钣金工艺数据库及其应用系统技术方案任国辉.doc

钣金材料数据库及其
应用系统技术方案

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一、项目背景
基础性科学数据作为科技活动发展的基础和成果，是科学技术滚动发展的平台。一个好的科学思想、理论假说和应用技术，必须在掌握大量前人资料和科学数据的基础上才能形成，同时也必须在大量相关数据的支撑下才能被证实。而对科学数据进行系统化的综合分析，进而促进新的科学思维的产生，是实现科技创新的重要方式，并推动交叉学科的发展。
当代高新技术的发展趋势明显呈现出大科学、定量化和注重过程研究等特点，越来越依赖于系统的、高可信度的基本科学数据及其衍生的数据产品。近年来，钣金工艺在我国航空航天及其他工业领域的应用不断扩大，已逐渐成为构建产品的基础性材料之一，因此，创建一个内容丰富、使用便利、并能够通过电子网络方式提供服务的钣金工艺数据数据库，并广泛应用于研究部门和生产场所，就成为亟待解决的问题。
在这个大背景下，航材院作为航空企业中钣金工艺研究的龙头单位，承接了国防科工委高新工程项目，主要研究航空钣金工艺的数据库支撑技术以及航空钣金工艺制品的数字化制造技术。最终，建立一个钣金工艺数据管理和应用系统，提供钣金工艺性能的数据测试、分析、存储和应用的统一平台，支持钣金工艺制件的数字化设计、数字化制造、模拟仿真和验证，使之成为国防科技工业创新研究和可持续发展的重要基础。
通过一段时间的工作，航材院基本完成了钣金工艺性能表征及其标准化和测试技术的标准，这些是建立钣金工艺数据库的主要基础。但是，由于产品研发工作比较紧张，数据库专业人员比较缺乏，在接下来的数据库构建过程中，进度受到了影响。中航伊萨公司作为航材院的控股单位，具有丰富的数据库工程经验，为多个国防单位提供过相关服务。因此，双方通过紧密合作、各展所长，将会大大加快数据库建立的速度，确保整个项目的顺利进行。

二、用户需求
材料数据本身是一种资源，先进国家如美国非常重视材料数据管理和应用系统的建设和维护，到目前为止，美国已建设了13个国家级的数据系统，形成了庞大的国防工业数据管理和应用体系，为美国国防工业保持其世界领先的竞争力和可持续发展做出了巨大的贡献。而在我国，数据积累工作长期没有得到应有的重视，科研过程产生的数据很多没有得到有效的应用，通常研究课题完成资料归档后再次利用的比例很少，尤其是在钣金工艺领域，该问题则更加显著。同一种材料，性能数据的差别非常大，原始数据的记录内容很少，数据的可追踪性差，无法建立科学的材料数据库。因此，很难形成资源积累，造成新产品所需材料的性能数据“少、缺、散”现象较为严重，不得不进行大量重复性工作，且无法保证数据准确性。
过去，在国防领域中曾经陆续开发出了几个和钣金工艺相关的数据库，并在一定范围内进行了应用，取得了一些效果，但都因为使用不方便、不适合工程实际、缺乏数据追溯性等原因被弃之不用。因此，构建过程必须总结以往的经验教训，吸取国外的先进理念，最终形成一个能够广泛应用于国防行业中数字化设计、数字化仿真、数字化制造的钣金工艺数据库。
数据库的主要内容
1． 数据库的设计应以航材院编写的《数据库中标识纤维增强聚合物基钣金工艺的标准指南（E 1309）》和《纤维增强钣金工艺力学试验数据的数据库收录指南（E 1434）》两个标准为基础，并结合航材院28室提供的其它资料进行设计和建库工作。
2． 数据库中的材料种类包括为钣金工艺以及和钣金工艺相关的原材料和中间材料。
3． 数据库中材料的性能种类主要包括材料的理化性能、力学性能和工艺性能。
4． 数据库中应覆盖的材料背景信息包括数据来源、试验标准、材料标准或规范、材料概述等等。
5． 数据库的设计应可存储不同来源、不同形式的数据，来源包括项目（课题）、手册、供应商等，数据的形式则包括文字、位图、文件等。
数据库系统的主要功能
1．构建出的钣金工艺数据库系统应具有完整的体系，数据库中应包含丰富的钣金工艺数据信息以及数据管理和应用系统及其流程，形成一个钣金工艺所有重要属性的数据测试、产生、分析、存储、应用和调度的统一平台，能够支撑钣金工艺制件的数字化设计、模拟仿真、工艺设计、制造、管理和验证等功能。
2．数据库中能够存储任意材料的所有属性，并力求使数据格式和流程管理模式成为行业统一的技术标准，用于国防行业钣金工艺数据的采集、录入、管理、推广、应用等。
3．软件界面要求美观、风格一致，用户界面设计要考虑易用性，用户操作方便，同时要求所有授权用户能够基于网络进行实时全程操控和数据共享。
4．要求数据库自身具有强大的管理功能，增、删、改、查等基本功能不仅齐备，同时要求智能化、快速化；动态修改不仅仅只能对数据级，还要能够方便地对表一级进行。
5．数据库中，不同用户类型对不同的数据具有不同的权限，用户权限的分配和管理功能要求简单、快速。
6．数据库具有丰富的数据处理和统计功能，可将测试数据处理生成性能级数据，包括如平均值、方差等。另外，根据数据库中的性能数据点能够生成部分性能曲线图。
7．数据库的结构具有高柔性，具有和CATIA、Nastran等钣金工艺应用软件的接口，并具有开放、通用、可扩展和可升级等特性。同时应留有和加工过程的接口，二期中能够实现和沈飞数字化生产线的连接，能够和沈飞工程库（CAPP）进行数据交互。
8．数据库要能够和实验室中的测试设备或者加工现场的生产数据进行交换，能够实现数据的存储、提取、分析、反馈等。另外，数据可以根据用户需要，以Excel等通用格式导出。
9．数据库提供数据导入功能，以方便数据的录入。同时，数据库的备份和还原可由管理员通过界面完成。
10．数据库系统中具有系统日志功能，管理人员可以对数据库的所有操作应用进行全面监控。
11．数据库要求具有高度的安全性，保证系统敏感信息不被人所截获，同时保证整个系统不被人所侵犯，特别是机密数据的安全性。数据库对每一项数据的权限仅对指定的人或组开放，访问日志能够即时监控每一个用户。

