數據庫在機械加工中的應用

賈思柔 張曉鵬 于鳳銀

(1：白銀有色集團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，是加工制造企業進行科學研究和科學決策管理的前提條件；而加工制造數據庫技術則是加工管理信息系統、加工自動化系統、企業決策支持系統等各類信息系統的核心部分，是加工制造企業進行科學研究和決策管理的重要技術手段。在機械加工生產過程中，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，使其符合現代化加工工藝生產的需要，長期以來，一直是機械加工行業的一道管理難題；鑒于數據庫的優越性及其發展速度，數據庫技術被廣泛應用到機械加工行業，為機械制造業實現自動化和智能化提供技術支持[1]。對機械加工零部件的數據管理，不再局限于對加工件基本信息的存儲和數據管理，而逐漸轉變為動態管理機械加工中需要的各種數據。本文以數據庫知識在加工生產過程中的三個應用層次為主導，闡述了數據庫知識在機械加工中的具體應用方法與實踐效果，為機械加工生產過程中的動態管理，提供現實指導意義和借鑒作用。

2 機械加工中，應用數據庫知識的意義和目的

機械加工數據庫，是依照機械加工件模型組織起來、并將機械加工件的各種數據，存放于二級存儲器中的加工數據集合。具有以下特點：盡可能不重復，以最佳方式為企業內部機械部件的加工，提供多種應用服務，數據結構獨立于使用它的應用程序，對加工數據的增、刪、改、查，由統一的數據庫軟件進行管理和控制，是加工部件數據管理的高級階段。

機械加工數據庫，是一個加工制造企業單位、或一個加工應用領域的通用數據處理系統，數據庫中的數據，從依據全局的加工觀點出發而建立，按一定的加工數據模型，進行組織、描述和存儲。其結構基于加工數據間的自然聯系，從而提供一切必要的加工件存取路徑，使加工件數據不再針對某一單獨的應用單元，而是面向加工企業內部的全體組織單位，具有加工企業內部組織整體結構化的特征。

機械加工數據庫中的數據，是基于加工制造企業內部單位、眾多用戶所共享加工零部件信息，而量身開發建立的數據庫，完全擺脫了具體程序的限制和制約。不同的機械加工企業內部用戶，可按各自的用途用法，調取、使用該數據庫中的數據，多個用戶亦可同時共享該機械加工數據庫中的數據資源，機械加工零部件數據的共享性，滿足各用戶對信息數據內容要求的同時，也滿足各用戶之間信息數據交流通信的需求。

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

3 機械加工中，數據庫知識的實現方法和內容涵蓋

機械加工數據庫的基本結構分為三個層次，即：以內模式為框架組成的物理數據庫；以概念模式為框架組成的概念數據庫；以及以外模式為框架組成的用戶數據庫。

1)物理數據層

利用具體的DBMS提供的手段，把邏輯設計得到的數據庫概念模式轉換為相應的內模式，是數據庫物理設計的目的[2]。物理數據庫是數據庫的最內層，是物理存貯設備上實際存儲的數據集合。這些數據是原始數據，是用戶加工的對象，由內部模式描述指令所操作處理的位串、字符和字組成。

2)概念數據層

是數據庫的中間層，即：數據庫的整體邏輯表示，并指出每個數據的邏輯定義及數據間的邏輯聯系，是存貯記錄的集合。其涉及的是數據庫所有對象的邏輯關系，而非所有對象的物理情況，數據庫中間層是數據庫管理員概念下的數據庫。

3)用戶數據層

為機械加工企業內部用戶看到和使用的機械加工數據庫。用戶數據層表示一個或一些特定用戶使用的機械加工件數據集合，即：機械加工件邏輯記錄的集合。

機械加工數據庫不同層次之間的聯系，通過映射進行轉換：

(1)實現機械加工件數據共享

機械加工件數據的共享，包含所有企業內部用戶可同時存取數據庫中的數據，也包括企業內部用戶可以用各種方式通過系統接口使用數據庫，并提供機械加工件數據的共享。

(2)減少機械加工件數據的冗余度

與文件系統相比，由于機械加工數據庫實現了數據共享，從而避免了機械加工企業內部用戶各自建立應用文件，減少了大量重復性的機械加工件數據，因而可有效減少機械加工件的數據冗余，并維護機械加工數據的一致性。

