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工程材料数据共享服务的实践与应用
发布时间:2008/2/3  来源:先进制造与数据共享国际研讨会论文集  浏览次数:8780

1.引言

材料科学的发展,是人类社会进步的重要标志,是各种发明创造与科学技术发展的先导,对国民经济和人民生活产生着巨大影响。在机械产品研发过程中,选材是一项十分重要的工作。据分析,在机械产品出现的故障中,很大的比例是由于选材不当造成的。

正确的选材用材,需要有科学数据的支持。工程材料数据共享平台建设的目的,就是希望借助于计算机和网络技术,让大量科研工作所积累的有关机械工程材料的科学数据不再尘封在档案中,使其能为广大科技人员服务。

2.工程材料数据共享平台建设的背景

2005年,在国家科技部和机械工业联合会领导下,作为国家科学数据共享工程的一个重要部分的“先进制造与自动化科学数据共享网”,在经过该领域专家的深入研究与探讨后,开始正式建设,并于2007年正式向用户提供数据共享服务。工程材料数据共享平台是“先进制造与自动化科学数据共享网”的一个重要分中心网站。建设这一平台的任务,由机械科学研究总院承担。其数据来源,是近三十年来机械科学研究总院从承担的大量国家科研课题中积累下来的涉及工程材料的科学数据,以及经过整合的大量材料标准数据、新材料数据等。在工程材料数据共享平台上,将以灵活的服务方式,向网络用户提供数据的浏览、查询和下载服务。数据将以数据表、图形和网页等多种形式展现。建设这一平台的目的,是通过数据共享,为企业、科研单位、高等院校和政府机关提供信息服务,为增强我国工程技术领域的科技创新能力做出贡献。

3.元数据在工程材料数据共享平台中的作用

元数据是用于描述数据资源的数据,主要用于网络数据共享时对数据进行说明。元数据是一种规范化的描述信息,它是按照一定标准,由数据各项特征描述构成的信息集合。我们所采用的元数据标准,是由“先进制造与自动化数据共享网”统一制定的元数据标准,其主要参考标准是都柏林核心元数据(Dublin Core)

工程材料共享平台的元数据系统,包括资源集合和资源对象。通过特殊设定的标识符,将“数据说明”、“收集者”、“拥有者”、“保管历史”等数据本身说明元素与“表格”、“网页”、“文档”、“图像”等各种不同形式的内在实质内容之间建立了关联。

在工程材料共享平台上,元数据的重要性主要体现在三个方面:(1)在构建工程材料数据库时,通过元数据,将工程材料数据汇入先进制造与自动化科学数据的体系当中,并在资源集合和资源对象之间建立起明确的关联;(2)在为用户提供数据共享服务时,以元数据作为索引和数据说明的重要工具,大大方便用户的使用,并提高数据检索查询的效率;(3)在管理数据库时,借助于元数据,便可以在大型数据库的管理中,使数据的更新和维护更加系统化。

元数据的资源集合与资源对象的统一,构成了共享平台的基础。其在数据服务方面的主要作用体现在信息索引、数据说明和相关性导航三方面。访问工程材料共享平台的用户可以通过以元数据资源集合构成的树形菜单,利用“主题”元素进行信息查询,查询到资源集合或资源对象的数据内容、数据来源等信息,从而起到了信息索引的作用。由于“先进制造与自动化科学数据共享网”是一个整体,包含了数十个技术领域,元数据的“相关资源”元素,是与其它技术领域的相关资源集合建立起相关关系的纽带。

4.工程材料数据共享平台的数据服务体系

1)工程材料分类

由于工程材料共享数据涵盖机械工程材料的主要内容,选择一个合理的材料分类方法尤为重要。以钢为例,通常有以下几种分类方法:按冶炼方法、按化学成分、按用途、按金相组织、按品质和按制造加工形式分类。由于材料具有多用性,即某一种材料有多种用途,而各种材料的用途又都非常广泛,且在不断发展中。因此,上述分类方式中那一种单独用在数据共享平台上,都不可避免地具有一定的局限性。

工程材料数据共享平台的服务对象与性质决定了材料分类必须具备以下因素:(1)数据结构清晰、合理,关系相对简明;(2)便于在共享平台上对数据进行调用、查询和检索;(3)考虑到材料应用的交叉性,材料的多用途性;(4)数据应具有一定的规模,构成体系;(5)便于今后向数据库中补充数据。综合考虑以上因素,工程材料数据共享平台中的材料分类方式确定为按化学成分、用途、品质等相结合的综合分类方式。实践证明,这种综合分类方式在实现工程材料数据共享时具有科学性和实用性,在之后的数据服务工作中也得到了广大用户的认可。

