毕业设计（论文）-典型金属材料的热处理计算机辅助工艺设计.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言 钢的热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定时间，然后以预定的方式冷却到室温，来改变其内部组织结构，以获得所需性能的一种热加工工艺。常用的钢的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火及表面热处理等加工工艺。 热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。适当的热处理不仅可以消除铸、锻、焊等热加工工艺所造成的缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织结构和性能更加均匀。而且还可以使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理性能。因此适当的热处理工艺可以大大提高产品的力学性能，延长机器零件的使用寿命，起到事半功倍的效果。 然而，在长期的生产实践中，工厂里一直由工艺员制定热处理工艺。这不仅浪费了人力、物力；而且对于缺乏热处理经验的生产者还可能制定出不恰当的热处理方案，从而造成生产上的损失。 基于上述原因，需要开发一种新型的热处理工艺专家系统。本系统可以根据用户提供的零件信息，自动推理出最恰当的热处理工艺，并确定相应的保温温度、保温时间等参数。在得到用户的调整后，系统自动绘制出热处理工艺卡片，并将工艺卡中的有关信息存贮，以便以后需要时进行使用和研究。第一章 绪论1.1热处理技术的发展 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和水的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。18501880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。 热处理工艺种类繁多，现在常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火及表面热处理等工艺。在机械制造业中，通过热处理才能充分发挥材料的潜能，延长零件的使用寿命。1.2 capp的发展趋势随着计算机技术和网络技术的发展capp开发的深入以及企业的需求，capp技术不断向前发展，其发展趋势如下：1、实用化。实用化capp系统，应人机界面友好，操作简单，符合工艺设计人员的设计习惯，设计结果能正确指导生产，并且具有很好的柔性。2、工具化。开发应用面广，适应性强的capp系统，即大力发展工具型capp系统。3、集成化。计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术，capp系统的集成化也是必然的发展趋势。4、智能化。capp系统必将在获取、表达、和处理各种知识的灵活性和有效性上有进一步的发展，如模糊技术、人工神经网络技术、专家系统技术的应用，使capp系统向着智能化方向发展。5、网络化。随着网络技术的发展，capp系统网络化也是必然的趋势。6、先进性与实用性的统一。尽管目前开发的capp系统约有200多种，但在生产实际中的应用情况并不理想，暴露出“先进的不实用，实用的不先进”等问题，影响了capp系统的推广和普及。因此，在以后系统开发中一定要兼顾先进性和实用性。 7、集成化和标准化的统一。集成化是capp系统发展的必然趋势，是实现cad/cam真正集成的关健也是cims应用中的一个“瓶颈问题”。而产品数据棋型的定义和数据交换机制是实现集成的关键，它们能否实现标准化将决定capp系统的通用性和开放性。因此在研制和开发capp时，要在标准化协议的基础上考虑系统的集成性。否则又将导致自动化“孤岛”的出现。8、智能化与人机一体化的统一。片面地追求高度的自动化水平和信息的集成度，结果势必造成系统的研制和运行的难度增大。因此按照“智能代价说”的观点，应该建立一种“人机一体化”的智能化系统，充分发挥人的智能优势，以合理的代价实现较高的智能。1.3选题依据 热处理可以提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性，是机器零件加工工艺过程中的重要工序。适当的热处理不仅可以消除铸、锻、焊等热加工工艺所造成的缺陷, 细化晶粒, 消除偏析, 降低内应力, 而且还可以使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理性能。因此适当的热处理工艺可以大大提高产品的力学性能, 延长机器零件的使用寿命, 起到事半功倍的效果。然而, 在长期的生产实践中, 工厂里一直由工艺员制定热处理工艺。这不仅浪费了人力、物力; 而且对于缺乏热处理经验的生产者还可能制订出不恰当的热处理方案, 从而造成生产上的损失。因此，需要利用金属材料的热处理计算机辅助工艺设计来提高生产效率。