(3)機械加工件數據的獨立性

機械加工件數據的獨立性，包括邏輯獨立性(即：機械加工數據庫中，數據庫的邏輯結構和應用程序相互獨立)和物理獨立性(即：機械加工數據物理結構的變化，并不會影響機械加工數據的邏輯結構)。

(4)對機械加工件數據，實現集中控制

在文件管理方式中，機械加工件數據處于一種分散的狀態，機械加工企業內部不同的用戶或同一用戶在不同的處理過程中，其文件之間毫無關系。而利用機械加工數據庫則可對機械加工數據進行集中控制和管理，并通過機械加工數據模型，可靠地顯示出機械加工過程中，各種數據的組織與各數據間的聯系。

(5)增強機械加工數據的一致性和可維護性，以確保機械加工件數據的安全性和可靠性

主要包括：①安全性控制：以防止機械加工數據丟失、錯誤更新和越權使用；②完整性控制：保證機械加工數據的正確性、有效性和相容性；③并發控制：在同一個時間周期內，允許對機械加工件數據實現多路存取，防止企業內部用戶之間的不正常交互作用。

(6)故障恢復

由機械加工數據庫管理系統提供一套安全可靠的方法，及時發現機械加工數據庫故障并修復故障，從而防止機械加工件數據的破壞。無論物理上或邏輯上的錯誤，機械加工數據庫系統均可盡快恢復數據庫系統運行時出現的故障。例如：對機械加工數據庫系統的誤操作、造成的機械加工件數據錯誤等。

機械加工中，用以實現數據庫知識的基本方法，有以下三種途徑：a)企業用戶根據自身的需要，針對重點加工制造車間或全廠，應用微軟數據庫管理軟件(Microsoft Access 2003/2007)，獨自開發建立的產品機械加工數據庫(Product Database)；b)企業用戶根據自身需要，獨自利用程序編寫語言C/C++/JAVA/SQL，有針對性地編輯開發所需要的機械加工產品數據庫；c)委托專業的軟件開發公司(如:美國Ifas公司、德國SAP公司)，量身定制機械加工產品的數據庫。其中，三種不同層次所開發建立的產品機械加工數據庫，分別按班組、車間、庫房、科室、廠部等用戶的不同級別，預以不同的授權，并分配數據庫相應的密碼和權限。這三種開發建立的機械加工產品數據庫同時涵蓋以下具體內容：①機械加工件的相關信息：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)、數量、材質、機械加工件狀態(歷史機械加工記錄/制造中/完成/已銷售 )、成品圖片等；②機械加工工藝流程管理，即：機械加工產品的技術工藝路線、機械加工標準、機械加工工藝卡片、工裝制具、擬使用的機械加工設備、 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、機械加工車間/班組/人員等；③質量管理(QA/QC)，包含：質檢方案/文件/標準/量具、質檢結果、質檢人員/時間/地點、質檢結果原始簽名記錄等；④生產計劃調度管理：生產計劃調度卡片(批次號確定/批量/機械加工時間/機械加工地點/完成時間等)、庫存狀況(含原材料)等；⑤客戶信息管理：客戶相關信息(名稱、地點、規模、主要產品、電話/傳真、合作歷史/內容等)；⑥銷售過程控制：訂貨、機械加工產品價格、銷售狀況、客戶反饋信息等；⑦財務控制：成本核算、產品價格、原材料價格、人工機臺費用、工卡制具費用、熱處理費用、質檢費用、水電汽費用、運輸費用、其它雜費等。

基于數據庫知識，開發建立的機械加工產品數據庫方框流程圖，如圖1所示：

在上述的機械加工產品數據庫方框流程圖中，質量管理(QA/QC)的信息，反饋于機械加工工藝流程的管理過程中，并依據質量管理部門的相關反饋信息，實時修訂、修正對機械加工工藝流程的管理，形成局部信息、數據的一個閉環反饋系統。同時，企業內部的銷售過程控制和財務控制，又把相關的加工制造產品價格、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，進而根據實時市場、客戶和成本情況，調整機械加工件的加工制造工藝，并適時調整企業內部的生產計劃調度管理，使加工制造產品數據庫中的信息、數據，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內部可用的信息數據資源。

