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标题 航空紧固件数据库形式标准研究与管理
范文 吴玉德



摘要：针对现有的标准模式不能适应未来工业发展的问题，分析了数据库形式标准的特性，提出了航空紧固件数据库形式标准研究的关键技术，建立了航空紧固件事物特征表，基于XML（eXtensible Makeup Language—可扩展标记语言）实现了紧固件三维模型的建模，研究开发了紧固件模型的轻量化显示技术，完成了紧固件零件族的构建，搭建了航空紧固件数据库形式标准实现系统，实现了航空紧固件模型数据查询、浏览、下载及数据管理等功能，满足了信息化条件下企业对标准化工作的新管理需求。
关键词：数据库形式标准 航空紧固件 关键技术 ? 实现系统
Research on Aviation Fastener Database Form Standard and Management
WU Yu-de
（China Aero-polytechnology Establishment，Beijing 100028）
Abstract： For the problem that the present standard models can't meet the future industrial development， The database form standard features were analyzed， The key technologies of aviation fastener database form Standard were presented， the object feature tables of aviation fastener were established， three-dimensional modes of fastener were realized based on XML， the ?lightweight display technology of fastener model was developed， the fastener part family was built. The implementation system of aviation fastener database form Standard was constructed. The capabilities of model data query， browse， download， and data management were realized. The new management requirements meet with the company on the condition of informatization.
Key words： database form standard; aviation fastener; key technologies; implementation system
随着科学技术的不断发展，未来工业的生产模式逐渐实现“智能生产”、“智能制造”的高度信息化应用模式，这种模式下，智能机器人、云计算、物联网、3D打印技术的大量应用，使得人逐渐淡出生产一线[1]，这种情况下，传统的“纸质标准—人解读—指导生产”的模式已不能满足未来工业生产的需求，这对传统的标准研究与应用形式提出了新的挑战。本文在分析数据库形式标准和航空紧固件的特性基础上，提出了航空紧固件数据库形式标准的关键技术，并借助于XML文件实现了航空紧固件模型的建立，开发了航空紧固件数据库形式标准系统，对新的形势下航空紧固件标准的发展具有重要推动作用。
一、数据库形式标准特性分析
IEC（国际电工委员会）中心办公室根据世界新科技发展的形势和标准的应用要求，于2001年11月首次发布了数据库形式的国际标准《IEC 60617 电气简图用图形符号》，同时宣布取消该标准纸质文本，且不再发布纸质文本式的电气简图用图形符号国际标准。IEC从该标准入手，建立了一种新的标准形式，即数据库形式标准[2-3]。数据库形式的标准具有以下特点：
数据库形式标准，对于类似“数据集”类的标准，不可能因增加或更改一个或几个数据或符号而频频发布新版本标准，而这些数据或符号又急需作为标准及时发布。
在数据库形式标准中，数据库作为存贮标准的载体。标准化过程中的建议、申请、受理、批准、拒绝、取消、发布等都可以方便在网络上进行，并把各个信息详细地记录下来。数据库可对需要更新的标准内容实行动态管理，随时评估、确认、发布和取消等，从而实现标准内容的即时更新。
在数据库形式标准中，数据库用作存贮标准的载体，使得对含有大量数据集或者符号的标准的查找和管理变得科学有效，对标准中数据项内容的增减、更改更加快捷简单，又能保证信息数据的互联、互通、互操作，实现资源共享，使得标准化数据在设计中可以被直接应用。
随着大数据技术的不断发展，未来标准都可转化为数据，而数据库形式标准的操作是以数据为中心，因此可以不用人的参与，是顺应未来工业发展要求的。
二、航空紧固件数据库形式标准实现关键技术
（一）事物特征表技术
事物特性表是按照统一规定的事物特性的存录和显示模式，把一类相近的事物对象的特性按一定的格式排列起来的图表，是一种面向字符的ASCII文件。事物特性表包括事物特性表的分段表的编号、特性代码、特性名称和特性单位等。例如，某航空紧固件的事物特征表（部分）如下表1所示。
表1 某航空紧固件事物特征表
从1到2 事物特征表GB/T10091.XX-XX
特性代码 GNO SL SNa Sp d L H
特性名称 集团统一代码 标记示例 标准名称 零件规格 螺纹大径 公称长度 钉头高度
单位 - - - - mm mm mm
（二）紧固件建模技术