如今，利用数据库技术研制开发了“典型金属材料的热处理计算机辅助工艺设计”的专家系统 ,该系统以材质、性能要求、有效尺寸及其它辅助参数来确定出合理的热处理工艺 ,可以提高产品质量、拓展计算机在热处理中的应用专家系统作为一项崭新的技术，还处在不断发展时期，因此，专家系统的结构也没有一个固定不变的模式。根据现有的发展状况，一般认为，热处理专家系统的核心主要包括知识表示和推理机制两个方面，由于材料和热处理领域的特殊性，热处理专家系统有其自身特点。在知识表示方面，热处理使用的常规数据，包括材料牌号、零件及产品名称、工件类型及尺寸、工艺规范、化学成分、抗拉强度、冲击韧度、硬度、淬透性、相变动力学数据等，一般以数值形式表示，所以热处理专家系统通常采用关系型数据库系统保存知识，利用数据库技术实现数据的管理和控制。在此基础上，插入热处理领域知识和热处理专家知识，实现专家系统的知识表示。这样就可以根据用户提供的零件信息, 自动推理出最恰当的热处理工艺, 并确定相应的保温温度、时间等参数; 在得到用户调整后, 系统自动绘制出热处理工艺卡, 并将工艺卡中的有关信息存贮, 以便以后需要时进行使用和研究。 将数据库与热处理工艺相结合，是现在热处理工艺的发展趋势，同时，有助于热处理工艺的进步和发展，有利于工艺的确定。通过计算机辅助工艺，可以提高零件的力学性能和产品质量，节约能源，提高经济效益，以及尽可能减少环境污染，有利于新的热处理技术和工艺的发展，提高热处理好的产品的性能，以尽可能低的成本获得尽可能好的产品。第二章 计算机辅助工艺设计2.1 capp的简介2.1.1 capp的定义capp（computer aided process planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于capp系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。capp是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换的中间环节。2.1.2 capp的作用capp（computer aided process planning,计算机辅助工艺过程设计）的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。 计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会（cirp）提出了计算机辅助规划(cap-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (capp-computer automated process planning)等名称，capp一词强调了工艺过程的自动设计。 实际上国外常用的一些，如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。 由于计算机集成制造系统(cims-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (cad-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造（cam-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见capp在实现生产自动化中的重要地位。其中热处理的capp系统结构图如图2-1所示。图2-1fig 2-12.1.3 capp的基本构成capp系统的构成，视其工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差异。capp系统基本的构成模块包括：（1）控制模块。控制模块的主要任务是协调各模块的运行，使人机交互的窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式；（2）零件信息输入模块。当零件信息不能从cad系统直接获取时，用此模块实现零件信息的输入；（3）工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用；（4）工序决策模块。工序决策模块的主要任务是生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图；（5）工步决策模块。工步决策模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成nc加工控制指令所需的刀位文件；（6）nc加工指令生成模块。nc加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用nc指令代码系统，产生nc加工控制指令；（7）输出模块。输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改的到所需的工艺文件；（8）加工过程动态仿真。加工过程动态仿真对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。 