鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)與開(kāi)發(fā)

劉浩 王寬儒 李亞康

摘要：鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)的主要用途是根據(jù)鑄件的力學(xué)性能和使用場(chǎng)合等要求輔助鑄造工作人員選擇合適的材料，并提供有效的配比運(yùn)算得出經(jīng)濟(jì)可行的材料配比方案。同時(shí)對(duì)鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)、企業(yè)鑄造原材料技術(shù)規(guī)范內(nèi)的數(shù)據(jù)及企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)鑄件的性能參數(shù)加以整合管理，為用戶(hù)選材、用材的合理、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)提供最根本的基礎(chǔ)，使選材過(guò)程程序化、定量化。

關(guān)鍵詞：性能參數(shù);材料配比;鑄造材料

引言

為了對(duì)鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)、企業(yè)鑄造原材料技術(shù)規(guī)范內(nèi)的數(shù)據(jù)及企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)鑄件的性能參數(shù)加以整合管理，使選材過(guò)程程序化、定量化，改善配料的合理性，需要有對(duì)數(shù)據(jù)文件管理查詢(xún)和爐前配料的機(jī)制。鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)就是為了解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)，它包括：數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)檢索、爐料配比幾個(gè)模塊。

1 整體設(shè)計(jì)

鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于提供給用戶(hù)各牌號(hào)灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵的性能?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)及可靠的化學(xué)成分范圍，提供凝固模擬所需鑄造材料的熱物性參數(shù)，整合管理企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)鑄件的性能參數(shù)等相關(guān)信息，形成規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)化鑄件選材方式，依據(jù)鑄件的性能要求、幾何形狀和使用場(chǎng)合等條件可篩選出實(shí)用的材料，使選材有據(jù)可依。實(shí)現(xiàn)合理可靠的爐料配比運(yùn)算，配料表單生成，配料結(jié)果輸出，使得配料過(guò)程程序化、定量化。同時(shí)分類(lèi)編碼管理生產(chǎn)所需各類(lèi)鑄造材料性能信息，創(chuàng)建鑄造材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)鑄造原材料技術(shù)規(guī)范文件的共享機(jī)制。

軟件采用三層架構(gòu)的開(kāi)發(fā)模式和C/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框架，結(jié)合SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和.NET Remoting分布式遠(yuǎn)程服務(wù)組件，使用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)和C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。為了與其他系統(tǒng)互聯(lián)互通做好準(zhǔn)備條件，防止信息孤島的產(chǎn)生，軟件設(shè)計(jì)了與其他系統(tǒng)對(duì)接的多種類(lèi)型接口，包括web服務(wù)接口，wcf服務(wù)接口，串行接口等。

2 軟件架構(gòu)與開(kāi)發(fā)

2.1 系統(tǒng)突出特點(diǎn)

鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)在選材時(shí)采用推理機(jī)制，即先將一批信息存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，把這事實(shí)與規(guī)則的前提匹配，通過(guò)逐級(jí)篩選匹配成功的規(guī)則得到結(jié)論，把得到的結(jié)論作為新的事實(shí)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)記錄用戶(hù)的搜索條件及與之相對(duì)應(yīng)的查詢(xún)結(jié)果，并根據(jù)得到確認(rèn)的合金數(shù)據(jù)創(chuàng)建優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)表，使系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)的查詢(xún)條件實(shí)時(shí)顯示歷史最佳匹配，避免重復(fù)進(jìn)行推理流程，縮短查詢(xún)時(shí)間，提高專(zhuān)家智能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

該系統(tǒng)在配料時(shí)可自動(dòng)獲得廠家的生產(chǎn)線、機(jī)型、選用合金、化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)信息。在配料計(jì)算過(guò)程中可以靈活的增刪爐料的種類(lèi)和重量，系統(tǒng)會(huì)對(duì)運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)校核進(jìn)行報(bào)警。針對(duì)數(shù)據(jù)的安全性的高低還可以智能的設(shè)定讀者范圍等功能，可以根據(jù)需要把配料結(jié)果通過(guò)串口推送到廠家設(shè)備。

2.2 軟件架構(gòu)與開(kāi)發(fā)

鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)、企業(yè)鑄造原材料技術(shù)規(guī)范內(nèi)的數(shù)據(jù)及企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)鑄件的性能參數(shù)加以整合管理，使選材過(guò)程程序化、定量化，改善配料的合理性，使之有完善可靠的專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、科學(xué)的選材方案和爐前配料機(jī)制。

