1 引言
在當今高速發展的社會，制造業所面臨的競爭越來越劇烈。與此同時，現代市場的全球化成為一種必然的趨勢，世界市場將替代區域市場，制造產品將面對全球性的市場競爭。現代市場對產品品種、花色和數量的需求多樣化、快速變化且無法預測，明顯地表現出“多品種、小批量”的特征，在傳統的“少品種大批量”的基礎上發展起來的產品設計、制造過程組織模式和實施技術，已不能適應制造業的發展趨勢。為了適應這種轉變，企業需要高效便捷的產品配置生成方法，形成產品配置為核心，將數據管理、工作流程管理與變更控制集于—體，更為強大的產品數據管理系統。促進企業的高效運轉，以便快速生產出能滿足市場需求的產品。這必然導致企業數據庫中的各類數據不僅數量龐大，而且關系十分復雜。針對許多企業要存儲和管理大量的數據，并把各種不同的應用系統集成起來的問題。近幾年來，在數據庫管理領域中的—個明顯的傾向就是建立更加智能化和性能更高的數據庫管理系統。如何將數據進行精心地組織和歸類，然后及時的存儲到數據庫中為系統的其它部分進行數據訪問做好準備等。準確有效地規劃和設計數據庫是實現產品配置設計系統的重要組成部分，也是系統的核心。
從產品配置系統的數據結構分析和數據庫建模方法出發，著重討論產品配置系統中數據結構及如何使用基于關系數據庫的面向對象技術完成PDM環境下產品配置管理系統數據庫設計。實現系統樹形結構顯示以及鏈接的屬性卡顯示，配置設計等功能，增加對復雜工程數據的有效管理。
2 數據庫模型與數據庫選型
目前，大多數PDM系統仍以關系模型作為數據的建模方法，并選用標準關系數據庫管理系統作為數據管理基礎平臺。由于面向對象技術的發展，對數據庫管理系統也提出了新的需求，有不少的成熟PDM產品就是將兩種技術結合起來在數據庫層上直接地和不加區分地應用面向對象技術。系統中數據庫的設計采用SmarTeam作為PDM環境，其原因之一是在軟件功能滿足的前提下，提供了可以快速實施、完全靈活的數據結構，其二，性價比高，支持Internet/Intranet的產品數據管理。SmarTeam向導提供了所需要的工具，可以快速建立一種完全可定制的、高度可視化的及結構良好的數據模型。產品配置系統數據庫的設計，均指是在關系數據庫系統的基礎上進行的數據庫設計。其實現的基本原理是在現有的關系數據庫RDBMS上加上面向對象的層(OODB)，如圖1所示。在圖1中，通過面向對象的編程，存放在系統工作存儲器中的對象和對象結構轉化為外存中的數據庫表。反之，存放在外存中的數據庫表也需要轉化為工作存儲器中的對象和對象結構。
圖1 基于關系數據庫管理面向對象業務碰用的原理
3 產品數據結構模型
3.1 產品數據的樹型結構原理
樹形結構是一種重要的非線性數據結構，為計算機應用中出現的層次關系或分支關系的數據提供了一種自然的表示方法一。定義產品數據結構是根據企業的管理模式和產品零部件之間的層次關系，構造產品結構樹。可以把．個系列產品定義為—棵樹，也可以把—個產品定義為—棵樹。產品零部件之間的裝配深度不同，產品結構樹的層次也不同，少則二三層，多的可以達到七八層。普通樹形結構，如圖2所示。在圖2中，樹上的每個對象稱為—個節點。每個結點所包含的信息可分為三部分：(1)結點自身信息；(2)雙親結點的信息；(3)孩子結點的信息。父節點(例如A、B、C)是指在結構樹上包含有低于本節點的節點。—個直接在另—個節點之下的節點(例如E)稱之為父節點的子節點。沒有父節點的節點(R節點)稱為樹的根節點。沒有任何子節點的節點稱為樹的葉節點。同一父節點的子節點稱為兄弟節點(例如A節點和B節點)。樹形結構表示簡單、直觀，應用廣泛。它具有如下特點：—個結點可以有0、1個或多個子結點，除根結點沒有父結點外，其余結點有且只有一個父結點。以機械產品-擺線針齒減速機(BX)為例，一系列產品是由一個樹結構表示，稱之為產品類樹結構。它用節點之間的約束關系體現出系列產品之間的分類約束關系。如圖3所示。產品通常是由一系列的零件和部件構成，而部件又由一系列的層次更低的零件和部件組成，這樣就自然形成了—個樹狀結構，稱之為產品零部件結構樹，如圖4所示。
