鑄造材料數據庫的架構與開發

劉浩 王寬儒 李亞康

摘要：鑄造材料數據庫的主要用途是根據鑄件的力學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算得出經濟可行的材料配比方案。同時對鑄造標準和手冊、相關實驗、企業鑄造原材料技術規范內的數據及企業實際生產鑄件的性能參數加以整合管理，為用戶選材、用材的合理、可靠、先進、經濟提供最根本的基礎，使選材過程程序化、定量化。

關鍵詞：性能參數;材料配比;鑄造材料

引言

為了對鑄造標準和手冊、相關實驗、企業鑄造原材料技術規范內的數據及企業實際生產鑄件的性能參數加以整合管理，使選材過程程序化、定量化，改善配料的合理性，需要有對數據文件管理查詢和爐前配料的機制。鑄造材料數據庫就是為了解決這一問題而設計，它包括：數據管理、數據檢索、爐料配比幾個模塊。

1 整體設計

鑄造材料數據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準指標及可靠的化學成分范圍，提供凝固模擬所需鑄造材料的熱物性參數，整合管理企業實際生產鑄件的性能參數等相關信息，形成規范標準的專家數據庫。優化鑄件選材方式，依據鑄件的性能要求、幾何形狀和使用場合等條件可篩選出實用的材料，使選材有據可依。實現合理可靠的爐料配比運算，配料表單生成，配料結果輸出，使得配料過程程序化、定量化。同時分類編碼管理生產所需各類鑄造材料性能信息，創建鑄造材料國家標準、企業鑄造原材料技術規范文件的共享機制。

軟件采用三層架構的開發模式和C/S結構系統框架，結合SQL Server 2008數據庫管理系統和.NET Remoting分布式遠程服務組件，使用Visual Studio 2010開發平臺和C#語言進行開發。為了與其他系統互聯互通做好準備條件，防止信息孤島的產生，軟件設計了與其他系統對接的多種類型接口，包括web服務接口，wcf服務接口，串行接口等。

2 軟件架構與開發

2.1 系統突出特點

鑄造材料數據庫在選材時采用推理機制，即先將一批信息存放到數據庫中，把這事實與規則的前提匹配，通過逐級篩選匹配成功的規則得到結論，把得到的結論作為新的事實存放到數據庫中。

該系統可實時記錄用戶的搜索條件及與之相對應的查詢結果，并根據得到確認的合金數據創建優化的數據庫表，使系統可根據用戶的查詢條件實時顯示歷史最佳匹配，避免重復進行推理流程，縮短查詢時間，提高專家智能數據的準確性。

該系統在配料時可自動獲得廠家的生產線、機型、選用合金、化學成分標準等相關信息。在配料計算過程中可以靈活的增刪爐料的種類和重量，系統會對運算結果實時校核進行報警。針對數據的安全性的高低還可以智能的設定讀者范圍等功能，可以根據需要把配料結果通過串口推送到廠家設備。

2.2 軟件架構與開發

鑄造材料數據庫對鑄造標準和手冊、相關實驗、企業鑄造原材料技術規范內的數據及企業實際生產鑄件的性能參數加以整合管理，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據庫、科學的選材方案和爐前配料機制。

它包括數據管理、數據檢索、爐料配比三個功能模塊和角色管理等系統設置模塊。

（1）數據管理模塊包含鑄造材料性能參數國家標準和企業標準、鑄造模擬仿真數據、鑄件信息等數據或規范文件的管理，比如上傳、增加、修改、刪除等。

（2）數據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準數據或標準文件，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、爐料配比計算、配比項目的管理。

（4）系統設置可以進行角色管理、系統日志管理等操作。

功能的設定是依托于用戶的需求的，它從以下幾個方面進行開發。

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標準，并基于企業生產歷史數據和諸多專家經驗數值，總結出可靠的化學成分范圍，并非教科書上死板的數據，與實際生產聯系緊密。軟件涵蓋了凝固模擬軟件所需鑄造材料熱物性參數信息，便于設計人員進行凝固模擬計算時查找數據。

系統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、球墨鑄鐵通用標準的所有牌號，并從化學成分、力學性能、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進行詳細的分類管理，足以滿足技術人員對于鑄鐵合金材料性能信息的需求。

