基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)與實踐

周小娟

（西安外事學(xué)院工學(xué)院計算機系，陜西 西安 710077）

在計算機技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)逐漸更新優(yōu)化的形勢下，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)在各個領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，工業(yè)領(lǐng)域也不例外。但是，受技術(shù)條件約束，以往數(shù)據(jù)庫功能太過單一化，只能存儲或者檢索數(shù)據(jù)信息，在數(shù)據(jù)再加工上能力相對不足，根本無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域的智能化與信息化要求，尤其是在金屬熱處理方面。這就需要基于金屬熱處理生產(chǎn)，進一步優(yōu)化完善數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，以實現(xiàn)基于材料熱處理工藝的金屬熱處理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計開發(fā)了基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)，針對科研工作人員與技術(shù)人員，為其提供了具備智能化查詢功能與輔助設(shè)計功能的熱處理生產(chǎn)輔助平臺，減少了工作人員的工作量，還保證了良好生產(chǎn)效率與質(zhì)量[1]。

1 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思想

基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)利用以對象為導(dǎo)向的方法，進行綜合分析與設(shè)計，就金屬熱處理工藝設(shè)計方式，以及系統(tǒng)運行環(huán)境和安全可靠性等充分考慮，選用C/S 框架模式。系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)以.Net平臺為載體的C 編程語言，將其作為工具進行用戶界面開發(fā)，以SQL Service為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以此保證系統(tǒng)技術(shù)的先進性，與系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性[2]。

1.2 系統(tǒng)運行流程

系統(tǒng)運行流程具體如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)模塊化設(shè)計

系統(tǒng)模塊化設(shè)計思想將復(fù)雜系統(tǒng)劃分為規(guī)模相對偏小，功能比較簡單，容易構(gòu)建與修改的分部。首先，各模塊之間彼此獨立，能夠分別設(shè)計與實踐。其次，各模塊間的相互關(guān)系基于功能模型進行詳細闡述。不同模塊處于相互關(guān)聯(lián)的限制下，構(gòu)成統(tǒng)一整體，以此實現(xiàn)系統(tǒng)功能。就系統(tǒng)運行流程詳細分析，系統(tǒng)整體設(shè)計為四個模塊，即瀏覽、查詢、設(shè)計、系統(tǒng)管理[3]，具體如圖2所示。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

所謂概念結(jié)構(gòu)設(shè)計實際上就是現(xiàn)實世界與計算機世界的媒介。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計利用抽象機制，構(gòu)建反映用戶實際需要的信息模型，其是獨立在計算機硬件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中占據(jù)著關(guān)鍵性位置。系統(tǒng)利用實體-聯(lián)系的方式進行設(shè)計，此方式通過E-R模型基于實體、屬性、實體間的關(guān)聯(lián)詳細闡述現(xiàn)實世界中的信息結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計明確了用戶信息、材料信息、工藝信息的實體集地位，通過合理選擇部分利用、設(shè)計分E-R圖、合并E-R圖等，實現(xiàn)全局E-R圖的設(shè)計[4]，具體如圖3所示。

圖1 系統(tǒng)運行流程

圖2 系統(tǒng)模塊功能

圖3 系統(tǒng)全局E-R圖

2.1.1 選擇部分應(yīng)用

數(shù)據(jù)流圖是進一步明確實體、屬性、關(guān)聯(lián)的重要前提，因此，應(yīng)選擇合適層次的數(shù)據(jù)流圖，促使層次的各個部分與部分應(yīng)用相對應(yīng)，以此設(shè)計分E-R 圖。同時，具備系統(tǒng)表述的整體性與簡潔性，系統(tǒng)基于第二層數(shù)據(jù)流圖進行分E-R圖設(shè)計。

2.1.2 設(shè)計分E-R圖

分E-R 圖也被稱為部分E-R 圖。根據(jù)系統(tǒng)第二層數(shù)據(jù)流的部分應(yīng)用數(shù)據(jù)流圖，基于數(shù)據(jù)字典獲取數(shù)據(jù)信息，利用抽象機制，明確部分應(yīng)用的實體、屬性、標識符號、實體關(guān)聯(lián)、類型。

2.1.3 合并E-R圖

合并E-R 圖，以實現(xiàn)系統(tǒng)全局E-R 圖，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)總體設(shè)計。合并主要是為了有效解決部分E-R圖之間的矛盾與信息冗余問題。

2.2 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于概念結(jié)構(gòu)設(shè)計，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計在既定原則的有效引導(dǎo)下，轉(zhuǎn)換E-R 圖為符合具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，并通過優(yōu)化改進的邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)模型主要有關(guān)系、層次、網(wǎng)狀等等，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計把ER圖轉(zhuǎn)換成了關(guān)系數(shù)據(jù)模型[5]。

2.2.1 轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式

關(guān)系模式的根本是二維數(shù)據(jù)表，就基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)E-R 圖為主要依據(jù)，把實體和關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換導(dǎo)出系統(tǒng)各個關(guān)系。

2.2.2 規(guī)范化關(guān)系模式

通過E-R圖轉(zhuǎn)換的初始關(guān)系模式與相關(guān)標準要求存在一定偏差，且存在數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，對此還需要進行規(guī)范化處理，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計第三范式。分解關(guān)系模式的用戶信息和材料信息，獲得系統(tǒng)最終關(guān)系模式，具體如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)關(guān)系模式

2.3 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

物理結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是數(shù)據(jù)庫以物理設(shè)備為載體的存儲結(jié)構(gòu)和存取方式，其基于計算機系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。當前，在商品化關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)基本上都是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動化實現(xiàn)的。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵模塊設(shè)計

系統(tǒng)關(guān)鍵模塊實際上就是金屬熱處理計算機輔助工藝設(shè)計和關(guān)聯(lián)性信息的實時查詢。在模塊設(shè)計中，需要充分考慮實際狀況以及信息傳輸，通過在系統(tǒng)中適當增添數(shù)據(jù)分析與處理功能，以此明確關(guān)鍵模塊的運行流程，通過專業(yè)編程語言進行系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[6]。對于整個系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)熱處理工藝設(shè)計是為了充分了解原材料信息，熱處理工藝標準是材料在熱處理之后，所需滿足的功能性能標準要求。在基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)中，盡管會遵循既有標準設(shè)計，但是又不同于傳統(tǒng)設(shè)計方法。系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入記錄，以固定計算機方式為載體，對熱處理工藝的參數(shù)進行自動改進與優(yōu)化，具體流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)工藝設(shè)計優(yōu)化流程

以具體設(shè)計方法作為主要依據(jù)，基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)以Visual Studio 為開發(fā)環(huán)境，基于C#語言，進行系統(tǒng)軟件優(yōu)化設(shè)計[7]。

4 結(jié) 論

綜上所述，基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)，通過.Net平臺客戶機與服務(wù)器結(jié)構(gòu)，選用C#語言作為編程語言，利用SQL作為數(shù)據(jù)庫管理，以此保證技術(shù)的先進性與系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。此系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機輔助工藝設(shè)計的功能，可以在用戶查詢材料信息后，自動全面詳細記錄。而在需要針對具體材料進行熱處理工藝設(shè)計時，系統(tǒng)則會主動實現(xiàn)自動化調(diào)整查詢記錄，以此作為參考依據(jù)加以設(shè)計，自動生成設(shè)計方案，基于用戶需求，還可以制成實體工藝卡。通過實踐證明，基于金屬熱處理的計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)的實用性與可靠性良好。