2.1.4 capp的基本类型计算机辅助工艺过程设计系统按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式等。 1、检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计算机中，当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。 2、派生式工艺过程设计就是利用零件有相似性，相似的零件有相似的工艺过程这一原理，通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删或编辑而派生一个新零件的工艺过程。 3、创成式工艺过程设计系统和派生式系统不同，它是根据输入的零件信息，依靠系统中的工程数据和决策方法自动生成零件的工艺过程。 2.1.5 capp的基础技术 capp的基础技术包括：成组技术（group technology）；零件信息的描述与获取；工艺设计决策机制；工艺知识的获取及表示；工序图及其它文档的自动生成；nc加工指令的自动生成及加工过程动态仿真；工艺数据库的建立等。 2.2 capp发展简述自从1965年niebel首次提出capp思想，迄今30多年，capp领域的研究得到了极大的发展，期间经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、工具系统等不同的发展阶段，并涌现了一大批capp原型系统和商品化的capp系统。 在capp工具系统出现以前，capp的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不是辅助系统，即强调工艺设计的自动化和智能化。但由于工艺设计领域的个性化、复杂性，工艺设计理论多是一些指导性原则、经验和技巧，因此让计算机完全替代工艺人员进行工艺设计的愿望是良好的，但研究和实践证明非常困难，能够部分得到应用的至多是一些针对特定行业、特定企业甚至是特定零件的专用capp系统，还没有能够真正大规模推广应用的实用的capp系统。 在总结以往经验教训的基础上，开目公司在国内率先提出了capp工具化的思想：capp是将工艺人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具；自动化不是capp唯一的目标；实现capp系统的以人为本的宜人化的操作、高效的工艺编制手段、工艺信息自动统计汇总、与cad/erp/pdm系统的信息集成、具有良好的开放性与集成性是工具化capp系统研究和推广应用的主要目标。 工具化capp的思想在商业上获得了极大的成功，使得capp真正从实验室走向了市场和企业。借助于工具化的capp系统，上千家的企业实现了工艺设计效率的提升，促进了工艺标准化建设，实现了与企业其它应用系统cad/pdm/erp等的集成，有力地促进了企业信息化建设。 2.3 当前capp应用中存在的不足与问题1、应用范围偏窄的问题。 目前绝大多数企业，capp的应用集中在机械加工工艺的设计。实际上，在制造企业中，产品在整个生命周期内的工艺设计通常涉及到产品装配工艺、机械加工工艺、锻造工艺、钣金冲压工艺、焊接工艺、热表处理工艺、毛坯制造工艺等各类工艺设计。capp在企业的应用缺乏应有的广度。capp应用应从以零组件为主体对象的局部应用走向以整个产品为对象的全生命周期的应用，实现产品工艺设计与管理的一体化，建立企业级的工艺信息系统。 2、应用水平偏浅的问题。 目前绝大部分企业capp的应用停留在工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总、工艺流程和权限的管理与控制方面，有效地提高了工艺设计的效率和标准化水平，这是capp应用的基础。但capp应用的深度还不够，还不能有效地总结行业工艺 “设计经验”和“设计知识”，从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问题。目前通用的capp 系统还无法实现对工艺知识的总结、积累和应用，如何提高capp系统的知识水平，实现capp的有限智能，是企业关心的问题，也是capp软件厂商需要考虑的问题。解决了工艺设计效率、标准化、集成的问题，下一步如何帮助企业总结工艺知识和经验是capp应用的关键。 3、基于三维cad的工艺设计与管理问题。 随着三维cad在国内制造业的广泛推广应用，三维cad在不远的将来会成为我国企业产品设计的主流设计工具。随着设计手段的变革，工艺设计跟着需要变革。工艺如何和三维cad进行集成，工艺如何基于三维cad进行加工工艺设计和装配工艺设计等等，目前在很多企业都有迫切的需求。现阶段，capp的应用基本上基于二维cad进行，与三维cad的集成应用还处于起步阶段，有待研究和突破。4、capp系统与其它应用系统的集成问题。工艺是设计和制造的桥梁，工艺的数据是产品全生命周期中最重要的数据之一，工艺数据同时是企业编排生产计划、制定采购计划、生产调度的重要基础数据，在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。capp需要与企业的各种应用系统进行集成，包括cad/pdm/erp/mes等等。