（机械制造及其自动化专业论文）基于数据仓库技术的磨削数据共享平台应用研究.pdf

硕i j 学f 移论文 摘要 磨削技术作为一种高效、经济地生产出高质量零件的现代加工技术，是一门较复杂 的前沿学科。目前，我国在磨削技术领域通过实施一系列国家重大科技计划和多年的科 研生产，积累了大批宝贵的科技数据。但是，由于缺乏有效的管理协调机制、统一的标 准规范和合适的数据交流平台，数据资源的大量积压与用户需求之间的矛盾日益突出， 严重阻碍了数据资源的合理流通和共享。因此，实施科学数据共享工程己迫在眉睫。 本文以国家科技部基础共享平台项目“先进制造与自动化科学数据共享网( 项目 编号2 0 0 5 d k a 3 2 9 0 0 ) ”为依托，研究基于网络的磨削领域数据资源共享平台建设，实 现磨削领域数据资源的网络共享。经过在i n t e m e t 上测试运行1 年多，取得了一定的效 果。为完善平台的服务，更好地发挥数据的价值，减少数据库中的冗余量。有必要采用 数据挖掘技术对共享平台作进一步研究。本文首先介绍课题的研究背景和研究目标等。 其次，根据磨削加工的复杂性和共享平台实现数据共享的目标，设计磨削数据共享平台 的体系结构、数据资源组成。将磨削数据资源设计为由磨具、磨削液、磨削装备等多个 相关因素组成的资源集合；并从数据安全的角度对数据级别、用户权限进行设置。然后， 为实现用户对数据的操作更有针对性，减少冗余数据，增强客户端用户与共享平台的交 互性，讨论数据仓库的设计和基于w e b 的联机分析处理系统的实现过程。其实现步骤 为：结合用户需求和数据特点确定数据仓库的主题；根据确定的主题，以磨削工艺为例， 采用数据库建模工具p o w e rd e s i g n e r 设计数据仓库的概念模型；利用e t l 操作从磨削数 据库中获取与主题分析有关的数据，创建数据仓库的物理模型；采用联机分析处理 ( o n 1 i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ，o l a p ) 技术、a d om d n e t 和微软的o f f i c ew e b c o m p o n e n t s ( o w c ) 组件，设计并实现基于w e b 的联机分析系统，方便客户端用户从多 角度对数据分析，为用户提供磨削加工的决策支持服务；最后，总结全文，并提出平台 下一步研究的方向。 本文的研究工作可以为科学数据共享平台其它领域的研究提供参考，同时，也为数 据挖掘技术在磨削数据共享平台中的应用奠定了很好的基础。 关键词：磨削：数据共享；数据仓库；联机分析处理；数据挖掘 a b s t r a c t g r i n d i n gt e c h n o l o g y ，a sah i g h e f f e c t i v ea n d e c o n o m i cm o d e r nm a c h i n i n gt e c h n o l o g yf o r p r o d u c i n gh i g h q u a l i t yp a r t s ，i sa m o r ec o m p l i c a t e df r o n t i e rd i s c i p l i n e s c u r r e n t l y , a b u n d a n t s c i e n t i f f cd a t ah a sb e e na c c u m u l a t e di ng r i n d i n gi n d u s t r yb yc a r r y i n go u ts e r i e so fn a t i o n a l s c i e n c e & t e c h n o l o g yp l a n h o w e v e r , t h em o r ep r o m i n e n t i n c o n s i s t e n c yb e t w e e nt h e a b u n d 舭to v e r s t o c k i n go fd a t aa n dt h ed a t au s e r s g r o w i n gr e q u i r e m e n ti m p e d e s t h e c i r e u l a t i o na n ds h a r eo fd a t ar e s o u r c e sf o rl a c ko fe f f e c t i v em a n a g e m e n tm e c h a n i s m ，u n i t e s t a n d a r da n ds u i t a b l ed a t a e x c h a n g ep l a t f o r m s o ，i t i se x t r e m e l yu r g e n tt oi m p l e m e n t s c i e n t i f i cd a t as h a r i n gp r o j e c t t h i sp a p e ri n t e n d st os t u d ya n db u i l dd a t as h a r i n gp l a