面向航空電子產(chǎn)品的電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)

摘" 要：針對傳統(tǒng)電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)缺乏元器件庫與知識庫、圖片及文字處理能力較弱的問題，提出了電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型，開發(fā)了面向航空電子產(chǎn)品的電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)框架，數(shù)據(jù)接口的用法以及使用效果。實踐表明，電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型可以有針對性地為操作人員提供有指導(dǎo)性的工藝信息。通過調(diào)用MFC提供的數(shù)據(jù)接口可以實現(xiàn)圖片及文字的靈活排版、工藝知識的可視化表達、文件傳輸以及視頻播放功能。

關(guān)鍵詞：航空電子產(chǎn)品；電子裝聯(lián)；工藝設(shè)計系統(tǒng)；MFC

中圖分類號：TP391.7；TN405" 文獻標(biāo)識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）12-0085-07

Development of Process Design System for Electronic Assembly of Avionic Devices

YANG Changlin

（AVIC Xi'an" Aeronautics Computing Technology Research Institute， Xi'an" 710076， China）

Abstract： This paper aims to problems of traditional process design system for electronic assembly， such as the absence of component base and knowledge base， the poor capability of editing image and text， proposes a process design model for electronic assembly， and a process design system for electronic assembly of avionic devices is developed. Furthermore， the system framework， the method of calling data interface and using effects are introduced. The practice indicates that the electronic assembly process design model can provide guiding process information for operators. Through calling data interfaces provided by MFC， various functions could be realized， such as the flexible typeset of images and words， the visualization of process knowledge， file transmission and playing of videos.

Keywords： avionic device; electronic assembly; process design system; MFC

0" 引" 言

隨著航空裝備技術(shù)的不斷進步，航空電子產(chǎn)品逐漸向高性能、多功能、模塊化、集成化的方向發(fā)展，對航空電子產(chǎn)品的制造帶來了一定的挑戰(zhàn)[1]。電子裝聯(lián)作為電子產(chǎn)品生產(chǎn)制作過程中的重要技術(shù)，對航空電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有重要影響[2]。與機械加工領(lǐng)域不同，航空電子產(chǎn)品在制造過程中人的參與度較高，需要將設(shè)計階段輸出的文件與各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相結(jié)合，并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品制造所需的工藝信息，包括設(shè)備的選用、參數(shù)的選取、操作過程中的注意事項、檢驗要求等[3]。這些信息通常以工藝文件或工藝規(guī)程的形式指導(dǎo)生產(chǎn)。這一過程中，工藝文件的編制顯得尤為重要，工藝文件的內(nèi)容是否準(zhǔn)確、信息是否全面、表達方式是否直觀，將對工序的實施乃至產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。

目前，工藝文件的編制通常借助工藝文件設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)，常見的工藝設(shè)計系統(tǒng)有計算機輔助工藝設(shè)計（Computer Aided Process Planning， CAPP）系統(tǒng)，產(chǎn)品全生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）系統(tǒng)，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System， MES）等[4-6]。這些系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機械加工領(lǐng)域工藝文件的設(shè)計與編制，并取得了較好的效果。但是航空電子產(chǎn)品的生產(chǎn)模式與機械加工有明顯區(qū)別，具有多品種、小批量、定制化的特點。尤其對于電子裝聯(lián)工藝，過程中涉及的工裝設(shè)備種類繁多，工序復(fù)雜，工藝路線與產(chǎn)品特征和元器件類型密切相關(guān)[7]?，F(xiàn)階段廣泛采用的工藝設(shè)計系統(tǒng)缺乏與工藝知識庫及元器件庫的數(shù)據(jù)接口，工藝知識的共享性和復(fù)用性不高，這在一定程度上降低了工藝文件的編制效率[8]。此外，以文檔形式呈現(xiàn)的工序卡片已經(jīng)不能滿足車間數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，將工藝知識以符號標(biāo)注、圖形圖表、動畫視頻等多媒體可視化的方式嵌入到工藝文件中是未來的發(fā)展趨勢。這意味著用于航空產(chǎn)品電子裝聯(lián)的工藝設(shè)計系統(tǒng)必須具備較強的文字圖片處理能力以及良好的人機交互功能。