由于不少企业cad、capp、erp的应用是分阶段、不同时期应用的，目前还存在着信息的孤岛，工艺数据的价值还没有得到有效的发挥和利用。 5、capp与pdm中的管理功能冲突的问题。近年来，随着capp功能不断扩展，一些capp系统逐渐增加了工艺管理的内容，包括权限管理、流程管理、更改管理，并在工艺部门得到了一些应用。随着企业pdm的实施推广应用，随之带来的不可忽视的问题是：capp自身的管理功能和pdm的管理功能发生了冲突。商品化的pdm系统本身提供了完善的角色权限管理、流程管理、任务管理等功能，因此capp的工艺管理功能已经与pdm中管理功能发生了冲突和矛盾，不仅造成了企业集成上的困惑，也造成了企业在信息化过程中的重复投资。 2.4 capp的发展趋势随着计算机技术和网络技术的发展capp开发的深入以及企业的需求，capp技术不断向前发展，其发展趋势如下：1、实用化。实用化capp系统，应人机界面友好，操作简单，符合工艺设计人员的设计习惯，设计结果能正确指导生产，并且具有很好的柔性。2、工具化。开发应用面广，适应性强的capp系统，即大力发展工具型capp系统。3、集成化。计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术，capp系统的集成化也是必然的发展趋势。4、智能化。capp系统必将在获取、表达、和处理各种知识的灵活性和有效性上有进一步的发展，如模糊技术、人工神经网络技术、专家系统技术的应用，使capp系统向着智能化方向发展。5、网络化。随着网络技术的发展，capp系统网络化也是必然的趋势。6、先进性与实用性的统一。尽管目前开发的capp系统约有200多种，但在生产实际中的应用情况并不理想，暴露出“先进的不实用，实用的不先进”等问题，影响了capp系统的推广和普及。因此，在以后系统开发中一定要兼顾先进性和实用性。 7、集成化和标准化的统一。集成化是capp系统发展的必然趋势，是实现cad/cam真正集成的关健也是cims应用中的一个“瓶颈问题”。而产品数据棋型的定义和数据交换机制是实现集成的关键，它们能否实现标准化将决定capp系统的通用性和开放性。因此在研制和开发capp时，要在标准化协议的基础上考虑系统的集成性。否则又将导致自动化“孤岛”的出现。8、智能化与人机一体化的统一。片面地追求高度的自动化水平和信息的集成度，结果势必造成系统的研制和运行的难度增大。因此按照“智能代价说”的观点，应该建立一种“人机一体化”的智能化系统，充分发挥人的智能优势，以合理的代价实现较高的智能。2.5热处理capp系统的功能模块热处理capp系统一般包括以下几个功能子模块已有工艺管理子模块 工艺制定子模块 mrp信息传递子模块kuaikuaikuaikuai块 计算热处理参数推荐子模块 系统数据库管理子模块 标准工艺库管理子模块 典型热处理工艺演示子模块第三章 access数据库3.1数据库的定义数据库是依照某种数据模型组织起来并存放二级存储器中的数据集合。这种数据集合具有如下特点：尽可能不重复，以最优方式为某个特定组织的多种应用服务，其数据结构独立于使用它的应用程序，对数据的增、删、改和检索由统一软件进行管理和控制。从发展的历史看，数据库是数据管理的高级阶段，它是由文件管理系统发展起来的。所有的信息(数据率档）的编纂物，不论其是以印刷形式，计算机存储单元形式，还是其它形式存在，都应视为“数据库”。数据库技术从诞生到现在，在不到半个世纪的时间里，形成了坚实的理论基础、成熟的商业产品和广泛的应用领域，吸引越来越多的研究者加入。数据库的诞生和发展给计算机信息管理带来了一场巨大的革命。三十多年来，国内外已经开发建设了成千上万个数据库，它已成为企业、部门乃至个人日常工作、生产和生活的基础设施。同时，随着应用的扩展与深入，数据库的数量和规模越来越大，数据库的研究领域也已经大大地拓广和深化了。30年间数据库领域获得了三次计算机图灵奖（c.w. bachman,e.f.codd, j.gray），更加充分地说明了数据库是一个充满活力和创新精神的领域。就让我们沿着历史的轨迹，追溯一下数据库的发展历程。 传统上，为了确保企业持续扩大的it系统稳定运行，一般用户信息中心往往不仅要不断更新更大容量的it运维软硬件设备，极大浪费企业资源；更要长期维持一支由数据库维护、服务器维护、机房值班等各种维护人员组成的运维大军，维护成本也随之节节高升。为此，企业it决策者开始思考：能不能像拧水龙头一样按需调节的使用it运维服务，而不是不断增加已经价格不菲的运维成本。 3.2数据库的基本属性3.2.1数据库的基本结构 数据库的基本结构分三个层次，反映了观察数据库的三种不同角度。 1、物理数据层。它是数据库的最内层，是物理存贮设备上实际存储的数据的集合。这些数据是原始数据，是用户加工的对象，由内部模式描述的指令操作处理的位串、字符和字组成。 2、概念数据层。它是数据库的中间一层，是数据库的整体逻辑表示。指出了每个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系，是存贮记录的集合。它所涉及的是数据库所有对象的逻辑关系，而不是它们的物理情况，是数据库管理员概念下的数据库。 