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基于网络的摩擦学设计数据共享平台研究
摘要：摩擦学设计数据库对于建设节约型社会、发展现代设计技术有着重要意义。文章深入分析了国内外摩擦学设计领域数据资源及数据库技术的现状和存在的问题，提出了我国摩擦学设计数据库建设的架构和任务，着重讨论了基于网络的摩擦学设计数据共享平台建设的相关问题。
关键词：现代设计,摩擦学,摩擦学设计,网络数据库, VFP+SQL Server
The Study of Web-based Tribological Design Data Sharing Platform
Abstract: The tribological design database is very important for the building of saving society and the development of modern design techniques. The article in-depth analyzed the status and problem in field of data-resources of tribological design and the technology of database, and put forward the structure and mandate of the building for tirbology design database of china. The related issues on the building of Web-based data sharing platform of tribological design are discussed.

Keywords: Modern Design; Tribology;Tribological Design; Network Database; VFP+SQL Server

制造业的竞争是设计的竞争。随着全球信息化进程的不断推进，计算机、网络、数据库等技术已经取得了长足的发展，基于网络的现代设计，逐步成为最前沿、最能提升设计竞争力的一种设计方法。设计是节约型制造技术的灵魂，摩擦学设计作为现代设计重要组成部分在节能节材和可靠性方面的作用日益突出，摩擦学设计资源成为先进制造科学数据中不可缺少的重要资源之一。但是，我国目前的摩擦学设计资源散乱落后，无法满足现代网络设计、制造和高技术发展的需要。因此，对现有摩擦学设计及其相关资源进行优化、整合与重组，以符合先进制造与自动化科学数据共享网的要求，是数据共享平台建设中亟待开展的工作之一。
1、国内外摩擦学设计数据资源概况
近年来，互联网技术的飞速发展为CAD\CAM技术赋予了新的设计理念与技术内容，有可能彻底改变现有辅助设计与制造的模式与方式。基于网络的CAD/CAM集成系统充分利用网络技术、数据库技术、面向产品设计制造全生命周期，支持动态建模与产品性能设计的设计技术，随着高速网络的兴建，将会取代现有的计算机辅助设计的方法。随着摩擦学设计、虚拟实验室、网路设计等现代设计技术的飞速发展，对于作为设计基本元素的摩擦学设计专业数据资源即摩擦学性能数据库的需求愈来愈迫切；同时，由于新材料（比如：纳米材料）、新技术（比如：MEMS）的发展，现有摩擦学数据库无法满足设计要求的矛盾也越来越突出。
早期先进工业国家的摩擦学数据工作主要集中在编写手册（纸质）上，以图表、曲线的形式向设计者提供摩擦学设计数据。如英国著名的《摩擦学手册》、前苏联的《摩擦、磨损、润滑手册》、美国的《磨损控制手册》等等。
在一定意义上，纸质文献（手册）资料的电子版网络化就是以文献为主的摩擦学数据库，是目前世界范围内广泛采用的摩擦学数据库形式之一。德国联邦材料检验研究院（BAM）的摩擦学索引（TRIBOLOGY INDEX）就是这样的数据库，主要提供世界范围内摩擦学研究论文、出版物、报告等等。丹麦技术研究所摩擦学中心建立的DIAmond Database，是主要以金刚石、类金刚石、立方氮化硼、碳氮化合物、碳化硅等摩擦学材料的研究文献为主建立的摩擦学数据库。我国到目前为止，仅有超星、万方、维普等图书资料库，还没有上面所述的专门的摩擦学专业数据库。
