книги / Марочник сталей и сплавов.-1

Существующие и разрабатываемые АБД яв­ ляются обычно проблемно-ориентированными сис­ темами, так как накопленные в них данные и про­ граммы предназначены для решения некоторой совокупности сходных по содержанию задач (про­ блем), что и позволяет для их информационного обеспечения создавать единую базу данных (БД). Обычно информационный банк создаётся для нужд нескольких родственных организаций, что также определяет комплекс близкотематических прило­ жений.

В соответствии с выполняемой задачей и спе­ цификой языковых средств можно выделить не­ сколько классов банков данных.

Простейшие БД являются информационно­ поисковыми системами, базирующимися на языках с элементарными процедурами логической обра­ ботки данных; на следующем уровне находятся вопросно-ответные системы, располагающие раз­ витыми информационно-логическими языками с многоуровневой структурой и единой операцион­ ной частью; высший уровень занимают БД диало­ гового типа, использующие языки, способные фор­ мировать микро- и макромодели изучаемых про­ цессов, умеющие обобщать, создавать оптималь­ ные условия для принятия решений.

Для целей разрабатываемого АБД по много­ численным машиностроительным материалам, ис­ пользующего персональные компьютеры класса ШМ, РепОит, наиболее удобно пользоваться диа­ логовыми БД.

Существуют три подхода к разработке баз данных: реляционный, иерархический и сетевой, которые отличаются друг от друга способом пред­ ставления связи между данными.

При реляционном подходе связи между объек­ тами представляются так же, как объекты в матема­ тических отношениях. Для решения практических задач, имеющих дело с данными, организованными по реляционной структуре, может быть использо­ вана элементарная теория отношений. Такую ин­ формацию нетрудно привести к матричному виду.

При иерархическом и сетевом подходах связи представляются посредством отношений между элементами структуры АБД. Такие элементы мотут представлять связи между объектами типа “один ко многим” Различие между сетевым и иерархиче­ ским подходами заключается в том, что при первом можно преобразовывать более сложную модель АБД отображая отношения “многие - ко многим”, и обычно в сети связи поименованы, а при втором они безымянны.

Система управления банком данных (СУБД) представляет собой комплекс программ, который управляет всем доступом к АБД. Это сложная сис­ тема накопления и последующего манипулирова­ ния данными, представляющими интерес для поль­ зователя. Каждой прикладной программе СУБД предоставляет интерфейс с базой данных, при этом она располагает средствами непосредственного общения с программой.

Все системы управления базами данных, ори­ ентированные на массового пользователя, должны обеспечить легкий и простой переход от традици­ онного файлового способа обработки данных к применению СУБД, используя накопленный опыт работы с данными.

Анализ показал, что наиболее удобно приме­ нять для создания обширного и разветвленного банка данных иерархическую структуру, однако его отдельные подсистемы являются реляционны­ ми.

Сравнительные характеристики сущест­ вующих АБД

Первые АБД по свойствам конструкционных материалов появились в США, Японии, ФРГ, Франции на рубеже 70-х гг. Например, “Банк дан­ ных по свойствам сталей -УОЕН” (Институт мате­ риаловедения, Дюссельдорф, ФРГ), который помо­ гает пользователям в выборе марок сталей для осо­ бых условий эксплуатации, поставляет данные о свойствах сталей с учетом различных факторов влияния. При вводе данных в АБД они предвари­ тельно проходят экспертный контроль, т.е. оцени­ ваются на достоверность. АБД может эксплуатиро­ ваться в пакетном и диалоговом режимах. В АБД сосредоточено свыше 10 тыс. данных, относящихся

к400 маркам сталей.

ВАБД, действующем при “Центре данных о механических свойствах МР-РС” (Трэверс-Сити, нгг. Мичиган, США), собрано свыше 1 млн. данных

освойствах 5000 металлов и сплавов. Причем в АБД вводились только данные, полученные по стандартным методикам испытаний. База данных банка состоит из трех основных файлов: материа­ лы, фактографические данные и условия испыта­ ний.

Для действующих за рубежом АБД характерно широкое многообразие: по масштабам (от между­ народных до фирменных); по ориентации (на мно­ гие отрасли науки и техники или отдельные науч­ ные проблемы); по контингенту пользователей (от

широкой международной научной общественности до сотрудников отдельной фирмы); по режиму функционирования и другим факторам.