三、技术方案
1．开发工具和方法
数据库建模工具使用PowerDesign。PowerDesign主要采用基于Entiry-Relation的数据模型，分别从概念数据模型(Conceptual Data Model)和物理数据模型(Physical Data Model)两个层次对数据库进行设计，是当前应用最为广泛的数据库建模工具之一。概念数据模型描述的是独立于数据库管理系统(DBMS)的实体定义和实体关系定义。物理数据模型是在概念数据模型的基础上针对目标数据库管理系统的具体化或者.
数据库使用Oracle，开发语言使用Java，开发工具使用Eclipse。Eclipse是一个开放源代码的、通用性的、基于Java 的可扩展开发平台。就其本身而言，它包括一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境，在开发Web应用程序方面功能强大、使用便利。
服务器程序使用Tomcat。Tomcat是一个免费的开源的Serlvet容器，它是Apache基金会的Jakarta项目中的一个核心项目，由Apache，Sun和其它一些公司及个人共同开发而成，同时它又是sun公司官方推荐的servlet和jsp容器.
数据库持久化技术使用Hibernate，Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，使得Java程序员可以随心所欲的使用对象编程思维来操纵数据库，另外将会使用的技术包括sql、jsp、javascript及Web2.0技术xmlhttp。
构建过程中，通过PowerDesigner进行数据库建模，导出sql文件后，根据建模信息在数据库中建立表结构，之后，在eclipse中生成数据库和业务流程对应的java，dao，jsp及Hibernate文件，发布到Tomcat应用程序目录，完成数据库的构建，进行功能测试。
2．设计方案
2.1设计基本内容
整个数据库设计框架要能够涵盖目前国内通用的所有钣金工艺类型.
2.2构建过程
根据数据库开发生命周期的要求并结合工程项目的标准流程，整个项目的执行主要包括用户需求、原型系统、编码实现和系统测试四个阶段，其中用户需求又包括专业积累，框架结构，确定表结构，确定用户界面四个部分。
钣金工艺数据库中涉及的材料众多、测试方法多样，专业知识性很强，数据之间的关联性非常复杂，所以，在用户需求阶段需要双方投入大量的精力，通力协作、打好基础，保证项目顺利进行。数据库设计人员将从一开始就和航材院的专家进行紧密合作、充分沟通，学习钣金工艺相关专业知识。同时，根据标准中的内容，明确材料数据之间的关系，了解各个数据的获取流程以及统计计算数据的方式、方法，在整体上形成材料数据框架结构。之后进行向下层面地细化确定表结构和表之间的关系，确定数据类。然后根据使用数据的业务流程确定方法类和用户操作界面，根据框架结构制作包含材料，工艺试验等模块总体功能的原型系统。在原型系统经过确认后在此基础上进行各个模块java，dao，jsp的编码实现。经过对每个页面每个功能的测试及bug修改完成构建。
2.3 数据库基本模块
根据设计的主要内容及其所需具有的各类功能，整个数据库的模块包括：
A．管理模块

人员管理
对系统用户增删改查，分配部门，启用停用的管理
系统管理员
部门管理
对系统用户所属部门的管理
系统管理员
系统表格管理
对系统业务数据表的管理
系统管理员
数据权限管理
对系统业务表对应的查看权限的管理
系统管理员
操作权限管理
对系统业务表对应的增删改权限的管理
系统管理员
菜单权限管理
对系统业务表对应的菜单，树，导航权限的管理
系统管理员
人员数据权限管理
对系统用户赋予数据权限的管理
系统管理员
人员操作权限管理
对系统用户赋予操作权限的管理
系统管理员
人员菜单权限管理
对系统用户赋予菜单权限的管理
系统管理员