3、逻辑数据层。它是用户所看到和使用的数据库，表示了一个或一些特定用户使用的数据集合，即逻辑记录的集合。 数据库不同层次之间的联系是通过映射进行转换的。3.2.2数据库的主要特点1、实现数据共享。数据共享包含所有用户可同时存取数据库中的数据，也包括用户可以用各种方式通过接口使用数据库，并提供数据共享。 2、减少数据的冗余度。同文件系统相比，由于数据库实现了数据共享，从而避免了用户各自建立应用文件。减少了大量重复数据，减少了数据冗余，维护了数据的一致性。 3、数据的独立性。数据的独立性包括数据库中数据库的逻辑结构和应用程序相互独立，也包括数据物理结构的变化不影响数据的逻辑结构。 4、数据实现集中控制。文件管理方式中，数据处于一种分散的状态，不同的用户或同一用户在不同处理中其文件之间毫无关系。利用数据库可对数据进行集中控制和管理，并通过数据模型表示各种数据的组织以及数据间的联系。 5、数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。主要包括：（1）安全性控制：以防止数据丢失、错误更新和越权使用；（2）完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性；（3）并发控制：使在同一时间周期内，允许对数据实现多路存取，又能防止用户之间的不正常交互作用；（4）故障的发现和恢复：由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏。 6、故障恢复。由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏。数据库系统能尽快恢复数据库系统运行时出现的故障，可能是物理上或是逻辑上的错误。比如对系统的误操作造成的数据错误等。 3.2.3数据库的种类数据库通常分为层次式数据库、网络式数据库和关系式数据库三种。而不同的数据库是按不同的数据结构来联系和组织的。 3.2.3.1数据结构模型 所谓数据结构是指数据的组织形式或数据之间的联系。如果用d表示数据，用r表示数据对象之间存在的关系集合，则将ds(d，r)称为数据结构。例如，设有一个电话号码簿，它记录了n个人的名字和相应的电话号码。为了方便地查找某人的电话号码，将人名和号码按字典顺序排列，并在名字的后面跟随着对应的电话号码。这样，若要查找某人的电话号码(假定他的名字的第一个字母是y)，那么只须查找以y开头的那些名字就可以了。该例中，数据的集合d就是人名和电话号码，它们之间的联系r就是按字典顺序的排列，其相应的数据结构就是ds(d，r)，即一个数组。 数据结构又分为数据的逻辑结构和数据的物理结构。数据的逻辑结构是从逻辑的角度(即数据间的联系和组织方式)来观察数据，分析数据，与数据的存储位置无关。数据的物理结构是指数据在计算机中存放的结构，即数据的逻辑结构在计算机中的实现形式，所以物理结构也被称为存储结构。这里只研究数据的逻辑结构，并将反映和实现数据联系的方法称为数据模型。 目前，比较流行的数据模型有三种，即按图论理论建立的层次结构模型和网状结构模型以及按关系理论建立的关系结构模型。 3.2.3.2层次、网状和关系数据库系统 层次结构模型实质上是一种有根结点的定向有序树(在数学中树被定义为一个无回的连通图)。下图是一个高等学校的组织结构图。这个组织结构图像一棵树，校部就是树根(称为根结点)，各系、专业、教师、学生等为枝点(称为结点)，树根与枝点之间的联系称为边，树根与边之比为1:n，即树根只有一个，树枝有n个。按照层次模型建立的数据库系统称为层次模型数据库系统。ims(information manage-mentsystem)是其典型代表。 按照网状数据结构建立的数据库系统称为网状数据库系统，其典型代表是dbtg(data base task group)。用数学方法可将网状数据结构转化为层次数据结构。 关系式数据结构把一些复杂的数据结构归结为简单的二元关系(即二维表格形式)。例如某单位的职工关系就是一个二元关系。由关系数据结构组成的数据库系统被称为关系数据库系统。在关系数据库中，对数据的操作几乎全部建立在一个或多个关系表格上，通过对这些关系表格的分类、合并、连接或选取等运算来实现数据的管理。dbaseii就是这类数据库管理系统的典型代表。对于一个实际的应用问题(如人事管理问题)，有时需要多个关系才能实现。用dbaseii建立起来的一个关系称为一个数据库(或称数据库文件)，而把对应多个关系建立起来的多个数据库称为数据库系统。dbaseii的另一个重要功能是通过建立命令文件来实现对数据库的使用和管理，对于一个数据库系统相应的命令序列文件，称为该数据库的应用系统。因此，可以概括地说，一个关系称为一个数据库，若干个数据库可以构成一个数据库系统。数据库系统可以派生出各种不同类型的辅助文件和建立它的应用系统。 3.3数据库技术的特点1、面向企业或部门，以数据为中心组织数据，形成综合性的数据库，为各应用共享。 2、采用一定的数据模型。数据模型不仅要描述数据本身的特点，而且要描述数据之间的联系。 3、数据冗余小，易修改、易扩充。