賈廣斌，孫福臻，張泉達(dá)，劉持振

（1.機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司 先進(jìn)成形技術(shù)與裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；2.煙臺(tái)凌云汽車工業(yè)科技有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

輕量化已成為世界公認(rèn)的汽車發(fā)展潮流和趨勢(shì)，減輕車身自重可有效降低油耗，減少碳排放，提升整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性[1]。超高強(qiáng)度鋼越來越多地被用于制造車體的安全零部件，如A 柱、B 柱、防撞梁等[2]，因其既可以實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，同時(shí)又能保證安全性，可以賦予零部件高性價(jià)比。

超高強(qiáng)鋼熱沖壓工藝涉及加熱爐、壓機(jī)、模具等多臺(tái)套設(shè)備，工藝參數(shù)多且參數(shù)調(diào)整范圍大，造成熱沖壓工藝設(shè)計(jì)難度大。文中研究搭建適用于批量生產(chǎn)的工藝數(shù)據(jù)庫，并采用智能算法根據(jù)零件尺寸、形狀特征對(duì)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，縮短新產(chǎn)品的工藝開發(fā)周期，掌握熱沖壓零件工藝設(shè)計(jì)技術(shù)。

1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

超高強(qiáng)鋼熱沖壓工藝數(shù)據(jù)包括材料性能信息、零件結(jié)構(gòu)信息、設(shè)備參數(shù)信息、工藝參數(shù)信息、零件質(zhì)量與能耗信息等。文中依據(jù)數(shù)據(jù)分類及其在熱沖壓工藝上的典型應(yīng)用建立了兩類數(shù)據(jù)庫，共6 個(gè)子庫：①技術(shù)參數(shù)類數(shù)據(jù)庫，包括零件信息庫、設(shè)計(jì)工藝庫、工藝方案庫、生產(chǎn)工藝庫、設(shè)備信息庫共5 項(xiàng)子庫；② 信息應(yīng)用類數(shù)據(jù)庫，包括標(biāo)準(zhǔn)類庫1 項(xiàng)子庫，以及智能分析模塊。技術(shù)參數(shù)類數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)對(duì)各類參數(shù)信息進(jìn)行分類匯總，并在用戶界面上鏈接顯示相關(guān)信息項(xiàng)，以便對(duì)比查看；信息應(yīng)用類據(jù)庫是對(duì)技術(shù)參數(shù)信息之外的其他相關(guān)文檔信息進(jìn)行匯總，并在智能分析模塊中對(duì)技術(shù)參數(shù)類數(shù)據(jù)庫中的主要參數(shù)信息進(jìn)行檢索和圖形化展示，便于用戶對(duì)比分析。兩類數(shù)據(jù)庫信息模塊之間通過關(guān)聯(lián)的屬性字段相互鏈接，形成超高強(qiáng)鋼熱沖壓工藝方案數(shù)據(jù)庫體系。6 個(gè)子庫的詳細(xì)描述如下所示。

1）零件信息庫中記錄和零件相關(guān)的全部信息，包括3 個(gè)子表：基本信息、產(chǎn)品要求和材料屬性?；拘畔⒈碛脕碛涗浟慵幕拘畔?，包括零件類型、零件名稱、外形尺寸、主機(jī)廠[4]、項(xiàng)目代號(hào)、零件代號(hào)、質(zhì)量、料厚、總產(chǎn)量，其中前6 項(xiàng)組合作為外鍵鏈接到其他數(shù)據(jù)表，作為檢索的主鍵值。

產(chǎn)品客戶對(duì)熱沖壓零件的技術(shù)要求在“產(chǎn)品要求”表中體現(xiàn)，具體來說它由4 個(gè)子表構(gòu)成，即材料牌號(hào)、力學(xué)性能、表面質(zhì)量和金相組織。材料牌號(hào)[5]子表包括3 個(gè)部分：化學(xué)成分、力學(xué)性能和表面質(zhì)量?；瘜W(xué)成分要求包括10 種元素的成分百分比：C，Si，Mn，P，S，Alt，B，Cr，Ti，N。材料的力學(xué)性能[6]要求包括5 項(xiàng)屬性：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、硬度、彎曲角。表面質(zhì)量[7]要求包括5 項(xiàng)屬性：涂層代碼、單面涂層平均質(zhì)量、單面涂層厚度、涂層密度、表面粗糙度。

主機(jī)廠對(duì)零件產(chǎn)品和材料的力學(xué)性能要求包括的屬性項(xiàng)是一樣的，只是具體的數(shù)值或者范圍不同。產(chǎn)品的表面質(zhì)量要求包括4 項(xiàng)屬性的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值和檢測數(shù)值：涂層厚度、脫碳層厚度、粗糙度[8]、磷化標(biāo)準(zhǔn)。另外產(chǎn)品要求表中還提供了金相組織的圖片和描述2 項(xiàng)屬性。