t f o r mb a s e do n i n t e r a c tr e l y i n go nt h e f o u n d a t i o ns h 撕n gp r o j e c t s c i e n t i f i cd a t as h a r i n gn e t w o r ki na d v a n c e dm a n u f a c t u r i n ga n d a u t o m a t i o n ”a f t e rm o r et h a no n ey e a r sn e t w o r kt e s t i n g ，g o o dr e s u l th a sb e e nr e a c h e d i t i s e s s e n t i a lt od of u r t h e rs t u d yf o rd a t as h a r i n gp l a t f o r ma p p l y i n gd a t am i n i n gt e c h n o l o g yi n o r d e rt op e r f e c tt h ep l a t f o r m ss e r v i c e ，t om a k eg o o du s eo ft h ed a t ar e s o u r c e sa n d t or e d u c e t h er e d u n d a n td a t ai nd a t a b a s e t h i st h e s i sf i r s ti n t r o d u c e sm er e s e a r c hb a c k g r o u n da n da i m so ft h es u b j e c ta n ds oo n s e c o n d l yt h es y s t e ma r c h i t e c t u r eo fg r i n d i n gd a t as h a r i n gp l a t f o r ma n dt h ec o m p o n e n t o fd a t a r e s o u r c e sa r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ec o m p l e x i t yo fg r i n d i n gp r o c e s sa n do b j e c to fs h a r e d p l a t f o r m g r i n d i n gd a t ar e s o u r c e sa r ed e s i g n e dt ob ea r e s o u r c es e tm a d eu po fm a n yr e l a t e d f a c t o r si n c l u d i n gs h a r p e r ，g r i n d i n gf l u i d s ，g r i n d i n ge q u i p m e n ta n d s oo n d a t al e v e la n du s e r r i g h ta r es e ti no r d e rt ok e e pt h ed a t as e c u r e t h i r d l y ，t h ed e s i g no fd a t aw a r e h o u s ea n d t h e r e a l i z a t i o np r o c e s so fo n 1 i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n gs y s t e mb a s e do nw e ba r e d i s c u s s e di n o r d e rt oi n c r e a s ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h eu s e r so nt h ec l i e n ta n ds h a r e dp l a t f o r m ，t or e a l i z e b e t t e rd i r e c t i o nf o ru s e r so p e r a t i n gd a t a ，a n dt or e d u c et h ea p p e a r a n c eo ft h er e d u n d a n td a t a t h es t e p sa r ea sf o l l o w s ：t h es u b j e c to fd a t aw a r e h o u s ei s d e t e r m i n e db a s e do nu s e r s d e m a n d sa n dt h ef e a t u r eo fd a t a ； w i t ht h eg r i n d i n gt e c h n o l o g y a sa ne x a m p l e ，t n e c o m s p o n d i n gc o n c e