航空紧固件数据库形式标准应能够同时支持航空行业常用的UG、CATIA平台，且数据源唯一，由于XML数据具有层次性、有序性、自描述性、异构性及XMl文件的可扩展性和平台无关性等特点[4]，使得XML成为一种与平台无关的、数据表示和数据交换的载体。本文采用XML进行实体模型的描述。
在国际标准ISO 13584-31中[5]，将几何图形数据元素划分为六部分，即坐标方向、点、曲线、填充区、曲面和几何立体（立体模型和半空间体）。通过梳理CATIA和UG平台的造型功能，将与零件造型有关的特征分为以下五类：基准特征、创建型特征、修改型特征（修饰特征）、操作型特征和结构特征，如图1所示。
图1 零件构造特征信息
以螺纹特征为例，基于XML语言建立螺纹特征的定义，如下图2所示。
图2 符号螺纹特征的定义
（三）紧固件模型显示技术
XML把图形数据的结构内容和显示分离开来，换言之，XML文件仅仅负责紧固件中性模型的储存，而中性模型的显示预览，则需要结合相应地轻量化显示技术才能实现。本文利用HSF轻量化显示技术，实现紧固件中性模型的在线预览。
HSF（HOOPS steam File）文件是一种开放的可定制的具有高压缩比的2D/3D可视化格式，包含离散几何信息以及应用相关信息（如装配体结构，分析数据，拓扑数据，对象行为等），并将这些应用相关信息和离散模型关联在一起，同时，它也支持存储层次细节（levels-of-detail）、初始镜头位置、文件目录等信息[6]。
本文中，紧固件模型的显示方案如下图3所示：
图3 紧固件模型显示方案
（四）紧固件零件族构建技术
航空紧固件具有典型零件族的特点，即零件具有相同的几何拓扑结构，同一零件族内不同零件之间的区别在于：一是几何尺寸不同;二是精度不同（如尺寸精度、形状精度、位置精度）;三是质量不同（如表面质量、硬度、粗糙度等）;四是材料不同（如塑料、铜铝钢等）。
本文借鉴CATIA和UG等成熟软件平台的经验，选用“主模型+参数表”的结构，建立零件簇，如图7所示。其中，主模型文件除含默认几何尺寸信息外，最关键的是保留有几何造型特征信息，而参数表主要用于驱动模型几何，在参数表的结构设计上，以紧固件事物特性表为依据。
三、紧固件数据库形式标准实现
航空紧固件数据库形式标准主要包括紧固件前台管理系统、紧固件后台管理系统和模型接口，如图4所示。其中，紧固件前台管理系统主要实现系统的登陆、模型2D/3D浏览、紧固件搜索以及模型的下载等功能。紧固件后台管理系统主要实现紧固件数据的维护、紧固件数据的上传、用户账户管理及服务管理等功能。模型接口主要实现XML格式转化为UG或者CATIA模型格式功能。
图4 紧固件数据库形式标准系统功能
（一）紧固件前台管理系统
用户通过WEB浏览器登录前台系统后，可通过目录分类浏览或者检索功能查询所需的紧固件。在确定具体某个紧固件后，可通过参数配置功能来选取具体规格型号，同时可实时预览3D模型，几何、非几何参数及安装信息，2D图形、3D图形及PDF标准文档的浏览和下载等;同时可实现将3D模型直接插入至CATIA或UG NX软件后进行装配设计。具体流程如下图5所示。
图5 紧固件前台管理系统功能流程
（二）紧固件后台管理系统
登录后台系统后，可通过数据维护工具实现数据的上传、更新、删除，以及目录的再组织等。也可登录WEB浏览器浏览进行后台历史数据的管理，当检测到用户所需规格的模型在原有历史数据中存在时，则不再重新生成模型，而是直接取历史模型。具体功能流程如下图6所示。
图6 紧固件后台管理系统功能流程
（三）模型接口
UG/CATIA接口的主要功能是将中性模型（XML）转换为UG/CATIA平台的专有图形格式，并能够保留模型建模特征和属性信息。接口的数据转换流程是：首先导入中性XML文件，通过UG/CATIA平台程序，将XML文件转换成UG/CATIA专有图形格式，同时还原建模特征，并根据原始参数表内容写入相应地BOM属性，最终保存成UG/CATIA专有图形文件。接口主要包含造型数据管理工具和造型工具两个功能模块;前者的作用是读取和管理模型的造型信息;后者则是解析和翻译XML中性文件，并基于过UG/CATIA平台程序，在UG平台上重构紧固件模型。具体功能流程如图7所示。
图7 模型接口实现过程
本文针对未来工业生产模式对传统标准的影响，研究开发了航空紧固件数据库形式标准，分析了航空紧固件数据库形式标准实现的关键技术，完成了实现系统的搭建，实现了：将文本标准转化为标准的数据格式，实现了“数据即标准”;基于XML的3D模型的建模，实现了一次建模，不同平台的应用;在线实时驱动参数生成所需的航空紧固件，实现模型的快速生成并直接应用到产品建模中。
航空紧固件数据库形式标准是数据库形式标准在航空工业标准的应用探索研究，建议后续开展相关数据库形式标准管理制度的研究。
参考文献：
[1] 张曙.工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程，2014，（4）：4-8.
[2] 吴超，孙香云，阳建新.信息分类代码的数据库形式标准研究初探[J].航空标准化与质量，2007，（5）：40-43.
[3] 王宝友.数据库形式标准的国内外现状与发展趋势[J].中国标准化，2005，（4）：70-76.
[4] 李荣强.基于XML的夹具产品建模与共享技术研究[D].西部工业大学，机械制造及其自动化，2004.
[5] ISO13584-31：1997. Industrial automation systems and integration Parts library Part 31：Implementation resources：Geometric Programming interface[S].
[6] 刘志强，欧阳清.基于HOOPS的虚拟舰船可视化平台开发研究[J].船海工程，2010，39（5）：188-195.
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更新时间：2025/2/11 9:58:55