石材高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的研究與開(kāi)發(fā)

黃 波，張進(jìn)生,3，高 勝，王 志,3

（1.山東大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，濟(jì)南 250061；2.山東省石材工程技術(shù)研究中心，濟(jì)南 250061；3.山東大學(xué) 高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250061）

0 引言

在花崗石制品的生產(chǎn)過(guò)程中，以金剛石工具為主要加工方式的鋸切加工是極為重要的一道工序，不僅關(guān)系到本工序的加工效率和成本，還會(huì)關(guān)系到后續(xù)工序的加工效率和質(zhì)量[1]，其加工成本占整個(gè)板材加工成本的60%以上。在當(dāng)前制造環(huán)境中，以高速加工為主題的高效加工技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，但由于數(shù)據(jù)庫(kù)的缺乏，現(xiàn)代化的花崗石加工卻依然停留在刀具選擇方法、加工工藝參數(shù)靠工人的加工經(jīng)驗(yàn)或查閱切削用量手冊(cè)的水平上，顯然會(huì)造成提高效率的瓶頸。因此建立一個(gè)系統(tǒng)的花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù),用它來(lái)積累和儲(chǔ)存豐富的花崗石加工的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品加工、組織生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)花崗石加工的必然要求。

1 高效加工工藝參數(shù)的來(lái)源與評(píng)價(jià)

工藝參數(shù)的搜集與評(píng)價(jià)是建立加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，也是最重要的一項(xiàng)工作。所搜集數(shù)據(jù)的豐富程度、準(zhǔn)確程度，直接決定著數(shù)據(jù)庫(kù)的使用性能。數(shù)據(jù)的來(lái)源主要有三個(gè)方面(如表1所示)：文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)。

為了確保數(shù)據(jù)的可靠性，搜集到的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)相關(guān)專家的評(píng)價(jià)以后才能錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中以提供給最終用戶。各個(gè)來(lái)源的工藝數(shù)據(jù)都有其局限性和特點(diǎn)，并隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷改變，用戶在使用時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的過(guò)分依賴和認(rèn)為工藝數(shù)據(jù)的一成不變性都是錯(cuò)誤的。本數(shù)據(jù)庫(kù)具有可擴(kuò)展性，用戶可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況不斷修改和添加數(shù)據(jù)。

表1 不同來(lái)源數(shù)據(jù)的特點(diǎn)比較

2 花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的起點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這也是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中最關(guān)鍵的一步，它決定著開(kāi)發(fā)的成敗。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境的選擇五大任務(wù)。

2.1 系統(tǒng)功能分析

花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)涉及到花崗石品種、加工設(shè)備、加工刀具、刀具刀桿、切削液以及匹配于花崗石品種的加工設(shè)備選擇、刀具選擇、刀具刀桿選擇、切削液選擇、高效加工工藝參數(shù)選擇等信息的錄入、修改和刪除等功能。為完善系統(tǒng)的管理功能，增加數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的系統(tǒng)用戶管理功能，包括系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)的添加、修改和刪除功能。普通用戶只能運(yùn)行所有數(shù)據(jù)的查詢功能和自己的登錄管理功能；系統(tǒng)管理員則可運(yùn)行系統(tǒng)的所有功能，包括所有數(shù)據(jù)信息的添加、修改以及刪除功能，從而有效保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全性。

圖1 花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)功能模塊流程圖

2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的使用人員主要是工藝決策人員和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員。為了不斷豐富和完善數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，還需由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的維護(hù)。考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)不斷修改數(shù)據(jù)和添加數(shù)據(jù)的需要，提出了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖2 花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體-聯(lián)系模型

2.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)功能分析中所得到的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，應(yīng)該首先將其抽象為信息世界的結(jié)構(gòu)才能更好地、更準(zhǔn)確地用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS（Data Base Management System）實(shí)現(xiàn)其功能。數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指用與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)無(wú)關(guān)的概念數(shù)據(jù)模型把數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所需處理的數(shù)據(jù)及其相互間的關(guān)系表示成用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者都能理解的數(shù)據(jù)模式，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方法上采用了基于E-R（實(shí)體-聯(lián)系）模型的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。