p t u a lm o d e li sd e s i g n e d b a s e do nt h ed e t e r m i n e ds u b je c tw i t ht h e d a t a b a s en l o d e l i n gt o o lp o w e rd e s i g n e r ；t h ep h y s i c a lm o d e li sr e a l i z e db ya c q u i r i n g d a t at h a t i sr e l e v a n tt ot h es u b j e c ta n a l y z e du s i n ge t lo p e r a t i o nt od a t a b a s e ；o n l i n ea n a l y t i c a l p r o c e s s i n gs y s t e mi sd e s i g n e da n dr e a l i z e d b a s e do nw e bw i t ht h et e c h n o l o g yo fo n l i n e a n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ( o l a p ) ，a d om d n e t a n dm so f f i c ew e bc o m p o n e n t s ( o w c ) i n o r d e rt of a c i l i t a t eu s e r s m u l t i d i m e n s i o n a la n a l y s i so ft h ed a t a b a s ea n dp r o v i d et h e mw i t h s u p p o r t i v es e r v i c e sf o ra b r a s i v em a c h i n i n g f i n a l l y ，t h i st h e s i sm a k e s ac o n c l u s i o na n dg i v e s 硕l j 学位论文 f u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o no ft h es h a r e dp l a t f o r m t h i sp a p e rc a no f f e rau s e f u lr e f e r e n c ef o ro t h e rf i e l d s r e s e a r c ho fs c i e n t i f i cd a t as h a r e a n da l s ol a yt h ef o u n d a t i o nf o rt h ea p p l i c a t i o no fd a t am i n i n gt e c h n o l o g yi ng r i n d i n gd a t a s h a r i n gp l a t f o r m k e yw o r d s ：g r i n d i n g ；d a t as h a r i n g ；d a t aw a r e h o u s e ；o n - l i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ；d a t a m i n i n g i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人与集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：弧暂腻节每月同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论义的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖 南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：强即锈 导师签名：两潲 嗍：1 年月同 硕i j 学位论文 第1 章绪论 1 1 项目研究背景 1 1 1 选题背景 科学数据作为信息时代非常重要而活跃的科技资源，已引起世界的广泛重视。 科学数据能够从根本上满足科技进步与创新、社会发展、经济增长和国家安全等 多种需求。拥有科学数据，就意味着拥有了无穷的创新资源。科学数据的收集、 整理、存储及开发应用是技术进步和社会可持续发展的重要举措。据有关统计， 美国在实施科学数据共享国策的十年间，平均年经济增长率后五年比前五年增长 了1 1 ，其中0 5 是由于数据和信息的流通和应用所产生的。 我国科学数据资源十分丰富，但科学数据共享问题一直未能很好地解决。科 学界长期呼吁，但因共享问题涉及面广且十分复杂，始终进展不大。科学数据不 能共享不仅造成了国家投资的巨大浪费，而且在相当程度上制约了我国科研水平 的提高【ij 。 制造业是中国国民经济的重要支撑产业，先进制造技术已成为制造业及相关 行业技术变革的核心。