它包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)檢索、爐料配比三個(gè)功能模塊和角色管理等系統(tǒng)設(shè)置模塊。

（1）數(shù)據(jù)管理模塊包含鑄造材料性能參數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、鑄造模擬仿真數(shù)據(jù)、鑄件信息等數(shù)據(jù)或規(guī)范文件的管理，比如上傳、增加、修改、刪除等。

（2）數(shù)據(jù)檢索模塊包含多種檢索方式以獲取鑄造材料的性能信息標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)文件，并為鑄件的選材提供參考。

（3）爐料配比模塊包含爐料的管理、爐料配比計(jì)算、配比項(xiàng)目的管理。

（4）系統(tǒng)設(shè)置可以進(jìn)行角色管理、系統(tǒng)日志管理等操作。

功能的設(shè)定是依托于用戶(hù)的需求的，它從以下幾個(gè)方面進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

1） 軟件全面囊括了各牌號(hào)灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵的性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并基于企業(yè)生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)和諸多專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，總結(jié)出可靠的化學(xué)成分范圍，并非教科書(shū)上死板的數(shù)據(jù)，與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系緊密。軟件涵蓋了凝固模擬軟件所需鑄造材料熱物性參數(shù)信息，便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行凝固模擬計(jì)算時(shí)查找數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)收納了多種鑄鐵合金材料牌號(hào)，灰鑄鐵的牌號(hào)有HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350，球墨鑄鐵的牌號(hào)有QT350-22、QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT550-5、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2，蠕墨鑄鐵的牌號(hào)有RuT300、RuT350、RuT400、RuT450、RuT500。

其涵蓋了灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵通用標(biāo)準(zhǔn)的所有牌號(hào)，并從化學(xué)成分、力學(xué)性能、物理性能、牌號(hào)對(duì)照表、幾何形狀及使用場(chǎng)合信息五個(gè)方面對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)管理，足以滿足技術(shù)人員對(duì)于鑄鐵合金材料性能信息的需求。

依托于上述從屬關(guān)系，創(chuàng)建了鑄鐵合金材料性能參數(shù)管理模塊，可對(duì)其進(jìn)行添加、編輯、刪除等維護(hù)工作，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性。

考慮到用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的使用情況可能是已知鑄鐵合金的牌號(hào)來(lái)獲取該牌號(hào)合金材料的性能信息，或者是根據(jù)一個(gè)局部性能要求信息，快捷地搜索到鑄鐵合金牌號(hào)，然后以鑄鐵合金牌號(hào)為索引，獲得完整的鑄鐵合金信息詳情。

由此設(shè)計(jì)了三種查詢(xún)方式，如下所示：

①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢索：用戶(hù)可選取牌號(hào)、名稱(chēng)、基體中任一種條件，進(jìn)行精確或模糊兩種模式獲取所需信息。

②在結(jié)果中檢索：用戶(hù)可在已篩選過(guò)的數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的排查。

③高級(jí)檢索：該功能可根據(jù)用戶(hù)給出的物理性能和機(jī)械性能、使用場(chǎng)合信息、幾何形狀信息等條件進(jìn)行多條件檢索。

軟件一方面提供了鑄鐵合金材料性能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，另一方面考慮到鑄造設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行凝固模擬仿真時(shí)對(duì)于熱物性參數(shù)的需求，將JSCAST和MAGMA等鑄造專(zhuān)用模擬軟件中的所需鑄造材料熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)整理錄入系統(tǒng)便于用戶(hù)查閱。根據(jù)需要也可進(jìn)行添加、編輯、刪除等維護(hù)工作。

2）軟件實(shí)現(xiàn)適用于實(shí)際生產(chǎn)的科學(xué)靈活且含有預(yù)警機(jī)制的爐前爐料成分的配比運(yùn)算，并以配比項(xiàng)目的方式對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行集成管理;

鑄件的配料就是將回爐料、廢鋼以及合金元素等多種金屬爐料進(jìn)行合理的配合，并通過(guò)熔煉爐熔煉獲得鑄件合金牌號(hào)性能所要求的化學(xué)成分范圍。鑄件配料應(yīng)遵循的基本原則是：嚴(yán)格按照鑄件合金牌號(hào)性能所要求的化學(xué)成分范圍進(jìn)行配料，并在完全保證鑄件質(zhì)量的前提下，力求成本最低。

