设备，如各种档次的 计算机、打印机、绘图机等。广义上说，硬件还应包括用于数控加工的各种机械设备等。 软件一般包括系统软件、支撑软件和应用软件等。 由于企业的技术水平及牛产能力不同，在c a d c a m 技术应用上亦分为多种情况。有 些大型企业全面采用了功能比较完善的c a d c a m 系统，有些企业则是采用了适合某种产 品的功能有限的c a d c a m 系统，还有一些企业采用了仅以c a d 为丰的系统。随着软件及 硬件的发展，特别是计算机网络技术的出现，c a d c a m 系统正在向集成化、智能化、标 准化和网络化方向发展。由于计算机技术发展迅速，软硬件产品的更新周期很短，所以 在组建c a d c a m 系统时，应采取在总体规划指导下，先构建系统的基本部分，然后再逐 步扩充的策略。对于资金不足或者c a d c a m 基础薄弱的单位，可先选择效益比较显著的 普及性应用。对于那些己具备相当规模的大型企业来说，只有采用先进的c a d c a m 技术 才能在产品设计与创新、产品制造及投放市场速度等方面取得优势在激烈的市场中求 得发展。 计算机辅助测试c a t ，计算机及其外部设备不仅取代人的感觉和动作功能，还取代 人的思维功能。计算机在测试过程中的作用包括： ( 1 ) 制测试过程； ( 2 ) 产生可编程激励信号，加在被测控件上； ( 3 ) 采集响应信号，并进行预处理、变换、存储： ( 4 ) 数据处理，对响应信号进行各种数据逻辑运算，作出判决利估值： ( 5 )以各种方式输出测试结果： ( 6 ) 监控报警，对测试对象和测试系统本身进行监控，必要时可作出报警等反 应： ( 7 ) 测试管理、建立测试档案。 c a t 系统的上述功能是由其硬件和软件共同完成的。c a t 的突出有点表现在其软件功 能上： 6 南京航空航天人学铖l 学位论文 i ) 肘软件资源提高测试准确性、町靠性、经济性，投资小，收效大，性能价格 比好： 2 ) 疑有柔性。在硬件不变情况f ，通过改变软件可使测试系统具有不同的测试 功能用于不同的测试对象使测试系统具有通用性，特别适用于多品种、 小批量的牛产。 由于c a t 的多种功能利突出优势在牛产和科研中的应用日益广泛。目前，在我国 乍产中仍是有重点地应用，尚未达到普及的程度。其丰要限制在于设备投资和人员素质。 1 4 本系统的研制开发背景 当前，我国的c a d c a m c a t 技术的使用已经日趋广泛和成熟，但是绝大部分的 c a m c a m c a t 技术的应用领域都局限在机械系统中，对于其他系统如电气系统、管路系 统等的开发较少。飞机电气系统是飞机的中枢神经系统和血液循环系统。它关联了飞机 各部分的通信，是一个高度集成的信息系统。它提供了飞机各部分所需的动力，包含了 大量信号线、电源线、控制电缆、元部件等。电气系统的设计和制造对飞机的性能和质 量都有重要的影响。 国家下达的新机种研制和批生产任务以及国外订货任务，对电缆制造质量和周期提 出更高要求。甘前电缆检测采用国际八十年代初期c a t 先进技术，电缆设计已从国外引 进e c a d 软件，而电缆制造利工艺仍以手工作业为主，停留在五十年代落后水平，形成 “两头先进，中间落后”的不协调状态。解决这一矛盾的正确途径是对计算机电缆制造 和工艺进行技术改造，实现计算机辅助电缆制造e c a m 使其与e c a d 、e c a t 相适应，并 构成电缆制造计算机集成信息系统e i i s 。 国际几个航空工业发达的技术先进国家，在七十年代初微计算机诞生的技术基础上 在电缆制造过程中普遍应用计算机辅助技术，自动化程度日益提高，有的已采用机器人 进行电缆布线。 飞机电气系统的特点为专业性强，工作量大，数据庞大报表繁琐复杂，且责任重 大。原有的人工设计流程是先画草图，再利用校核，描图审查，解决设计图中的缺陷。 基本上是人一笔一笔在纸上作图，属于复杂的脑力设计加上简单的笔纸绘图，带来设计 成本的加大和计算机辅助设计所提倡的无纸设计有明显差距。