鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)研究

王 營， 聶軍剛， 狄 飛， 文 武， 夏 青

（中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京 100044）

0 引言

鑄造成形是機(jī)械行業(yè)基礎(chǔ)制造工藝，鑄造技術(shù)廣泛用于航空、航天、汽車、石化、冶金、電力、造船、紡織等支柱產(chǎn)業(yè)， 是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯和零部件的主要方法之一，對(duì)提高裝備主機(jī)性能至關(guān)重要，是衡量一個(gè)國家裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 我國是世界鑄造大國，為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)，但我國在某些高端鑄件鑄造技術(shù)上仍然落后，造成我國相關(guān)高端裝備發(fā)展滯后。 鑄造行業(yè)中數(shù)量眾多的中小鑄造企業(yè)存在管理粗放、產(chǎn)能落后等情況，面臨資源能源消耗大、環(huán)境污染物排放多等綠色化發(fā)展難題。 因此，亟需針對(duì)困擾我國鑄造工藝可持續(xù)發(fā)展的能源、 資源及環(huán)境瓶頸問題，構(gòu)建面向鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，提高鑄造工藝綠色設(shè)計(jì)能力。

本文通過分析鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)服務(wù)對(duì)象，搭建鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)，開發(fā)鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫開展應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，為鑄造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐和模式參考。

1 平臺(tái)技術(shù)要求

鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)服務(wù)器為Windows Server 2018 X64，數(shù)據(jù)庫位MSSQLServer 2014 X86。 客戶端使用WPF 開發(fā)框架， 瀏覽器端使用ASP.NET MVC 開發(fā)框架。 平臺(tái)內(nèi)系統(tǒng)間的集成使用基于RESTful 的消息機(jī)制。 平臺(tái)核心控件可以選擇DevExpress或者KendoUI。

1.1 平臺(tái)對(duì)象

鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)基于SOA 的架構(gòu)理念， 應(yīng)用ESB 技術(shù)， 構(gòu)建平臺(tái)系統(tǒng)集成框架，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)各組成部分間集成連接。 以鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫為開發(fā)對(duì)象，針對(duì)鑄造企業(yè)、設(shè)計(jì)人員、制造工人、管理人員以及社會(huì)其它人員為用戶服務(wù)對(duì)象，采用通過對(duì)實(shí)體化資源進(jìn)行虛擬化構(gòu)建以及對(duì)服務(wù)過程進(jìn)行控制，應(yīng)用前沿軟件技術(shù)和架構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、平臺(tái)和系統(tǒng)，將系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、方法和工具等服務(wù)進(jìn)行集中管理，保證數(shù)據(jù)庫和平臺(tái)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，并提供資源服務(wù)支持。

1.2 平臺(tái)架構(gòu)

平臺(tái)總體架構(gòu)分為4 個(gè)部分：

（1）應(yīng)用服務(wù)層。 為各類系統(tǒng)用戶提供綠色設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、綠色工藝優(yōu)化及評(píng)價(jià)咨詢等系統(tǒng)服務(wù)功能。

（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫層。 為平臺(tái)提供基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫、工藝場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫、綠色評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（3）支撐工具層。 包括綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)、綠色工藝系統(tǒng)、綠色集成系統(tǒng)、綠色制造系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程引擎、管理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)及知識(shí)檢索系統(tǒng)等各類系統(tǒng)支撐工具。

（4）基礎(chǔ)設(shè)施層。 包括用戶管理組件、權(quán)限管理組件、系統(tǒng)安全組件及SOA 組件等基礎(chǔ)支撐組件， 實(shí)現(xiàn)用戶管理，功能權(quán)限設(shè)置，管理操作員信息，平臺(tái)系統(tǒng)安全等功能。

平臺(tái)終端用戶主要包括：鑄造企業(yè)、設(shè)計(jì)人員、制造工人等系統(tǒng)終端，以及上游供應(yīng)商、下游用戶、科研院所、行業(yè)專家、評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)等客戶端，提供需求、數(shù)據(jù)、服務(wù)等應(yīng)用實(shí)施的響應(yīng)終端。平臺(tái)整體架構(gòu)如圖1 所示，平臺(tái)服務(wù)對(duì)象如圖2 所示。

圖1 鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)

圖2 鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)服務(wù)對(duì)象

2 鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫匯聚鑄造企業(yè)綠色設(shè)計(jì)相關(guān)基礎(chǔ)材料、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、工藝對(duì)象，工藝描述，工藝參數(shù)以及能源資源、環(huán)境負(fù)荷等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)結(jié)合行業(yè)專家及社會(huì)資源信息， 為鑄造行業(yè)提供綠色設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)。 數(shù)據(jù)庫架構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)獲取

針對(duì)鑄造工藝過程的多過程復(fù)雜性所導(dǎo)致的異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫問題， 將這些數(shù)據(jù)庫自下而上構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和一致性，基于雙準(zhǔn)則或多準(zhǔn)則方法確定數(shù)據(jù)庫集成優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)， 利用拓?fù)鋬?yōu)化方法，減少數(shù)據(jù)冗余度，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)的最優(yōu)配置。

2.2 數(shù)據(jù)組織

主要基于機(jī)械信息管理開放系統(tǒng)聯(lián)盟 （MIMOSA）制定的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范數(shù)據(jù)表和基本字段形式，建立通用性的鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫； 使用可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一表述，依據(jù)數(shù)據(jù)元素、特征屬性和原始關(guān)系，建立數(shù)據(jù)知識(shí)表達(dá)模型，在XML Schema 模式下檢查模型結(jié)構(gòu)和內(nèi)容約束關(guān)系的正確性， 通過元素關(guān)系明確體現(xiàn)可靠性數(shù)據(jù)含義，保證數(shù)據(jù)交互的正確性。

2.3 數(shù)據(jù)管理

在相關(guān)數(shù)據(jù)表中預(yù)設(shè)索引字段， 結(jié)合高維動(dòng)態(tài)的相似性度量標(biāo)準(zhǔn)， 保證多數(shù)據(jù)庫信息的高效組織與多層次多角度的利用。

2.4 數(shù)據(jù)庫集成與數(shù)據(jù)推送

在數(shù)據(jù)規(guī)范表達(dá)的基礎(chǔ)上，基于邏輯距離匹配算法，搜索合并同類數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫集成； 基于服務(wù)推送（Server Push）技術(shù)，保證異步數(shù)據(jù)的及時(shí)向下層傳遞。

2.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要功能

包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)推送、數(shù)據(jù)更新、插入、修改、刪除、信息檢索、查詢、多格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等數(shù)據(jù)管理功能，如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要功能

3 結(jié)論

本文針對(duì)鑄造行業(yè)開展資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)集成的瓶頸約束問題，開發(fā)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和綠色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集成， 建立鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)了鑄造工藝資源環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫與鑄造企業(yè)現(xiàn)有制造系統(tǒng)的信息交互與數(shù)據(jù)集成，推動(dòng)了鑄造行業(yè)的綠色設(shè)計(jì)和發(fā)展。