1397

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ БАНКИ

ДАННЫХ ПО СВОЙСТВАМ МАШИНО­

СТРОИТЕЛЬНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Общие положения

Приводимые в Марочнике сведения касаются десятка свойств более чем 550 отечественных ма­ рок сталей и сплавов, наиболее часто используемых в машиностроении. Во многих случаях этого доста­ точно для получения специалистом необходимой информации. Одиако в Марочнике представлены в основном стали и никелевые сплавы. Другие спла­ вы оказались ввиду ограниченности объема спра­ вочника вне его содержания. Кроме того, многие

характеристики материала (сварочные, ковочные,

эксплуатационные, триботехнические, механиче­ ские) оказались либо неучтенными, либо представ­

ленными ограниченно.

Единственным реальным способом воспол­

нить в настоящее время этот недостаток является

использование компьютеров и создание с их помо­

щью иитегрированных баз данных, в которых со­

средотачивается многоаспектная, взятая из разра­

ботанных паспортов информация о свойствах и

параметрах материалов; только они позволяют опе­

ративно и надежно перерабатывать и получать дос­

таточно полный объем сведений об исследуемом объекте.

Однако при этом возникает другая актуальная

задача - задача сбора, обработки и хранения полу­

ченной информации в памяти электронной вычис­

лительной машины (ЭВМ).

Создание баз данных существенно повышает эффективность хранения этих данных в ЭВМ

вследствие того, что:

уменьшается избьггочность информации за

счет использования одних и тех же данных в раз­

личных приближениях; улучшаются условия по систематизации соб­

ранных в базе и не разрозненных теперь данных;

увеличивается надежность используемой ин­

формации; облегчается возможность расширения и кор­

ректировки данных;

расширяются внды поиска информации; обеспечивается соблюдение стандартов в

представлении данных, что упрощает проблему их

поддержки и обмена данными между различными

пользователями;

улучшаются условия безопасности хранения

данных, их секретности, восстановления;

обеспечивается независимость приложений от

данных вследствие того, что программное обеспе­

чение системы автоматизированного банка данных

(АБД) может выполнять все необходимые преобра­

зования форм хранимой информации к формам,

которые конкретное приложение использует при

представлении числовых и символьных данных,

при кодировании информации, при стандартизации,

при назначении приоритетов и Т.П.

Тем самым создается возможность динамиче­ ского развития информационных систем, не тре­

бующего изменения в программном обеспечении,

обслужнвающем данную систему.

В общем внде схема типичного АБД представ­

лена на рис.l

Существующие и разрабатываемые АБД яв­

ляются обычно проблемно-ориентированными сис­

темами, так как накопленные в них данные и про­

граммы пр:щназначены для решения некоторой совокупности сходных по содержаншо 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 выполияемой 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

IВM, Pentium, 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 бьrrь использо­

вана элементарная теория отношений. Такую ин­

формацшо нетрудно привести к матричному виду.

При иерархическом и сетевом подходах связи представляются посредством отношений между

элементами структуры АБд. Такие элементы могут представлять связи между объектами типа "один ко многим". Различие между сетевым и иерархиче­

ским подходами закmoчается 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 прикладиой 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 примененшо СУБД, используя накопленный опьrr

работы с данными.

Анализ показал, что наиболее удобно приме­

нять для создания обширного и разветвленного банка данных иерархическую структуру, одиако

его отдельные подсистемы являются реляционны­

ми.

Сравнительные характеристики сущест­

вующихАБД

Первые АБД по свойствам конструкционных

материалов появились в США, Японии, ФРГ,

Франции на рубеже 70-х п. Например, "Банк дан­

ных по свойствам сталей -VDEH" (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 режнмах. В АБД сосредоточено свыше 1О тыс. данных, относящихся

к400 маркам сталей.

ВАБД, действующем при "Центре данных о

механических свойствах МP-DC" (Трэверс-Сити, шт. Мичиган, США), собрано свыше 1 млн. данных

о свойствах 5000 металлов и сплавов. Причем в

АБД вводились только данные, полученные по стандартным методикам испьrrаниЙ. База данных

банка состонт из трех основных файлов: материа­ лы, фактографические данные и условия испьrrа­

ниЙ.

для действующих за рубежом АБД характерно широкое многообразие: по масштабам (от между­

народиых 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 МPDN (Material Property Data Network), 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 (The scientific and technical information network

- SТNlnternational), основные центры которой на­

ходятся в Карлсруэ (Германия), Колумбусе (США)

и Токио (Япония). Некоторые организации в нашей

стране также являются членами STNlnternational. Возможности и характеристики банка широко по­ пуляризируются, регулярно издаются информаци­ онные бюллетени.

Система "Атлас сталей мира" (Atlas of World Steels) появилась на рынке в 1992 году. Ее разра­

ботчик Eagle Software Corporation (США). Вначале

это была версия для DOS, в настоящее время про­ дается ее Wiпdоws-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 Atlas of World Steels 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 Atlas of World Steel можно указать следующие:

достаточно примитивный по современиым 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 объясияет и не­ которую неудовлетворенность программой, кото­

рую высказывают пользователи.

Немецкая программа "Ключ сталей" (Stahlschluessel) 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

Stahlschluessel и обладает всеми его преимущест­

вами и недостатками.

Среди преимуществ следует вьщелить тща­ тельный подбор исходного материала (хотя ошибки

встречаются и здесь), постоянную его обновляе­

мость, подробную информацию о сталях, выпус­ каемых в Германии (химич~ский 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 45000.