E-R模型以長(zhǎng)方形表示實(shí)體，以橢圓表示實(shí)體的屬性，以菱形表示實(shí)體之間的聯(lián)系。正確劃分實(shí)體屬性和實(shí)體間的關(guān)系是建立E-R模型的關(guān)鍵?；◢徥咝Ъ庸すに嚁?shù)據(jù)庫(kù)中可以確定的實(shí)體有花崗石品種、加工方法、加工設(shè)備、刀具、刀桿、切削液、工藝參數(shù)等，每個(gè)實(shí)體有多個(gè)屬性。聯(lián)系的類型有一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多。本數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的E-R模型如圖2所示。

2.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是對(duì)概念設(shè)計(jì)得到的全局?jǐn)?shù)據(jù)模型進(jìn)行綜合，得出數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯數(shù)據(jù)模型。根據(jù)理論要求和實(shí)際需要將數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體-聯(lián)系模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型，最終確定數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括花崗石品種、加工設(shè)備、刀具、刀桿、切削液、高效加工工藝參數(shù)等基表。表頭結(jié)構(gòu)分別如表2所示。

表2 石材品種基本信息表

根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論以及實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際需要，對(duì)工藝參數(shù)的函數(shù)依賴關(guān)系進(jìn)行模式分解和規(guī)范化，將多對(duì)多，一對(duì)多的關(guān)系轉(zhuǎn)化為一對(duì)一的關(guān)系，消除數(shù)據(jù)冗余，插入異常和刪除異常問(wèn)題，最終確定數(shù)據(jù)關(guān)系模式。

2.5 開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境的選擇

開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境的選擇會(huì)影響到整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，本數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境的選擇如下：

開(kāi)發(fā)環(huán)境：Windows XP

開(kāi)發(fā)工具：Visual Basic 6.0

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：SQL Server 2000

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：SQL Server 2000桌面引擎

3 應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)

應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了先模塊后系統(tǒng)集成的方式，即各個(gè)系統(tǒng)功能模塊分別獨(dú)立設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后在創(chuàng)建系統(tǒng)主體時(shí)將各個(gè)功能模塊通過(guò)主窗體的菜單系統(tǒng)集成，然后進(jìn)行系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和調(diào)試。

數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)采用了Visual Basic 6.0新增的數(shù)據(jù)環(huán)境設(shè)計(jì)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在創(chuàng)建各個(gè)功能模塊之前，應(yīng)首先在數(shù)據(jù)環(huán)境設(shè)計(jì)器中創(chuàng)建訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)需要的命令對(duì)象，在數(shù)據(jù)環(huán)境設(shè)計(jì)器中創(chuàng)建的命令對(duì)象可在各個(gè)功能模塊中被直接調(diào)用。本數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用WageData作為為創(chuàng)建的一個(gè)數(shù)據(jù)環(huán)境命令對(duì)象，該對(duì)象返回的記錄集名稱為rsWageData，該記錄集作為數(shù)據(jù)環(huán)境對(duì)象的一個(gè)屬性在窗體的各個(gè)模塊中直接調(diào)用。采用數(shù)據(jù)環(huán)境設(shè)計(jì)器，可以大大減少代碼的編寫(xiě)，從而提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。

根據(jù)花崗石高效加工對(duì)數(shù)據(jù)的要求，數(shù)據(jù)庫(kù)的基本功能是根據(jù)已知加工條件（花崗石品種，加工類型、刀具等）推薦出加工速度，背吃刀量、進(jìn)給速度等工藝參數(shù)。另外，本數(shù)據(jù)庫(kù)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)花崗石品種、加工設(shè)備、刀具、刀桿等基本信息的管理和查詢。

