石材高效加工工藝數據庫的研究與開發

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，還會關系到后續工序的加工效率和質量[1]，其加工成本占整個板材加工成本的60%以上。在當前制造環境中，以高速加工為主題的高效加工技術的運用越來越廣泛，但由于數據庫的缺乏，現代化的花崗石加工卻依然停留在刀具選擇方法、加工工藝參數靠工人的加工經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。因此建立一個系統的花崗石高效加工工藝數據庫,用它來積累和儲存豐富的花崗石加工的生產和實驗數據，為產品加工、組織生產提供科學依據，是實現花崗石加工的必然要求。

1 高效加工工藝參數的來源與評價

工藝參數的搜集與評價是建立加工工藝數據庫的一項基礎工作，也是最重要的一項工作。所搜集數據的豐富程度、準確程度，直接決定著數據庫的使用性能。數據的來源主要有三個方面(如表1所示)：文獻數據、實驗數據和生產實踐數據。

為了確保數據的可靠性，搜集到的數據必須經過相關專家的評價以后才能錄入到數據庫中以提供給最終用戶。各個來源的工藝數據都有其局限性和特點，并隨著新技術的出現而不斷改變，用戶在使用時必須根據實際情況進行調整，對數據庫中數據的過分依賴和認為工藝數據的一成不變性都是錯誤的。本數據庫具有可擴展性，用戶可根據實際生產情況不斷修改和添加數據。

表1 不同來源數據的特點比較

2 花崗石高效加工工藝數據庫系統的建立

數據庫系統開發的起點是系統設計，這也是整個系統開發過程中最關鍵的一步，它決定著開發的成敗。系統設計主要包括系統功能分析、系統模塊設計、概念結構設計、邏輯結構設計以及開發與運行環境的選擇五大任務。

2.1 系統功能分析

花崗石高效加工工藝數據庫系統涉及到花崗石品種、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、高效加工工藝參數選擇等信息的錄入、修改和刪除等功能。為完善系統的管理功能，增加數據庫系統的系統用戶管理功能，包括系統用戶數據的添加、修改和刪除功能。普通用戶只能運行所有數據的查詢功能和自己的登錄管理功能；系統管理員則可運行系統的所有功能，包括所有數據信息的添加、修改以及刪除功能，從而有效保證數據庫系統的安全性。

圖1 花崗石高效加工工藝數據庫功能模塊流程圖

2.2 系統模塊設計

花崗石高效加工工藝數據庫的使用人員主要是工藝決策人員和生產現場的技術人員。為了不斷豐富和完善數據庫數據，還需由系統管理員負責數據庫系統的維護。考慮到數據庫不斷修改數據和添加數據的需要，提出了數據庫系統的模塊化設計。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據庫實體-聯系模型

2.3 概念結構設計

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

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?；◢徥咝Ъ庸すに嚁祿熘锌梢源_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、工藝參數等，每個實體有多個屬性。聯系的類型有一對一、一對多、多對多。本數據庫系統的E-R模型如圖2所示。

2.4 邏輯結構設計

數據庫的邏輯結構設計就是對概念設計得到的全局數據模型進行綜合，得出數據庫的邏輯數據模型。根據理論要求和實際需要將數據庫實體-聯系模型轉換成關系模型，最終確定數據庫主要包括花崗石品種、加工設備、刀具、刀桿、切削液、高效加工工藝參數等基表。表頭結構分別如表2所示。

表2 石材品種基本信息表

根據關系數據庫理論以及實驗和生產實際需要，對工藝參數的函數依賴關系進行模式分解和規范化，將多對多，一對多的關系轉化為一對一的關系，消除數據冗余，插入異常和刪除異常問題，最終確定數據關系模式。

2.5 開發與運行環境的選擇

開發與運行環境的選擇會影響到整個數據庫的設計，本數據庫系統開發與運行環境的選擇如下：

開發環境：Windows XP

開發工具：Visual Basic 6.0

數據庫管理系統：SQL Server 2000

數據庫服務器：SQL Server 2000桌面引擎

3 應用程序的開發

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

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

根據花崗石高效加工對數據的要求，數據庫的基本功能是根據已知加工條件（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。另外，本數據庫還能實現對花崗石品種、加工設備、刀具、刀桿等基本信息的管理和查詢。

圖3 系統用戶登錄結構功能圖

圖4 石材加工工藝信息管理功能結構圖

圖5 石材加工工藝信息查詢功能結構圖

由于應用程序較多，在此僅以數據庫系統登錄、系統主控界面、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。

為了有效保證數據庫系統的安全性與及時維護，本數據庫系統實現了用戶權限代碼識別驗證登錄功能，將用戶分為普通用戶和系統管理員兩種具有不同權限的用戶。普通用戶只能進行相關數據的查詢和自己的登錄管理；系統管理員則可以進行相關數據信息的添加、修改以及刪除，實現對數據庫的維護，其結構功能圖如圖3所示。

花崗石高效加工工藝信息維護與查詢的功能結構圖分別如圖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 結論

應用SQL Server 2000創建了花崗石高效加工工藝數據庫系統的框架，應用Visual Basic 6.0初步實現了數據庫的初步運行，能夠進行數據庫信息的管理與維護、用戶及其權限管理等操作，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，根據加工任務、選定的工藝參數及刀具、刀桿信息推薦出匹配的加工設備型號及信息；為實現花崗石制品的高效加工、有效的組織生產提供科學依據。

2）由于花崗石高效加工技術起步較晚，目前尚無可直接用于生產的通用高效加工數據手冊，可用的只有一部分花崗石品種的加工數據。花崗石可加工性等級的劃分為建立高效加工數據庫的推理功能提供了有力幫助，根據現有的成功加工實例或高效加工數據推理可加工性相近的花崗石品種的高效加工數據，直接或經試驗驗證后輸入數據庫作為可用數據。

3）數據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）數據庫具有分布式結構，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據，為協同生產、網絡生產等先進技術的發展提供了堅實的應用基礎和有力的技術支持。

花崗石高效加工工藝數據庫能夠存儲加工參數等數據供技術人員和工作人員查詢和使用，在管理工藝數據和輔助技術人員進行工藝規劃方面起著重要作用。為提高技術人員和操作人員的工作效率、促進企業穩定持續發展，石材高效加工工藝數據庫的建立將發揮重要作用。

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