為了適應(yīng)今后航空電子產(chǎn)品以及電子裝聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員通過尋求工藝設(shè)計的新方法對現(xiàn)有工藝文件設(shè)計系統(tǒng)進行改進和完善。楊宏杰等人提出了基于CORBA集成的PCB裝聯(lián)CAPP系統(tǒng)[9]，陳穎芳提出了三維電子裝聯(lián)工藝文件設(shè)計方法[10]，張學(xué)斌等人提出了一種電子裝聯(lián)數(shù)字化管理系統(tǒng)用于工藝規(guī)程的編制[11]。這些研究為電子裝聯(lián)工藝文件設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)提供了新的思路，但是沒有給出系統(tǒng)各個功能模塊的具體實現(xiàn)方法。本文在已有研究的基礎(chǔ)上提出了電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型，開發(fā)了面向航空電子產(chǎn)品的電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成以及微軟基礎(chǔ)類庫（Microsoft Foundation Classes， MFC）框架下幾個重要數(shù)據(jù)接口的用法，并展示了系統(tǒng)的使用效果。

1" 電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型

基于電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型可以將工藝知識及各類資源轉(zhuǎn)化為工藝文件，通過電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)形成動畫視頻、工序卡片、檢查單、流程圖等多媒體形式。首先，將編制工藝文件所需的元件庫、資源庫、知識庫及電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation， EDA）輸出的設(shè)計文件導(dǎo)入系統(tǒng)中。然后，系統(tǒng)讀取記錄印制板字符、焊盤、線路等信息的光繪文件，通過解析光繪文件的格式建立印制板組件的三維模型，從而得到印制板組件的三維圖像以及元器件位號與位置的對應(yīng)關(guān)系。與此同時，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品特征將工藝知識的各項屬性與技術(shù)規(guī)則庫中的規(guī)則進行匹配，從而獲取工藝規(guī)程中的各個要素，包括：工藝路線、工序名稱、工裝圖片、操作要點、檢驗要求、注意事項等。所有要素包含的文字、圖片經(jīng)過工藝設(shè)計系統(tǒng)排版后在終端上呈現(xiàn)。工藝文件形成的整個流程如圖1所示。

圖1中的知識庫由知識條目組成，每條工藝知識都具有以下5項屬性：

1）知識類型：工藝知識的具體分類，包括工藝流程、工序說明、操作要求、操作步驟等。

2）所屬工序：工藝知識對應(yīng)的工序。

3）所屬部件：工藝知識對應(yīng)的零部件或元器件。

4）是否為關(guān)鍵知識：帶有工藝參數(shù)或量化指標(biāo)，或規(guī)范中明確指出為關(guān)鍵點的知識。

5）是否為關(guān)聯(lián)知識：需要配合工裝設(shè)備、產(chǎn)品、器件等實物才能完整表達的知識，通常為操作說明。

將上述5項屬性與產(chǎn)品特征進行匹配，可以實現(xiàn)工藝路線的制定、工藝資源的分配以及工藝要求的提取，具體過程包括：

1）依據(jù)“產(chǎn)品特征—典型工藝”匹配規(guī)則為產(chǎn)品自動分配工藝路線。

2）依據(jù)“工序—模板”匹配規(guī)則為工序自動分配模板。

3）依據(jù)“工序—工裝”匹配規(guī)則為工序自動分配工裝。

4）依據(jù)“路線—工序—工步—工藝要求”匹配規(guī)則為工序制定工步，并附帶操作過程關(guān)鍵點及注意事項的描述。

2" 電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)

2.1" 系統(tǒng)框架

電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)是基于MFC開發(fā)的客戶端應(yīng)用程序，基于車間內(nèi)部工控網(wǎng)可以實現(xiàn)工藝卡片的編輯、瀏覽、推送等功能。基于業(yè)務(wù)需求可將系統(tǒng)拆分為多個功能模塊，每個功能模塊通過調(diào)用不同的接口程序?qū)崿F(xiàn)，以此構(gòu)建的系統(tǒng)整體框架如圖2所示。