不同的应用程序根据处理要求，从数据库中获取需要的数据，这样就减少了数据的重复存储，也便于增加新的数据结构，便于维护数据的一致性。 4、程序和数据有较高的独立性。 5、具有良好的拥护接口，用户可方便地开发和使用数据库。 6、对数据进行统一管理和控制，提供了数据的安全性、完整性、以及并发控制。 第四章 vb4.1 vb简介 vb是visual basic的简称，是由美国微软公司于1991年开发的一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发 windows 环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与 windows 专业开发工具sdk相媲美。在visual basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用windows内部的广泛应用程序接口（api）函数，动态链接库（dll）、对象的链接与嵌入（ole）、开放式数据连接（odbc）等技术，可以高效、快速地开发windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。 4.2 vb的特点 1、面向对象。vb采用了面向对象设计思想，它基本思路是把复杂设计问题分解为个个能够完成独立功能相对简单对象集合。所谓“对象”就是个可操作实体如窗体、窗体中命令按钮、标签、文本框等面向对象编程就好像搭积木样员可根据和界面设计要求直接在屏幕上“画出窗口、菜单、按钮等区别。2、事件驱动。在windows环境下是以事件驱动方式运行每个对象的都能响应多个区别事件，每个事件都能驱动段代码事件过程该代码决定了对象功能通常称这种机制为事件驱动事件可由用户操作触发也可以由系统或应用触发例如单击个命令按钮就触发了按钮click(单击)事件该事件中代码就会被执行。若用户未进行任何操作(未触发事件)则就处于等待状态整个应用就是由彼此独立事件过程构成。 3、软件software集成式开发。vb为编程提供了个集成开发环境在这个环境中编程者可设计界面、编写代码、调试直至把应用编译成可在windows中运行可执行文件并为它生成安装vb集成开发环境为编程者提供了很大方便。 4、结构化设计语言。vb具有丰富数据类型是种符合结构化设计思想语言而且简单易学此外作为种设计语言vb还有许多独到的地方。 5、强大数据库访问功能。vb利用数据control控件可以访问多种数据库vb 6o提供adocontrol控件不但可以用最少代码实现数据库操作和控制也可以取代datacontrol控件和rdocontrol控件。 6、支持对象链接和嵌入技术。vb核心是对对象链接和嵌入(ole)技术支持它是访问所有对象种思路方法利用ole技术能够开发集声音、图像、动画、字处理、web等对象于体。 7、网络功能。vb 6o提供了dlttml(dynamicttml)设计工具利用这种技术可以动态创建和编辑web页面使用户在vb中开发多功能网络应用软件software。 8、多个应用向导。vb提供了多种向导如应用向导、安装向导、数据对象向导和数据窗体向导通过它们可以快速地创建区别类型、区别功能应用。 9、支持动态交换、动态链接技术。通过动态数据交换(dde)编程技术vb开发应用能和其他windows应用的间建立数据通信通过动态链接库技术在vb中可方便地用c语言或汇编语言编写也可windows应用接口(api)。 10、联机帮助功能。在vb中利用帮助菜单和f1功能键用户可随时方便地得到所需要帮助信息vb帮助窗口中显示了有关举例代码通过复制、粘贴操作可获取大量举例代码为用户学习和使用提供方便。第五章 典型金属材料5.1 典型金属材料简介 由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90以上的工业纯铁，含碳 24的铸铁，含碳小于 2的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。5.2 金属材料的性能 金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。5.2.1机械性能 物体内部单位截面积上承受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为工作应力，在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力（例如组织应力、热应力、加工过程结束后留存下来的残余应力等等）。 金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等，因此衡量金属材料机械性能的指标主要有以下几项：1、强度。这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最大能力，可分为抗拉强度极限（b）、抗弯强度极限（bb）、抗压强度极限（bc）等。