圖1 機械加工產品數據庫方框流程圖

4 Pro-E在機械加工數據庫中的作用

在機械加工產品數據庫中，鏈接融入制造產品的Pro-E圖紙，使得零部件加工制造的每個環節和人員，都可以及時有效地查看所要加工制作的零部件圖紙，便于保持機械加工產品圖紙在生產各環節的同一性，保持產品圖形技術規格表，與加工制造產品數據庫中的物料清單(BOM)高度一致性。在產品數據庫中，加工產品Pro-E圖紙(三維立體實物圖形/二維平面圖)的存在，避免了研發產品在實際加工制作過程中，因各種技術難點難以加工實現的弊端，并極大地縮短產品的研發周期。數據庫中機械加工產品Pro-E圖紙的存在，增強了產品研發及加工制造的精確性，有利于數控車/銑/磨/ CNC加工中心等，批量、自動化加工制造產品，充分保證CNC加工程序與加工件圖紙的統一性。

5 三種機械加工數據庫開發應用的具體特征

基于Microsoft Access 自行開發建立的加工產品數據庫包含了加工制造件的基本信息數據，如：零件編號、加工地點、工序和工卡制具等，優點為：獨自開發、不同用戶使用不同權限；針對性強、基本滿足機械加工生產過程的需要。因企業內部根據Microsoft Access自行開發建立，所以建立該數據庫的成本為零，但其功能一般，不強大，是該類自行開發建立數據庫的主要缺點。

SQL程序語言是一種綜合、通用的關系數據庫語言，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編程的加工產品數據庫功能包括：查詢、操縱、定義和控制，SQL集成可實現加工制造數據庫生命周期中的全部操作，并提供與加工制造關系數據庫進行交互的方法，可與標準編程語言一起工作。基于C/C++/JAVA/SQL編程的加工產品數據庫，具有如下特性：獨自開發、軟件工程師編程，不同用戶分配不同的權限，針對性強，滿足加工生產過程需要，功能較強大，零成本。需要熟練編程的軟件工程師，是該數據庫開發建立的一個局限性。

基于量身定制的SAP加工產品數據庫，除具有上述二種產品數據庫的所有功能之外，并可附帶有加工制造件產品成本分析、銷售預測、財務統計等功能。具有如下特征：專業軟件公司定制開發，需要較大的定制、購買費用，不同用戶使用權限不同，針對性強，滿足所有加工生產過程的需要，功能強大，符合現代加工制造企業發展潮流和趨勢。

上述三種機械加工產品數據庫又具有如下的顯著特征：

a)面向加工制造企業內部或部門，以機械加工數據為中心，組織機械加工過程的數據管理和控制，進而形成綜合性的機械加工數據庫，為機械加工企業內部各部門、單位共享應用數據；

b)采用一定的機械加工數據模型。機械加工數據模型不僅描述機械加工件數據本身的特點，而且描述機械加工件與裝配組合數據之間的聯系；

c)機械加工數據冗余小，易修改、易擴充。根據所需加機械工數據的需求，從機械加工數據庫中獲取數據，減少機械加工數據的重復存儲，利于增加新的機械加工數據結構，并利于維護機械加工數據的一致性和統一性；

d)機械加工數據庫的應用程序和數據之間，具有較高的獨立性；

e)三種機械加工數據庫均具有良好的用戶接口，利于企業內部不同的用戶開發、使用該機械加工數據庫；

f)統一管理和控制機械加工造數據，以保證機械加工數據的安全性、完整性和并發控制性。

6 結論

本文對基于機械加工企業自身需求的特點，開發建立的上述三種機械加工產品數據庫，進行了闡述，便于機械加工企業根據自身的生產特點，量身開發編制符合企業特性的機械加工數據庫，從最簡單存儲著各種加工數據的表格、圖片，到能夠進行海量加工數據存儲的大型數據庫系統，并應用于機械加工企業的各個方面，使機械加工企業對于機械加工生產過程的管理和控制，實現自動化、實時化和動態化。