故將爐料配比分為三個(gè)模塊：爐料管理、爐料配比計(jì)算、配比項(xiàng)目管理。配料所需的材料存儲(chǔ)在爐料管理模塊，為配料計(jì)算提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);爐料配比計(jì)算是爐料配比的主要運(yùn)算界面;配比項(xiàng)目管理主要用于配比計(jì)算結(jié)果及其相關(guān)信息的統(tǒng)一管理，使得鑄件的配料方案有據(jù)可循。

軟件調(diào)用方式是依次通過(guò)WPFUI，UIMODeL，BLL，DAL，最終通過(guò)XML操作類(lèi)對(duì)XML文檔進(jìn)行調(diào)用。XML操作類(lèi)包含下邊幾個(gè)函數(shù)：Public void CreateXml（）、public ListGetXmList（）、public List、GetBookInfoList（）等8個(gè)函數(shù)。通過(guò)這種方式一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)本地文檔的增刪改查及其他操作，另一方面有效避免了同時(shí)操作數(shù)據(jù)庫(kù)所造成的風(fēng)險(xiǎn)因素。

由于實(shí)際生產(chǎn)需提供配料單以確保信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，且工作報(bào)表等管理方面的需要，配料單的生成獲取也顯得極為重要。配料單主要包含三個(gè)方面的信息：機(jī)型信息（機(jī)型名稱(chēng)、生產(chǎn)線、選用合金牌號(hào)、鐵液總重、配料單生成時(shí)間）、所需爐料（爐料名稱(chēng)、爐料重量）、化學(xué)成分（配比計(jì)算結(jié)果、企業(yè)化學(xué)成分要求最佳值）。目前提供有以Excel、PDF或圖片的形式導(dǎo)出，或直接打印輸出。

目前選用的是以串口的方式來(lái)進(jìn)行通信。串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信接口。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信接口，很多兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。利用串口通信，自定義協(xié)議，把配料的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到硬件設(shè)備上，保證了數(shù)據(jù)的聯(lián)通性，避免了形成信息孤島。

3）軟件實(shí)現(xiàn)鑄造材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)鑄造原材料技術(shù)規(guī)范的共享。

出于對(duì)文檔管理的規(guī)范化和查找資料的便捷性的考慮，系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文件的相關(guān)信息進(jìn)行了收集整理錄入。其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文檔信息包含文件名、文件編號(hào)、發(fā)布日期、上傳日期、上傳人員、分類(lèi)標(biāo)題、下載次數(shù)等相關(guān)信息;企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文檔信息包含文件名、文件編號(hào)、發(fā)布日期、修訂日期、編輯部門(mén)、上傳人員、分類(lèi)標(biāo)題、下載次數(shù)等相關(guān)信息。

用戶(hù)可通過(guò)系統(tǒng)查閱到已整理的所有標(biāo)準(zhǔn)文件的信息詳情及內(nèi)容，根據(jù)自己需要選擇在線預(yù)覽或本地下載，節(jié)省了翻閱手冊(cè)查找資料的時(shí)間，企業(yè)資源共享程度也得以提高。

標(biāo)準(zhǔn)文檔的上傳、下載、預(yù)覽功能均通過(guò)WCF服務(wù)實(shí)現(xiàn)。WCF的全名是：Windows Communication Foundation，是一個(gè)運(yùn)行庫(kù)和一組 API，用于創(chuàng)建在服務(wù)與客戶(hù)端之間發(fā)送消息的系統(tǒng)。它使用相同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和API 來(lái)創(chuàng)建應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可與同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上或駐留在另一家公司內(nèi)并通過(guò) Internet 訪問(wèn)的系統(tǒng)上的其他應(yīng)用程序進(jìn)行通信。WCF服務(wù)可以用HTTP、TCP等多種協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在安全性、可靠性、傳輸速率等方面均表現(xiàn)突出。針對(duì)鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)中大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅琖CF是最合適的數(shù)據(jù)傳輸方式。目前數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)已存有現(xiàn)行鑄造材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件一百多份。

結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)線的實(shí)際特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套完整數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)對(duì)鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)、企業(yè)鑄造原材料技術(shù)規(guī)范內(nèi)的數(shù)據(jù)及企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)鑄件的性能參數(shù)加以整合管理，使選材過(guò)程程序化、定量化。系統(tǒng)還可以改善配料的合理性，提供對(duì)數(shù)據(jù)文件管理查詢(xún)和爐前配料機(jī)制，從而便于工程人員的使用。