Большое внимание на Западе уделяется вопро­ сам совместимости (технической, программной, информационной) действующих АБД с целью объ­ единения их в национальные и международные сети банков и баз данных, доступ к которым осу­ ществляется пользователями стран Америки, Евро­ пы, Азии через спутники космической связи.

Примером такой международной сети являет­ ся Ь/И Ж (Ма(епа1 Ргорейу Ба1а №1\уогк), главные разработчики которой - американские специали­ сты, но при этом использованы данные более 170 банков различных стран мира.

Основная часть информации комплекса на английском языке, но есть в нем отдельные базы, использующие другие языки и даже языки, имею­ щие алфавиты, принципиально отличающиеся от латинского. Связь банка с его разработчиками и потребителями осуществляется с помощью Меж­ дународной сети научной и технической информа­ ции (ТЬе заепШгс ап<1 1есЬшса1 шГогтабоп пеЬуогк - 8ТМп1ета1юпа1), основные центры которой на­ ходятся в Карлсруэ (Германия), Колумбусе (США) и Токио (Япония). Некоторые организации в нашей стране также являются членами 8ТМ1п1ета1юпа1. Возможности и характеристики банка широко по­ пуляризируются, регулярно издаются информаци­ онные бюллетени.

Система “Атлас сталей мира” (АНаз о! 1Уог1<1 8(ее1$) появилась на рынке в 1992 году. Ее разра­ ботчик Еад1е 8оЙлуаге Согрогайоп (США). Вначале это была версия для 0 0 8 , в настоящее время про­ дается ее Мп<кж«-версия. На сегодняшний день указанная программа является, пожалуй, наиболее распространенной в мире. Широкая реклама в спе­ циализированной прессе и значительные финансо­ вые возможности разработчиков позволили достичь такого эффекта.

Программа АЙаз о! \УогМ 81ее1в содержит дос­ таточно полную базу данных (общее число марок сталей 54 000), в которую включена информация о химическом составе и некоторых свойствах сталей. В программе реализовано два типа поиска: по из­ вестной марке стали и по известному химическому составу. Поиск по марке стали позволяет найти аналоги стали известной марки в другой стране, возможен поиск стали в базе данных, если известен только ее химический состав. Отметим, что и поиск по марке стали, и поиск по химическому составу ведутся достаточно быстро.

Среди недостатков системы АНаз о! 1Уог1<1 8(ее1 можно указать следующие:

достаточно примитивный по современным меркам интерфейс. В силу этого затруднены срав­ нение различных сталей между собой, ввод данных для поиска по химическому составу и др.;

база данных программы содержит устаревшие и не совсем точные сведения о марках сталей, ис­ пользуемых в России и других странах СНГ;

в базе данных существует достаточно много неточностей и по сталям других стран мира.

Видимо, все вышеизложенное объясняет и не­ которую неудовлетворенность программой, кото­ рую высказывают пользователи.

Немецкая программа “Ключ сталей” (84аЫ5сЫие85е1) реализована на базе широко из­ вестного одноименного справочника, который вы­ пускается уже около 50 лет. Данный справочник хорошо известен во всем мире и пользуется заслу­ женным авторитетом. Рассматриваемая программа, которая появилась на рынке в 1998 году, представ­ ляет по существу электронную версию справочника 81а1й8сМие88е1 и обладает всеми его преимущест­ вами и недостатками

Среди преимуществ следует выделить тща­ тельный подбор исходного материала (хотя ошибки встречаются и здесь), постоянную его обновляемость, подробную информацию о сталях, выпус­ каемых в Германии (химический состав, механиче­ ские и другие свойства, наименования сталей, ис­ пользуемые различными компаниями, и др.). При этом сведения о сталях других стран мира пред­ ставлены менее полно. Общее число марок сталей в базе данных - около 45 000.

Недостатки справочника и системы связаны с тем, что и справочник, и система в основном ори­ ентированы на немецкий рынок Авторы провели скрупулезные исследования, установив соответст­ вие большого количества иностранных сталей немецким аналогам, и ввели указанную информа­ цию в базу данных системы. Естественно, что она может быть получена очень быстро. Сложнее найти информацию о соответствии сталей других стран между собой. Такая информация может быть полу­ чена только в том случае, если у указанных сталей есть общий аналог в Германии. В противном слу­ чае найти эту информацию и в справочнике, и в программе очень трудно. Среди недостатков также следует отметить отсутствие режима поиска стали

вбазе данных по известному химическому составу.