零件的材料屬性表包括4 個(gè)部分：基本信息、化學(xué)成分、力學(xué)性能和表面質(zhì)量，其中后邊3 個(gè)部分和產(chǎn)品要求表中“材料牌號(hào)”所包含的3 個(gè)部分是一致的，所以在用戶訪問的網(wǎng)頁頁面上“材料牌號(hào)”是一個(gè)鏈接，用戶點(diǎn)擊這個(gè)鏈接以后，網(wǎng)頁就會(huì)彈出對(duì)應(yīng)當(dāng)前這條記錄的“材料屬性”詳情信息。材料的基本信息包括8 項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)：材料類型、供應(yīng)商、牌號(hào)、材質(zhì)、料厚、幅寬、制造工藝和成材率。

2）設(shè)計(jì)工藝庫按照零件的板材類型不同劃分為6 個(gè)子表：普通板類、補(bǔ)丁板類、拼焊板類、不等厚板類、軟硬分區(qū)類和其他類。所有子表共享由5 個(gè)部分組成的統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：基本信息、工藝分析、冷卻分析、落料排樣和邊線預(yù)開發(fā)。基本信息包含4 項(xiàng)屬性字段：零件名稱、主機(jī)廠、項(xiàng)目代號(hào)和零件代號(hào)，它們和基本信息表中的信息是對(duì)應(yīng)一致的。

工藝分析包含3 類數(shù)據(jù)：工藝方法、CAE 參數(shù)設(shè)置和DL 圖信息。“工藝方法”包括5 項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)：沖壓方向、上模壓料部位、下模壓料部位、料片定位方式[9]和頂料桿位置，每項(xiàng)都包括“圖片”和“文字描述”屬性字段?！癈AE 參數(shù)設(shè)置”包括6 項(xiàng)屬性數(shù)據(jù)：成形力、壓料力、保壓時(shí)間[10]、加熱時(shí)間、模具溫度和加熱溫度。

“DL 圖信息，冷卻分析，落料排樣，邊線預(yù)開發(fā)”都由“圖片”和“文字描述”屬性字段構(gòu)成。

3）生產(chǎn)工藝庫包括3 類主系統(tǒng)的參數(shù)：壓機(jī)、加熱爐和自動(dòng)化，它們共有的參數(shù)有5 項(xiàng)：零件代號(hào)、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)線ID、產(chǎn)線名稱和備注。壓機(jī)特有的參數(shù)共10 項(xiàng)：滑塊上限位高度、滑塊下行轉(zhuǎn)慢高度、滑塊下限位高度、壓機(jī)下行最大速度、壓機(jī)回程最大速度[11]、保壓時(shí)間、壓機(jī)下行時(shí)間、壓機(jī)回程時(shí)間、成形壓力和模具氮?dú)飧讛?shù)值。加熱爐特有的參數(shù)共12 項(xiàng)：料片爐內(nèi)傳輸速度、料片加熱循環(huán)時(shí)間、料片最長加熱時(shí)間、加熱爐出料節(jié)拍、料片出爐轉(zhuǎn)移時(shí)間[12]、露點(diǎn)、壓縮空氣、料片加熱設(shè)定溫度、保護(hù)氣氛、溫區(qū)數(shù)量、溫區(qū)設(shè)置和極限產(chǎn)能。自動(dòng)化特有的參數(shù)共14 項(xiàng)：壓縮空氣、轉(zhuǎn)移時(shí)間、機(jī)械手上料節(jié)拍、機(jī)械手下料節(jié)拍、整線節(jié)拍、送料高度、料片定中溫度[13]、成形前溫度、成形后溫度、模具溫度、上模單條管路冷卻水流量、下模單條管路冷卻水流量、上模冷卻水出口溫度和下模冷卻水出口溫度。

4）工藝方案庫包括和工藝相關(guān)的2 類數(shù)據(jù)表：工藝報(bào)價(jià)和工裝費(fèi)用?！肮に噲?bào)價(jià)”表包括熱沖壓工序及相關(guān)項(xiàng)共6 類數(shù)據(jù)：基本信息、落料工序[14]、熱成形工序、激光切割工序、拋丸工序和質(zhì)量檢驗(yàn)，其中“基本信息”和“零件信息庫”對(duì)應(yīng)一致，其余5 類數(shù)據(jù)都包括“工裝費(fèi)用”項(xiàng)。“工裝費(fèi)用”除了“基本信息”公共字段外，還包括4 項(xiàng)屬性字段：費(fèi)用、數(shù)量、合計(jì)與備注?！盁岢尚喂ば颉钡摹肮ぱb費(fèi)用”分為3 類：熱成形模具、端拾器和托盤。

