黃 波，張進生,3，高 勝，王 志,3

（1.山東大學 機械工程學院，濟南 250061；2.山東省石材工程技術(shù)研究中心，濟南 250061；3.山東大學 高效潔凈機械制造教育部重點實驗室，濟南 250061）

0 引言

在花崗石制品的生產(chǎn)過程中，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，不僅關系到本工序的加工效率和成本，還會關系到后續(xù)工序的加工效率和質(zhì)量[1]，其加工成本占整個板材加工成本的60%以上。在當前制造環(huán)境中，以高速加工為主題的高效加工技術(shù)的運用越來越廣泛，但由于數(shù)據(jù)庫的缺乏，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)驗或查閱切削用量手冊的水平上，顯然會造成提高效率的瓶頸。因此建立一個系統(tǒng)的花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫,用它來積累和儲存豐富的花崗石加工的生產(chǎn)和實驗數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品加工、組織生產(chǎn)提供科學依據(jù)，是實現(xiàn)花崗石加工的必然要求。

1 高效加工工藝參數(shù)的來源與評價

工藝參數(shù)的搜集與評價是建立加工工藝數(shù)據(jù)庫的一項基礎工作，也是最重要的一項工作。所搜集數(shù)據(jù)的豐富程度、準確程度，直接決定著數(shù)據(jù)庫的使用性能。數(shù)據(jù)的來源主要有三個方面(如表1所示)：文獻數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實踐數(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)過相關專家的評價以后才能錄入到數(shù)據(jù)庫中以提供給最終用戶。各個來源的工藝數(shù)據(jù)都有其局限性和特點，并隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷改變，用戶在使用時必須根據(jù)實際情況進行調(diào)整，對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的過分依賴和認為工藝數(shù)據(jù)的一成不變性都是錯誤的。本數(shù)據(jù)庫具有可擴展性，用戶可根據(jù)實際生產(chǎn)情況不斷修改和添加數(shù)據(jù)。

表1 不同來源數(shù)據(jù)的特點比較

2 花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)的起點是系統(tǒng)設計，這也是整個系統(tǒng)開發(fā)過程中最關鍵的一步，它決定著開發(fā)的成敗。系統(tǒng)設計主要包括系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)模塊設計、概念結(jié)構(gòu)設計、邏輯結(jié)構(gòu)設計以及開發(fā)與運行環(huán)境的選擇五大任務。

2.1 系統(tǒng)功能分析

花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)涉及到花崗石品種、加工設備、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)庫系統(tǒng)的安全性。

圖1 花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫功能模塊流程圖

2.2 系統(tǒng)模塊設計

花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫的使用人員主要是工藝決策人員和生產(chǎn)現(xiàn)場的技術(shù)人員。為了不斷豐富和完善數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，還需由系統(tǒng)管理員負責數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的維護?？紤]到數(shù)據(jù)庫不斷修改數(shù)據(jù)和添加數(shù)據(jù)的需要，提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模塊化設計。模塊化設計流程圖如圖1所示。

圖2 花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫實體-聯(lián)系模型

2.3 概念結(jié)構(gòu)設計

在系統(tǒng)功能分析中所得到的數(shù)據(jù)庫功能，應該首先將其抽象為信息世界的結(jié)構(gòu)才能更好地、更準確地用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS（Data Base Management System）實現(xiàn)其功能。數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設計是指用與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)無關的概念數(shù)據(jù)模型把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所需處理的數(shù)據(jù)及其相互間的關系表示成用戶和數(shù)據(jù)庫設計者都能理解的數(shù)據(jù)模式，本系統(tǒng)在設計方法上采用了基于E-R（實體-聯(lián)系）模型的數(shù)據(jù)庫設計方法。

E-R模型以長方形表示實體，以橢圓表示實體的屬性，以菱形表示實體之間的聯(lián)系。正確劃分實體屬性和實體間的關系是建立E-R模型的關鍵。花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫中可以確定的實體有花崗石品種、加工方法、加工設備、刀具、刀桿、切削液、工藝參數(shù)等，每個實體有多個屬性。聯(lián)系的類型有一對一、一對多、多對多。本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的E-R模型如圖2所示。

2.4 邏輯結(jié)構(gòu)設計

數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設計就是對概念設計得到的全局數(shù)據(jù)模型進行綜合，得出數(shù)據(jù)庫的邏輯數(shù)據(jù)模型。根據(jù)理論要求和實際需要將數(shù)據(jù)庫實體-聯(lián)系模型轉(zhuǎn)換成關系模型，最終確定數(shù)據(jù)庫主要包括花崗石品種、加工設備、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)關系數(shù)據(jù)庫理論以及實驗和生產(chǎn)實際需要，對工藝參數(shù)的函數(shù)依賴關系進行模式分解和規(guī)范化，將多對多，一對多的關系轉(zhuǎn)化為一對一的關系，消除數(shù)據(jù)冗余，插入異常和刪除異常問題，最終確定數(shù)據(jù)關系模式。

