劉浩 王寬儒 李亞康

摘要：鑄造材料數(shù)據(jù)庫的主要用途是根據(jù)鑄件的力學(xué)性能和使用場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)對鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊、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

為了對鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊、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，使選材過程程序化、定量化，改善配料的合理性，需要有對數(shù)據(jù)文件管理查詢和爐前配料的機(jī)制。鑄造材料數(shù)據(jù)庫就是為了解決這一問題而設(shè)計(jì)，它包括：數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)檢索、爐料配比幾個模塊。

1 整體設(shè)計(jì)

鑄造材料數(shù)據(jù)庫主要用于提供給用戶各牌號灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵的性能國家標(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)的專家數(shù)據(jù)庫。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，使得配料過程程序化、定量化。同時(shí)分類編碼管理生產(chǎn)所需各類鑄造材料性能信息，創(chuàng)建鑄造材料國家標(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開發(fā)平臺和C#語言進(jìn)行開發(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)對接的多種類型接口，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)與開發(fā)

2.1 系統(tǒng)突出特點(diǎn)

鑄造材料數(shù)據(jù)庫在選材時(shí)采用推理機(jī)制，即先將一批信息存放到數(shù)據(jù)庫中，把這事實(shí)與規(guī)則的前提匹配，通過逐級篩選匹配成功的規(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)庫中。

該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)記錄用戶的搜索條件及與之相對應(yīng)的查詢結(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)庫表，使系統(tǒng)可根據(jù)用戶的查詢條件實(shí)時(shí)顯示歷史最佳匹配，避免重復(fù)進(jìn)行推理流程，縮短查詢時(shí)間，提高專家智能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

該系統(tǒng)在配料時(shí)可自動獲得廠家的生產(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)算過程中可以靈活的增刪爐料的種類和重量，系統(tǒng)會對運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)校核進(jìn)行報(bào)警。針對數(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)果通過串口推送到廠家設(shè)備。

2.2 軟件架構(gòu)與開發(fā)

鑄造材料數(shù)據(jù)庫對鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊、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，使選材過程程序化、定量化，改善配料的合理性，使之有完善可靠的專家數(shù)據(jù)庫、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)定是依托于用戶的需求的，它從以下幾個方面進(jìn)行開發(fā)。

1） 軟件全面囊括了各牌號灰鑄鐵、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，灰鑄鐵的牌號有HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350，球墨鑄鐵的牌號有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，并從化學(xué)成分、力學(xué)性能、物理性能、牌號對照表、幾何形狀及使用場合信息五個方面對其性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分類管理，足以滿足技術(shù)人員對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。

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

由此設(shè)計(jì)了三種查詢方式，如下所示：

①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢索：用戶可選取牌號、名稱、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：用戶可在已篩選過的數(shù)據(jù)集合的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的排查。

③高級檢索：該功能可根據(jù)用戶給出的物理性能和機(jī)械性能、使用場合信息、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)對于熱物性參數(shù)的需求，將JSCAST和MAGMA等鑄造專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，并通過熔煉爐熔煉獲得鑄件合金牌號性能所要求的化學(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WPFUI，UIMODeL，BLL，DAL，最終通過XML操作類對XML文檔進(jìn)行調(diào)用。XML操作類包含下邊幾個函數(shù)：Public void CreateXml（）、public ListGetXmList（）、public List、GetBookInfoList（）等8個函數(shù)。通過這種方式一方面實(shí)現(xiàn)了對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方面的信息：機(jī)型信息（機(jī)型名稱、生產(chǎn)線、選用合金牌號、鐵液總重、配料單生成時(shí)間）、所需爐料（爐料名稱、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。其中國家標(biāo)準(zhǔn)文檔信息包含文件名、文件編號、發(fā)布日期、上傳日期、上傳人員、分類標(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、發(fā)布日期、修訂日期、編輯部門、上傳人員、分類標(biāo)題、下載次數(shù)等相關(guān)信息。

用戶可通過系統(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WCF服務(wù)實(shí)現(xiàn)。WCF的全名是：Windows Communication Foundation，是一個運(yùn)行庫和一組 API，用于創(chuàng)建在服務(wù)與客戶端之間發(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 Internet 訪問的系統(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。針對鑄造材料數(shù)據(jù)庫中大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，WCF是最合適的數(shù)據(jù)傳輸方式。目前數(shù)據(jù)庫內(nèi)已存有現(xiàn)行鑄造材料國家標(biāo)準(zhǔn)文件一百多份。

結(jié)束語

本項(xiàng)目針對企業(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。系統(tǒng)對鑄造標(biāo)準(zhǔn)和手冊、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，使選材過程程序化、定量化。系統(tǒng)還可以改善配料的合理性，提供對數(shù)據(jù)文件管理查詢和爐前配料機(jī)制，從而便于工程人員的使用。