基于．NET的渦旋壓縮機(jī)動(dòng)定盤選配系統(tǒng)的研究

劉國(guó)平 陳中揚(yáng) 楊 娟 胡瑢華

（南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西南昌 330031）

渦旋壓縮機(jī)屬于一種容積式壓縮的壓縮機(jī)［1］，是許多機(jī)器的核心部件，而渦旋壓縮機(jī)的質(zhì)量和工作可靠性在很大程度上取決于其關(guān)鍵零件——?jiǎng)訙u旋盤和靜（定）渦旋盤的裝配質(zhì)量。為了保證渦旋壓縮機(jī)工作的可靠性，提高裝配質(zhì)量，縮短裝配周期，減少預(yù)裝配對(duì)零件的磨損，開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助選配系統(tǒng)，用于指導(dǎo)裝配生產(chǎn)過(guò)程是十分必要的，選配系統(tǒng)以庫(kù)存動(dòng)定盤零件的尺寸公差、形位公差等數(shù)據(jù)為管理對(duì)象，依據(jù)產(chǎn)品的裝配要求，就裝配需要的配對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)選配，并顯示結(jié)果，結(jié)果可直接用來(lái)指導(dǎo)車間進(jìn)行實(shí)際裝配。

國(guó)內(nèi)外許多有關(guān)選配的文章，為本系統(tǒng)研究提供了幫助，吳德剛等在文章中對(duì)基于VC++開發(fā)的汽車變速箱墊片自動(dòng)選配系統(tǒng)進(jìn)行了討論［2］，徐支鳳在文章中對(duì)基于VB6．0的滾齒機(jī)掛輪選配系統(tǒng)進(jìn)行了討論［3］，郭曉龍等在文章中就軸承與軸頸測(cè)量選配系統(tǒng)進(jìn)行了討論［4］，還有國(guó)外的Lee K所提出的裝配體層次結(jié)構(gòu)和零件間虛擬連接的模型［5］對(duì)本文也有一定參考價(jià)值。

1 需求分析

1．1 系統(tǒng)信息

通過(guò)對(duì)某壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家的調(diào)研，得到了選配對(duì)象、選配目的、選配參數(shù)、選配結(jié)果等與動(dòng)定盤選配有關(guān)的信息，如表1所示。

1．2 系統(tǒng)架構(gòu)

選配系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)庫(kù)存零件，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取其相應(yīng)的公差尺寸，依據(jù)零件之間的裝配條件，按照裝配原則，選用優(yōu)化了的選配算法進(jìn)行自動(dòng)選配，目的是優(yōu)化裝配過(guò)程，減少人工計(jì)算量與實(shí)際拆裝次數(shù)，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，減少零件的磨損次數(shù)。通過(guò)對(duì)選配系統(tǒng)信息的分析，本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要分為四個(gè)層次，即數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、選配層和界面層。從調(diào)用關(guān)系上講，前面層次為后面的各層次提供數(shù)據(jù)和功能服務(wù)。

表1 選配信息表

系統(tǒng)總體上是在．NET開發(fā)環(huán)境下，基于 SQL Server 2005的數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)的。下面依次介紹各層次的功能關(guān)系:

（1）數(shù)據(jù)層 是系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。首先是系統(tǒng)登陸的用戶信息，記錄了可以使用本系統(tǒng)的用戶名稱和密碼信息;其次是零件的實(shí)際尺寸信息和尺寸鏈的信息，以數(shù)據(jù)表的形式存在;再次，零件庫(kù)存信息、圖紙信息;還有是優(yōu)化結(jié)果的信息，用來(lái)存儲(chǔ)優(yōu)化選配的結(jié)果，以零件編號(hào)構(gòu)成的尺寸鏈的方式存在，并記錄每條鏈裝配的實(shí)際公差。

（2）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層 使用數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)函數(shù)讀取零部件的相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，供選配模塊使用。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層也是一個(gè)獨(dú)立的模塊，與數(shù)據(jù)層和選配層的存儲(chǔ)形式無(wú)關(guān)，因此系統(tǒng)的可維護(hù)性和擴(kuò)展性較強(qiáng)。

（3）選配層 實(shí)現(xiàn)了選配的關(guān)鍵過(guò)程和算法應(yīng)用。根據(jù)零件的相關(guān)尺寸公差和生產(chǎn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)以及尺寸鏈信息，利用優(yōu)化算法進(jìn)行尺寸鏈的分析和計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)零件尺寸之間的匹配。

（4）界面層 通過(guò)調(diào)用選配層和數(shù)據(jù)層來(lái)完成和用戶的交互工作，如上傳、下載、查看等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 功能模塊劃分