除了“質(zhì)量檢驗(yàn)”之外的所有工序都包括“設(shè)備名稱，生產(chǎn)節(jié)拍”2 項(xiàng)屬性，只有“落料工序”和“熱成形工序”包括“總產(chǎn)量”項(xiàng)，“落料工序”還包括“材料利用率”項(xiàng)。

5）設(shè)備信息庫包含了和生產(chǎn)線及設(shè)備配置相關(guān)的8 個(gè)子表，即生產(chǎn)線配置、壓機(jī)配置、加熱爐配置、拆垛機(jī)器人配置、上料機(jī)械手配置、下料機(jī)械手配置、熱敏相機(jī)配置和打標(biāo)設(shè)備配置?！吧a(chǎn)線配置”包括4 個(gè)公共屬性字段：產(chǎn)線名稱、產(chǎn)線ID、產(chǎn)線類型、總能耗；此外，還包括指向所有設(shè)備的鏈接字段，即設(shè)備ID，用以展示各個(gè)設(shè)備的詳細(xì)配置參數(shù)。

所有設(shè)備配置子表都包括5 個(gè)公共屬性字段：產(chǎn)線ID、設(shè)備ID、供應(yīng)商、型號(hào)和備注?！皦簷C(jī)配置”包括7 個(gè)特殊屬性：噸位、工作臺(tái)尺寸、最大下行速度、最大回程速度、快轉(zhuǎn)慢高度、占地面積和平均能耗?！凹訜釥t配置”也包括7 個(gè)特殊屬性：加熱溫區(qū)數(shù)量[15]、有效加熱寬度、爐輥間距、爐長、裝機(jī)功率、占地面積和平均能耗?！安鸲鈾C(jī)器人配置”包括2 個(gè)特殊屬性：軸數(shù)和滑軌距離。

6）按照產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)類庫中設(shè)立5 個(gè)子表，即設(shè)備開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)件標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)和材料標(biāo)準(zhǔn)。所有子表都包括7 項(xiàng)屬性字段：文件名稱、擴(kuò)展名、文件大小、文件版本、更新時(shí)間、讀寫動(dòng)作和備注。用戶通過訪問這些標(biāo)準(zhǔn)文件，將設(shè)計(jì)流程信息共享，提高了設(shè)計(jì)效率。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)搭建

基于上述熱沖壓工藝數(shù)據(jù)信息，文中以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server 為平臺(tái)，通過開發(fā)工具Visual Studio C#，采用ASP.Net Core 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)搭建、網(wǎng)頁界面開發(fā)，實(shí)現(xiàn)用戶登錄，數(shù)據(jù)錄入并儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和檢索、數(shù)據(jù)及用戶管理等功能，建立熱沖壓工藝方案數(shù)據(jù)庫。

2.1 數(shù)據(jù)庫模型

1）數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)是指對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行功能分析，歸納總結(jié)，采用一些屬性字段及其實(shí)體來反映相互間的關(guān)系，形成邏輯概念模型的過程。系統(tǒng)實(shí)體-關(guān)系（E-R）圖是進(jìn)行概念結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的常用描述工具[3]。本系統(tǒng)的E-R 圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)E-R 圖Fig.1 E-R chart of system

2）錄入數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存，導(dǎo)出數(shù)據(jù)。用戶登錄系統(tǒng)之后，點(diǎn)擊相應(yīng)的菜單入口即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“添加、刪除、編輯”操作，之后“提交”操作即可將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)以后，通過“篩選、打印、導(dǎo)出”功能可以將頁面上顯示的數(shù)據(jù)打印出來，或者導(dǎo)出成pdf 和excel 格式電子檔文件，方便使用。

熱沖壓工藝數(shù)據(jù)庫原型系統(tǒng)包含材料信息、產(chǎn)品規(guī)格信息、零件特征信息、設(shè)備屬性和工藝參數(shù)信息等12 類報(bào)表，每個(gè)報(bào)表中包含名稱、數(shù)字、圖片、鏈接、表格等多種類型的屬性數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)分別采用相應(yīng)類型的變量管理這些數(shù)據(jù)的類型、類別以及長度，如圖2 所示。比如零件質(zhì)量、料厚、產(chǎn)量、幅寬、材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等整型或者浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，采用數(shù)值型變量存儲(chǔ)；零件類型、零件名稱、圖片保存所在的路徑等數(shù)據(jù)采用文本型變量存儲(chǔ)，并采用nvarchar 類型來節(jié)省存儲(chǔ)空間；標(biāo)識(shí)材料是否可用等屬性的數(shù)據(jù)采用布爾型變量存儲(chǔ)；表示記錄條目的創(chuàng)建時(shí)間和修改時(shí)間的數(shù)據(jù)采用日期型變量存儲(chǔ)。