原先在制造和测试方面， 都是对前面人工设计而得到的数据资料进行处理，输出工艺文件和导通文件，其中有大 量的重复性的工作，经常会由于工作人员的笔误造成后期的巨大损失。 传统的人工方法存在一些较突出的问题： a ) 质量低，人工设计和制造中存在着大量的重复性的工作，工作人员在反复录入和 输出数据时会出现笔误，从而不能保证系统的质量经常会在后期检验中发现 7 飞机电气e c a m e c a t 信息集成技术 大量的类似错误而造成巨大的经济损失。提高质量是我们这个系统开发的最丰 要甘的。 b ) 效率低，周期长技术人员的大量时间花在各类图纸、报表、标准之间查找、抄写、 核对数据和图形等重复性的劳动，影响他们聪明才智的充分发挥。 c ) 不同的设计人员相互沟通不足一人更改图纸不能及时在其他人员的图纸上反映 出来，产牛设计图纸的不一致。 九十年代由国外引进的e c a d 系统为英文版，但大量设计文件如材料明细表等需用中 文，需另行开发中文软件，又难与英文e c a d 系统实现信息百联。因此迫切需要开发处理 飞机电气系统多种信息( 几何信息、电气信息、物料信息、标准化信息、管理信息等) 的汉化的e c a d 系统。与此同时，我们发现以上人工容易出错的地方都是些重复性比较大 的工作，而完成一部分工作恰好是计算机的长处，我们可以把这一部分的工作交给计算 机来处理，而把工作人员从烦杂的体力劳动中解放出来，集中力量在设计方面，更好的 发挥人的创造性。 8 南泉航空航天大学硕e 学位论文 第二章飞机电气e c a d e c a m e c a t 信息集成系统 的总体设计 2 1 引言 集成是电气信息集成系统e ii s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e mf o r e 1 e c t r i cs y s t e m ) 虽重要的特点。在本系统的研制过程中，c a d 、c a m 、c a t 模块是在 一个总框架下分别研制，在研制过程中，我们就十分注意集成技术的应用。随着计算机 技术的发展，e i i s 系统功能不断扩展，e i i s 系统信息能连续传递，以便逐渐与越来越多 的c a d 、c a m 、c a t 功能融为一体。能实现c a d 、c a m 、c a t 之间有效、可靠的集成，涉及 的因素很多，主要是各模块之间的数据能否共享、数据通讯、交换是否顺畅、所表达的 信息是否完备等、本系统集成的基本方式是以公用工程数据库为核心，并联合众多应用 程序，使集成系统成为在数据库层次上的设计与制造的信息处理软件。根据客户提出的 需求规格说明书，以及现有的编程技术和软硬件设备环境，我们在进行该系统的总体设 计时考虑到应把握好以下几个方面： ( 1 ) 减少差错，提高质量，确保飞行安全，避免返工损失。质量是产品的生命，特别 是对于飞机制造这个特殊行业，产品的质量更是尤其重要，对于保障人民的生命 和财产安全有着重大意义，因此我们坚持把保证质量放在首位。 ( 2 ) 提高效率，缩短生产准各和生产周期，提高设备和厂房利用率，降低流动资金占 用量。效率意味着效益，我们开发这个系统的初衷就是为了在保障质量得前提下 极大地提高效率，让企业受益。 ( 3 ) 把产品设计及制造中用到的和得到的各种信息，包括几何、物料、管理、电气等 信息，以统一的形式保存和管理，能在设计与制造中相互调用和交流，保证信息 畅通，实现真正意义的集成。 ( 4 ) 全部软件在w i n 9 x w i n n t 环境下运行。注重用户界面友好，使没有什么计算机基 础的人只要稍微培训即可操作本系统。 ( 5 ) 本系统还应该充分确保所有数据的完整性、正确性和安全性。特别是安全| 生，因 为涉及到网络数据的传输，所以我们要确保数据在传输的过程中不会丢失和被人 盗取而导致保密数据遭到泄露。 该系统的总体设计就是在坚持以上几条原则下而完成的，通过设计系统的总体框架 我们可以了解到系统各个模块的作用及其相互之间的关系、层次以及结构。 