數(shù)據(jù)庫在機(jī)械加工中的應(yīng)用

賈思柔 張曉鵬 于鳳銀

(1：白銀有色集團(tuán)股份有限公司裝備與自動化控制研究所 甘肅白銀 730900；2：白銀新大孚科技化工有限公司 甘肅白銀 730900)

1 前言

在現(xiàn)代化加工制造過程中，有效管理并充分利用各類加工制造的信息資源，是加工制造企業(yè)進(jìn)行科學(xué)研究和科學(xué)決策管理的前提條件；而加工制造數(shù)據(jù)庫技術(shù)則是加工管理信息系統(tǒng)、加工自動化系統(tǒng)、企業(yè)決策支持系統(tǒng)等各類信息系統(tǒng)的核心部分，是加工制造企業(yè)進(jìn)行科學(xué)研究和決策管理的重要技術(shù)手段。在機(jī)械加工生產(chǎn)過程中，各種零部件的加工制造信息繁雜而又無序，如何高效、有序地管理利用這些加工信息，使其符合現(xiàn)代化加工工藝生產(chǎn)的需要，長期以來，一直是機(jī)械加工行業(yè)的一道管理難題；鑒于數(shù)據(jù)庫的優(yōu)越性及其發(fā)展速度，數(shù)據(jù)庫技術(shù)被廣泛應(yīng)用到機(jī)械加工行業(yè)，為機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化和智能化提供技術(shù)支持[1]。對機(jī)械加工零部件的數(shù)據(jù)管理，不再局限于對加工件基本信息的存儲和數(shù)據(jù)管理，而逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)管理機(jī)械加工中需要的各種數(shù)據(jù)。本文以數(shù)據(jù)庫知識在加工生產(chǎn)過程中的三個應(yīng)用層次為主導(dǎo)，闡述了數(shù)據(jù)庫知識在機(jī)械加工中的具體應(yīng)用方法與實(shí)踐效果，為機(jī)械加工生產(chǎn)過程中的動態(tài)管理，提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義和借鑒作用。

2 機(jī)械加工中，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫知識的意義和目的

機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，是依照機(jī)械加工件模型組織起來、并將機(jī)械加工件的各種數(shù)據(jù)，存放于二級存儲器中的加工數(shù)據(jù)集合。具有以下特點(diǎn)：盡可能不重復(fù)，以最佳方式為企業(yè)內(nèi)部機(jī)械部件的加工，提供多種應(yīng)用服務(wù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獨(dú)立于使用它的應(yīng)用程序，對加工數(shù)據(jù)的增、刪、改、查，由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行管理和控制，是加工部件數(shù)據(jù)管理的高級階段。

機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，是一個加工制造企業(yè)單位、或一個加工應(yīng)用領(lǐng)域的通用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，從依據(jù)全局的加工觀點(diǎn)出發(fā)而建立，按一定的加工數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行組織、描述和存儲。其結(jié)構(gòu)基于加工數(shù)據(jù)間的自然聯(lián)系，從而提供一切必要的加工件存取路徑，使加工件數(shù)據(jù)不再針對某一單獨(dú)的應(yīng)用單元，而是面向加工企業(yè)內(nèi)部的全體組織單位，具有加工企業(yè)內(nèi)部組織整體結(jié)構(gòu)化的特征。

機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，是基于加工制造企業(yè)內(nèi)部單位、眾多用戶所共享加工零部件信息，而量身開發(fā)建立的數(shù)據(jù)庫，完全擺脫了具體程序的限制和制約。不同的機(jī)械加工企業(yè)內(nèi)部用戶，可按各自的用途用法，調(diào)取、使用該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，多個用戶亦可同時共享該機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)資源，機(jī)械加工零部件數(shù)據(jù)的共享性，滿足各用戶對信息數(shù)據(jù)內(nèi)容要求的同時，也滿足各用戶之間信息數(shù)據(jù)交流通信的需求。

機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，是以特有方式將各種所需機(jī)械加工數(shù)據(jù)儲存在一起，為多個企業(yè)內(nèi)部用戶所共享，并與應(yīng)用程序彼此相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)集合，具有冗余度盡可能小的特點(diǎn)。在機(jī)械加工生產(chǎn)過程中，充分使用數(shù)據(jù)庫知識的意義和目的，在于以下幾個方面：(1)縮短機(jī)械加工產(chǎn)品的研發(fā)和制造周期；(2)規(guī)范管理機(jī)械加工工藝及裝備、簡化加工過程中的繁瑣流程；(3)優(yōu)化機(jī)械加工生產(chǎn)計劃與調(diào)度；(4)整合機(jī)械加工信息資源，加速制備件的庫存和銷售流轉(zhuǎn)；(5)預(yù)控機(jī)械加工產(chǎn)品的工藝難點(diǎn)、提高機(jī)械加工過程的自動化水平；(6)最大限度地減少零部件在機(jī)械加工過程中的損耗，從而降低企業(yè)的機(jī)械加工制造成本。