仅仅以文献资料为主的数据库不能直接应用于现代网络设计。以建立基于Internet的分布式摩擦学设计资源系统（摩擦学数据库）已经成为国际摩擦学界十分关注的课题。
美国、德国、日本、英国等工业发达国家都已建立了各自不同类型的网络摩擦学数据库。譬如，德国联邦材料检验研究院（BAM）于1987年建立的摩擦学数据库TRIBOCOLLECT，现在已经发展成为世界上为数不多的能够提供摩擦学系统结构优化设计方面部分材料数据（15000条记录）实用查询功能的摩擦学数据库（专家系统）之一。同时，TRIBOCOLLECT维护较好、经常更新、以互动方式面向全球提供服务的摩擦学数据库。
在我国，随着业内人士对制造业地位的认可，摩擦学设计、现代设计、极端设计等项目都已提上议事日程。自1989年由机械工程学会摩擦学专业委员会主持召开了我国第一次“摩擦学设计研讨会”以来，现代设计意识已经不断渗入设计者的创作之中。然而，作为摩擦学设计基础的摩擦学设计资源（数据库），其功能还很不完善、其资源甚至可以说十分匮乏，能提供的数据资料非常有限，难以适应现代设计和未来基于网络虚拟设计的要求。
原机械工业部武汉材料保护研究所、西安交通大学、广州机床研究所等单位共同建成了包括常规材料常规条件摩擦磨损试验数据和部分辅助设计功能的摩擦学数据库。建成之时，在国内外还有一定的知名度，在一定程度和时期内，满足了设计要求。到目前为止它仍然是我国为数不多的提供网络数据查询的摩擦学设计资源之一。但无论是数据量、数据内容，还是提供服务的方式等，目前都不能满足有关设计者的要求，更无法适应网络条件下的设计。
国内合肥工业大学摩擦学研究所曾经在国家自然科学基金的支持下开展过润滑脂摩擦学数据库研究，但数据库没有向社会共享。由谢友柏院士领导的现代设计与产品研究开发网络（
同时，数据库系统也存在着版本老化的技术问题。比如，此类数据库基本是在CCDOS下，使用dBASEⅢ 进行建库、编程的，后来也仅仅是用微软的FoxPro3.0对数据库进行了有限的更新改进而已。国内目前的摩擦学数据库系统基本是单机版的，不具备网络使用功能。另外，摩擦学数据没有统一标准，没有执行规范的元数据标准，不便于向用户提供选材、结构、表面处理、润滑等参数建议和摩擦学设计、校核等多种服务。所以，对现有摩擦学数据资源进行升级改造任务急迫，势在必行。
总之，开展摩擦学设计资源建设的研究，特别是如何使之适应现代网络设计的需要，是国家数据共享平台建设中亟待开展的工作之一。由于世界范围内这项研究尚未达到成熟阶段，为实现我们在现代设计领域的自主创新、集成创新提供了可能，意义重大。
2、基于网络的摩擦学设计数据共享平台设计
鉴于上述对现有摩擦学数据库的分析，参考网络数据库专家的最新研究成果，结合对摩擦学设计准则的认识，对正在建设的先进制造与自动化科学数据共享网中的摩擦学设计技术数据资源的数据、信息管理等方面进行了研究与规划。重点考虑了网络功能问题、数据维护管路问题和实用性问题，对软件平台、数据库结构和数据库网络发布访问技术进行了探讨。
2.1数据库结构
信息标准化是当今世界经济和社会发展的趋势，也是现代化制造的重要基础。所以摩擦学设计数据库数据的标准化和规范化也十分重要。因此数据库结构设计、库内数据的数据结构、名词术语、介绍等等方面要尽量标准化、规范化。这不仅方便用户查询检索,同时也方便数据库系统的统一处理。为此，在本研究中按装备制造业基础共性技术数据元规定，规范资源集合类别、对象标识符等等，实现了标准化。
另外还要特别注意的是，摩擦学特性是系统特性，数据的影响因素很多。因此，在表示摩擦学数据时要尽量全面，分类要合理，即要将数据资源归类到合理的集合下，集合元数据的描述要高度概括和精确，主题词选择要准确科学，便于用户检索和使用数据资源。
基于以上考虑，按摩擦学数据资源特点和各类用户使用数据资源的需求，初步设计出了基本科学、合理、完善的数据资源体系结构（如图1）。新的摩擦学设计数据库由12个分类3个集合层和3个数据库组成。所有数据资源，按元数据标准规范实现数字化，按照质量控制规范和元数据标准进行整理、整合，然后将摩擦学设计技术领域的元数据录入相应的元数据库。