選配系統(tǒng)主要是對(duì)動(dòng)定盤從加工完成到尺寸偏差檢測(cè)、形位偏差計(jì)算以及選配整個(gè)過(guò)程的全部信息進(jìn)行有效管理，并最終生成分析報(bào)告并顯示結(jié)果，為零件的裝配提供有力指導(dǎo)，使最終裝配質(zhì)量得以提高，同時(shí)提高了企業(yè)的總生產(chǎn)效率。

將系統(tǒng)劃分為3大模塊:基礎(chǔ)設(shè)置模塊、零件管理模塊、系統(tǒng)管理模塊，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

（1）基礎(chǔ)設(shè)置模塊:提供了基礎(chǔ)信息定義、選配文件定義與報(bào)表配置等功能。

（2）零件管理模塊:提供了檢測(cè)信息管理、公差計(jì)算管理、選配管理與報(bào)表統(tǒng)計(jì)4大模塊，其中檢測(cè)信息模塊中是將各個(gè)工位檢測(cè)到的信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，公差計(jì)算模塊中從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用所需信息進(jìn)行選配要用到的公差的計(jì)算，選配模塊中系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用優(yōu)化算法與所需參數(shù)信息進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，并將最終結(jié)果顯示，同時(shí)生成統(tǒng)計(jì)信息報(bào)表。在該模塊中，還提供對(duì)信息進(jìn)行查詢的功能。

（3）系統(tǒng)管理模塊:通過(guò)“用戶—角色—權(quán)限”三級(jí)配置方式，用戶配置角色、角色配置權(quán)限的方式，不同權(quán)限用戶調(diào)用相應(yīng)的功能模塊使用，提高了數(shù)據(jù)管理的安全性。

2．2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用由上到下的層級(jí)關(guān)系表結(jié)構(gòu)，主要有代碼信息表、檢測(cè)數(shù)據(jù)表、選配信息表、用戶信息表等。在SQL Server 2005關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，表彼此間都會(huì)有關(guān)聯(lián)，也就是表與表之間可通過(guò)一些列的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立連接，在本系統(tǒng)中，代碼信息表和檢測(cè)數(shù)據(jù)表之間就存在聯(lián)系，如表2、表3所示。

表2 代碼信息表

表3 檢測(cè)數(shù)據(jù)表

2．3 系統(tǒng)運(yùn)行流程

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程是個(gè)循環(huán)的過(guò)程（圖3），以庫(kù)存信息作為選配開始的初始化信息，輸入需要選配的數(shù)量后，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)表中讀取所需數(shù)據(jù)，然后調(diào)用優(yōu)化的選配算法進(jìn)行計(jì)算，最后得出結(jié)果，若有合適的選配結(jié)果，則以圖表的形式顯示;若沒(méi)有合適的選配結(jié)果，系統(tǒng)則提示無(wú)匹配對(duì)象，重新輸入選配個(gè)數(shù)，進(jìn)行新一輪的選配。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3．1 選配算法

（1）軸向間隙［6］

式中:Dn為軸向間隙;A1為動(dòng)盤渦旋體底面到定盤渦旋體頂面的距離;A2為靜盤渦旋體高度;A3為動(dòng)盤渦旋體高度;e1為靜盤渦旋體底盤的平面度;e2為靜盤渦旋體頂面的平面度;e3為渦旋齒頂面和底面的平行度。

（2）徑向間隙

式中:Dr為徑向間隙;a為基圓半徑;k1、k2分別為靜盤內(nèi)渦旋線輪廓度和動(dòng)盤外渦旋線輪廓度。

（3）選配目標(biāo)函數(shù)建立

若裝配N臺(tái)渦旋壓縮機(jī)，即有N個(gè)靜盤與N個(gè)動(dòng)盤參與選配，則選擇裝配應(yīng)滿足以下要求:

①軸向間隙滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);

②徑向間隙滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);

③最小化剩余零件。

根據(jù)以上裝配要求，建各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如下:

目標(biāo)函數(shù)1:

Dni為第i臺(tái)壓縮機(jī)的軸向間隙，由式（1）計(jì)算而來(lái);

目標(biāo)函數(shù)2:

Dri為第i臺(tái)壓縮機(jī)的徑向間隙，由式（5）計(jì)算而來(lái);

目標(biāo)函數(shù)3:MinZ2=1－n/N

n為滿足裝配要求的裝配體數(shù)量，N為裝配體總量。

3．2 ．NET對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)技術(shù)