实现先进制造与自动化科学数据共享，将大大提升平台相 关领域的资源利用效率，提高制造科学水平和技术创新能力，提升我国制造业与 自动化行业的竞争力，为国民经济健康发展和自动化的自主创新提供技术基础； 对提高我国制造科学研究和技术开发水平，推动我国制造业的自主创新，增强国 际竞争力，促进制造业信息化和高新技术应用，提高我国制造业及相关行业的产 品质量具有十分重要的意义【2 1 。 2 0 0 5 年，在国家科技部和中国机械工业联合会的支持下，“先进制造与自动 化科学数据共享网 ( 项目编号2 0 0 5 d k a 3 2 9 0 0 ) 正式列入国家重点科学数据共享 基础平台建设计划。该计划是国家科学数据共享工程的重要组成部分和国家信息 化的有机组成部分，也是国家科技创新能力建设的重要体现。该平台整合的数据 资源包括自动化仪器仪表、工业机器人、机械强度与振动设计、防腐蚀设计、摩 擦学设计、铸造技术、磨削技术、模具技术等十多个领域，数据资源较丰富，数 据量达5 0 0 万个。初步实现了国家资助项目产生的科技数据资源的汇交、整合与 共享，面向社会提供了共享服务，基本满足了制造业和相关行业科技创新与技术 进步的要求【3 1 。 本论文以项目“磨削科学数据共享网( 此项目属于“先进制造与自动化科学 数据共享网”的子项目之一) 为依托，整合磨削加工方面及相关领域的科学数据， 开发先进制造与自动化科学数据共享网的子平台，提供对磨削加工工艺数据及一 堆j 二数掘仓席技术的磨i i j | j 数据j 亭、f ，台j 娅用研究 些标准数据资源的搜索服务功能，同时将这些数据与先进制造与自动化科学数据 共享网的后台数据管理系统相集成，为磨削加工行业数据资源体系，也为国家的 制造业与自动化行业提供有益的帮助。 1 1 2 建立磨削数据共享平台的意义 磨削技术是各类机械产品制造加工的关键技术和共性技术，也是实现机械零 件精加工的主要手段和重要工序，已广泛渗透到机床、工具、汽车、船舶、兵器、 航空、航天、能源、冶金、化工等领域，跟机械产品的质量、效率、可靠性、生 产周期及经济效益紧密相关。高速、超高速、精密、超精密磨削是一种高效、精 密、经济地生产出高质量零件的现代加工技术，也是一门较复杂的前沿学科，它 的应用可大幅度地提高零件的加工效率，降低加工成本，使零件表面质量和加工 精度达到更高水平，促进机械加工生产方式的根本性转变，引发市场对高效磨削 装备的大量需求。 近几年，随着超高速磨削机理、超高速主轴单元、进给单元、刀具及检测技 术等一些关键技术的逐步解决，超高速磨削技术已在工业中得到越来越广泛的应 用，尤其在汽车、仪器仪表、航空航天工业中，其应用前景极为可观【4 。 建立一个包括机床、磨具、磨削液及其它工艺参数与磨削效果问反馈信息等 数据的数据库，并将其用于指导实际磨削加工，将可改进机床的磨削性能，提高 磨具和磨削液的使用性能，获得高质量的磨削加工效果和良好的经济效益。 但目前的磨削数据库都是孤立的，归各企业自己所有，只能供局域网内技术 人员或工人使用。另外，现有的磨削数据库没有包含高速、超高速磨削工艺数据， 造成相应的工艺参数，技术数据无法共享，制约了高速、超高速磨削事业的发展。 随着网络技术的发展，强调资源共享和数据交换的网络化数据库是目前专业数据 库发展的方向。磨削数据共享平台是一个基于w e b 的、可供不同用户通过浏览器 访问的数据共享服务平台。通过对超高速磨削加工、精密加工、新型加工方法等 新型工艺的前沿性、关键性共性技术的研究以及对国内外最新研究成果资料的搜 集，开发出包括高速、超高速磨削数据的磨削数据库系统，能够为高档特种数控 机床的开发和实验研究提供先进的技术理论、方法、规范、优化数据，并实现资 源共享，提升平台相关领域的资源利用效率；提高制造科学水平和技术创新能力； 提升我国制造技术水平，为国民经济健康发展提供技术基础。 1 2 国内外磨削数据库概况及存在的问题 1 2 1 国外磨削数据库概况 用计算机处理加工数据系统，在切削加工中最早进行。据不完全统计，迄今 已有德国、美国、瑞典、英国、同本、挪威、比利时和匈牙利等l2 个国家建立了 2 硕i j 学位论文 3 0 多个金属切削数据库，提供各种形式的信息服务【8 】。 表1 1 国内外磨削数据库系统 开发单 国家年代简称功能 位名称 数据数据 经济效益 来源种类 可以为工件材料、刀 美国空军加c u t d a t a 具材料和加工方式提车钻 工性数据中 美国 1 9 6 4后续版本p、l 供多达十万种加t 程铣磨 - l , ( a f m d c ) m d c 序的切削参数 存储的材料可加工性 切削数据情s 、p 、车钻 德国1 9 7 li n f o s 信息垦大，信息服务 报中心l铣磨 功能较全面 马格德堡切 德国 1 9 7 3s w s 削数据库 郑州磨料磨 磨削数据 中国 1 9 9 6 具研究所 库 机械设计 机械科学研 与制造通 中国2 0 0 3 究院 用技术支 持系统 利物浦约翰 英国2 0 0 5 摩尔斯大学 s 、p 、车钻 l 铣磨 可根据零件设计要 求，实现优化的工艺 s 、p 、 数据，提供1 5 4 种不 l 同的报表，并可修正 和诊断磨削缺陷等 单机版和嘲络版两 种，能对磨削工艺、 s 、p 、 磨床磨削参数、磨具、 l 冷却、修整、缺陷处 理等进行查询 磨 车磨 提供优化的磨削参 数，避免磨削烧伤， i g a 能自动调节横进给率 s 、p 磨 和驻留时问以优化工 艺和效率 世界上首个 切削数据 库，建库初 期，节约了 1 6 亿美元 单件生产时 间和成本都 下降l o 经3 0 0 多家 企业试验， 平均每年可 节约工时 l5 - - 4 0 注：s 实验室系统p 生产车f il 文献资料 由于磨削数据库应用软件的开发技术难度大，磨削过程复杂和不稳定等因素， 磨削数据库大多是在切削数据库里附加的。