航空材料微觀組織數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 兵，秦云霞，陳 燕，劉昌奎

(1.北京航空材料研究院，北京 100095;2.航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095;3.中航工業(yè)失效分析中心，北京 100095;4.南通職業(yè)大學(xué)技師學(xué)院，江蘇 南通 226006;5.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

0 引言

航空工業(yè)是一個(gè)國(guó)家國(guó)防工業(yè)的重要組成部分，航空產(chǎn)品的先進(jìn)性是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)，而航空材料的先進(jìn)性和可靠性是決定航空產(chǎn)品先進(jìn)性的一個(gè)關(guān)鍵因素。在航空材料研制過(guò)程中，材料的組織結(jié)構(gòu)研究是一個(gè)重要的組成部分［1-2］。材料在不同狀態(tài)下的組織特征往往決定了該材料的性能［3-4］，因此，掌握材料在不同狀態(tài)下的組織特征對(duì)于材料的可靠應(yīng)用以及工藝改進(jìn)具有重要意義。

國(guó)外航空企業(yè)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)研究非常重視，它們不僅在材料研制過(guò)程中對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)研究，而且還重視對(duì)以往材料組織結(jié)構(gòu)以及斷裂特征數(shù)據(jù)的分析與歸納，建立材料組織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，為新材料的研制以及工藝改進(jìn)提供技術(shù)支持。

我國(guó)航空企業(yè)在材料研制過(guò)程中對(duì)組織結(jié)構(gòu)研究也非常重視，但是對(duì)于這些數(shù)據(jù)的收集和利用重視程度不夠。盡管出版了一些材料組織結(jié)構(gòu)以及斷裂特征的書(shū)籍［5-6］，但是這些資料往往針對(duì)某種材料牌號(hào)的某些狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)性、全面性和即時(shí)查詢性，無(wú)法為技術(shù)人員提供全面、有效的參考。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為航空材料組織結(jié)構(gòu)以及斷裂特征數(shù)據(jù)的收集整理和有效利用提供了新的途徑。建立航空材料組織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，可以把大量散落在各處的典型材料組織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)收集起來(lái)統(tǒng)一管理，有利于資源的充分利用，為航空材料的研制提供有效支持。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，整個(gè)系統(tǒng)分為3 層:表現(xiàn)層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。表現(xiàn)層為用戶所見(jiàn)的客戶端應(yīng)用程序，用戶通過(guò)其進(jìn)行微觀組織和斷裂特征檢索等功能;應(yīng)用層為服務(wù)器端運(yùn)行的服務(wù)程序，其有效地將系統(tǒng)和用戶動(dòng)態(tài)地聯(lián)系在一起，用戶在表現(xiàn)層提出請(qǐng)求，應(yīng)用層進(jìn)行驗(yàn)證運(yùn)行，然后反饋信息給用戶;數(shù)據(jù)層指的是在服務(wù)器端運(yùn)行的SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，其存放的是用戶信息、字典庫(kù)數(shù)據(jù)、材料微觀組織和斷裂特征數(shù)據(jù)。系統(tǒng)有效地將這3 層隔離開(kāi)，可以保證數(shù)據(jù)的安全性和有效性，并且讓不同部門(mén)的用戶都可以同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)層由4 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)組成:微觀組織庫(kù)、斷裂特征庫(kù)、字典庫(kù)和用戶信息庫(kù)。微觀組織庫(kù)中存儲(chǔ)各種典型航空材料在不同狀態(tài)下的微觀組織;斷裂特征庫(kù)中存儲(chǔ)各種典型航空材料和構(gòu)件在不同條件下的斷裂特征;字典庫(kù)主要是為了數(shù)據(jù)輸入和檢索的標(biāo)準(zhǔn)化和快捷化，存儲(chǔ)材料微觀組織和斷裂特征的標(biāo)準(zhǔn)化知識(shí)，比如，“材料類別”的標(biāo)準(zhǔn)化知識(shí)包括變形鋁合金、鑄造鋁合金、變形高溫合金、鑄造高溫合金等。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Schematic illustration of the system structure

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由4 大功能模塊組成:微觀組織檢索模塊、斷裂特征檢索模塊、數(shù)據(jù)更新模塊以及用戶管理模塊，見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)功能模塊示意圖Fig.2 Illustration of the functions of the database system

