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(dòng)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)
在現(xiàn)代化加工制造過(guò)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(kù)技術(shù)則是加工管理信息系統(tǒng)、加工自動(dòng)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(guò)程中,各種零部件的加工制造信息繁雜而又無(wú)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(zhǎng)期以來(lái),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(kù)的優(yōu)越性及其發(fā)展速度,數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)化和智能化提供技術(shù)支持[1]。對(duì)機(jī)械加工零部件的數(shù)據(jù)管理,不再局限于對(duì)加工件基本信息的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理,而逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(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(kù)知識(shí)在加工生產(chǎn)過(guò)程中的三個(gè)應(yīng)用層次為主導(dǎo),闡述了數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)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(guò)程中的動(dòng)態(tài)管理,提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義和借鑒作用。
機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù),是依照機(jī)械加工件模型組織起來(lái)、并將機(jī)械加工件的各種數(shù)據(jù),存放于二級(jí)存儲(chǔ)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(duì)加工數(shù)據(jù)的增、刪、改、查,由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件進(jìn)行管理和控制,是加工部件數(shù)據(jù)管理的高級(jí)階段。
機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù),是一個(gè)加工制造企業(yè)單位、或一個(gè)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(kù)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(chǔ)。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(duì)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(kù)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(kù),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(kù)中的數(shù)據(jù),多個(gè)用戶亦可同時(shí)共享該機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)信息數(shù)據(jù)內(nèi)容要求的同時(shí),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(kù),是以特有方式將各種所需機(jī)械加工數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在一起,為多個(gè)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(guò)程中,充分使用數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)的意義和目的,在于以下幾個(gè)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(jiǎn)化加工過(guò)程中的繁瑣流程;(3)優(yōu)化機(jī)械加工生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度;(4)整合機(jī)械加工信息資源,加速制備件的庫(kù)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(guò)程的自動(dòng)化水平;(6)最大限度地減少零部件在機(jī)械加工過(guò)程中的損耗,從而降低企業(yè)的機(jī)械加工制造成本。
機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層次,即:以內(nèi)模式為框架組成的物理數(shù)據(jù)庫(kù);以概念模式為框架組成的概念數(shù)據(jù)庫(kù);以及以外模式為框架組成的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。
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(jì)得到的數(shù)據(jù)庫(kù)概念模式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的內(nèi)模式,是數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)的目的[2]。物理數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的最內(nèi)層,是物理存貯設(shè)備上實(shí)際存儲(chǔ)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(duì)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(kù)的中間層,即:數(shù)據(jù)庫(kù)的整體邏輯表示,并指出每個(gè)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(kù)所有對(duì)象的邏輯關(guān)系,而非所有對(duì)象的物理情況,數(shù)據(jù)庫(kù)中間層是數(shù)據(jù)庫(kù)管理員概念下的數(shù)據(jù)庫(kù)。
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(kù)。用戶數(shù)據(jù)層表示一個(gè)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(kù)不同層次之間的聯(lián)系,通過(guò)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(shí)存取數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)系統(tǒng)接口使用數(shù)據(jù)庫(kù),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(kù)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(kù)中,數(shù)據(jù)庫(kù)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(huì)影響機(jī)械加工數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu))。
(4)對(duì)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(guò)程中,其文件之間毫無(wú)關(guān)系。而利用機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)則可對(duì)機(jī)械加工數(shù)據(jù)進(jìn)行集中控制和管理,并通過(guò)機(jī)械加工數(shù)據(jù)模型,可靠地顯示出機(jī)械加工過(guò)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(cuò)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(gè)時(shí)間周期內(nèi),允許對(duì)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(kù)管理系統(tǒng)提供一套安全可靠的方法,及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)論物理上或邏輯上的錯(cuò)誤,機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)均可盡快恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的故障。例如:對(duì)機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的誤操作、造成的機(jī)械加工件數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。
機(jī)械加工中,用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)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(duì)重點(diǎn)加工制造車間或全廠,應(yīng)用微軟數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)(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(yǔ)言C/C++/JAVA/SQL,有針對(duì)性地編輯開發(fā)所需要的機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù);c)委托專業(yè)的軟件開發(fā)公司(如:美國(guó)Ifas公司、德國(guó)SAP公司),量身定制機(jī)械加工產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫(kù)。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(kù),分別按班組、車間、庫(kù)房、科室、廠部等用戶的不同級(jí)別,預(yù)以不同的授權(quán),并分配數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)同時(shí)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(hào)、所屬裝配件編號(hào)、所屬總成編號(hào)、批次號(hào)、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(shí)間/編程者/用途)、熱處理方法、臺(tái)時(shí)、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(shí)間/地點(diǎn)、質(zhì)檢結(jié)果原始簽名記錄等;④生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度管理:生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度卡片(批次號(hào)確定/批量/機(jī)械加工時(shí)間/機(jī)械加工地點(diǎn)/完成時(shí)間等)、庫(kù)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(guò)程控制:訂貨、機(jī)械加工產(chǎn)品價(jià)格、銷售狀況、客戶反饋信息等;⑦財(cái)務(wù)控制:成本核算、產(chǎn)品價(jià)格、原材料價(jià)格、人工機(jī)臺(tái)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(kù)知識(shí),開發(fā)建立的機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(guò)程中,并依據(jù)質(zhì)量管理部門的相關(guān)反饋信息,實(shí)時(shí)修訂、修正對(duì)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(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。同時(shí),企業(yè)內(nèi)部的銷售過(guò)程控制和財(cái)務(wù)控制,又把相關(guān)的加工制造產(chǎn)品價(jià)格、銷售狀況、客戶意見(jiàn)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(guò)程中,進(jìn)而根據(jù)實(shí)時(shí)市場(chǎng)、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(shí)調(diào)整企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度管理,使加工制造產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息、數(shù)據(jù),得到及時(shí)的更新與校正,更加滿足市場(chǎng)、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(kù)方框流程圖
在機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)環(huán)節(jié)和人員,都可以及時(shí)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?jiān)谏a(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(kù)中的物料清單(BOM)高度一致性。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)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(kù)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(dòng)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。
基于Microsoft Access 自行開發(fā)建立的加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)包含了加工制造件的基本信息數(shù)據(jù),如:零件編號(hào)、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(duì)性強(qiáng)、基本滿足機(jī)械加工生產(chǎn)過(guò)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(kù)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(kù)的主要缺點(diǎn)。
SQL程序語(yǔ)言是一種綜合、通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言,又是一種高度非過(guò)程化的編程語(yǔ)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(kù)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(kù)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(kù)進(jìn)行交互的方法,可與標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言一起工作。基于C/C++/JAVA/SQL編程的加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù),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(duì)性強(qiáng),滿足加工生產(chǎn)過(guò)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(kù)開發(fā)建立的一個(gè)局限性。
基于量身定制的SAP加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù),除具有上述二種產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)、財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)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(gòu)買費(fèi)用,不同用戶使用權(quán)限不同,針對(duì)性強(qiáng),滿足所有加工生產(chǎn)過(guò)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(shì)。
上述三種機(jī)械加工產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)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(kù),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(kù)中獲取數(shù)據(jù),減少機(jī)械加工數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ),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(kù)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(kù)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(kù);
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。
本文對(duì)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(kù),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(kù),從最簡(jiǎn)單存儲(chǔ)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(chǔ)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),并應(yīng)用于機(jī)械加工企業(yè)的各個(gè)方面,使機(jī)械加工企業(yè)對(duì)于機(jī)械加工生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和動(dòng)態(tài)化。