图1 摩擦学数据的结构

2.2 数据库的实用性
为用户提供网上数据查询、浏览、下载等功能，为行业用户提供快速的咨询服务，是摩擦学数据资源的首要任务。如何充分利用网络宽带资源和软件平台，兼顾以往数据库资源条件，最大限度的为用户提供实用性服务，是技术难点。
鉴于大多数设计者对摩擦学知识的掌握情况，开发模糊咨询系统，通过人机对话，根据用户摩擦学设计指标（磨损率、摩擦系数、配副等）向用户提供选材、结构、表面处理、润滑等参考建议和摩擦学设计校核等多种服务。
旧的摩擦学数据库采用的是FoxPro3.0版本，显然需要进行版本更新，而考虑到数据的易延续性及VFP的便捷性、用户规模等因素，仍然采用微软的Visual FoxPro数据库平台和Access数据库平台开发相应软件。
摩擦学设计数据库系统的后台数据库内容主要有若干个互相独立的子系统（可以按图1所示分类进行模块化或菜单化）组成,每个子系统都包括下面三种主要功能:数据查询与检索、数据库管理和维护、数据的表达和输出。其中查询结构分别提供了多种多层次、多角度的查询与检索方法。用户可以进行单项查询或者组合查询（如图2）,获得相应的摩擦学设计信息；也可指定一定的限制条件,由系统进行简单的数值计算和数据筛选,以得到较为合理的选用方案,系统然后会显示满足使用条件的材料列表。 此外,用户还可以进行其它一些基础信息的辅助查询。
图2 查询条件示意图
为了充分发挥Visual FoxPro的优势，本系统将大量使用直观易操作的模块化表单界面，并且延用数据库普遍使用的菜单化制作方法。本系统可以通过服务器端脚本的控制,把在浏览器中显示的查询与检索结果保存在本地计算机硬盘或打印输出。
在系统的管理和维护方面，充分考虑到数据库的安全问题，设置两种访问方式：管理员和一般用户，只有管理员才可以对核心数据进行更新维护等工作；一般用户则被拒绝进行可能损坏原始数据的任何操作。
2.3 网络技术的应用
随着Internet 技术的发展,网络环境下的应用系统成为现代数据库的热点，把现在的单机版摩擦学数据库升级为网络版摩擦学设计数据库已是社会的必需，也能为将来网上合作设计的建设奠定基础。
网络版摩擦学设计数据库系统采用VFP作为前台数据库，后台采用SQL Server数据管理系统，这样既可以发挥SQL大型数据库的功能、安全性，又可以发挥VFP临时表及直接操作的方便性。VFP+SQL Server方案主要的优势是能充分发挥二者的长处，使数据库系统具备动态、高效和交互的特点，对中小型数据库而言其操作非常方便快捷，编程语言功能强大，完全可以满足网络应用系统多用户、多线程查询操作的要求.其查询示意图如下：
图3 VFP+SQL网络版数据库方案示意图
实现Web服务是基于网络数据库设计的一个重要问题，涉及到要使用IIS(Internet信息服务)、Visual FoxPro COM服务程序和SOAP(简单对象访问协议)。方法之一是建立一个OLEPUBLIC类，然后将OLEPUBLIC类编译为COM组件，最后将编译后的COM组件发布为Web服务；另外一个方法是把VFP用COM方式或第三方系统在ASP中发布，程序文件应用跨平台Web开发语言ASP (Active Server Pages) 进行环境编写。
3、结论
市场、竞争和技术的进步，使得“设计”比过去任何时候都更加依赖于新知识的获取，而不是仅仅依赖经验。基于网络的摩擦学设计数据资源共享平台为设计者的知识获取提供了最佳途径。基于网络的摩擦学设计数据资源共享平台建设工作根据先进制造和网络设计的要求对原有摩擦学数据库的结构进行了调整，完善了数据资源规范，整合国内、国际摩擦学数据资源，补充了新材料和特殊工况条件下的摩擦学数据，扩展摩擦学设计数据资源网络功能，提升数据资源的科学性和实用性，通过网络共享方式，科学、方便、快捷地服务于国内先进制造业（现代设计与制造工艺），为提高摩擦学设计的效率和质量奠定了基础，并将最终推动现代设计、远程网上合作设计的形成。建设基于网络的摩擦学设计数据资源共享平台目标是宏伟的，工作量是巨大的，任务是艰巨的，有待进一步的努力，同时需要国内同仁的大力支持。

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用户端
浏览器
Web服务器
ODBC连接
SQL Server服务器
ODBC连接
VFP管理信息系统(MIS)
Web服务

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