9 e 机电气e c a m e c a t 信息集成技术 2 2 系统总体框架 系统的总体框架如图2 i 所示，通过酸计和制造过程中建立通用数据库和电缆专用 数据库可实现各种机型e c a d e c a m e c a t 的信息集成化，通过系统网络进行信息传输， 为电缆设计和生产过程无纸化打下基础。该系统主要分为e c a d ( 电缆辅助设计) 和e c a m ( 电缆辅助制造) 两大模块。其中e c a i ) 部分又分为四个了模块，e c a m 部分又分为六个 了模块。 图2 1系统的总体框架 2 2 1e c a d 模块 e c a d 模块是该系统的前期模块主要进行系统的设计工作，设计完成后的数据将保 存到通用和专用数据库中供其他模块调用。 e c a i ) 模块包括四个子模块： 模块 1 建立通用数据库子模块： 包括标准件表、接插件库表、电线表、孔线适配标准表、死接头适配标准表、焊锡 南京航空航天大学硕士学位论文 环适配标准表等，是各模块运行的基础。具有数据输入、查询、删除、修改功能。其中 各适配标准表除开发维护人员外，只允许使用查询功能。 模块a 2 原理图设计子模块： 建立原珲图数据库，进行图形设计自动布线和人工布线，进行适配性检查和自动 选用死接头。 模块 3 电缆图设计子模块： 建立电缆目录库，自动牛成或人工输入电缆导线表、元件表数据，进行图形设计。 模块a 毛设计文件打印子模块：在已建成通用数据库完成原理图、电缆圈设计的基础 上打。印出图纸目录单、接线表、原理图、细目表等十三种表格，作为设计资料使用。 具有牛成、预览、打印、单页打印等功能。 2 2 2e c 模块 e c a j “模块则是该系统的后期模块，主要调用前面e c a d 设计时生成的数据，生成各 种工艺文件以及导通文件，对电缆进行导通测试、划线，进行质量管理等。 e c a m 模块包括六个子模块： 模块b 1e d b 电缆制造集成数据库管理系统 该模块对电气系统的所有专用信息建立数据库管理系统，此数据库的结构相当于。 标运用于各种型号飞机的电气系统的生产。 模块b 2 计算机辅助工艺文件自动生成( e c a p p ) ： 根据e d b 文件自动生成电缆制造所用各种工艺文件。模块可实现表格牛成、按页更 改、更改更改页、预览、打印、单页打印、打印更改页等功能。 模块b 3 计算机辅助布线( e c a w ) ： 该模块包含自动选择最佳划线方案( 下料线数最少) 生成e c a w 文件、计算机辅助绘 制样板图、计算机图形提示布线等。 模块b 4 计算机辅助端接装配( e c a c m ) 该模块显示接插件图形、提示焊( 压) 接顺序和部位、提示压接工具选择等。 模块b 5 e c a d e c a t 导通表自动生成( e c a d e c a t ) 该模块根据e c a d 文件自动生成c a t 转接台接线表、全机导通文件和进口导通测试 仪导通文件。程序框图如图1 0 。 模块b 6 电缆制造质量档案计算机管理( e q 跚) 该模块将故障原始记录存档，按故障的发生阶段、性质、等级、时间和操作工人或 检验员分类进行统计、制表。 飞机电气e c a m y e c a t 信息集成技术 2 3 飞机电气信息系统的数据结构 在该系统的运行过程当中，包括e c a d 设计过程和e c a m 制造过程，将产生大量的数 据，而且数据的结构、类型以及保存方式都不相同。主要可分为以下几种： 1 输入数据 输入数据的内容为： 2 设计计数据；包括a c a d 数据、e c a d 数据、6 1 1 c a d 数据，图纸资料 3 工艺数据： 4 标准( 包括国际、航标、m i l 标准、企标) 数据； 5 生产数据。 输入数据的方式： ( 1 )在程序控制下由盘文件自动输八； ( 2 )在程序提示下以对话框方式由键盘键入； ( 3 )在程序控制下由其他程序导入； 输入数据的结构有： ( 1 ) 关系数据结构，主要用于电气系统专用数据库； ( 2 ) 树状数据结构，主要用于电缆图形数据等便于检索： ( 3 ) 可变向量，主要用索引文件： ( 4 ) 向量，主要用于标准数据。 