軟件最底層是存儲各類電子裝聯(lián)工藝信息的數(shù)據(jù)庫，包括圖片資源、文字、設(shè)計文件、多媒體資源以及生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各類表單。其中，圖片資源涵蓋所有工裝設(shè)備的三維圖片，文字資源以文本文檔的形式存儲各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計文件用于印制板組件的三維建模，多媒體資源用于操作過程的演示和教學(xué)。用戶通過訪問服務(wù)器可以從數(shù)據(jù)庫中獲取到需要的消息，也可以基于車間內(nèi)部工控網(wǎng)將本地數(shù)據(jù)發(fā)送給其他主機。

系統(tǒng)的中間層是處理各種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口。這些數(shù)據(jù)接口大部分來自MFC提供的庫函數(shù)或組件，通常以函數(shù)的形式封裝在不同的類中。通過調(diào)用這些數(shù)據(jù)接口可以實現(xiàn)各種不同的功能，包括文字的顯示與編輯、圖片的插入與調(diào)整、二維或三維圖像的繪制、視頻播放、Excel文件的讀取或?qū)С?、?shù)據(jù)的發(fā)送與接收等。

系統(tǒng)的最頂層是面向用戶的界面、窗口、菜單、按鈕等輔助人機交互的各種控件和按鈕。電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)既可以用于工藝文件的編制，也可用于工藝知識的呈現(xiàn)。對于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的通用知識，包括操作步驟、注意事項、檢驗要求等可以通過文字超鏈接的方式打開，以圖片、動畫、視頻等直觀的方式呈現(xiàn)。對于與產(chǎn)品特征密切相關(guān)的工藝要求，系統(tǒng)基于電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型自動識別，并以“標(biāo)注符號+注釋文本+圖形圖像”的方式進行標(biāo)注。其中，“標(biāo)注符號”是以組合框的形式對電子裝聯(lián)工藝信息進行描述，結(jié)合信息類型和信息量的大小可以對符號的長度和高度進行自動調(diào)節(jié)，具有較強的自適應(yīng)性?！白⑨屛谋尽笨梢栽O(shè)置超鏈接，便于操作人員觀看動畫、視頻等資源?！皥D形圖像”用于描述工裝、設(shè)備以及待加工的對象。

2.2" 工藝信息數(shù)據(jù)庫

工藝信息數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)主要包括以下幾類：

1）工裝設(shè)備的圖片資源。工裝設(shè)備的圖片有兩種類型，第一種是實物照片，第二種是三維設(shè)計軟件導(dǎo)出的工裝設(shè)備的三維模型圖。MFC框架下，系統(tǒng)能識別的圖片格式有：bmp、png、jpg和gif。

2）工藝知識庫。將工藝規(guī)范、檢驗規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書中的工藝知識以條目的形式保存在Excel電子表格中構(gòu)成工藝知識庫。條目某一項屬性的具體值顯示在同一列。系統(tǒng)可以基于固定格式讀取存儲工藝知識條目的Excel表格，并根據(jù)屬性名和屬性值對所需的工藝知識進行篩選，將篩選出的知識條目用于工藝文件的編制。

3）規(guī)則庫。電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型所需的規(guī)則主要來自兩個方面：一方面是標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中的檢驗要求及注意事項；另一方面來源于資深工藝工程師的知識積累。規(guī)則庫經(jīng)過不斷的更新迭代保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。

4）設(shè)計文件。設(shè)計文件主要是EDA軟件輸出的光繪文件和元器件信息，這些信息通常存儲在文本文檔中。系統(tǒng)將根據(jù)文件的命名方式以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式識別文件類型并提取其中的工藝信息。

5）多媒體資源。多媒體資源以動畫和視頻為主，用于呈現(xiàn)設(shè)備的使用方法和具體操作步驟。系統(tǒng)能識別的視頻格式有：wmv、rmvb、avi、mp4。

6）過程記錄數(shù)據(jù)。過程記錄數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)的選取、設(shè)備輸出的檢測結(jié)果、對歷史質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果、操作人員及相應(yīng)的產(chǎn)品信息等。這些數(shù)據(jù)通常存儲在Excel電子表格中。

