基于．NET的涡旋压缩机动定盘选配系统的研究

刘国平 陈中扬 杨 娟 胡瑢华

（南昌大学机电工程学院，江西南昌 330031）

涡旋压缩机属于一种容积式压缩的压缩机［1］，是许多机器的核心部件，而涡旋压缩机的质量和工作可靠性在很大程度上取决于其关键零件——动涡旋盘和静（定）涡旋盘的装配质量。为了保证涡旋压缩机工作的可靠性，提高装配质量，缩短装配周期，减少预装配对零件的磨损，开发计算机辅助选配系统，用于指导装配生产过程是十分必要的，选配系统以库存动定盘零件的尺寸公差、形位公差等数据为管理对象，依据产品的装配要求，就装配需要的配对零件进行自动选配，并显示结果，结果可直接用来指导车间进行实际装配。

国内外许多有关选配的文章，为本系统研究提供了帮助，吴德刚等在文章中对基于VC++开发的汽车变速箱垫片自动选配系统进行了讨论［2］，徐支凤在文章中对基于VB6．0的滚齿机挂轮选配系统进行了讨论［3］，郭晓龙等在文章中就轴承与轴颈测量选配系统进行了讨论［4］，还有国外的Lee K所提出的装配体层次结构和零件间虚拟连接的模型［5］对本文也有一定参考价值。

1 需求分析

1．1 系统信息

通过对某压缩机生产厂家的调研，得到了选配对象、选配目的、选配参数、选配结果等与动定盘选配有关的信息，如表1所示。

1．2 系统架构

选配系统是利用计算机技术，对库存零件，从数据库中读取其相应的公差尺寸，依据零件之间的装配条件，按照装配原则，选用优化了的选配算法进行自动选配，目的是优化装配过程，减少人工计算量与实际拆装次数，缩短产品生产周期，减少零件的磨损次数。通过对选配系统信息的分析，本系统的结构框图如图1所示，主要分为四个层次，即数据层、数据访问层、选配层和界面层。从调用关系上讲，前面层次为后面的各层次提供数据和功能服务。

表1 选配信息表

系统总体上是在．NET开发环境下，基于 SQL Server 2005的数据平台进行开发的。下面依次介绍各层次的功能关系:

（1）数据层 是系统运行的数据基础。首先是系统登陆的用户信息，记录了可以使用本系统的用户名称和密码信息;其次是零件的实际尺寸信息和尺寸链的信息，以数据表的形式存在;再次，零件库存信息、图纸信息;还有是优化结果的信息，用来存储优化选配的结果，以零件编号构成的尺寸链的方式存在，并记录每条链装配的实际公差。

（2）数据访问层 使用数据库访问函数读取零部件的相关数据。数据以数据表的形式存储在数据库中，供选配模块使用。数据访问层也是一个独立的模块，与数据层和选配层的存储形式无关，因此系统的可维护性和扩展性较强。

（3）选配层 实现了选配的关键过程和算法应用。根据零件的相关尺寸公差和生产零件数据库以及尺寸链信息，利用优化算法进行尺寸链的分析和计算，最终实现零件尺寸之间的匹配。

（4）界面层 通过调用选配层和数据层来完成和用户的交互工作，如上传、下载、查看等。

2 系统设计

2．1 功能模块划分

选配系统主要是对动定盘从加工完成到尺寸偏差检测、形位偏差计算以及选配整个过程的全部信息进行有效管理，并最终生成分析报告并显示结果，为零件的装配提供有力指导，使最终装配质量得以提高，同时提高了企业的总生产效率。

将系统划分为3大模块:基础设置模块、零件管理模块、系统管理模块，系统功能结构图如图2所示。

（1）基础设置模块:提供了基础信息定义、选配文件定义与报表配置等功能。

（2）零件管理模块:提供了检测信息管理、公差计算管理、选配管理与报表统计4大模块，其中检测信息模块中是将各个工位检测到的信息录入数据库，公差计算模块中从数据库调用所需信息进行选配要用到的公差的计算，选配模块中系统会自动调用优化算法与所需参数信息进行自动计算，并将最终结果显示，同时生成统计信息报表。在该模块中，还提供对信息进行查询的功能。

（3）系统管理模块:通过“用户—角色—权限”三级配置方式，用户配置角色、角色配置权限的方式，不同权限用户调用相应的功能模块使用，提高了数据管理的安全性。

2．2 数据结构设计

数据库采用由上到下的层级关系表结构，主要有代码信息表、检测数据表、选配信息表、用户信息表等。在SQL Server 2005关系型数据库中，表彼此间都会有关联，也就是表与表之间可通过一些列的对应关系建立连接，在本系统中，代码信息表和检测数据表之间就存在联系，如表2、表3所示。

表2 代码信息表

表3 检测数据表

2．3 系统运行流程

系统运行过程是个循环的过程（图3），以库存信息作为选配开始的初始化信息，输入需要选配的数量后，系统便会自动从数据库相应表中读取所需数据，然后调用优化的选配算法进行计算，最后得出结果，若有合适的选配结果，则以图表的形式显示;若没有合适的选配结果，系统则提示无匹配对象，重新输入选配个数，进行新一轮的选配。