2 输出数据 输出数据的内容为： ( 1 ) 供设计、工艺、生产部分使用的设计文件 ( 2 ) 供生产各部门使用的工艺文件 ( 3 ) 质量统计报表 ( 4 ) 图形，如设计图、划线样板图、工艺规程简图 ( 5 ) 供运行程序使用的盘文件，如c a w 文件、e c a x 仿真文件 ( 6 )电缆的各种统计报表 ( 7 ) 各种工艺文件 ( 8 ) 无纸化制造过程所需要的文件，如标签文件，印字文件、导通仪文件 输出数据的方式： ( 1 ) 在程序控制下自动生成盘文件输出或者存档 ( 2 ) 用打印机打印输出 ( 3 ) 通过显示器显示 ( 4 ) 绘图仪绘制图形 1 2 南京航空航天人学颂上学位论文 输出数据的结构有： ( 1 ) 关系数据结构，如质量分析数据、汇总数据，便于分类制表 ( 2 ) 向量，如t e d 、t x ? 、u t 、r o 文件，便于使用 ( 3 ) 数组，如端接表 2 4 飞机电气信息系统的数据流 如图2 2 所示是飞机电气信息系统中的数据流。e d b 是电缆专用数据库，该处的数 据可以由e c a i ) 部分生成导入，也可以由设计数据、工艺数据、标准数据、生产数据导入， 然后导出到e c a d 部分。 图2 2飞机电气信息系统中的数据流 2 5 飞机电气信息系统的运行环境 - 。、t 7 | ， 所谓运行环境就是指系统的硬件和软件环境。e l l s 系统由系统软件、管理软件、支 持软件和应用软件组成，这些软件之间彼此构成了一个多层次的应用软件系统。由于计 算机软件和硬件更新是十分迅速的，因此，进行总体设计时，充分考虑了e i i s 系统的运 行环境与配置以便将来扩充。同时也考虑到该系统用户的特点以及成飞公司新型飞机研 制的进度要求。 我们在调查研究的基础上，通过所掌握的e c a d e c 州e c a t 技术在该领域的应用状 况、发展趋势和用户在电气系统的特点，对电缆e 伽c a m 系统应用软件的选用和设计 作了以下考虑： 1 全部软件在w i n 9 x w i n n t 环境下运行。因为w i n d o w s 操作系统是一个面向对象的多任 飞机电气e c a m e c a t 信息集成技术 务操作系统具有良好的用户界面，编制菜单、对话框在它下面都比较容易实现，数据 输入通过对话框技 术进行可视化输入便于使用。 2 整个系统人机交互界面和各功能模块的编辑、建模、分析、计算均在m i c r o s o f tv i s u a l t 3 a s i c 中实现，m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c 是一种基于w i n d o w s 的优秀的计算机程序开发 语言。它采用可视化的开发方法，是一种易用、快速高效的应用软件开发工具。 3 数据信息我们采用) d i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 0 来管理相比以前d o s 版本下的f o x b a s e 可提高程序运行效率和程序的可靠性，而且m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 0 与m i c r o s o f tv i s u a l b a s i c 都是微软产品具有很好的兼容性。采用v b 中的a d o 控件访问a c c e s s 数据库，有 利于系统数据库的远程访问和数据库扩展。 4 通用几何图形的绘图过程以及图形的输出均由a u t oc a d ( r 1 4 ) 来实现。鉴于以上运 行环境的考虑，这样就可以集建模、寻优、分析、计算、设计为一体实现真正意义上 的计算机辅助设计和制造。 2 6 其它 1 ) 系统功能采用密级管理，运行本系统不同功能模块，须持有相应的用户名和口令。 2 ) 系统数据采用批架次管理。数据库信息基于机型、批架次。