圖3 系統(tǒng)用戶登錄結(jié)構(gòu)功能圖

圖4 石材加工工藝信息管理功能結(jié)構(gòu)圖

圖5 石材加工工藝信息查詢功能結(jié)構(gòu)圖

由于應(yīng)用程序較多，在此僅以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)登錄、系統(tǒng)主控界面、花崗石信息查詢和管理、花崗石高效加工工藝信息查詢和管理為例進(jìn)行說(shuō)明。加工設(shè)備、加工刀具、刀桿、切削液的查詢與信息管理類似于花崗石信息查詢與管理。

為了有效保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全性與及時(shí)維護(hù)，本數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶權(quán)限代碼識(shí)別驗(yàn)證登錄功能，將用戶分為普通用戶和系統(tǒng)管理員兩種具有不同權(quán)限的用戶。普通用戶只能進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢和自己的登錄管理；系統(tǒng)管理員則可以進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的添加、修改以及刪除，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)，其結(jié)構(gòu)功能圖如圖3所示。

花崗石高效加工工藝信息維護(hù)與查詢的功能結(jié)構(gòu)圖分別如圖4、圖5所示，花崗石品種、加工設(shè)備、加工刀具、刀桿、切削液等信息查詢與管理類似于工藝信息查詢與管理功能。

4 結(jié)論

應(yīng)用SQL Server 2000創(chuàng)建了花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的框架，應(yīng)用Visual Basic 6.0初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的初步運(yùn)行，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)信息的管理與維護(hù)、用戶及其權(quán)限管理等操作，并具備以下主要功能：

1）積累和儲(chǔ)存豐富的花崗石品種、加工設(shè)備、刀具、刀桿及切削液的各種信息，有利于用戶對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行查閱并獲取,根據(jù)花崗石品種和加工要求推薦出切削性能好的刀具牌號(hào)及匹配的切削液信息，根據(jù)花崗石品種、加工任務(wù)和選定的刀具推薦出合理的高效加工工藝參數(shù)，根據(jù)加工任務(wù)、選定的工藝參數(shù)及刀具、刀桿信息推薦出匹配的加工設(shè)備型號(hào)及信息；為實(shí)現(xiàn)花崗石制品的高效加工、有效的組織生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

2）由于花崗石高效加工技術(shù)起步較晚，目前尚無(wú)可直接用于生產(chǎn)的通用高效加工數(shù)據(jù)手冊(cè)，可用的只有一部分花崗石品種的加工數(shù)據(jù)。花崗石可加工性等級(jí)的劃分為建立高效加工數(shù)據(jù)庫(kù)的推理功能提供了有力幫助，根據(jù)現(xiàn)有的成功加工實(shí)例或高效加工數(shù)據(jù)推理可加工性相近的花崗石品種的高效加工數(shù)據(jù)，直接或經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證后輸入數(shù)據(jù)庫(kù)作為可用數(shù)據(jù)。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)能夠通過(guò)利用已有的各種切削力模型、切削溫度模型、刀具磨損模型等預(yù)測(cè)工件的加工精度、加工效率、能量消耗以及刀具使用壽命等，指導(dǎo)用戶趨利避害。

4）數(shù)據(jù)庫(kù)具有分布式結(jié)構(gòu)，以便為分散在不同地理位置的部門(mén)提供服務(wù)。各相關(guān)用戶可在不同地理位置的部門(mén)提交和查詢工藝數(shù)據(jù)，為協(xié)同生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)和有力的技術(shù)支持。

花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)能夠存儲(chǔ)加工參數(shù)等數(shù)據(jù)供技術(shù)人員和工作人員查詢和使用，在管理工藝數(shù)據(jù)和輔助技術(shù)人員進(jìn)行工藝規(guī)劃方面起著重要作用。為提高技術(shù)人員和操作人員的工作效率、促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，石材高效加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的建立將發(fā)揮重要作用。

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