圖2 數(shù)據(jù)類型和操作方式Fig.2 Data type and operation method

3）用戶交互界面設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用 Web瀏覽器作為用戶與數(shù)據(jù)庫之間交互的界面，用于數(shù)據(jù)記錄的添加、刪除、更新和查詢操作，以及管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括“零件信息庫”、“設(shè)計(jì)工藝庫”、“生產(chǎn)工藝庫”、“工藝方案庫”、“設(shè)備信息庫”和“標(biāo)準(zhǔn)類庫”，每個(gè)庫中包含“添加、刪除、更新”3種功能。另外還有“智能分析”模塊，其中包括“信息查詢、信息對(duì)比、推薦方案”3 項(xiàng)功能，分別采用和“零件”信息相關(guān)的若干關(guān)鍵詞對(duì)子庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，給用戶提供對(duì)應(yīng)查詢檢索信息。如表1 所示。

表1 智能分析模塊功能Tab.1 Functions of intelligent analysis module

2.2 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行

1）用戶登錄與系統(tǒng)界面。用戶登錄系統(tǒng)時(shí)需要輸入用戶名稱和密碼，如圖3 所示，系統(tǒng)服務(wù)器會(huì)搜索數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證用戶名和密碼的正確性，只有用戶名和密碼都正確才能成功登錄。登錄成功后，顯示系統(tǒng)主界面，如圖4 所示。否則，系統(tǒng)將提示“用戶不存在”或“密碼錯(cuò)誤”。

圖3 系統(tǒng)登錄界面Fig.3 Login interface of system

圖4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主界面Fig.4 Main interface of database system

圖5 信息對(duì)比Fig.5 Information comparison

2）數(shù)據(jù)庫信息查詢。數(shù)據(jù)檢索功能可通過數(shù)據(jù)關(guān)鍵詞實(shí)現(xiàn)全字段和部分字段的模糊檢索，顯示匹配數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)的信息。以“設(shè)備信息庫”為例，在“信息對(duì)比”中輸入某零件代號(hào)后，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，對(duì)應(yīng)記錄的信息便可通過文本、表格和圖片等方式顯示出來，部分結(jié)果的截圖如圖5 所示。同時(shí)通過查詢結(jié)果中的“查看”按鈕，實(shí)現(xiàn)與其他子庫的鏈接，如在“零件信息庫”中點(diǎn)擊“查看”材料，可直接鏈接到材料屬性的詳情信息界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。同理，產(chǎn)品要求信息、設(shè)計(jì)工藝信息、生產(chǎn)工藝信息、工藝報(bào)價(jià)信息和設(shè)備信息也可以通過類似方式讀取。

3 結(jié)語

熱沖壓工藝信息化管理系統(tǒng)建立了適用于批量生產(chǎn)的信息庫，包含普通板、補(bǔ)丁板、拼焊板、軟硬分區(qū)板、不等厚板、其他共6 類板材，A 柱、B 柱等15 種零件類型，以及相關(guān)的零件信息、材料屬性、產(chǎn)品要求、制造工藝、供應(yīng)商、產(chǎn)線、設(shè)備等7 類數(shù)據(jù)信息，通過關(guān)鍵詞將6 個(gè)子庫相關(guān)聯(lián)，集成在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立查詢與多條件聯(lián)合查詢，并采用智能算法根據(jù)零件尺寸、形狀特征等對(duì)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，縮短新產(chǎn)品的工藝開發(fā)周期。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過服務(wù)器存儲(chǔ)，瀏覽器網(wǎng)頁方式訪問，便于查閱與維護(hù)；內(nèi)容上包含6 個(gè)子庫，數(shù)據(jù)信息豐富，并具有開放性，可通過添加、刪除、修改等功能，不斷完善數(shù)據(jù)庫信息。

熱沖壓工藝信息化管理系統(tǒng)有利于企業(yè)工藝設(shè)計(jì)和研究人員總體把握和快速掌握熱沖壓零件工藝設(shè)計(jì)技術(shù)，促進(jìn)國內(nèi)熱沖壓工藝技術(shù)研究水平提高。后續(xù)將進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫信息，加強(qiáng)與相關(guān)企業(yè)合作，完善模具信息，材料信息，加入模具變形速率、溫度關(guān)系曲線，材料動(dòng)靜態(tài)特性、疲勞性能、熱力性能等明細(xì)數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)庫技術(shù)平臺(tái)的作用。