2.3" 數(shù)據(jù)接口

2.3.1" Windows圖形設(shè)備接口GDI

圖形設(shè)備接口（Graphics Device Interface， GDI）可用于處理所有Windows程序的圖形輸出，使用GDI函數(shù)可以繪制直線、曲線、閉合圖形以及文本，也可用于圖片導(dǎo)入，從而實現(xiàn)工藝文件中圖片和文字的靈活排版。函數(shù)對應(yīng)的頭文件是lt;Gdiplus.hgt;。使用GDI 繪圖之前需要獲取客戶端程序的窗口及繪圖控件，然后創(chuàng)建繪圖指針并初始化：

CWnd *drawingWnd ; //創(chuàng)建一個窗口指針

drawingWnd=GetDlgItem（IDC_STATIC）; //窗口指針指向客戶端上ID號為IDC_STATIC的圖片控件

CRectrect; //創(chuàng)建矩形對象用于獲取控件屬性

CDC *pDC; //創(chuàng)建CDC類指針用于繪圖

drawingWnd-gt;GetClientRect（amp;rect）; //獲取圖片控件所在的矩形區(qū)域

pDC=drawingWnd-gt;GetDC（）;//獲取圖形設(shè)備接口DC并將其賦值給pDC指針

繪圖指針的初始化完成后，即可用CDC類中的函數(shù)繪圖，繪制的圖像將顯示在窗口指針指向的圖片控件上。繪圖的方式有兩種，第一種是通過創(chuàng)建畫筆繪制圖形輪廓：

CPen *pen = new CPen; //創(chuàng)建畫筆

pen-gt;CreatePen（PS_SOLID，1，RGB（0，0，0））; //創(chuàng)建粗細(xì)為1的黑色實線畫筆

pDC-gt;SelectObject（pen）; //選中創(chuàng)建好的畫筆

第二種是創(chuàng)建畫刷填充所要繪制的圖形：

CBrush *pNewBrush = new CBrush; //創(chuàng)建畫刷

pNewBrush-gt;CreateSolidBrush（RGB（0，0，0））; //創(chuàng)建一個黑色畫刷

pDC-gt;SelectObject（pNewBrush）;//選中黑色畫刷

創(chuàng)建好畫筆和畫刷后通過調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成圖形繪制以及文字輸出，函數(shù)的調(diào)用方法及參數(shù)說明如表1所示。

2.3.2" 開放圖形庫OpenGL

基于圖形設(shè)備接口GDI可以繪制簡單的二維圖形，對于三維圖像的繪制及渲染需要用OpenGL 庫函數(shù)實現(xiàn)，調(diào)用OpenGL之前需要包含頭文件及相關(guān)組件：lt;gl＼gL.hgt;，lt;gl＼glu.hgt;，lt;gl＼glaux.hgt;，lt;gl＼glut.hgt;和“glut32.dll“。以繪制三維立方體為例，主要函數(shù)的用法及說明如表2所示。

2.3.3" Excel文件讀取

Excel是生產(chǎn)過程中最為常見的存儲各類報表的文件，通過調(diào)用微軟提供的數(shù)據(jù)接口，可以獲取操作Excel表格的類庫，從而實現(xiàn)Excel數(shù)據(jù)的讀取。具體操作為：在Visual C++ 6.0的環(huán)境下打開類向?qū)?，點擊Add Classes-gt;From a type library，在Offce軟件的裝目錄下找到Excel.exe并打開，在彈出的Confirm Classes對話框內(nèi)選擇常用的操作Excel的類：_Application、_Worksheet、_Workbook、Workbooks、Worksheets、Range、Sheets，點擊確定完成類庫的導(dǎo)入。上述七個類需要分別建立各自的對象：m_oExcelApp、m_oWorkSheet、m_oWorkBook，m_oWorkBooks、m_oWorkSheets、m_oCurrRange、m_oSheets。讀入Excel文件過程中主要函數(shù)的調(diào)用方法及說明如表3所示。