据现有检索到的资料显示，磨削数据 3 皋j ：数掂仓库技术的縻削数据共享i ，台应用研究 库只有六个，且均为收费系统【钆1 4 】。如表l 所示。 其中美国的c u t d a t a 和德国的i n f o s 及s w s 均为通用切削数据库，由于 磨削数控化较晚，所以其内置的磨削数据库功能是附加上的，磨削数据少。 专门用于磨削的数据库国外只有2 0 0 5 年9 月在汉诺威国际机床展上公开的英 国智能磨削数据库，该数据库为智能磨削咨询系统( i n t e l l i g e n tg r i n d i n ga s s i s t a n t ， 简称i g a ) 的一个智能模块，目前该i g a 模块已经实现与c n c 机床的共同运作。 1 2 2 国内磨削数据库概况 我国在“八五”期间，郑州磨料磨具磨削研究所承担了机械工业共性数据库 中的普通磨削数据库及应用软件的丌发。这是国内首个专门用于磨削的数据库， 其内置的磨削数据实用性强，是富有经验的磨削专家工作成功的总结和工厂现有 的成熟生产工艺，系统灵活性强，便于扩充。但该数据库中的数据量还是非常有 限，只限于普通磨削中的一些基础共性数据和常见材料的磨削工艺数据，对于高 速精密磨削、新材料和特殊材料磨削工艺、新型磨削装备参数等方面的数据资源 还非常匮乏。其应用软件也是基于c s 结构开发的专用数据库软件，使用上具有 很大的局限性。2 0 0 3 年中国机械科学研究院研制的机械设计与制造通用技术支 持系统d m t s ( h ! ! 卫；型鲨型：塑苎i ! ：堕曼! ：星旦纽曼璺! 匀苎i 匀苎五：h 地) 内有切削磨削技术支持系 统，该系统有单机版和网络版两种形式，单机版满足技术人员个人使用，而网络 版形式支持浏览者在局域网内共享该系统的各种功能，如查询磨削工艺、冷却、 磨具及磨削缺陷消除方法等。所以，仍旧不便于通过i n t e r n e t 广泛交流和共享磨 削数据资源。 1 2 3 存在的问题 磨削数据库不仅是提高磨削加工效率和经济效益的一种有效措施，还是发展 各种现代制造技术( 如c n c 、c a p p 、c a d c a m 、f m s 、c i m s ) 的重要研究基础。 通过对比分析国内外磨削数据库的现状，得出我国磨削数据库还存在以下不足： 1 磨削数据可靠性不确定 磨削加工的随机影响因素众多，不同的生产厂商提供的砂轮性能也不一样， 因此，就算是已成功加工的磨削实例数据，在使用和参考时，也需要对数据进行 严格挑选、分析、处理和评估。 2 磨削数据量不多 由于磨削加工过程复杂，数控磨削技术起步较晚，能够获取的磨削数据相对 于切削数据来说，在数据量方面较少。 3 数据库相互孤立 目前的磨削数据，除一些手册供所有用户共享外，各企业的生产实践数据和 试验数据都只有企业自己独有，有条件的企业或研究所会根据自己掌握的数据建 4 硕i j 学位论义 立服务于本单位的数据库，这种“各自为政”的状况，造成一些相同或类似的数 据由不同单位重复做多次试验而得到，严重阻碍了磨削技术的发展。 1 3 本文研究目标及主要内容 1 3 1 研究目标 针对用户对数据的需求和先进制造与自动化科学数据共享平台建设的总体要 求，在总结其它学科领域的科学数据共享平台的建设经验的基础上，本文结合磨 削数据库中数据的特点，设计出磨削数据共享平台的总体结构和数据资源体系结 构；针对磨削数据共享平台数据库中数据冗余问题，根据用户对数据的需求，对 磨削数据库中数据进行抽取、清洗和转换操作，剔除一些对分析无用的数据，创 建关于磨削数据的数据仓库多维模型；利用基于w e b 的联机分析处理技术实现远 程客户端用户通过浏览器对数据的切片、钻取和旋转操作，方便客户端用户从多 角度对数据进行自由分析。 1 3 2 主要研究内容 论文研究的主要内容有以下三个方面： ( 1 ) 根据共享平台的总体目标和磨削加工的复杂性，设计出磨削数据共享平 台的总体结构和数据资源体系结构，并根据共享平台在试运行阶段的现状，提出 共享平台在数据冗余和数据服务方面存在的不足。 ( 2 ) 针对数据冗余问题，根据用户对数据的需求，确定用户对数据分析的主 题。利用e t l ( e t l ：e x t r a c tt r a n s f o r ma n dl o a d ) i 具对数据进行抽取、转换和加 载操作；通过m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0a n a l y s i ss e r v i c e 数据分析平台，从用户 需求出发，结合磨削加工的实际需求和现有磨削数据库中的数据资源，研究磨削 领域数据仓库模型的设计和具体实现。 ( 3 ) 利用a d om d n e t 、o f f i c ew e bc o m p o n e n t ( o w c ) 组件实现数据仓库与 w e b 的交互，方便客户端用户从多个角度查看和分析数据，同时也为用户在生产 加工中提供决策支持服务。 壤十数据仓库技术的磨削数据j e 享、f ，台j 啦用, r i j f 究 第2 章磨削数据共享平台的体系结构设计 2 1 设计目标 磨削数据共享平台的数据中心和切削、焊接、工程材料等其它多个技术领域 数据分中心一起组成了先进制造与自动化科学数据中心群。为了将这些分布式数 据有机地联系在一起，并且和先进制造与自动化科学数据中心相连接，实现统一 认证和检索，为用户提供无缝地查询，总项目组对各领域数据资源的格式和描述 给出了统一要求，并对用户访问数据的权限和数据级别进行了规范。 磨削数据共享平台根据总项目组对先进制造与自动化科学数据共享平台的总 体要求、磨削领域的数据特点和磨削领域的用户群设计开发了适合于磨削领域的 数据共享平台。其总体结构如图2 1 所示。 服熟蟓层臣亟卫臣困臣亟口 巫 巫 功能层 服务层 i 元数据服务 延伸服务 | | 目录服务| i 检索服务l l 在线浏览| | 数据下载i 信息服务 ( 扩展应用) 辅助服务 磨削领域科学数据其享数据分中心 元数据管理系统及安全管理 信息管理 数据资源层 磨削技术元数据库 应用程序( 文档)图片文本视频网摘数据表 资源库资源库资源库资源库资源库资源犀 图2 1 平台的总体结构 该平台是一个由服务对象层、功能层、服务层、数据资源层组成的多层次综 合平台。以数据资源层为基础，服务层为接口，通过功能层向服务对象提供便捷 的数据查询、检索和下载服务。 其中，数据资源层包含的内容是数据采集者对磨削领域科学数据收集和整理 的集合，同时也包括对数据详细描述的元数据信息。数据资源格式的多样性，一 方面是因为磨削加工工艺复杂，有些数据信息无法用表格的形式表示；另一方面 是因为我国的磨削数据比较分散，遍布于各企业、研究所和高等院校，各单位对 磨削数据的表示方式也各异。 服务层的任务包括服务器端对数据资源的管理、对系统安全性的管理与维护、 6 硕i ：学位论文 为客户端用户提供除磨削科学数据外的其它磨削方面的信息。在数据资源的管理 方面，最重要的是对元数据的管理。因为元数据是“关于数据的数据 ，是使数 据可用的附加信息( 除了空间数据和属性数据外) ，描述了关于数据的一组典型 特征但通常不包含数据本身，也就是为了运用数据资源所必须了解的一些信息。 对系统安全的管理措施和功能层与服务对象层的详细信息在后面的2 5 节中有讨 论。 2 2 数据资源体系结构设计 磨削加工是一个复杂的工艺过程。不仅仅与加工材料有关，它还与机床、磨 具、磨料、冷却液、砂轮修整及修锐、工艺、表面质量等多种因素有关。高速、 精密磨削技术是磨削技术领域的一个分支，代表的是一种先进的制造技术和加工 方法。因此，磨削数据资源体系的建立，应该覆盖整个磨削技术领域基础共性数 据的资源体系，分别针对磨具、工件材料、机床、磨削液、磨削工艺参数等相关 因素建立相应的数据资源集合。 2 2 1 数据资源框架 根据磨削加工的复杂性，磨削数据共享平台数据库中的数据资源以高速、精 密磨削技术为主，涵盖了磨削技术研究和应用的各个领域，涉及了材料、工艺、 方法、设备等方面，既有基础理论研究的数据，又有比较具体的磨削方法与工艺 参数实例，还给磨削新技术发展留有空间，数据量达2 l 万多。具体内容主要包括 了磨削基本原理模块、磨料磨具模块、磨削剂模块、磨削工艺模块、砂轮修整模 块、磨削表面质量模块、磨削装备模块，其中磨料磨具模块数据量占4 7 ，磨削 工艺模块占31 。其体系框架如图2 2 所示。 7 幕十数捌仓席技术的磨削数抓共享、i ，台心用研究 8 匦懈=孛辣娟骧髹；衄nn匾 聪茛辣取v衄甲呵姐脒辣糕v啮杉 n姐碳辣糕v吣蚓 硕i ：学化论文 2 2 2 数据资源组成 1 磨削原理数据集合 磨削加工过程是一个十分复杂的物理、化学过程并伴随着能量转换。影响磨 削加工过程的因素很多，使得对磨削机理的研究比对切削机理的研究更加困难和 复杂。为了实现磨削过程的最优控制，就必须研究磨削加工过程的物理规律 磨削机理。本集合数据主要从磨削过程的特点、磨削基本要素的定义及其理论模 型、计算方法及公式、磨削要素的经典测量方法和实例方面组织数据，适用于对 磨削基础知识教学研究，为磨削知识学习应用系统的建立和磨削专家系统的开发 提供理论模型和计算依据，如图2 3 所示。 集 口 层 图2 3 磨削原理集合资源体系结构图示例 2 磨料磨具数据集合 把磨料和磨具数据放在一个集合里面主要是便于用户的查找。磨料磨具从总 体上来分，可以分为普通磨料磨具和超硬磨料磨具。由于磨料的种类很多，对磨 料代号的制定，各个国家和地区亦有不同的标准。因此，在本系统中应该提供相 应的代号对照数据作为使用参考。磨料的选择原则与被加工工件材料物理力学性 能有直接关系，因此，还要考虑磨料与工件材料之间的化学反应性能和化学亲和 作用。选择磨具时，影响磨具磨削性能的因素有很多，主要有磨粒颗粒的几何形 状和尺寸、磨具硬度、结合剂、磨具的组织、磨具的几何形状和尺寸组成、适用 范围( 包括国内外代码及基本尺寸对照) 及其物理化学特性等方面的数据。此外， 还可以提供适当的经验选择数据给用户参考。 