每次新设计一批某机型、 批架次的飞机时就为这一机型、批架次新建相对独立的数据库，可作为此批飞机的 随机档案，有利于飞机整个生产周期、使用寿命期内的制造、管理、维修。运行本系 统时，首先要求选择要操作的数据库的机型、批架次。这样不但方便管理烦杂的数据， 且不会因为某一图号、批架次的数据遭到损坏时而牵连到其他数据。系统运行中操 作人员按照提示操作，提示之外的操作无效。 3 ) 为确保杜绝计算机病毒入侵，必须严格按隔离方式运行，即禁止本系统之外的所有软 盘( 包括系统盘及在其他系统中使用后经重新格式化的软盘) 在本系统中使用。本系 统只可使用新盘及e c a d 系统、e c n d 系统和e c a t 系统提供的数据盘。当版本改变需 建立新版数据文件存盘时，需用新盘( 未格式化过) ； 1 4 南京航空航天大学硕士学位论文 第三章计算机辅助飞机电气制造系统e c b a 3 1e c 埘概述 计算机辅助飞机电气制造系统e c a m 是飞机电气系统的三大模块之一。e c a m 模块具 有建立电缆数据库、生成电缆制造所用各种工艺文件、绘制划线样板图、计算机图形提 示布线、计算机辅助端接装配、导通表自动生成。系统框图如图3 1 所示。 图3 1e c 膻系统框图 飞机电气e c a m e c a t 信息集成技术 一叫蜊。吐群 1 _ 里样 懈茸 一羞莲l 一 爆j划 寿掣 一鲁i一丽群一 盘聋 盥 量卜 魁圃i e 泄 叫喊羹e l 一 凸棼| 蚕r - 一 们权 医七 一啦l l 砷l 誊f 一“ = r l 冁群卜一 1 。璧l 6 f 一一 呵型 南京航空航天大学硕士学位论文 3 2e c 心的功能 1 根据1 3 2 版数据库、6 11 e c a d 文件或者设计图纸资料等，生成电缆集成数据库e d b 。此 数据库的结构相当于厂标适用于本公司生产的各种型号飞机的电缆。 2 根据e d b 数据表等，自动生成电缆制造所用各种工艺文件，包括合格证、工艺规程、 划线表、配套卡、标签标套表、导通表、汇总表、死接头表、端接表、导线印字表、屏 蔽表、工艺规程目录表、技术单、更改单。 以上文件存于数据库，可以进行测览、打印、单页打印、奇页或偶页打印、单页更 改、查询更改页、打印更改页。 3 计算机辅助布线，包括自动选择最佳划线方案( 下料线数最少) 、自动生成划线文件、 计算机辅助设计样板图、数控绘制样板图、计算机提示布线等。 4 计算机辅助端接装配，包括计算机图形显示接插件图形、提示焊( 压) 接顺序和部位、 提示压接工具选择等。 5 e c a d e c a t 导通表自动生成，根据e c a l 3 文件自动生成导通文件、生成c a t 转接台或转 接电缆接线表、生成导通仪导通文件等。 3 3e c 皿系统模块 e c a m 系统包括以下五个模块： 1 e d b 电缆制造集成数据库。 其信息来源有三种方式： 1 ) 6 1 1 e c a d 软件生成的e c a d 文件及其汉字文件，另补充部分设计及工艺信息。 2 ) e c a d 软件生成的e d b ，补充工艺信息。 3 ) 其他各种图纸、资料提供的设计信息及工艺信息。 2 c a p p 计算机辅助工艺文件自动生成。 3 e c a w 计算机辅助电缆布线。 4 e c a c i ( 计算机辅助电缆端接装配。 5 e c a d e c a t 电缆计算机辅助测试导通文件自动生成。 3 3 1 电缆数据库e d b 子模块 该模块对电气系统的所有专用信息建立数据库管理系统，根据不同的数据来源、需 求，分别采用数据转换接口、入机对话界面、图形界面等方式，按照以图号和批架次唯 一确定的电缆为单位建立一套电缆专用数据基本表，包括电缆目录表、电缆导线表、电 缆元件表、电缆端子表、电缆图形表、辅助图形表等，供其它模块使用。 飞机电气e c a i v f e c a t 信息集成技术 为适应工厂对飞机生产实行批架次管理的制度，电缆数据库也进行批架次管理。共 有1 0 0 个数据库可供使用。每个数据库咀机型、批架次、版本命名即根据机型、批架 次、版本唯一地确定数据库。