Недостатки справочника и системы связаны с

тем, что и справочник, и система в основном ори­

еитированы на немецкий рынок Авторы провели

скрупулезные исследования, установив cOQTBeтcт­

вие большого количества иностранных сталей немецким аналогам, и ввели указанную информа­

цию в базу данных системы. Естественно, что она

может бьггь получена очень быстро. Сложнее найти информацию о соответствии сталей других стран

между собой. Такая информация может бьггь 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 они используют персо­

нальные компьютеры. Среди них можно назвать АБД "Winsteel", разработанный фирмой Квантор­ Софт 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 применения, 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 ВКJПO­

чает в себя «быстрый поисю) (непосредственный

поиск аналога в базе данных по информации, полу­ ченной авторами на основе анализа различных ли­

тературных источников: справочников, стандартов

и др.) и поиск nyтeM сравнения хим'ических соста­

вов (здесь пользоватеmo 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 мненmo 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 nyтeM сравнения химических составов.

Использование различных режнмов поиска при этом позволяет обеспечить необходимую гибкость

и результативность процесса поиска

для удобства работы система Winsteel 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 режнмом поиска стали в

базе данных по шаблону (указанный режнм 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 (Relp), подробное и удобное в использовании Руководство пользователя делают Winsteel 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

матерналам, примеияемым в химической npoмыш­

ленности, в ВИАМ - по авиационным материалам. ИнФОрмационно-маркетинговый центр Мос­

ковского института сталей и сnлaвов (МИСиС) соз­

дал в 1990 году базу данных по черным и цветным

металлам и сплавам. Поздиее им был предложен

модуль поиска зарубежных аналогов. Всего ВКJПO­ чено около 30 тысяч марок. В базе много полезных

данных, например, имеются сведения о npoизводи­

телях проката в СШ, но система недостаточно

структурирована и слабо обновляется.

В l(ентральном научно-исследовательском ин­ ституте металлургии и материалов - I.ЩИИМ (Ека­

теринбург) был разработан АБД по 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 МPDN. В последующие

годы банк расширен, в него ВКJПOчены некоторые

другие стали и сплавы.

Во Всероссийском научно-исследовательском

центре по материалам и веществам - (В:н:иl( МВ) есть несколько банков данных, среди них особенно

интересна информационная база "Новые матерна­

лы". В нее занесены данные обо всех материалах, созданных в СССР и СШ с 1983 года, сведения о

которых вошли в ГОСТы или составили предмет изобретений и патентов, в настоящее время их уже более 10000 наименований. Информация ВКJПOчает

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 npoблемам в машиностроительных отраслях, в связи с необхо­ димостью обслужнвания 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 npомышленных экспери-

меlПOВ, а также во время изготовления изделий на

машиностроительных предприятиях, создан новый

существенно отличный от описанных выше АБд. Он вкmoчает 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 ВКJПOчаемых 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 снестабильностью 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 информационно­

справочную 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 ВКJПOчает 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

окоичательные 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 взаи~юдействия с БД; время обработки запросов; защита от ошибок и от пропадания информа­

ции.

Помимо этого, был разработан аппарат Help -

аппарат помощи, выводящий на экран компьютера разъяснение возможных дальнейших действий

пользователя, если он испыгывает 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, ВКJПOЧающих 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 опьпной 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 ВКJПOчены 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 ВКJПOчены сведения о марках материа­ лов, выпускаемых в настоящее время в Сlп" (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 ряд новых характеристик, не нден­

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 ВКJПOчают ее название, страну и подробные реквизиты (адрес, расчетный

счет и т.д.), код, присвоенный фирме.

Дальнейшая информация по металлам касает­ ся видов поставки (их 11 укрупненных типов, а все­ го более 40, ВКJПOчая и изделия) и классов выпус­ каемых сталей и сплавов ( они разбиты на 1О

групп), если возможно, приводятся марки материа­

лов. По отдельным маркам даются их КОд, 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 - 11.

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 испьпания та­

ких физических свойств, как коэффициент диффу­ зии водорода и коэффициент предельного насыще­

ния водородом.

Рис. 2

ru.pstu.elib

Металлические материалы

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

МАТЕРИАЛЫ

]

(j

:а

'<

~

'<

~

t71

)-

::z::

~

...

-..1

ru.pstu.elib

""ос

б;

d

$:

>

~

:S;:

w

:S;:

."

О

tp

~

:I:

2:

t'Т1

~

~

:;>:::

:S;:

~

:I:

I:Т"

~

::]

о

n tp

О

:S;:c

n

~

tp

~

$:

~

t'Т1

."

:S;:

~

о

tp

ru.pstu.elib

...n,

'"Q

'<

...:;о:;,

'<

'"Q

:»

I:М

:»

::z:

:;о:;

:»

ru.pstu.elib

Технологические свойства

пориcroсги

Врем. сопротивление изгибу

Стрела прогиба ДЛЯ образца длиной 300 мм образца дш,ной 800 мм

Для литейных свойств указываются: мин. и макс. значения. СМ. источнш,:

UI

Q

~

d

з:::

...;J>,

:S: w

:S:

"'t'

о

t;C

~

::r:

t:r"

f:;j

t:11

;J>

::r:

;:<::

:S:

~

::r:

t:r"

><

:::1

О

n

t;C

о

:s:c n...,

t;C

;J>

з:::

з:::

...;J>,

t'Т1

"'t'

:S:

;J>

~

о

t;C