数据库在机械加工中的应用

贾思柔 张晓鹏 于凤银

(1：白银有色集团股份有限公司装备与自动化控制研究所 甘肃白银 730900；2：白银新大孚科技化工有限公司 甘肃白银 730900)

1 前言

在现代化加工制造过程中，有效管理并充分利用各类加工制造的信息资源，是加工制造企业进行科学研究和科学决策管理的前提条件；而加工制造数据库技术则是加工管理信息系统、加工自动化系统、企业决策支持系统等各类信息系统的核心部分，是加工制造企业进行科学研究和决策管理的重要技术手段。在机械加工生产过程中，各种零部件的加工制造信息繁杂而又无序，如何高效、有序地管理利用这些加工信息，使其符合现代化加工工艺生产的需要，长期以来，一直是机械加工行业的一道管理难题；鉴于数据库的优越性及其发展速度，数据库技术被广泛应用到机械加工行业，为机械制造业实现自动化和智能化提供技术支持[1]。对机械加工零部件的数据管理，不再局限于对加工件基本信息的存储和数据管理，而逐渐转变为动态管理机械加工中需要的各种数据。本文以数据库知识在加工生产过程中的三个应用层次为主导，阐述了数据库知识在机械加工中的具体应用方法与实践效果，为机械加工生产过程中的动态管理，提供现实指导意义和借鉴作用。

2 机械加工中，应用数据库知识的意义和目的

机械加工数据库，是依照机械加工件模型组织起来、并将机械加工件的各种数据，存放于二级存储器中的加工数据集合。具有以下特点：尽可能不重复，以最佳方式为企业内部机械部件的加工，提供多种应用服务，数据结构独立于使用它的应用程序，对加工数据的增、删、改、查，由统一的数据库软件进行管理和控制，是加工部件数据管理的高级阶段。

机械加工数据库，是一个加工制造企业单位、或一个加工应用领域的通用数据处理系统，数据库中的数据，从依据全局的加工观点出发而建立，按一定的加工数据模型，进行组织、描述和存储。其结构基于加工数据间的自然联系，从而提供一切必要的加工件存取路径，使加工件数据不再针对某一单独的应用单元，而是面向加工企业内部的全体组织单位，具有加工企业内部组织整体结构化的特征。

机械加工数据库中的数据，是基于加工制造企业内部单位、众多用户所共享加工零部件信息，而量身开发建立的数据库，完全摆脱了具体程序的限制和制约。不同的机械加工企业内部用户，可按各自的用途用法，调取、使用该数据库中的数据，多个用户亦可同时共享该机械加工数据库中的数据资源，机械加工零部件数据的共享性，满足各用户对信息数据内容要求的同时，也满足各用户之间信息数据交流通信的需求。

机械加工数据库，是以特有方式将各种所需机械加工数据储存在一起，为多个企业内部用户所共享，并与应用程序彼此相互独立的数据集合，具有冗余度尽可能小的特点。在机械加工生产过程中，充分使用数据库知识的意义和目的，在于以下几个方面：(1)缩短机械加工产品的研发和制造周期；(2)规范管理机械加工工艺及装备、简化加工过程中的繁琐流程；(3)优化机械加工生产计划与调度；(4)整合机械加工信息资源，加速制备件的库存和销售流转；(5)预控机械加工产品的工艺难点、提高机械加工过程的自动化水平；(6)最大限度地减少零部件在机械加工过程中的损耗，从而降低企业的机械加工制造成本。

3 机械加工中，数据库知识的实现方法和内容涵盖

机械加工数据库的基本结构分为三个层次，即：以内模式为框架组成的物理数据库；以概念模式为框架组成的概念数据库；以及以外模式为框架组成的用户数据库。

1)物理数据层

利用具体的DBMS提供的手段，把逻辑设计得到的数据库概念模式转换为相应的内模式，是数据库物理设计的目的[2]。物理数据库是数据库的最内层，是物理存贮设备上实际存储的数据集合。这些数据是原始数据，是用户加工的对象，由内部模式描述指令所操作处理的位串、字符和字组成。

2)概念数据层

是数据库的中间层，即：数据库的整体逻辑表示，并指出每个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系，是存贮记录的集合。其涉及的是数据库所有对象的逻辑关系，而非所有对象的物理情况，数据库中间层是数据库管理员概念下的数据库。