3 系统实现技术

3．1 选配算法

（1）轴向间隙［6］

式中:Dn为轴向间隙;A1为动盘涡旋体底面到定盘涡旋体顶面的距离;A2为静盘涡旋体高度;A3为动盘涡旋体高度;e1为静盘涡旋体底盘的平面度;e2为静盘涡旋体顶面的平面度;e3为涡旋齿顶面和底面的平行度。

（2）径向间隙

式中:Dr为径向间隙;a为基圆半径;k1、k2分别为静盘内涡旋线轮廓度和动盘外涡旋线轮廓度。

（3）选配目标函数建立

若装配N台涡旋压缩机，即有N个静盘与N个动盘参与选配，则选择装配应满足以下要求:

①轴向间隙满足设计标准;

②径向间隙满足设计标准;

③最小化剩余零件。

根据以上装配要求，建各个优化目标函数如下:

目标函数1:

Dni为第i台压缩机的轴向间隙，由式（1）计算而来;

目标函数2:

Dri为第i台压缩机的径向间隙，由式（5）计算而来;

目标函数3:MinZ2=1－n/N

n为满足装配要求的装配体数量，N为装配体总量。

3．2 ．NET对数据库的访问技术

在．NET中所有访问数据库的操作都是通过ADO．NET进行的。ADO．NET并不是指某一个特定的东西，ADO．NET这个名词代表．NET中许多与数据访问相关的类及技术，可以通过程序在Web窗体中建立ADO．NET类的对象，进行数据访问的操作［7］。图4为ADO．NET数据访问架构的示意图。

．NET Framework本身提供了4组数据提供者以供选择，以便针对不同的数据库提供最佳的访问效能，它们分别为:System．Data．oleDb、System．Data．SqlClient、System．Data．Odbc、System．Data．OracleClient，而本系统所用的数据库是SQL Server 2005，因此数据提供者便搭配 System．Data．SqlClient。在 System．Data．Sql-Client这组数据提供者中，最常用到的就是:SqlConnection、SqlCommand、SqlDatReader、SqlDataAdatpter、DataSet等5个类，通过这几个类所产生的对象，可对数据库进行查询、新增、修改及删除的处理。实现数据库访问的函数为:

SqlConnection con=new SqlConnection（“server，database，uid，pwd”）;//以 SqlConnection 建立数据库连接 Con．Opne（）;//调用 Open方法打开连接 Sql-Command cmd=new SqlCommand（“SQL语句”）;//以SqlCommand执行SQL语句，根据SQL语句的类型及返回结果，SqlCommand提供了几个不同的执行方法，如表4所示。

Con．Close（）;//调用Close方法关闭连接

表4 SqlCommand常用的执行方式

4 系统功能实现

根据系统运行流程，先要把检测信息上传至数据库，由于涡旋压缩机有多个零部件，因此为每个零部件分别设置了录入界面，防止彼此间的误录入。以定盘录入界面为例，员工需要将检测到的一些尺寸信息输入，例如涡旋体高度等;在录入形位公差前，需要先计算，员工需要选择原始数据文件，为txt或dat格式，点击相应按钮后，系统自动调用相应算法进行计算，并显示结果。将所有结果得出后，员工点保存按钮，便可将检测信息上传至数据库了。运行界面如图5。

接下来便是进行零件的选配了。进入动定盘选配界面，输入需要选配的数量，点击开始选配按钮，系统便会自动运算，最终在列表中显示配对的两个零件的编号，点击显示详细按钮，会显示每对配对成功组的详细参数，点击显示折线图按钮，会显示轴向和径向间隙的折线图，给用户以直观的感受。选配界面与折线图如图6、图7所示。

5 结语

通过对厂家的调研，对需求的分析，利用计算机软件，结合现代选配技术与算法，开发并针对性的研究涡旋压缩机动定盘选配系统。该系统利用SQL Server 2005数据库管理软件作为强大的数据管理工具，基于．NET开发平台开发系统运行界面，界面友好且用户体验良好。通过本系统的运行，大大减少了选配所需的时间，缩短了装配周期，保证了压缩机工作的可靠性，同时也提高了企业的生产效率。

［1］刘振全．涡旋式流体机械与涡旋压缩机［M］．北京:机械工业出版社，2009:1－3．

［2］吴德刚，赵利平．基于VC++的汽车变速箱垫片自动选配系统的研究［J］．陕西科技大学学报，2011，29（6）:71－74．

［3］徐支凤．基于Vb6．0的滚齿机挂轮选配系统开发［J］．制造技术与机床，2008（10）:100－102．

［4］郭晓龙，宋永增，李铁锚．轴承与轴颈测量选配及管理系统的研究与开发［J］．铁道机车车辆，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．机械制造工艺学［M］．北京:机械工业出版社，2006:226－230．

［7］郑淑芬，赵敏翔．ASP．NET 3．5 最佳实践［M］．北京:电子工业出版社，2009:251－252．