微觀組織和斷裂特征檢索模塊是系統(tǒng)的主要功能，通過(guò)這2 個(gè)模塊，技術(shù)人員可以快速檢索到相關(guān)材料在不同狀態(tài)下的微觀組織或斷裂特征。用戶可以選擇1 種或2 種查詢條件(包括材料類別、材料牌號(hào)、材料狀態(tài)、斷裂模式等)，按“與”或“或”的方式進(jìn)行組合后，按模糊查詢的方式在數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出符合條件的微觀組織或斷裂特征數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)更新模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀組織庫(kù)、斷裂特征庫(kù)以及字典庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和維護(hù)，包括添加微觀組織數(shù)據(jù)、添加斷裂特征數(shù)據(jù)、以及字典庫(kù)數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。

用戶管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶的管理，包括添加用戶、刪除用戶、用戶信息更新以及用戶權(quán)限管理。系統(tǒng)用戶分為2 類:管理員和普通用戶。管理員擁有包含用戶管理、數(shù)據(jù)更新、和數(shù)據(jù)檢索在內(nèi)的所有權(quán)限。普通用戶只能進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索。

3 系統(tǒng)流程分析

系統(tǒng)流程就是用戶在使用系統(tǒng)時(shí)的工作過(guò)程。對(duì)于多類型用戶的系統(tǒng)而言，每一類用戶的工作流程都是不相同的。多用戶系統(tǒng)的工作流程都從用戶登錄模塊開(kāi)始，對(duì)用戶的身份進(jìn)行認(rèn)證。身份認(rèn)證可以分為2 個(gè)過(guò)程:

1)確認(rèn)用戶是否是有效的用戶，該過(guò)程決定用戶能否進(jìn)入系統(tǒng);

2)確定用戶的類型，該過(guò)程根據(jù)用戶的類型決定用戶的操作權(quán)限，從而決定用戶的工作界面。

進(jìn)入系統(tǒng)后，不同類型的用戶所能進(jìn)行的操作也不同。系統(tǒng)的工作流程如圖4 所示，管理員進(jìn)入系統(tǒng)后，可以進(jìn)入用戶管理界面，創(chuàng)建和管理用戶信息，也可以進(jìn)入數(shù)據(jù)更新界面，添加微觀組織和斷裂特征數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)入數(shù)據(jù)檢索界面，檢索微觀組織或斷裂特征;普通用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，只能進(jìn)行微觀組織或斷裂特征檢索。

圖3 系統(tǒng)流程Fig.3 Flow chart of the database system

4 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的客戶端和服務(wù)器程序都采用VC++作為開(kāi)發(fā)工具?？蛻舳顺绦蚝蛻?yīng)用服務(wù)器程序之間通過(guò)基于TCP(面向連接)的socket 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)以SQL Serve 作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)和管理用戶信息、字典庫(kù)數(shù)據(jù)、微觀組織以及斷裂特征數(shù)據(jù)。VC++提供了多種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，包括ODBC、DAO、OLE DB、ADO等［7］，其中ADO 技術(shù)應(yīng)用層次高，易用性最好，因此系統(tǒng)采用ADO 技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器程序?qū)笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。

5 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1)數(shù)據(jù)全面、完整。

系統(tǒng)存儲(chǔ)了各類典型航空材料在不同狀態(tài)下的微觀組織和斷裂特征數(shù)據(jù)，包括黑色金屬、有色金屬、非金屬、焊接結(jié)構(gòu)、涂鍍層、以及金屬基復(fù)合材料等，并且提供統(tǒng)一的輸入和檢索界面。

2)數(shù)據(jù)輸入統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)。

為了便于數(shù)據(jù)輸入和檢索的準(zhǔn)確性和方便性，系統(tǒng)建立了字典庫(kù)來(lái)對(duì)材料類別、材料牌號(hào)、斷裂模式等關(guān)鍵字段內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)安全、操作方便。

系統(tǒng)采用3 層C/S 架構(gòu)，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及數(shù)據(jù)安全提供了前提條件，系統(tǒng)可以在大量數(shù)據(jù)及大量用戶同時(shí)訪問(wèn)的情況下穩(wěn)定運(yùn)行。此外，系統(tǒng)客戶端開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分考慮了界面的友好性和操作的方便性。

6 結(jié)論

在對(duì)各類典型航空材料微觀組織和斷裂特征收集整理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于客戶端/服務(wù)器模式的航空材料微觀組織數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。系統(tǒng)存儲(chǔ)各種典型航空材料在不同狀態(tài)下的微觀組織和斷裂特征數(shù)據(jù)，包括黑色金屬、有色金屬、非金屬、焊接結(jié)構(gòu)、涂鍍層、以及金屬基復(fù)合材料。系統(tǒng)的建立可以把大量散落在各處的典型材料組織結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)收集起來(lái)統(tǒng)一管理，有利于資源的充分利用，為新型材料的研制、工藝改進(jìn)以及航空構(gòu)件的失效分析提供有力支持。

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