在．NET中所有訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作都是通過(guò)ADO．NET進(jìn)行的。ADO．NET并不是指某一個(gè)特定的東西，ADO．NET這個(gè)名詞代表．NET中許多與數(shù)據(jù)訪問(wèn)相關(guān)的類及技術(shù)，可以通過(guò)程序在Web窗體中建立ADO．NET類的對(duì)象，進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)的操作［7］。圖4為ADO．NET數(shù)據(jù)訪問(wèn)架構(gòu)的示意圖。

．NET Framework本身提供了4組數(shù)據(jù)提供者以供選擇，以便針對(duì)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)提供最佳的訪問(wèn)效能，它們分別為:System．Data．oleDb、System．Data．SqlClient、System．Data．Odbc、System．Data．OracleClient，而本系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫(kù)是SQL Server 2005，因此數(shù)據(jù)提供者便搭配 System．Data．SqlClient。在 System．Data．Sql-Client這組數(shù)據(jù)提供者中，最常用到的就是:SqlConnection、SqlCommand、SqlDatReader、SqlDataAdatpter、DataSet等5個(gè)類，通過(guò)這幾個(gè)類所產(chǎn)生的對(duì)象，可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢、新增、修改及刪除的處理。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的函數(shù)為:

SqlConnection con=new SqlConnection（“server，database，uid，pwd”）;//以 SqlConnection 建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接 Con．Opne（）;//調(diào)用 Open方法打開連接 Sql-Command cmd=new SqlCommand（“SQL語(yǔ)句”）;//以SqlCommand執(zhí)行SQL語(yǔ)句，根據(jù)SQL語(yǔ)句的類型及返回結(jié)果，SqlCommand提供了幾個(gè)不同的執(zhí)行方法，如表4所示。

Con．Close（）;//調(diào)用Close方法關(guān)閉連接

表4 SqlCommand常用的執(zhí)行方式

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行流程，先要把檢測(cè)信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，由于渦旋壓縮機(jī)有多個(gè)零部件，因此為每個(gè)零部件分別設(shè)置了錄入界面，防止彼此間的誤錄入。以定盤錄入界面為例，員工需要將檢測(cè)到的一些尺寸信息輸入，例如渦旋體高度等;在錄入形位公差前，需要先計(jì)算，員工需要選擇原始數(shù)據(jù)文件，為txt或dat格式，點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕后，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)算法進(jìn)行計(jì)算，并顯示結(jié)果。將所有結(jié)果得出后，員工點(diǎn)保存按鈕，便可將檢測(cè)信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)了。運(yùn)行界面如圖5。

接下來(lái)便是進(jìn)行零件的選配了。進(jìn)入動(dòng)定盤選配界面，輸入需要選配的數(shù)量，點(diǎn)擊開始選配按鈕，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)運(yùn)算，最終在列表中顯示配對(duì)的兩個(gè)零件的編號(hào)，點(diǎn)擊顯示詳細(xì)按鈕，會(huì)顯示每對(duì)配對(duì)成功組的詳細(xì)參數(shù)，點(diǎn)擊顯示折線圖按鈕，會(huì)顯示軸向和徑向間隙的折線圖，給用戶以直觀的感受。選配界面與折線圖如圖6、圖7所示。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廠家的調(diào)研，對(duì)需求的分析，利用計(jì)算機(jī)軟件，結(jié)合現(xiàn)代選配技術(shù)與算法，開發(fā)并針對(duì)性的研究渦旋壓縮機(jī)動(dòng)定盤選配系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件作為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理工具，基于．NET開發(fā)平臺(tái)開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行界面，界面友好且用戶體驗(yàn)良好。通過(guò)本系統(tǒng)的運(yùn)行，大大減少了選配所需的時(shí)間，縮短了裝配周期，保證了壓縮機(jī)工作的可靠性，同時(shí)也提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

［1］劉振全．渦旋式流體機(jī)械與渦旋壓縮機(jī)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009:1－3．

［2］吳德剛，趙利平．基于VC++的汽車變速箱墊片自動(dòng)選配系統(tǒng)的研究［J］．陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，29（6）:71－74．

［3］徐支鳳．基于Vb6．0的滾齒機(jī)掛輪選配系統(tǒng)開發(fā)［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2008（10）:100－102．

［4］郭曉龍，宋永增，李鐵錨．軸承與軸頸測(cè)量選配及管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］．鐵道機(jī)車車輛，2007，27（4）:25－27

［5］Lee K，Gossard D C．A hierarchical data structure for representing assemblies:partl［J］．Computer Aided Design，1985，17（1）:15－19．

［6］王先逵．機(jī)械制造工藝學(xué)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:226－230．

［7］鄭淑芬，趙敏翔．ASP．NET 3．5 最佳實(shí)踐［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2009:251－252．