3 機(jī)械加工中，數(shù)據(jù)庫知識的實(shí)現(xiàn)方法和內(nèi)容涵蓋

機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)分為三個層次，即：以內(nèi)模式為框架組成的物理數(shù)據(jù)庫；以概念模式為框架組成的概念數(shù)據(jù)庫；以及以外模式為框架組成的用戶數(shù)據(jù)庫。

1)物理數(shù)據(jù)層

利用具體的DBMS提供的手段，把邏輯設(shè)計得到的數(shù)據(jù)庫概念模式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的內(nèi)模式，是數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的目的[2]。物理數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫的最內(nèi)層，是物理存貯設(shè)備上實(shí)際存儲的數(shù)據(jù)集合。這些數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)，是用戶加工的對象，由內(nèi)部模式描述指令所操作處理的位串、字符和字組成。

2)概念數(shù)據(jù)層

是數(shù)據(jù)庫的中間層，即：數(shù)據(jù)庫的整體邏輯表示，并指出每個數(shù)據(jù)的邏輯定義及數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系，是存貯記錄的集合。其涉及的是數(shù)據(jù)庫所有對象的邏輯關(guān)系，而非所有對象的物理情況，數(shù)據(jù)庫中間層是數(shù)據(jù)庫管理員概念下的數(shù)據(jù)庫。

3)用戶數(shù)據(jù)層

為機(jī)械加工企業(yè)內(nèi)部用戶看到和使用的機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫。用戶數(shù)據(jù)層表示一個或一些特定用戶使用的機(jī)械加工件數(shù)據(jù)集合，即：機(jī)械加工件邏輯記錄的集合。

機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫不同層次之間的聯(lián)系，通過映射進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

(1)實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工件數(shù)據(jù)共享

機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的共享，包含所有企業(yè)內(nèi)部用戶可同時存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，也包括企業(yè)內(nèi)部用戶可以用各種方式通過系統(tǒng)接口使用數(shù)據(jù)庫，并提供機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的共享。

(2)減少機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的冗余度

與文件系統(tǒng)相比，由于機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，從而避免了機(jī)械加工企業(yè)內(nèi)部用戶各自建立應(yīng)用文件，減少了大量重復(fù)性的機(jī)械加工件數(shù)據(jù)，因而可有效減少機(jī)械加工件的數(shù)據(jù)冗余，并維護(hù)機(jī)械加工數(shù)據(jù)的一致性。

(3)機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的獨(dú)立性

機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，包括邏輯獨(dú)立性(即：機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序相互獨(dú)立)和物理獨(dú)立性(即：機(jī)械加工數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)的變化，并不會影響機(jī)械加工數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu))。

(4)對機(jī)械加工件數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集中控制

在文件管理方式中，機(jī)械加工件數(shù)據(jù)處于一種分散的狀態(tài)，機(jī)械加工企業(yè)內(nèi)部不同的用戶或同一用戶在不同的處理過程中，其文件之間毫無關(guān)系。而利用機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫則可對機(jī)械加工數(shù)據(jù)進(jìn)行集中控制和管理，并通過機(jī)械加工數(shù)據(jù)模型，可靠地顯示出機(jī)械加工過程中，各種數(shù)據(jù)的組織與各數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。

(5)增強(qiáng)機(jī)械加工數(shù)據(jù)的一致性和可維護(hù)性，以確保機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的安全性和可靠性

主要包括：①安全性控制：以防止機(jī)械加工數(shù)據(jù)丟失、錯誤更新和越權(quán)使用；②完整性控制：保證機(jī)械加工數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性；③并發(fā)控制：在同一個時間周期內(nèi)，允許對機(jī)械加工件數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多路存取，防止企業(yè)內(nèi)部用戶之間的不正常交互作用。

(6)故障恢復(fù)

由機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供一套安全可靠的方法，及時發(fā)現(xiàn)機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫故障并修復(fù)故障，從而防止機(jī)械加工件數(shù)據(jù)的破壞。無論物理上或邏輯上的錯誤，機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均可盡快恢復(fù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行時出現(xiàn)的故障。例如：對機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的誤操作、造成的機(jī)械加工件數(shù)據(jù)錯誤等。