3)用户数据层

为机械加工企业内部用户看到和使用的机械加工数据库。用户数据层表示一个或一些特定用户使用的机械加工件数据集合，即：机械加工件逻辑记录的集合。

机械加工数据库不同层次之间的联系，通过映射进行转换：

(1)实现机械加工件数据共享

机械加工件数据的共享，包含所有企业内部用户可同时存取数据库中的数据，也包括企业内部用户可以用各种方式通过系统接口使用数据库，并提供机械加工件数据的共享。

(2)减少机械加工件数据的冗余度

与文件系统相比，由于机械加工数据库实现了数据共享，从而避免了机械加工企业内部用户各自建立应用文件，减少了大量重复性的机械加工件数据，因而可有效减少机械加工件的数据冗余，并维护机械加工数据的一致性。

(3)机械加工件数据的独立性

机械加工件数据的独立性，包括逻辑独立性(即：机械加工数据库中，数据库的逻辑结构和应用程序相互独立)和物理独立性(即：机械加工数据物理结构的变化，并不会影响机械加工数据的逻辑结构)。

(4)对机械加工件数据，实现集中控制

在文件管理方式中，机械加工件数据处于一种分散的状态，机械加工企业内部不同的用户或同一用户在不同的处理过程中，其文件之间毫无关系。而利用机械加工数据库则可对机械加工数据进行集中控制和管理，并通过机械加工数据模型，可靠地显示出机械加工过程中，各种数据的组织与各数据间的联系。

(5)增强机械加工数据的一致性和可维护性，以确保机械加工件数据的安全性和可靠性

主要包括：①安全性控制：以防止机械加工数据丢失、错误更新和越权使用；②完整性控制：保证机械加工数据的正确性、有效性和相容性；③并发控制：在同一个时间周期内，允许对机械加工件数据实现多路存取，防止企业内部用户之间的不正常交互作用。

(6)故障恢复

由机械加工数据库管理系统提供一套安全可靠的方法，及时发现机械加工数据库故障并修复故障，从而防止机械加工件数据的破坏。无论物理上或逻辑上的错误，机械加工数据库系统均可尽快恢复数据库系统运行时出现的故障。例如：对机械加工数据库系统的误操作、造成的机械加工件数据错误等。

机械加工中，用以实现数据库知识的基本方法，有以下三种途径：a)企业用户根据自身的需要，针对重点加工制造车间或全厂，应用微软数据库管理软件(Microsoft Access 2003/2007)，独自开发建立的产品机械加工数据库(Product Database)；b)企业用户根据自身需要，独自利用程序编写语言C/C++/JAVA/SQL，有针对性地编辑开发所需要的机械加工产品数据库；c)委托专业的软件开发公司(如:美国Ifas公司、德国SAP公司)，量身定制机械加工产品的数据库。其中，三种不同层次所开发建立的产品机械加工数据库，分别按班组、车间、库房、科室、厂部等用户的不同级别，预以不同的授权，并分配数据库相应的密码和权限。这三种开发建立的机械加工产品数据库同时涵盖以下具体内容：①机械加工件的相关信息：包括零件编号、所属装配件编号、所属总成编号、批次号、图纸(零件/装配件/总成Pro-e/Auto CAD图)、物料清单(BOM)、数量、材质、机械加工件状态(历史机械加工记录/制造中/完成/已销售 )、成品图片等；②机械加工工艺流程管理，即：机械加工产品的技术工艺路线、机械加工标准、机械加工工艺卡片、工装制具、拟使用的机械加工设备、 CNC程序(含编程时间/编程者/用途)、热处理方法、台时、批次/批量、外委加工件、机械加工车间/班组/人员等；③质量管理(QA/QC)，包含：质检方案/文件/标准/量具、质检结果、质检人员/时间/地点、质检结果原始签名记录等；④生产计划调度管理：生产计划调度卡片(批次号确定/批量/机械加工时间/机械加工地点/完成时间等)、库存状况(含原材料)等；⑤客户信息管理：客户相关信息(名称、地点、规模、主要产品、电话/传真、合作历史/内容等)；⑥销售过程控制：订货、机械加工产品价格、销售状况、客户反馈信息等；⑦财务控制：成本核算、产品价格、原材料价格、人工机台费用、工卡制具费用、热处理费用、质检费用、水电汽费用、运输费用、其它杂费等。