ВСНГ, и в России в частности, функциониру­

ет уже довольно много банков по материалам, в подавляющем большинстве онй используют персо­ нальные компьютеры. Среди них можно назвать АБД ‘ЧУшйееГ, разработанный фирмой КванторСофт с участием ЦНИИТМАШ, в котором приве­ дены краткие сведения о более, чем 48000 сталей и сплавов в 24 наиболее промышленно развитых странах мира. В данных содержатся следующие сведения о материале: наименование марки, хими­ ческий состав, стандарты, область применений, аналоги, небольшая дополнительная информация. В системе реализованы два типа поиска: по марке стали и по химическому составу. При этом поиск по марке стали является двухуровневым: он вклю­ чает в себя «быстрый поиск» (непосредственный поиск аналога в базе данных по информации, полу­ ченной авторами на основе анализа различных ли­ тературных источников: справочников, стандартов и др.) и поиск путем сравнения химических соста­ вов (здесь пользователю предоставляется возмож­ ность подобрать аналог самостоятельно, выделив в стали наиболее важные химические элементы и сравнив их содержание в образце и аналоге).

Такая структура поиска является, по мнению авторов, оптимальной: пользователь имеет возмож­ ность найти не только точный аналог, но и подоб­ рать сталь с близким составом, если указанного аналога не существует.

Поиск по известному химическому составу реализован на тех же принципах, что и поиск по марке стали путем сравнения химических составов. Использование различных режимов поиска при этом позволяет обеспечить необходимую гибкость и результативность процесса поиска

Для удобства работы система У/Ш51ее1 снаб­ жена Справочником пользователя (куда пользова­ тель сможет заносить найденные им аналоги, чтобы их повторный поиск не занимал много времени), электронным Блокнотом (туда записывается для временного хранения информация о сталях и их найденных аналогах) и режимом поиска стали в базе данных по шаблону (указанный режим позво­ ляет найти сталь в базе данных, если пользователь не совсем точно знает ее наименование).

Все вышеизложенное, а также современный и удобный интерфейс, подсистема контекстной по­ мощи (Не1р), подробное и удобное в использовании Руководство пользователя делают ^1пз1ее1 весьма полезным инструментом для первой самой общей информации о материале и его аналогах.

Существуют отраслевые банки данных, так в ЦНИИЧермет есть банк по сталям металлургии и

тяжелого машиностроения, в НИИХимМаш - по материалам, применяемым в химической промыш­ ленности, в ВИАМ - по авиационным материалам.

Информационно-маркетинговый центр Мос­ ковского института сталей и сплавов (МИСиС) соз­ дал в 1990 году базу данных по черным и цветным металлам и сплавам. Позднее им был предложен модуль поиска зарубежных аналогов. Всего вклю­ чено около 30 тысяч марок. В базе много полезных данных, например, имеются сведения о производи­ телях проката в СНГ, но система недостаточно структурирована и слабо обновляется.

В Центральном научно-исследовательском ин­ ституте металлургии и материалов - ЦНИИМ (Ека­ теринбург) был разработан АБД ш свойствам кон­ струкционных сталей и сплавов, он имеет широкий спектр характеристик по каждому из материалов, а методы их классификации соответствуют ныне действующему общесоюзному классификатору продукции - ОКП. Для сбора информации создан машиноориентированный паспорт материала, све­ дения сопровождаются ссылками на источники информации, в 1990 году АБД зарегистрирован как составляющая комплекса М ИЖ . В последующие годы банк расширен, в него включены некоторые другие стали и сплавы.

Во Всероссийском научно-исследовательском центре по материалам и веществам - (ВНИЦ МВ) есть несколько банков данных, среди них особенно интересна информационная база “Новые материа­ лы”. В нее занесены данные обо всех материалах, созданных в СССР и СНГ с 1983 года, сведения о которых вошли в ГОСТы или составили предмет изобретений и патентов, в настоящее время их уже более 10000 наименований. Информация включает в себя данные о технических характеристиках, фи­ зических и потребительских свойствах, назначе­ нии, технологии, отечественных и зарубежных ана­ логах, разработчиках и изготовителях нового мате­ риала.