超硬磨料磨具具有与普通磨料磨具不同的加工特点和磨削性能，因此需要与 普通磨具区别考虑。一般选择超硬磨料磨具时需要考虑的因素主要有磨料粒度、 结合剂、浓度、形状和尺寸以及磨削用量等。磨料磨具数据集合如图2 4 所示。 9 堆f 数据仓j 孳技术的磨削数据共享、1 ，台应用研究 图2 4 磨料磨具集合资源体系结构图示例 3 磨削剂( 液) 数据集合 磨削液一般分为油基磨削液和水基磨削液两大类，在磨削加工中主要起润滑、 冷却、渗透与清洗、防锈的作用。不同的磨削液对磨削效果的影响不同，不同供 液方式的供液效果决定了各种供液方式具有不同的适用范围。因此，选择磨削液 时应该从不同磨削液对磨削效果的影响来考虑。应该根据磨削的条件以及所选择 的磨削液来选择合适的供液方法。本集合从磨削液的型号、成分、特性及适用性 等数据，各种磨削剂的供给方式，可能获得的效果，对表面烧伤的影响等方面进 行组织数据。可以为各科研和生产过程中对磨削剂的选用作参考。如图2 5 所示。 4 磨削工艺数据集合 随着机械产品的精度、可靠性及寿命的要求不断提高，高硬度、高强度、高 耐磨性、高功能性的新型材料应用增多，给磨削加工提出了许多新问题，如材料 的磨削加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自动化等问题。所以， 研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发新的磨削工艺技术，研制高精 度、高刚性的自动化磨床，对推动我国的机械制造业的发展有着重大的意义和应 用价值。在磨削工艺的设计中，需要考虑磨料磨具的选择、磨削工艺参数、被磨 削材料的物理化学性能、磨削修整用量以及对机床和环境的要求等多方面的因素。 本数据集合按照不同磨削方式下对磨削用量及工艺参数的选用进行分类，以高速 超高速、精密超精密条件下的磨削为主，涵盖普通磨削和难加工材料的磨削等其 它方式的磨削，并结合一些磨削实例数据，从工艺方面为各生产企业的产品制造 和机床设计提供参考。如图2 6 所示。 i o 硕f j 学位论文 集合层 对象层 磨削剂( 磨肯0 液) l 磨削齐i的选用磨肖i剂的效果 磨削剂的供给方式 磨削剂的过滤 【 j 。 i 磨 磨削磨削 磨肖0 削 液种液对 磨削液各 涡旋 剂 类可 表面 剂的 种净 分离 的 能获烧伤 供给 化装 嚣净 选 得的的影 方式置的 化能 用 效果响 性能 力 表 图2 5 磨削剂集合资源体系结构图示例 图2 6 厝削工艺集合资源体系结构图示例 5 砂轮修整数据集合 磨削过程中，砂轮受损不但会降低砂轮的寿命，对被加工零件的表面完整性 也会造成影响。因此，就需要定期对砂轮进行修整。砂轮修整集合的数据按磨具 的类别分为普通磨料砂轮的修整、超硬磨料砂轮的修整及砂轮修整新技术三个部 分，主要适用于对砂轮修整方式方法和修整用量方面进行参考。 普通磨料砂轮的修整方法主要有车削法、滚轧法和磨削法三种，修整工具可 分静止的砂轮修整器和运动砂轮修整器两大类。采用不同的修整工具应选择不同 的修整参数( 如：修整进给量、砂轮修整转速、修整深度等) ，修整后的砂轮也具 有不同的特性。 缺一j ：数据仓库技术的麟削数据共享、i ，台j 妊用研究 超硬磨料砂轮具有优良的磨削性能，抗磨损能力强，不需经常修整。对它的 修整通常分为整形和修锐两步工序。因此，本集合的数据从超硬磨料砂轮的修整 和修锐两方面，针对不同的修整和修锐工具给出相应的修整参数和实例信息。 近年来，随着超硬磨料磨具修整技术的发展，出现了许多新的修整技术。如 磨削修整法的改进g c 杯形砂轮研磨修整法、在线电解修整法、弹性修整法、超 声波振动修整法和激光修锐法。这部分的修整方法、参数及实例数据我们单独放 在砂轮修整新技术集合里面。其砂轮修整集合的数据资源体系结构如图2 7 所示。 图2 7 砂轮修整集合资源体系结构图示例 6 磨削表面质量数据集合 磨削表面质量即表面完整性，包括表面纹理与表面层物理力学性能状态两个 指标。它直接影响了零件的使用性能。磨削表面质量的基本数据由表面粗糙度、 波度、加工硬化、残余应力、金相组织变化、烧伤与裂纹等组成因素及各因素之 间的关系的参数组成。磨削加工表面的缺陷一般是由机床、工艺、磨削液、工件 和砂轮等因素造成的。如果能够及时对造成工件表面缺陷的因素进行修整，就可 以提高加工表面的质量。因此，本数据集合还考虑了各种磨削方法所能达到的表 面质量以及由机床、工艺、磨削剂、工件、砂轮等因素造成的加工表面缺陷及预 防方法等数据，为各生产企业在加工制造过程中对加工质量的监控提供参考和依 据。磨削表面质量数据集合如图2 8 所示。 1 2 顶f j 学位论文 图2 8 磨削表面质量集合资源体系结构图示例 7 磨削装备数据集合 磨削装备在这罩主要指磨床。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机 床，是各类金属切削机床中品种最多的一类。大多数的磨床是使用高速旋转的砂 轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如 珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。