由于金属材料在外力作用下从变形到破坏有一定的规律可循，因而通常采用拉伸试验进行测定，即把金属材料制成一定规格的试样，在拉伸试验机上进行拉伸，直至试样断裂，测定的强度指标主要有：强度极限是指材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力，一般指拉力作用下的抗拉强度极限，以b表示，如拉伸试验曲线图中最高点b对应的强度极限，常用单位为兆帕（mpa），换算关系有：1mpa=1n/m2=(9.8)-1kgf/mm2或1kgf/mm2=9.8mpab=pb/fo式中：pb?c至材料断裂时的最大应力（或者说是试样能承受的最大载荷）；fo?c拉伸试样原来的横截面积。 屈服强度极限是指金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。产生屈服时的应力称为屈服强度极限，用s表示，相应于拉伸试验曲线图中的s点称为屈服点。对于塑性高的材料，在拉伸曲线上会出现明显的屈服点，而对于低塑性材料则没有明显的屈服点，从而难以根据屈服点的外力求出屈服极限。因此，在拉伸试验方法中，通常规定试样上的标距长度产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服极限，用0.2表示。屈服极限指标可用于要求零件在工作中不产生明显塑性变形的设计依据。但是对于一些重要零件还考虑要求屈强比（即s/b）要小，以提高其安全可靠性，不过此时材料的利用率也较低了。弹性极限是指材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的e点，以e表示，单位为兆帕（mpa）：e=pe/fo式中pe为保持弹性时的最大外力（或者说材料最大弹性变形时的载荷）。弹性模数是材料在弹性极限范围内的应力与应变（与应力相对应的单位变形量）之比，用e表示，单位兆帕（mpa）：e=/=tg式中为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。2、塑性。金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性，通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率（%）和试样断面收缩率（%）延伸率=(l1-l0)/l0x100%，这是拉伸试验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度l1与试样原始标距长度l0之差（增长量）与l0之比。在实际试验时，同一材料但是不同规格（直径、截面形状-例如方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的延伸率会有不同，因此一般需要特别加注，例如最常用的圆截面试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的延伸率表示为5，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延伸率则表示为10。断面收缩率=(f0-f1)/f0x100%，这是拉伸试验时试样拉断后原横截面积f0与断口细颈处最小截面积f1之差（断面缩减量）与f0之比。实用中对于最常用的圆截面试样通常可通过直径测量进行计算：=1-(d1/d0)2x100%，式中：d0-试样原直径；d1-试样拉断后断口细颈处最小直径。与值越大，表明材料的塑性越好。 3、硬度。金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力称为硬度，或者说是材料对局部塑性变形的抵抗能力。因此，硬度与强度有着一定的关系。根据硬度的测定方法，主要可以分为：（1）布氏硬度（代号hb）,用一定直径d的淬硬钢球在规定负荷p的作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下表面积为f的压痕，以试件的单位表面积上能承受负荷的大小表示该试件的硬度：hb=p/f。在实际应用中，通常直接测量压坑的直径，并根据负荷p和钢球直径d从布氏硬度数值表上查出布氏硬度值（显然，压坑直径越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越小）。布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系：bkhb，k为系数，例如对于低碳钢有k0.36，对于高碳钢有k0.34，对于调质合金钢有k0.325，等等。（2）洛氏硬度（hr）用有一定顶角（例如120）的金刚石圆锥体压头或一定直径d的淬硬钢球，在一定负荷p作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下某个深度的压痕。由洛氏硬度机自动测量压坑深度并以硬度值读数显示（显然，压坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越小）。根据压头与负荷的不同，洛氏硬度还分为hra、hrb、hrc三种，其中以hrc为最常用。洛氏硬度hrc与布氏硬度hb之间有如下换算关系：hrc0.1hb。 （3）除了最常用的洛氏硬度hrc与布氏硬度hb之外，还有维氏硬度（hv）、肖氏硬度（hs）、显微硬度以及里氏硬度（hl）。