Однако в связи с современными требования­ ми, предъявляемыми к технологическим проблемам в машиностроительных отраслях, в связи с необхо­ димостью обслуживания создаваемых АСУТП (Ав­ томатизированная Система Управления Техноло­ гическими Процессами), разработкой баз знаний и экспертных систем по анализу свойств сталей и сплавов, созданием автоматизированных систем научных исследований, ввиду желательности наи­ более эффективного использования больших объе­ мов фактической информации, накопленной в ре­ зультате лабораторных и промышленных экспери­

ментов, а также во время изготовления изделий на машиностроительных предприятиях, создан новый существенно отличный от описанных выше АБД.

Он включает не только стандартные справоч­ но-информационные разделы с общими сведениями о марках материалов, но и очень подробные данные по их технологическим свойствам, а, в случае воз­ можности, и по эксплуатационным характеристи­ кам. Кроме того расширен перечень включаемых в банк материалов как отечественных (бывших со­ ветских), так и зарубежных, что позволит решить одну из важнейших проблем, связанных с опера­ тивным выявлением аналогов изучаемых марок и возможной их заменой.

Весьма важен вопрос и о заводахизготовителях, о сортаменте их продукции. Во многих базах, описанных выше, эта часть инфор­ мации либо не охвачена вообще, либо дается кон­ спективно. Это связано и с трудностями получения таких сведений и с нестабильностью производства и сортамента отдельных предприятий.

Банк данных по машиностроительным метал­ лическим материалам, созданный в ЦНИИТМАШ, зарегистрирован в Государственном регистре баз данных под номером 0229600409.

Основные свойства создаваемого банка данных и его системы управления

Разработанный обобщенный банк данных по машиностроительным и энергетическим металли­ ческим материалам и пластмассам предназначен для сбора, хранения, модификации информации и поиска ответов на запросы пользователей. Его можно рассматривать и как информационносправочную систему, и как часть системы автома­ тизации научных исследований.

Система является информационным комплек­ сом фактографического типа, т.е. целью поиска в ней является не отыскание каких-либо документов или сведений о них, а нахождение непосредственно запрашиваемых фактов, содержащихся в этих до­ кументах. Для реализации указанных целей СУБД выполняет функции формирования базы данных, ее ведения (обеспечение сохранности и достоверно­ сти, защита от несанкционированного доступа, об­ новление), обработки запросов и организации отве­ тов на них.

СУБД включает мощный язык программиро­ вания четвертого поколения со сложным набором средств отладки.

Для реализации банка данных по машино­ строительным материалам было написано более 500 прикладных программ на языке СУБД для пер­ сонального пользования.

СУБД позволяет:

в любое время обращаться к накопленной ин­ формации и вносить в нее изменения;

быстро корректировать разрабатываемые до­ кументы как по составу показателей, так и по их значениям;

оперативно производить расчеты и просмат­ ривать их результаты;

формировать и выдавать промежуточные и окончательные варианты документов, ограничивая их показателями, необходимыми для данного кон­ кретного случая.

При проектировании банка данных особое внимание было обращено на возможность работы с ним непрофессиональных пользователей ЭВМ. За основу брались следующие критерии:

ясность и простота взаимодействия с БД; время обработки запросов; защита от ошибок и от пропадания информа­

ции.

Помимо этого, был разработан аппарат Не1р - аппарат помощи, выводящий на экран компьютера разъяснение возможных дальнейших действий пользователя, если он испытывает затруднения.

Дополнительно создана рекламно-обучающая система на русском и английском языках, которая в автоматическом режиме демонстрирует работу банка данных по металлам и действия пользователя на некотором конкретном примере. Ее полезно за­ пустить для первоначального ознакомления с функционированием банка.

Структура банка

При разработке структуры учитывалось, что банк данных по материалам должен, состоять из двух главных частей: из информационных разде­ лов, включающих общие сведения о марках мате­ риалов, их химические и механические свойства, и из информации по технологическим характеристи­ кам изучаемых марок. При этом именно последняя часть банка наиболее интересна для специалистов, занимающихся разработкой и эксплуатацией сис­ тем автоматизированного проектирования техноло­ гических операций, созданием новых технологий и оптимизацией существующих процессов.

На настоящий момент банк пополнился еще одной частью, необходимость введения которой

выявилась в ходе опытной эксплуатации и эксперт­ ных оценок качества базы, а именно - сведениями о фирмах и заводах, являющихся изготовителями машиностроительных материалов. Разработанная подсистема банка дает возможность для каждой фирмы (завода) - производителя находить виды поставки материалов, класс сталей и (или) марки, выпускаемые фирмой, основные характеристики марок. Кроме того были включены и сведения об их изделиях (в основном, энергетических), произ­ водимых на этих предприятиях.