我们在设定资源集合时,将型材、典型和常用零部件材料、新材料和材料实测数据单独列出,是为了方便用户从材料类别、材料品种、材料用途、标准数据、实测数据等不同角度对工程材料数据进行查询和检索。在型材的钢铁材料部分,按型钢、钢板及钢带、钢管、钢丝、钢丝绳分类;有色金属型材按铜及铜合金型材、铝及铝合金型材、其它有色金属型材分类。典型和常用零部件材料,重点分析了齿轮、模具、工具、轴类、耐磨件、耐热件、耐蚀件常用的材料性能,以及在选材用材时需要注意的问题。在新材料数据库的第一步建设中,列出了新型金属材料、纳米和粉体材料、高性能陶瓷材料几大类。

2)共享平台结构

工程材料数据共享平台的整体结构分为四部分:元数据系统、科学数据应用系统、辅助信息系统和后台管理系统。元数据是共享平台的基础,起到索引和说明的作用,科学数据是工程材料的共享数据,辅助信息包括工程材料领域的技术动态、行业动态等信息,后台管理是对元数据、科学数据和用户信息等进行管理。

工程材料科学数据的表现方式有两种:一是以数据表形式出现的同一资源集合的数据,便于类型相近材料的对比。二是显示某一牌号的材料的具体信息,包括该材料的主要特性、应用举例、中外牌号对照、实测数据和其他相关信息,便于对某一种牌号的材料进行各方面的分析。

工程材料数据共享平台的服务器,建立在机械科学研究总院信息中心。该中心建有强大的计算机网络运行和安全保障体系。软件系统采用ASP.NET编程,数据库环境为SQL-Server数据库,充分保证共享平台各项功能的良好运行。

3)数据服务系统

工程材料数据共享平台建设的目的,是通过数据共享,为企业、科研单位、高等院校和政府机关提供信息服务。根据我们同用户的接触,了解到用户最需要的是与其生产与科研最密切相关的信息服务,特别是中小企业,最关心有关材料使用性能、热处理特性、牌号对照等最实质性的内容。另一方面,工程材料数据共享平台的数据信息繁多而复杂,而工程材料具有多用性和广泛性的特点。在这种情况下,仅靠元数据索引已难以适用用户需求。需要将多种查询、检索、对照方式相结合才能为用户提供便利与准确的服务。

工程材料数据共享平台数据服务系统的体系结构其主要功能模块为:

Ø          元数据查询模块:以元数据的资源集合和资源对象为索引,通过树形菜单,帮助用户找到所需要的材料数据。

Ø          材料分类查询模块:按材料逐级分类,直接列出某一细类材料的所有牌号,然后点击进入,查询某一牌号材料的技术性能数据。

Ø          材料应用查询模块:通过点击树形菜单,列出某一类材料的应用特性,根据应用特性,查询相关的数据。

Ø          案例对照查询模块:在这个模块里提供了典型、常用和通用的零部件材料的选择方法、冶金要求、热处理、使用性能要求等相关的技术资料,以及大量的实用案例,通过对这些案例的对照,可以推荐给用户其类似应用所需的材料数据。

Ø          检索: 我们还提供了按材料牌号、特性、用途三种数据检索方式。只要用户输入相应的关键词,就能检索出相应的数据。

4)共享服务方式

为了向用户提供更好的服务,建立科学的数据共享机制十分重要。工程材料数据共享平台建设初期的主要工作是做好服务并与用户建立良好的合作关系,因此,用户注册与查询、下载级别较低的数据均不收费。但是为了保护数据生产者和收集者的基本利益,体现共享数据的价值,同时为共享平台的长期运行奠定基础,我们还对共享数据和用户进行了分类、分级管理。

目前,共享平台上所提供的数据,主要分为“精加工数据”和“难度较大数据”两类。精加工数据,是经元数据规范、质量检验规范的数据。而难度较大数据,是指获取难度较大的加工数据。凡是到共享网上来的网民,都可以查询到元数据信息,经注册登录后便可查询所有精加工数据,即绝大多数工程材料共享数据。对于一些收集整理难度较大的数据,将收取一定费用后,为公众提供共享服务。