機(jī)械加工中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫知識的基本方法，有以下三種途徑：a)企業(yè)用戶根據(jù)自身的需要，針對重點(diǎn)加工制造車間或全廠，應(yīng)用微軟數(shù)據(jù)庫管理軟件(Microsoft Access 2003/2007)，獨(dú)自開發(fā)建立的產(chǎn)品機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(Product Database)；b)企業(yè)用戶根據(jù)自身需要，獨(dú)自利用程序編寫語言C/C++/JAVA/SQL，有針對性地編輯開發(fā)所需要的機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫；c)委托專業(yè)的軟件開發(fā)公司(如:美國Ifas公司、德國SAP公司)，量身定制機(jī)械加工產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫。其中，三種不同層次所開發(fā)建立的產(chǎn)品機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，分別按班組、車間、庫房、科室、廠部等用戶的不同級別，預(yù)以不同的授權(quán)，并分配數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的密碼和權(quán)限。這三種開發(fā)建立的機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫同時涵蓋以下具體內(nèi)容：①機(jī)械加工件的相關(guān)信息：包括零件編號、所屬裝配件編號、所屬總成編號、批次號、圖紙(零件/裝配件/總成Pro-e/Auto CAD圖)、物料清單(BOM)、數(shù)量、材質(zhì)、機(jī)械加工件狀態(tài)(歷史機(jī)械加工記錄/制造中/完成/已銷售 )、成品圖片等；②機(jī)械加工工藝流程管理，即：機(jī)械加工產(chǎn)品的技術(shù)工藝路線、機(jī)械加工標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械加工工藝卡片、工裝制具、擬使用的機(jī)械加工設(shè)備、 CNC程序(含編程時間/編程者/用途)、熱處理方法、臺時、批次/批量、外委加工件、機(jī)械加工車間/班組/人員等；③質(zhì)量管理(QA/QC)，包含：質(zhì)檢方案/文件/標(biāo)準(zhǔn)/量具、質(zhì)檢結(jié)果、質(zhì)檢人員/時間/地點(diǎn)、質(zhì)檢結(jié)果原始簽名記錄等；④生產(chǎn)計劃調(diào)度管理：生產(chǎn)計劃調(diào)度卡片(批次號確定/批量/機(jī)械加工時間/機(jī)械加工地點(diǎn)/完成時間等)、庫存狀況(含原材料)等；⑤客戶信息管理：客戶相關(guān)信息(名稱、地點(diǎn)、規(guī)模、主要產(chǎn)品、電話/傳真、合作歷史/內(nèi)容等)；⑥銷售過程控制：訂貨、機(jī)械加工產(chǎn)品價格、銷售狀況、客戶反饋信息等；⑦財務(wù)控制：成本核算、產(chǎn)品價格、原材料價格、人工機(jī)臺費(fèi)用、工卡制具費(fèi)用、熱處理費(fèi)用、質(zhì)檢費(fèi)用、水電汽費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、其它雜費(fèi)等。

基于數(shù)據(jù)庫知識，開發(fā)建立的機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫方框流程圖，如圖1所示：

在上述的機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫方框流程圖中，質(zhì)量管理(QA/QC)的信息，反饋于機(jī)械加工工藝流程的管理過程中，并依據(jù)質(zhì)量管理部門的相關(guān)反饋信息，實(shí)時修訂、修正對機(jī)械加工工藝流程的管理，形成局部信息、數(shù)據(jù)的一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。同時，企業(yè)內(nèi)部的銷售過程控制和財務(wù)控制，又把相關(guān)的加工制造產(chǎn)品價格、銷售狀況、客戶意見和建議，以及各種成本核算和控制，反饋給客戶信息管理及加工工藝流程管理過程中，進(jìn)而根據(jù)實(shí)時市場、客戶和成本情況，調(diào)整機(jī)械加工件的加工制造工藝，并適時調(diào)整企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)計劃調(diào)度管理，使加工制造產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中的信息、數(shù)據(jù)，得到及時的更新與校正，更加滿足市場、客戶的需求，最大限度地利用企業(yè)內(nèi)部可用的信息數(shù)據(jù)資源。

圖1 機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫方框流程圖

4 Pro-E在機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫中的作用

在機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中，鏈接融入制造產(chǎn)品的Pro-E圖紙，使得零部件加工制造的每個環(huán)節(jié)和人員，都可以及時有效地查看所要加工制作的零部件圖紙，便于保持機(jī)械加工產(chǎn)品圖紙在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的同一性，保持產(chǎn)品圖形技術(shù)規(guī)格表，與加工制造產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中的物料清單(BOM)高度一致性。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中，加工產(chǎn)品Pro-E圖紙(三維立體實(shí)物圖形/二維平面圖)的存在，避免了研發(fā)產(chǎn)品在實(shí)際加工制作過程中，因各種技術(shù)難點(diǎn)難以加工實(shí)現(xiàn)的弊端，并極大地縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。數(shù)據(jù)庫中機(jī)械加工產(chǎn)品Pro-E圖紙的存在，增強(qiáng)了產(chǎn)品研發(fā)及加工制造的精確性，有利于數(shù)控車/銑/磨/ CNC加工中心等，批量、自動化加工制造產(chǎn)品，充分保證CNC加工程序與加工件圖紙的統(tǒng)一性。