除了普通的金属材料之 外，磨床还能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料， 如玻璃、花岗石；既能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨 削，如强力磨削等。 随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的 发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。因此，我们在设计磨削 装备结构体系的同时还需要充分考虑本集合数据的可扩充性。我们从磨床应用范 围的角度将磨床集合划分为两大子集：通用磨床集合和专用磨床集合。每一子集 又按g b t 15 3 7 5 9 4 金属切削机床型号编制方法规定进行顺序编号和层次划分， 并且设置一个其它机床集合用来存放编制方法外的机床数据。本集合的数据内容 主要包括各磨床的规格型号、技术参数、加工精度及生产厂家信息等，适用于各 生产企业在加工制造中对磨削设备的选用参考。如图2 9 所示【”】。 1 3 集 合 层 图2 9 厝削装备集合资源体系结构图示例 2 2 3 数据格式 参照d c m i 资源类型词标准，根据磨削技术领域数据资源的特点，制定了磨 削数据资源格式规范。磨削数据资源格式主要分为t e x t ( 文本) 、a p p l i c a t i o n ( 应用 程序) 、i m a g e ( 图形图像) 、v i d e o ( 视频) 和d a t a b a s e ( 数据表) 五类。如表2 1 所示。 数据格式的多样性，决定了在后续数据仓库的设计过程中需要对不同格式的数据 进行转换。 表2 1 数据资源格式说明 格式说明 t e x t p l a i n t e x t h t m l t e x t s g m l t e x t x m l a p p l i c a t i o n r t f a p p l i c a t i o n w o r d p e r f e c t a p p l i c a t i o n p d f a p p li c a t i o n m s w o r d l m a g e j p e g 无格式文本 h t m l 嘲页 s g m l 文档 x m l 文档 r i c h t e x t f o r m a t 文档 w o r d p e r f e e t 文档 p r o t a b l e d a t a f o r m a t 文档 m i c r o s o f tw o r d 文档 j p e g 编码图像 1 4 硕i ：学位论文 表2 1 数据资源格式说明( 续) i m a g e g i fg i f 编码图像 l m a g e p n g v i d e o m p e g v i d e o q u i k t i m e d a t a b a s e d a t a b a s e n a m e p n g 编码图像 m p e g 视频 q u i k t i m e 编码 ! ! l ! 频 d a t a b a s e n a m e 数据库 2 3 平台功能服务 磨削数据共享平台提供的服务功能包括数据管理、目录服务、数据服务、数 据安全和延伸服务。其结构如图2 1 0 所示。数据管理模块实现的是后台数据库对 数据的存储和更新管理；目录服务模块提供数据的搜索引擎服务和对数据框架结 构的查询；数据服务模块包括了数据的查询、下载、浏览和显示功能；数据安全 模块是从数据安全的角度，通过对数据分级、对用户分类，设置用户对不同级别 数据的访问权限；延伸服务模块是为解决数据库中大量数据的冗余，以充分发挥 数据的价值，在该共享平台的基础上所做的深入研究。目前，已经实现了数据管 理、目录服务、数据服务、数据安全四项功能模块，延伸服务是本文着重研究的 对象。 磨削技术领域数据共享服务功能 数掘管理j 1 日录服务il 数据服务li 数捌安伞il 延伸服务 薹| i 萋ll蓁31iii差卉ii 茎i l 萋i i | | l l | | | ll 蓁l l 篓| | 藿ll 蓁i i 囊| l 重 图2 1 0 屠削数据共享平台功能模块 2 4 平台开发环境和平台服务展示 2 4 1 开发环境 磨削数据共享服务的基础平台是先进制造及自动化技术科学数据共享中心下 面的一个分节点，主节点部署在北京机械科学研究院，磨削数据共享平台分节点 部署于湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心。其开发环境为： ( 1 ) 客户端：i e 浏览器； ( 2 ) 服务器端：w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 操作系统，i i s 6 0 服务器； ( 3 ) 数据库服务器：s q ls e r v e r2 0 0 0s p 4 ； ( 4 ) 工发工具o d e ) ：v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 3 ； 堆r 数掘仓阼挫术的辫州数摧# 牛r 竹j m 用州e ( 5 ) 丌发语