这里特别要说明一下关于里氏硬度，这是目前最新颖的硬度表征方法，利用里氏硬度计进行测量，其检测原理是：里氏硬度计的冲击装置将冲头从固定位置释放，冲头快速冲击在试件表面上，通过线圈的电磁感应测量冲头距离试件表面1毫米处的冲击速度与反弹速度（感应为冲击电压和反弹电压），里氏硬度值即以冲头反弹速度和冲击速度之比来表示：hl=(vr/vi)?1000式中：hl-里氏硬度值；vr-冲头反弹速度；vi-冲头冲击速度（注：实际应用装置中是以冲击装置中的闭合线圈感应的冲击电压和反弹电压代表冲击速度和反弹速度）。冲击装置的构造主要有内置弹簧（加载套管，不同型号的冲击装置有不同的冲击能量）、导管、释放按钮、内置线圈与骨架、支撑环以及冲头，冲头主要采用金刚石、碳化钨两种极高硬度的球形（不同型号的冲击装置其冲头直径有不同）。优点：里氏硬度计的主机接收到冲击装置获得的信号进行处理、计算，然后在屏幕上直接显示出里氏硬度值，便携式里氏硬度计用里氏（hl）测量后可以转化为：布氏（hb）、洛氏（hrc）、维氏（hv）、肖氏（hs）硬度。或用里氏原理直接用布氏（hb）、洛氏（hrc）、维氏（hv）、里氏（hl）、肖氏（hs）测量硬度值,同时可折算出材料的抗拉强度b，还可以将测量结果储存、直接打印输出或传送给计算机作进一步的数据处理。里氏硬度计是一种便携袖珍装置，可应用于各种金属材料、工件的表面硬度测量，特别是大型锻铸件的测量，其最大的特点是可以任意方向检测，免去了普通硬度计对工件大小、测量位置等的限制。 实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。4、韧性。金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性。通常采用冲击试验，即用一定尺寸和形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所消耗的冲击功表征材料的韧性：k=ak/f单位j/cm2或kgm/cm2，1kgm/cm2=9.8j/cm2k称作金属材料的冲击韧性，ak为冲击功，f为断口的原始截面积。 5、金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强度s），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于s甚至大于b的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于b而产生断裂。在实际应用中，一般把试样在重复或交变应力（拉应力、压应力、弯曲或扭转应力等）作用下，在规定的周期数内（一般对钢取106107次，对有色金属取108次）不发生断裂所能承受的最大应力作为疲劳强度极限，用-1表示，单位mpa。除了上述五种最常用的力学性能指标外，对一些要求特别严格的材料，例如航空航天以及核工业、电厂等使用的金属材料，还会要求下述一些力学性能指标：蠕变极限：在一定温度和恒定拉伸载荷下，材料随时间缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。通常采用高温拉伸蠕变试验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规定时间内的蠕变伸长率（总伸长或残余伸长）或者在蠕变伸长速度相对恒定的阶段，蠕变速度不超过某规定值时的最大应力，作为蠕变极限，以表示，单位mpa，式中为试验持续时间，t为温度，为伸长率，为应力；或者以表示，v为蠕变速度。高温拉伸持久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力，以表示，单位mpa，式中为持续时间，t为温度，为应力。金属缺口敏感性系数：以k表示在持续时间相同（高温拉伸持久试验）时,有缺口的试样与无缺口的光滑试样的应力之比：式中为试验持续时间，为缺口试样的应力，为光滑试样的应力。或者用：表示，即在相同的应力作用下，缺口试样持续时间与光滑试样持续时间之比。抗热性：在高温下材料对机械载荷的抗力。5.2.2 化学性能 金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。5.2.3物理性能1、密度（比重）：=p/v单位克/立方厘米或吨/立方米，式中p为重量，v为体积。在实际应用中，除了根据密度计算金属零件的重量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度b与密度之比）来帮助选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度与声速c的乘积）和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。2、熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属材料的熔炼、热加工有直接影响，并与材料的高温性能有很大关系。 3、热膨胀性随着温度变化，材料的体