依托于上述從屬關系，創建了鑄鐵合金材料性能參數管理模塊，可對其進行添加、編輯、刪除等維護工作，以確保數據的準確性、時效性。

考慮到用戶對數據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。

由此設計了三種查詢方式，如下所示：

①基礎數據檢索：用戶可選取牌號、名稱、基體中任一種條件，進行精確或模糊兩種模式獲取所需信息。

②在結果中檢索：用戶可在已篩選過的數據集合的基礎上進行進一步的排查。

③高級檢索：該功能可根據用戶給出的物理性能和機械性能、使用場合信息、幾何形狀信息等條件進行多條件檢索。

軟件一方面提供了鑄鐵合金材料性能標準數據，另一方面考慮到鑄造設計人員在進行凝固模擬仿真時對于熱物性參數的需求，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數據整理錄入系統便于用戶查閱。根據需要也可進行添加、編輯、刪除等維護工作。

2）軟件實現適用于實際生產的科學靈活且含有預警機制的爐前爐料成分的配比運算，并以配比項目的方式對相關信息進行集成管理;

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成分范圍。鑄件配料應遵循的基本原則是：嚴格按照鑄件合金牌號性能所要求的化學成分范圍進行配料，并在完全保證鑄件質量的前提下，力求成本最低。

故將爐料配比分為三個模塊：爐料管理、爐料配比計算、配比項目管理。配料所需的材料存儲在爐料管理模塊，為配料計算提供了基礎數據;爐料配比計算是爐料配比的主要運算界面;配比項目管理主要用于配比計算結果及其相關信息的統一管理，使得鑄件的配料方案有據可循。

軟件調用方式是依次通過WPFUI，UIMODeL，BLL，DAL，最終通過XML操作類對XML文檔進行調用。XML操作類包含下邊幾個函數：Public void CreateXml（）、public ListGetXmList（）、public List、GetBookInfoList（）等8個函數。通過這種方式一方面實現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操作數據庫所造成的風險因素。

由于實際生產需提供配料單以確保信息傳輸的準確性，且工作報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：機型信息（機型名稱、生產線、選用合金牌號、鐵液總重、配料單生成時間）、所需爐料（爐料名稱、爐料重量）、化學成分（配比計算結果、企業化學成分要求最佳值）。目前提供有以Excel、PDF或圖片的形式導出，或直接打印輸出。

目前選用的是以串口的方式來進行通信。串口是計算機上一種非常通用的設備通信接口。大多數計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信接口，很多兼容的設備也帶有RS-232口。利用串口通信，自定義協議，把配料的相關數據發送到硬件設備上，保證了數據的聯通性，避免了形成信息孤島。

3）軟件實現鑄造材料國家標準、企業鑄造原材料技術規范的共享。

出于對文檔管理的規范化和查找資料的便捷性的考慮，系統對標準文件的相關信息進行了收集整理錄入。其中國家標準文檔信息包含文件名、文件編號、發布日期、上傳日期、上傳人員、分類標題、下載次數等相關信息;企業標準文檔信息包含文件名、文件編號、發布日期、修訂日期、編輯部門、上傳人員、分類標題、下載次數等相關信息。

用戶可通過系統查閱到已整理的所有標準文件的信息詳情及內容，根據自己需要選擇在線預覽或本地下載，節省了翻閱手冊查找資料的時間，企業資源共享程度也得以提高。

標準文檔的上傳、下載、預覽功能均通過WCF服務實現。WCF的全名是：Windows Communication Foundation，是一個運行庫和一組 API，用于創建在服務與客戶端之間發送消息的系統。它使用相同的基礎結構和API 來創建應用程序，這些應用程序可與同一計算機系統上或駐留在另一家公司內并通過 Internet 訪問的系統上的其他應用程序進行通信。WCF服務可以用HTTP、TCP等多種協議進行數據傳輸，在安全性、可靠性、傳輸速率等方面均表現突出。針對鑄造材料數據庫中大數據傳輸的需求，WCF是最合適的數據傳輸方式。目前數據庫內已存有現行鑄造材料國家標準文件一百多份。

結束語

本項目針對企業生產線的實際特點，設計了一套完整數據庫。系統對鑄造標準和手冊、相關實驗、企業鑄造原材料技術規范內的數據及企業實際生產鑄件的性能參數加以整合管理，使選材過程程序化、定量化。系統還可以改善配料的合理性，提供對數據文件管理查詢和爐前配料機制，從而便于工程人員的使用。