5 三種機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)用的具體特征

基于Microsoft Access 自行開發(fā)建立的加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫包含了加工制造件的基本信息數(shù)據(jù)，如：零件編號、加工地點(diǎn)、工序和工卡制具等，優(yōu)點(diǎn)為：獨(dú)自開發(fā)、不同用戶使用不同權(quán)限；針對性強(qiáng)、基本滿足機(jī)械加工生產(chǎn)過程的需要。因企業(yè)內(nèi)部根據(jù)Microsoft Access自行開發(fā)建立，所以建立該數(shù)據(jù)庫的成本為零，但其功能一般，不強(qiáng)大，是該類自行開發(fā)建立數(shù)據(jù)庫的主要缺點(diǎn)。

SQL程序語言是一種綜合、通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言，又是一種高度非過程化的編程語言，只要求用戶指出做什么而不需要指出怎么做。

基于C/C++/JAVA/SQL編程的加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫功能包括：查詢、操縱、定義和控制，SQL集成可實(shí)現(xiàn)加工制造數(shù)據(jù)庫生命周期中的全部操作，并提供與加工制造關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互的方法，可與標(biāo)準(zhǔn)編程語言一起工作。基于C/C++/JAVA/SQL編程的加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，具有如下特性：獨(dú)自開發(fā)、軟件工程師編程，不同用戶分配不同的權(quán)限，針對性強(qiáng)，滿足加工生產(chǎn)過程需要，功能較強(qiáng)大，零成本。需要熟練編程的軟件工程師，是該數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的一個局限性。

基于量身定制的SAP加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，除具有上述二種產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的所有功能之外，并可附帶有加工制造件產(chǎn)品成本分析、銷售預(yù)測、財務(wù)統(tǒng)計等功能。具有如下特征：專業(yè)軟件公司定制開發(fā)，需要較大的定制、購買費(fèi)用，不同用戶使用權(quán)限不同，針對性強(qiáng)，滿足所有加工生產(chǎn)過程的需要，功能強(qiáng)大，符合現(xiàn)代加工制造企業(yè)發(fā)展潮流和趨勢。

上述三種機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫又具有如下的顯著特征：

a)面向加工制造企業(yè)內(nèi)部或部門，以機(jī)械加工數(shù)據(jù)為中心，組織機(jī)械加工過程的數(shù)據(jù)管理和控制，進(jìn)而形成綜合性的機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，為機(jī)械加工企業(yè)內(nèi)部各部門、單位共享應(yīng)用數(shù)據(jù)；

b)采用一定的機(jī)械加工數(shù)據(jù)模型。機(jī)械加工數(shù)據(jù)模型不僅描述機(jī)械加工件數(shù)據(jù)本身的特點(diǎn)，而且描述機(jī)械加工件與裝配組合數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；

c)機(jī)械加工數(shù)據(jù)冗余小，易修改、易擴(kuò)充。根據(jù)所需加機(jī)械工數(shù)據(jù)的需求，從機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，減少機(jī)械加工數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲，利于增加新的機(jī)械加工數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并利于維護(hù)機(jī)械加工數(shù)據(jù)的一致性和統(tǒng)一性；

d)機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間，具有較高的獨(dú)立性；

e)三種機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫均具有良好的用戶接口，利于企業(yè)內(nèi)部不同的用戶開發(fā)、使用該機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫；

f)統(tǒng)一管理和控制機(jī)械加工造數(shù)據(jù)，以保證機(jī)械加工數(shù)據(jù)的安全性、完整性和并發(fā)控制性。

6 結(jié)論

本文對基于機(jī)械加工企業(yè)自身需求的特點(diǎn)，開發(fā)建立的上述三種機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行了闡述，便于機(jī)械加工企業(yè)根據(jù)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，量身開發(fā)編制符合企業(yè)特性的機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，從最簡單存儲著各種加工數(shù)據(jù)的表格、圖片，到能夠進(jìn)行海量加工數(shù)據(jù)存儲的大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并應(yīng)用于機(jī)械加工企業(yè)的各個方面，使機(jī)械加工企業(yè)對于機(jī)械加工生產(chǎn)過程的管理和控制，實(shí)現(xiàn)自動化、實(shí)時化和動態(tài)化。