2.3.4" 視頻播放

視頻播放功能可以通過調(diào)用Windows系統(tǒng)提供的動態(tài)鏈接庫 wmp.dll實現(xiàn)。具體步驟為：

1）在MFC框架下新建基于對話框的應(yīng)用程序，創(chuàng)建視頻播放控件IDC_OCX1。

2）在窗體空白處右擊→插入ActiveX控件→點擊Windows Media Player→點擊確定。

3）在插入的視頻播放控件上右擊→選擇classwizard打開類向?qū)А?/p>

4）選中IDC_OCX1→點擊Add Variable→點擊確定添加所有類。

5）將綁定變量的名稱設(shè)置為m_player→點擊確定。

完成上述操作后通過調(diào)用SetUrl函數(shù)實現(xiàn)視頻播放。

CStringPathName;" "http://創(chuàng)建CStng變量存儲視頻路徑

m_player.SetUrl（pathname）;" //將路徑設(shè)置為pathName播放視頻

2.3.5" 文件傳輸

文件的發(fā)送與接收依靠Windows平臺下的網(wǎng)絡(luò)編程接口Windows Socket，即套接字實現(xiàn)。本系統(tǒng)基于UDP通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信，以保證數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與實時共享。在MFC的框架下，調(diào)用Socket API，需要引用頭文件lt;WinSock2.hgt;，傳輸數(shù)據(jù)用到的函數(shù)及用法如表4所示。

3" 應(yīng)用效果

電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)可以生成的文件包括兩類。第一類是基于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范生成的通用知識卡片，包括標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書和檢驗要求。通用知識卡片中的所有信息，包括文字的內(nèi)容、大小、顏色、行距、圖片的大小、位置、保存路徑、超鏈接等信息以字符串的形式保存在文本文檔中。系統(tǒng)通過解析文本文檔中的數(shù)據(jù)格式將工藝文件中的文字及圖片信息展示在界面上?；趫D形設(shè)備接口GDI，根據(jù)操作習(xí)慣定義具體的交互方式即可實現(xiàn)文字及圖片的編輯。對于已經(jīng)形成模板的工序，則根據(jù)模板的定義，按照預(yù)先設(shè)置的參數(shù)對圖片及文字內(nèi)容進行自動排版。作業(yè)指導(dǎo)書的瀏覽場景如圖3所示，工藝檢查單的瀏覽場景如圖4所示。

第二類是系統(tǒng)基于產(chǎn)品生成的工藝規(guī)程。其中，文字內(nèi)容來源于電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型對工藝知識的識別和篩選，圖片資源來源于設(shè)備照片或數(shù)字化的虛擬模型。此外，通過解析光繪文件獲得焊盤及元器件的長寬尺寸及位置信息，結(jié)合EDA導(dǎo)出的BOM文件可以建立電子裝聯(lián)過程的三維模型，從而輸出印制板組件的圖片。通過在系統(tǒng)中輸入器件位號及顏色即可以對器件進行高亮顯示。印制板組件的顯示方式有兩種，第一種是以二維圖像的方式顯示，如圖5所示。第二種是以三維圖像嵌入工藝卡片的形式展示，如圖6所示。除了對待加工元器件進行標(biāo)注外，還可以插入直線，前頭，矩形等簡單幾何圖形對文本進行注釋，方便操作人員識別操作要點。

4" 結(jié)" 論

本文介紹了一個面向航空電子產(chǎn)品的電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)，實踐結(jié)果表明基于工藝知識庫和規(guī)則庫的電子裝聯(lián)工藝設(shè)計模型能夠為操作人員提供有指導(dǎo)性的工藝信息?；贛FC的客戶端應(yīng)用程序可以實現(xiàn)電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，通過調(diào)用Windows提供的動態(tài)鏈接庫，OpenGL庫函數(shù)以及封裝在MFC內(nèi)部的庫函數(shù)可以實現(xiàn)文字排版、圖形繪制、三維圖像顯示、Excel文件讀取、視頻播放，文件收發(fā)等功能。數(shù)據(jù)接口的調(diào)用能在很大程度上提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，確保電子裝聯(lián)工藝設(shè)計系統(tǒng)具備較強的文字及圖片處理能力以及良好的人機交互功能，對今后電子裝聯(lián)工藝的數(shù)字化設(shè)計有很大幫助。

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作者簡介：楊昌霖（1992—），男，彝族，云南昆明人，工程師，碩士研究生，研究方向：智能制造。