基于数据库知识，开发建立的机械加工产品数据库方框流程图，如图1所示：

在上述的机械加工产品数据库方框流程图中，质量管理(QA/QC)的信息，反馈于机械加工工艺流程的管理过程中，并依据质量管理部门的相关反馈信息，实时修订、修正对机械加工工艺流程的管理，形成局部信息、数据的一个闭环反馈系统。同时，企业内部的销售过程控制和财务控制，又把相关的加工制造产品价格、销售状况、客户意见和建议，以及各种成本核算和控制，反馈给客户信息管理及加工工艺流程管理过程中，进而根据实时市场、客户和成本情况，调整机械加工件的加工制造工艺，并适时调整企业内部的生产计划调度管理，使加工制造产品数据库中的信息、数据，得到及时的更新与校正，更加满足市场、客户的需求，最大限度地利用企业内部可用的信息数据资源。

图1 机械加工产品数据库方框流程图

4 Pro-E在机械加工数据库中的作用

在机械加工产品数据库中，链接融入制造产品的Pro-E图纸，使得零部件加工制造的每个环节和人员，都可以及时有效地查看所要加工制作的零部件图纸，便于保持机械加工产品图纸在生产各环节的同一性，保持产品图形技术规格表，与加工制造产品数据库中的物料清单(BOM)高度一致性。在产品数据库中，加工产品Pro-E图纸(三维立体实物图形/二维平面图)的存在，避免了研发产品在实际加工制作过程中，因各种技术难点难以加工实现的弊端，并极大地缩短产品的研发周期。数据库中机械加工产品Pro-E图纸的存在，增强了产品研发及加工制造的精确性，有利于数控车/铣/磨/ CNC加工中心等，批量、自动化加工制造产品，充分保证CNC加工程序与加工件图纸的统一性。

5 三种机械加工数据库开发应用的具体特征

基于Microsoft Access 自行开发建立的加工产品数据库包含了加工制造件的基本信息数据，如：零件编号、加工地点、工序和工卡制具等，优点为：独自开发、不同用户使用不同权限；针对性强、基本满足机械加工生产过程的需要。因企业内部根据Microsoft Access自行开发建立，所以建立该数据库的成本为零，但其功能一般，不强大，是该类自行开发建立数据库的主要缺点。

SQL程序语言是一种综合、通用的关系数据库语言，又是一种高度非过程化的编程语言，只要求用户指出做什么而不需要指出怎么做。

基于C/C++/JAVA/SQL编程的加工产品数据库功能包括：查询、操纵、定义和控制，SQL集成可实现加工制造数据库生命周期中的全部操作，并提供与加工制造关系数据库进行交互的方法，可与标准编程语言一起工作。基于C/C++/JAVA/SQL编程的加工产品数据库，具有如下特性：独自开发、软件工程师编程，不同用户分配不同的权限，针对性强，满足加工生产过程需要，功能较强大，零成本。需要熟练编程的软件工程师，是该数据库开发建立的一个局限性。

基于量身定制的SAP加工产品数据库，除具有上述二种产品数据库的所有功能之外，并可附带有加工制造件产品成本分析、销售预测、财务统计等功能。具有如下特征：专业软件公司定制开发，需要较大的定制、购买费用，不同用户使用权限不同，针对性强，满足所有加工生产过程的需要，功能强大，符合现代加工制造企业发展潮流和趋势。

上述三种机械加工产品数据库又具有如下的显著特征：

a)面向加工制造企业内部或部门，以机械加工数据为中心，组织机械加工过程的数据管理和控制，进而形成综合性的机械加工数据库，为机械加工企业内部各部门、单位共享应用数据；

b)采用一定的机械加工数据模型。机械加工数据模型不仅描述机械加工件数据本身的特点，而且描述机械加工件与装配组合数据之间的联系；

c)机械加工数据冗余小，易修改、易扩充。根据所需加机械工数据的需求，从机械加工数据库中获取数据，减少机械加工数据的重复存储，利于增加新的机械加工数据结构，并利于维护机械加工数据的一致性和统一性；

d)机械加工数据库的应用程序和数据之间，具有较高的独立性；

e)三种机械加工数据库均具有良好的用户接口，利于企业内部不同的用户开发、使用该机械加工数据库；

f)统一管理和控制机械加工造数据，以保证机械加工数据的安全性、完整性和并发控制性。

6 结论

本文对基于机械加工企业自身需求的特点，开发建立的上述三种机械加工产品数据库，进行了阐述，便于机械加工企业根据自身的生产特点，量身开发编制符合企业特性的机械加工数据库，从最简单存储着各种加工数据的表格、图片，到能够进行海量加工数据存储的大型数据库系统，并应用于机械加工企业的各个方面，使机械加工企业对于机械加工生产过程的管理和控制，实现自动化、实时化和动态化。