而电缆则按图号、批架次唯一地确定。某个批架次的数据 库中可使用另一批架次的电缆数据，以适应某个批架次飞机采用另一批架次电缆的生产 习惯。 考虑到存在1 3 2 和6 11 两个设计系统，其设计规范有某些不同电缆数据库采用两 种版本，即1 3 2 版和6 11 版。版本号作为e c a m 系统的重要参数。由于设计规范有某些不 同不同版本电缆的工艺文件也有某些不同。如6 1 1 版的非屏蔽导线，采用导线表面印 字，每根导线在印字后切断，在划线时不采用来回拉线方式，因此划线文件格式与1 3 2 版的不同。又如死接头和屏蔽处理方式，两种版本也有所不同。在飞机电气集成信息系 统开发过程中，根据技术的合理性和可行性，对两种版本的设计规范进行了某些调整， 如1 3 2 版的死接头采用了6 1 1 版的表示方式，但死接头标准仍用原来的。 由于车间同时生产1 3 2 和6 1 1 两个设计系统设计的电缆，且设计方式又有e c a d 和人 工设计两种方式，因此电缆数据库的信息来源及其输入有四种方式： 1 ) 来自6 1 1 e c a d ：6 1 i e c a d 软件生成的e c a d 文件及其补充汉字文件，另补充部分设计及工 艺信息。由于e c a d 文件的结构与e c a n 不同，且文件中只包含导线和元件的基本信息， 因此需通过接口程序进行数据转换并按照标准数据结构自动或提示生成数据基本表内的 其他基本表。 2 ) 来自1 3 2 e c a d ：e c a d 软件生成的电缆数据库，补充工艺信息。e c a d 软件生成的电缆据 库和e c a m 的电缆数据库采用同一种结构，因此可直接调用，只需补充一些工艺信息。 3 ) 来自1 3 2 人工设计：其他各种图纸、资料提供的设计信息及工艺信息。此时建立电 缆数据库采用人工输入数据方式。 4 ) 来自其他机型批架次的e c a m 数据信息：可直接导入类似飞机的所有数据基本表，稍加 修改而成。也允许单独导入类似飞机的元件表进行修改。 e c a m 数据库系统具有按关键宇段单独或组合查询、排序以及维护功能，可按电缆调 出数据，按照不同基本表的数据维护规则进行删除、增添、修改。 程序框图如图3 2 所示。 南京航空航天人节坝i j 学位论文 6 11 e c a d 文件 丌始 选择数据来源 t j e c a d 文件 t 设计图纸资料其他批架次数据 t 选择数据表 ，i ，l _ 、 t ef 删查 垦1 除、；塑j 图32 3 3 2 辅助端接e c a o i 子模块 e c a c m 由两部分组成：生成e c a c m 文件的程序，在主工作站中运行；辅助端接装配 程序，在e c a c m 工作站中运行，所使用的e c a c m 文件，由主工作站生成，通过软盘或局 域网传至e c a c m 工作站。 e c a c m 模块的功能为： 1 以电缆为单位，按端子在电缆图中的位置逐个提示其焊( 压) 接过程及有关参数。 2 每一端子显示接插件图形，由下向上、由左向右逐个提示有线针孔的焊( 压) 接过程。 无线的针孔以白色表示，有线的针孔以红色空心圆表示，待焊( 压) 接的孔图形闪烁， 焊( 压) 好的孔以红色实心圆表示。并提示待焊( 压) 接的孔的孔号、规格、与连线的 线号、牌号、线规、颜色、长度、处理要求等工艺信息。 3 压按时提示压接工具规格、档位。 4 不用导通仪测试的电缆，提示导通表和绝缘要求。 5 提示工艺规程的全部附注要求。 程序流程图如图3 3 所示。 9 上输入一 飞机电气e c a m e c a t 信息集成技术 图33e c a c m 程序流程 3 3 3 计算机辅助电缆划线e c 胛 该模块包含自动选择最佳划线方案( 下料线数最少) 、生成e c a w 文件、计算机辅助 绘制样板图、计算机图形提示布线等。其具体功能如下： 1 确定划线方案，生成e c a w 文件。要求导线剪切次数最少。 2 计算机辅助设计划线样板图。 6 人工选用样板台尺寸和组合。样板台有两种规格，可进行组合。