2.5 開發(fā)與運行環(huán)境的選擇

開發(fā)與運行環(huán)境的選擇會影響到整個數(shù)據(jù)庫的設計，本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)與運行環(huán)境的選擇如下：

開發(fā)環(huán)境：Windows XP

開發(fā)工具：Visual Basic 6.0

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

數(shù)據(jù)庫服務器：SQL Server 2000桌面引擎

3 應用程序的開發(fā)

應用程序的開發(fā)過程中，采用了先模塊后系統(tǒng)集成的方式，即各個系統(tǒng)功能模塊分別獨立設計和調(diào)試，最后在創(chuàng)建系統(tǒng)主體時將各個功能模塊通過主窗體的菜單系統(tǒng)集成，然后進行系統(tǒng)整體設計和調(diào)試。

數(shù)據(jù)庫的訪問采用了Visual Basic 6.0新增的數(shù)據(jù)環(huán)境設計器來實現(xiàn)。在創(chuàng)建各個功能模塊之前，應首先在數(shù)據(jù)環(huán)境設計器中創(chuàng)建訪問數(shù)據(jù)庫需要的命令對象，在數(shù)據(jù)環(huán)境設計器中創(chuàng)建的命令對象可在各個功能模塊中被直接調(diào)用。本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用WageData作為為創(chuàng)建的一個數(shù)據(jù)環(huán)境命令對象，該對象返回的記錄集名稱為rsWageData，該記錄集作為數(shù)據(jù)環(huán)境對象的一個屬性在窗體的各個模塊中直接調(diào)用。采用數(shù)據(jù)環(huán)境設計器，可以大大減少代碼的編寫，從而提高系統(tǒng)開發(fā)效率。

根據(jù)花崗石高效加工對數(shù)據(jù)的要求，數(shù)據(jù)庫的基本功能是根據(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、進給速度等工藝參數(shù)。另外，本數(shù)據(jù)庫還能實現(xiàn)對花崗石品種、加工設備、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

由于應用程序較多，在此僅以數(shù)據(jù)庫系統(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行說明。加工設備、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)庫系統(tǒng)的安全性與及時維護，本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)了用戶權(quán)限代碼識別驗證登錄功能，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。普通用戶只能進行相關數(shù)據(jù)的查詢和自己的登錄管理；系統(tǒng)管理員則可以進行相關數(shù)據(jù)信息的添加、修改以及刪除，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的維護，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

應用SQL Server 2000創(chuàng)建了花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的框架，應用Visual Basic 6.0初步實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的初步運行，能夠進行數(shù)據(jù)庫信息的管理與維護、用戶及其權(quán)限管理等操作，并具備以下主要功能：

1）積累和儲存豐富的花崗石品種、加工設備、刀具、刀桿及切削液的各種信息，有利于用戶對相關信息進行查閱并獲取,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及匹配的切削液信息，根據(jù)花崗石品種、加工任務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、選定的工藝參數(shù)及刀具、刀桿信息推薦出匹配的加工設備型號及信息；為實現(xiàn)花崗石制品的高效加工、有效的組織生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

2）由于花崗石高效加工技術(shù)起步較晚，目前尚無可直接用于生產(chǎn)的通用高效加工數(shù)據(jù)手冊，可用的只有一部分花崗石品種的加工數(shù)據(jù)?；◢徥杉庸ば缘燃壍膭澐譃榻⒏咝Ъ庸?shù)據(jù)庫的推理功能提供了有力幫助，根據(jù)現(xiàn)有的成功加工實例或高效加工數(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)試驗驗證后輸入數(shù)據(jù)庫作為可用數(shù)據(jù)。

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

4）數(shù)據(jù)庫具有分布式結(jié)構(gòu)，以便為分散在不同地理位置的部門提供服務。各相關用戶可在不同地理位置的部門提交和查詢工藝數(shù)據(jù)，為協(xié)同生產(chǎn)、網(wǎng)絡生產(chǎn)等先進技術(shù)的發(fā)展提供了堅實的應用基礎和有力的技術(shù)支持。

花崗石高效加工工藝數(shù)據(jù)庫能夠存儲加工參數(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)庫的建立將發(fā)揮重要作用。

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