铸造材料数据库的架构与开发
2019-04-04刘浩王宽儒李亚康
刘浩 王宽儒 李亚康
摘要：铸造材料数据库的主要用途是根据铸件的力学性能和使用场合等要求辅助铸造工作人员选择合适的材料，并提供有效的配比运算得出经济可行的材料配比方案。同时对铸造标准和手册、相关实验、企业铸造原材料技术规范内的数据及企业实际生产铸件的性能参数加以整合管理，为用户选材、用材的合理、可靠、先進、经济提供最根本的基础，使选材过程程序化、定量化。
关键词：性能参数;材料配比;铸造材料
引言
为了对铸造标准和手册、相关实验、企业铸造原材料技术规范内的数据及企业实际生产铸件的性能参数加以整合管理，使选材过程程序化、定量化，改善配料的合理性，需要有对数据文件管理查询和炉前配料的机制。铸造材料数据库就是为了解决这一问题而设计，它包括：数据管理、数据检索、炉料配比几个模块。
1 整体设计
铸造材料数据库主要用于提供给用户各牌号灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁的性能国家标准指标及可靠的化学成分范围，提供凝固模拟所需铸造材料的热物性参数，整合管理企业实际生产铸件的性能参数等相关信息，形成规范标准的专家数据库。优化铸件选材方式，依据铸件的性能要求、几何形状和使用场合等条件可筛选出实用的材料，使选材有据可依。实现合理可靠的炉料配比运算，配料表单生成，配料结果输出，使得配料过程程序化、定量化。同时分类编码管理生产所需各类铸造材料性能信息，创建铸造材料国家标准、企业铸造原材料技术规范文件的共享机制。
软件采用三层架构的开发模式和C/S结构系统框架，结合SQL Server 2008数据库管理系统和.NET Remoting分布式远程服务组件，使用Visual Studio 2010开发平台和C#语言进行开发。为了与其他系统互联互通做好准备条件，防止信息孤岛的产生，软件设计了与其他系统对接的多种类型接口，包括web服务接口，wcf服务接口，串行接口等。
2 软件架构与开发
2.1 系统突出特点
铸造材料数据库在选材时采用推理机制，即先将一批信息存放到数据库中，把这事实与规则的前提匹配，通过逐级筛选匹配成功的规则得到结论，把得到的结论作为新的事实存放到数据库中。
该系统可实时记录用户的搜索条件及与之相对应的查询结果，并根据得到确认的合金数据创建优化的数据库表，使系统可根据用户的查询条件实时显示历史最佳匹配，避免重复进行推理流程，缩短查询时间，提高专家智能数据的准确性。
该系统在配料时可自动获得厂家的生产线、机型、选用合金、化学成分标准等相关信息。在配料计算过程中可以灵活的增删炉料的种类和重量，系统会对运算结果实时校核进行报警。针对数据的安全性的高低还可以智能的设定读者范围等功能，可以根据需要把配料结果通过串口推送到厂家设备。
2.2 软件架构与开发
铸造材料数据库对铸造标准和手册、相关实验、企业铸造原材料技术规范内的数据及企业实际生产铸件的性能参数加以整合管理，使选材过程程序化、定量化，改善配料的合理性，使之有完善可靠的专家数据库、科学的选材方案和炉前配料机制。
它包括数据管理、数据检索、炉料配比三个功能模块和角色管理等系统设置模块。
（1）数据管理模块包含铸造材料性能参数国家标准和企业标准、铸造模拟仿真数据、铸件信息等数据或规范文件的管理，比如上传、增加、修改、删除等。
（2）数据检索模块包含多种检索方式以获取铸造材料的性能信息标准数据或标准文件，并为铸件的选材提供参考。
（3）炉料配比模块包含炉料的管理、炉料配比计算、配比项目的管理。
（4）系统设置可以进行角色管理、系统日志管理等操作。
功能的设定是依托于用户的需求的，它从以下几个方面进行开发。
1） 软件全面囊括了各牌号灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁的性能参数标准，并基于企业生产历史数据和诸多专家经验数值，总结出可靠的化学成分范围，并非教科书上死板的数据，与实际生产联系紧密。软件涵盖了凝固模拟软件所需铸造材料热物性参数信息，便于设计人员进行凝固模拟计算时查找数据。
系统收纳了多种铸铁合金材料牌号，灰铸铁的牌号有HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350，球墨铸铁的牌号有QT350-22、QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT550-5、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2，蠕墨铸铁的牌号有RuT300、RuT350、RuT400、RuT450、RuT500。