Параллельно с пополнением банка по сталям, чугунам и сплавам велось создание совместимой с ним, но практически полностью автономной ин­ формационной базы по пластмассам, используе­ мым в машиностроении и энергетике.

Необходимость разработки такой подсистемы связана с интенсивным развитием прогрессивных отраслей науки и техники, требующих создания новых конструкционных материалов, обладающих повышенными значениями физических, механиче­ ских и электрических свойств, особой тепло - и химической стойкостью, низкой горючестью. Именно этим целям удовлетворяют многие виды пластических масс и композиционных материалов на их основе, что дает основание предполагать, что их производство и переработка будут в ведущих странах мира в ближайшие 10-15 лет одной из наи­ более быстро развивающихся отраслей химиче­ ской, да и всей машиностроительной промышлен­ ности.

В базу включены сведения о марках материа­ лов, выпускаемых в настоящее время в СНГ (в пер­ вую очередь, в России, Украине, Беларуси, Казах­ стане), об их иностранных аналогах, об их заводах и фирмах-изготовителях, планируется привести рекомендации по применению марок. В сведениях о материале указаны его класс, содержание компо­ нентов, гамма физических и механических свойств.

Разработана блок-схема информационного массива.

Создана информационная модель базы, готовы необходимые формы документации, ведется запол­ нение базы. За основу по сбору данных взят пас­ порт материала для функционирующего банка по сталям и сплавам и чугунам, однако пришлось су­ щественно его переработать в связи с тем, что у пластмасс есть рад новых характеристик, не иден­ тичных свойствам металлических материалов.

Изложенные цели и предопределили структу­ ру и информационную модель комплекса.

Структура банка реализует сведения, приво­ димые в Паспорте металлического материала и по­ лимерного. Пояснением к виду вводимых парамет­ ров служат Реквизиты паспортов.

Сведения о фирме включают ее название, страну и подробные реквизиты (адрес, расчетный счет и т.д.), код, присвоенный фирме.

Дальнейшая информация по металлам касает­ ся вцдов поставки (их 1 1 укрупненных типов, а все­ го более 40, включая и изделия) и классов выпус­ каемых сталей и сплавов ( они разбиты на 1 0 групп), если возможно, приводятся марки материа­ лов. По отдельным маркам даются их ксл, назначе­ ние, химический состав и сведения об аналогах. Возможны обратные запросы, когда по маркам ста­ лей и сплавов или их химсоставу, или по классу сталей, или даже по видам поставки и диапазону типоразмеров определяются фирмы-поставщики.

В банк вводятся данные по более чем 300 па­ раметрам.

Схема банка с подробной расшифровкой по некоторым блокам приведена на рис. 2 - 1 1 .

Разработаны и в основном заполнены базы по иностранным маркам и эксплуатационным свойст­ вам материалов.

Наиболее тщательно прорабатывались харак­ теристики, связанные с ковочными, сварочными и литейными процессами.

Для сварочных свойств разработаны специ­ альные программы, позволяющие по данным хим­ состава определять класс стали, способы сварки, необходимость подогрева. Аналогичные програм­ мы составлены для определения по данным химсо­ става при различных температурах испытания та­ ких физических свойств, как коэффициент диффу­ зии водорода и коэффициент предельного насыще­ ния водородом.

Структура банка

Рис. 2

ОБЩИЕ

ДАННЫЕ

2

Рис. 3

БАНКА СТРУКТУРА

МАТЕРИАЛОВ СВОЙСТВАМ ПО ДАННЫХ БАНКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

БАНКА СТРУКТУРА

Технологические свойства

Врем, сопротивление изгибу Стрела прогиба для: образца длиной 300 мм образца длиной 800 мм

Для литейных свойств указываются: мин. и макс, значения, СДЦ, источник

МАТЕРИАЛОВ СВОЙСТВАМ ПО ДАННЫХ БАНКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

Ковка слитков Ковка заготовок

Вид обработки Макс, температура нагрева

перед ковкой (проплаживанием)

Мин. температура конца ковки при обжатии Мин. температура конца

ковки при проглаживании

СДД И сточник____________

БАНКА СТРУКТУРА