B．材料模块

钣金工艺
对基体和纤维组成的钣金工艺的标识和管理
系统用户
基体材料
对基体材料的标识和管理，主要组成包括分类、规范、机构、方法等等
系统用户
C．试验模块

传感器
对试验传感器的标识和管理，主要组成包括类型、位置、标定等
系统用户
试验方法
对试验方法的管理，主要组成包括类型、人员、设备、性能类别等
系统用户
试验环境
对试验环境的管理，主要组成包括日期、环境、湿度、温度等
系统用户
试样
对试验试样相关内容的管理，包括试样准备、试样调节、试样几何形状三个大的部分。试样准备主要组成有方向、加工方法、层数、材料、标识方案等；试样调节主要组成有调节方法、温度、参数、时间、环境等；试样几何形状主要组成有内外径、厚度、面积、宽径比、端距比等
系统用户
原始数据块
对原始数据进行有效管理，能够很好的存储、提取、管理试验获取的原始数据，主要包括失效、模量、泊松比、弯曲、断裂韧性、疲劳等
系统用户
数据归一化
对数据进行归一化处理，主要包括正则化方法、强度、模量等
系统用户

D．统计模块

平均值
对试验得到的原始数据进行平均值计算
系统用户
应变统计
对应变统计参数管理
系统用户
强度统计
对应变统计参数管理
系统用户
模量统计
对模量统计参数管理
系统用户
弹性常数计算
曲线拟合
对由应力-应变曲线计算弹性常数方法所用拟合方法的数值集管理
系统用户
泊松比统计
对泊松比统计参数管理
系统用户
数据/图形数据
对数据/图形数据管理
系统用户

E．接口模块

CATIA接口
和数字化建模软件CATIA的接口，实现数据的传递
系统用户
CAPP接口
和沈飞生产线的数据库CAPP系统的接口，本期只做相关的考虑，二期具体实施
系统用户

2.4 数据库基本设计框架设计
2.4.1 数据库系统总体架构
2.4.2 数据库系统应用关系

2.4.3数据库管理系统关系架构
管理系统管理了整个系统的部门、用户以及用户和系统材料数据的权限关系。系统中的所有业务表都在管理系统中管理。管理员可以把业务表的增删改的权限和业务表关联并给予说明。还可以把已有的权限分配给用户,使系统用户对不同的数据使用不同的增删改的功能。实际中业务数据查看的权限分类可能有多种情况，管理员可以通过配置系统用户和业务数据的条件李自定义数据查看的权限，并分配给系统用户。管理系统同时管理系统中的菜单，树以及导航栏。

2.4.4数据库业务系统数据关系架构
业务架构根据标准文档生成。第一幅图代表最上层的架构，表示了工艺，材料，试验之间的关系，以及材料和规范，机构，类别，单质材料钣金工艺的关系。

第二幅图代表了详细一层的结构关系。

这里只给出了数据库最顶层数据间的关系，目前只是示意性、用于参照的，最终的数据关系、从属结构还需要根据和相关工程人员进行讨论，依据实际应用的需要进行调整，详细准确的关系图将会在后面提供的《钣金工艺数据库结构设计说明书》文档中给出。
2.5使用界面示意图

2.6软件编码特征
1． 软件采用了分层设计的思想，数据层的代码、业务逻辑层的代码以及界面层的代码相互独立，分别实现。
2． 数据层的代码不依赖特定底层数据库的类型，底层数据库当前使用的是Oracle，也可以使用SQL Server、DB2等。
3． 代码中的对象命名按照特定的规范，对类、方法、变量都要有较为详细的注释说明。
4． 具有统一的错误处理机制，能够快速有效地捕捉到错误信息，予以修改。
2.7文档提供
根据数据库软件开发的进程，中航伊萨公司需要依次提供如下几个文档，并由双方进行确认：
1．在框架构建完成后，提交《钣金工艺数据库及其软件系统设计方案》，该文档中包括数据库的构建内容、构建方法、构建方案、构建计划等；
2．在系统设计方案的基础上进行细化，并结合实际应用的情况，梳理出数据库中所有数据的关联，就可以完成表结构的设计，提交出《钣金工艺数据库结构设计说明书》，该文档主要包括数据库构建的详细框架和所有的表结构。
3．在原型系统完成后，需要提交《钣金工艺数据库软件详细设计说明书》，文档中包括数据库软件各模块实现的方法、界面的形式等，同时提交《钣金工艺数据库原型系统确认书》，由双方对数据库设计、开发以及原型系统进行确认。
4．在系统测试完成后，提交《钣金工艺数据库及其软件系统使用说明书》和《钣金工艺数据库及其软件系统验收报告》，前者应当包含数据库系统使用的详细说明，后者则描述系统开发情况、实现功能以及后期开发的展望。
四、进度安排