其涵盖了灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁通用标准的所有牌号，并从化学成分、力学性能、物理性能、牌号对照表、几何形状及使用场合信息五个方面对其性能参数进行详细的分类管理，足以满足技术人员对于铸铁合金材料性能信息的需求。
依托于上述从属关系，创建了铸铁合金材料性能参数管理模块，可对其进行添加、编辑、删除等维护工作，以确保数据的准确性、时效性。
考虑到用户对数据的使用情况可能是已知铸铁合金的牌号来获取该牌号合金材料的性能信息，或者是根据一个局部性能要求信息，快捷地搜索到铸铁合金牌号，然后以铸铁合金牌号为索引，获得完整的铸铁合金信息详情。
由此设计了三种查询方式，如下所示：
①基础数据检索：用户可选取牌号、名称、基体中任一种条件，进行精确或模糊两种模式获取所需信息。
②在结果中检索：用户可在已筛选过的数据集合的基础上进行进一步的排查。
③高级检索：该功能可根据用户给出的物理性能和机械性能、使用场合信息、几何形状信息等条件进行多条件检索。
软件一方面提供了铸铁合金材料性能标准数据，另一方面考虑到铸造设计人员在进行凝固模拟仿真时对于热物性参数的需求，将JSCAST和MAGMA等铸造专用模拟软件中的所需铸造材料热物性参数数据整理录入系统便于用户查阅。根据需要也可进行添加、编辑、删除等维护工作。
2）软件实现适用于实际生产的科学灵活且含有预警机制的炉前炉料成分的配比运算，并以配比项目的方式对相关信息进行集成管理;
铸件的配料就是将回炉料、废钢以及合金元素等多种金属炉料进行合理的配合，并通过熔炼炉熔炼获得铸件合金牌号性能所要求的化学成分范围。铸件配料应遵循的基本原则是：严格按照铸件合金牌号性能所要求的化学成分范围进行配料，并在完全保证铸件质量的前提下，力求成本最低。
故将炉料配比分为三个模块：炉料管理、炉料配比计算、配比项目管理。配料所需的材料存储在炉料管理模块，为配料计算提供了基础数据;炉料配比计算是炉料配比的主要运算界面;配比项目管理主要用于配比计算结果及其相关信息的统一管理，使得铸件的配料方案有据可循。
软件调用方式是依次通过WPFUI，UIMODeL，BLL，DAL，最终通过XML操作类对XML文档进行调用。XML操作类包含下边几个函数：Public void CreateXml（）、public List
由于实际生产需提供配料单以确保信息传输的准确性，且工作报表等管理方面的需要，配料单的生成获取也显得极为重要。配料单主要包含三个方面的信息：机型信息（机型名称、生产线、选用合金牌号、铁液总重、配料单生成时间）、所需炉料（炉料名称、炉料重量）、化学成分（配比计算结果、企业化学成分要求最佳值）。目前提供有以Excel、PDF或图片的形式导出，或直接打印输出。
目前选用的是以串口的方式来进行通信。串口是计算机上一种非常通用的设备通信接口。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信接口，很多兼容的设备也带有RS-232口。利用串口通信，自定义协议，把配料的相关数据发送到硬件设备上，保证了数据的联通性，避免了形成信息孤岛。
3）软件实现铸造材料国家标准、企业铸造原材料技术规范的共享。
出于对文档管理的规范化和查找资料的便捷性的考虑，系统对标准文件的相关信息进行了收集整理录入。其中国家标准文档信息包含文件名、文件编号、发布日期、上传日期、上传人员、分类标题、下载次数等相关信息;企业标准文档信息包含文件名、文件编号、发布日期、修订日期、编辑部门、上传人员、分类标题、下载次数等相关信息。
用户可通过系统查阅到已整理的所有标准文件的信息详情及內容，根据自己需要选择在线预览或本地下载，节省了翻阅手册查找资料的时间，企业资源共享程度也得以提高。
标准文档的上传、下载、预览功能均通过WCF服务实现。WCF的全名是：Windows Communication Foundation，是一个运行库和一组 API，用于创建在服务与客户端之间发送消息的系统。它使用相同的基础结构和API 来创建应用程序，这些应用程序可与同一计算机系统上或驻留在另一家公司内并通过 Internet 访问的系统上的其他应用程序进行通信。WCF服务可以用HTTP、TCP等多种协议进行数据传输，在安全性、可靠性、传输速率等方面均表现突出。针对铸造材料数据库中大数据传输的需求，WCF是最合适的数据传输方式。目前数据库内已存有现行铸造材料国家标准文件一百多份。
结束语
本项目针对企业生产线的实际特点，设计了一套完整数据库。系统对铸造标准和手册、相关实验、企业铸造原材料技术规范内的数据及企业实际生产铸件的性能参数加以整合管理，使选材过程程序化、定量化。系统还可以改善配料的合理性，提供对数据文件管理查询和炉前配料机制，从而便于工程人员的使用。