圖2 樹形結構示意圖
圖3 擺線減速機系列樹狀結構樹
圖4 擺線減速機零部件樹狀結構樹
3.2 產品數據的部分網狀結構模型
如圖5中所示，兩個結構產品樹之間通過相關“鏈接”，形成了一定層次的網狀結構，實現產品數據的部分網狀結構。用簡單上下層次關系的產品結構樹形式來組織產品數據，符合產品數據自身的內在結構。但是，這種結構樹并不是都能完全清楚地表達復雜的產品數據。例如，系列產品類樹結構和產品零部件樹結構之間的關系，以及同級節點存在的依賴關系等。如果單純僅用上下層次關系的產品結構樹來表示這些關系，由此可能會發生數據冗余，或信息描述不清或錯誤等相應的問題。因此，不僅僅需要以產品裝配關系為基礎組織的產品零部件樹狀結構，而且需要建立一定層次的網狀結構補充說明產品結構，以完整準確地描述產品數據的內在關系和結構。
圖5 擺線減速機產品部分網狀結構樹
4 系統的數據結構模型
(1)類和子類產品配置設計系統是面向產品項目的應用軟件，其中所有的數據是圍繞產品項日來組織的，并且以樹型鏈接形式顯示。樹型鏈接為本系統數據庫的所有類型信息提供內在的層次鏈接。這樣將會很方便的地瀏覽數據信息。(2)類的層次結構本系統中的類都有自己的屬性，并顯示在屬性卡片中。較低層次的類繼承了上一級類的所有屬性，同時還可以有自己的屬性。因此從數據結構的最高層的類到較低層次的類的過程，類的信息就越詳細。系統的一個數據結構可以包含許多層次的類，在結構最后的子類也叫“葉”類。如圖6所示。
圖6 類和千類組成的數據結構
5 基于關系數據庫的面向對象技術
(1)每個獨立對象(例如一個擺線減速機產品的一個零件或一個部件所_構成的表格，在其表格中增加兩個屬性字段，分別為類別標識(CLASS_ID)和對象標識(OBJECT_ID)，其中同類實體的類別標識在所有記錄里取同一個值(例如，在本系統中產品類一擺線減速機作為一個工程項目類，它的CLASS_ID設為459)，而對象ID標識只是記錄一個流水號，具有唯一性，確保沒有重復。其中對CIASS_ID的取值是在SmarTeam系統規劃的時候約定的，產品配置設計系統的程序根據這個約定來辨認對象層次，既要完成將數據庫中的記錄轉變成內存對象，建立對象層次關系。數據的完整性，是靠外部的面向對象編程技術來保證。(2)對與鏈接類的對象數據，采用面向對象的編程技術，在關系數據庫中，鏈接類的對象數據組成關系表，對象之間的相互關聯反映在這些關系表中。如減速機產品項目與它的產品子項目的關聯表格，在這些關系表格中再增加四個字段(OBJ_ID1、CLA_ID1、OBJ_ID2、CIA ID2)，其內容分別是相應的所關聯實體的類別標識(CLASS_ID)和對象標識(OBJECT_ID)。
基于PDM-SmarTeam環境下，設計適合用戶需求的產品配置系統數據庫，是采用上述基于關系數據庫的面向對象技術實現的。通過SmarTeam可以構造一個適合用戶需要的數據庫，它的特色在于各行各業可以根據需要設計相應的數據結構，而且還可以對己存在的數據庫結構進行修改，使之適應自己的需求。這種構造數據庫結構的方法使通過SmartDataModeIDesigner模塊實現的。SmarTeam提供了大量的企業模板，每一模板適合于不同的應用環境，例如，機械、電氣、設備管理、辦公自動化等模板，用戶即可以使用SmarTeam提供的模板，實施自己的運用，也可以通過定制模板來滿足自己的需要，通過SmarTeam應用向導提供的模板來滿足機械產品配置設計對數據結構的要求。
根據配置設計的產品數據，在SmarTeam工程樹下(Project tree)創建和定義類名及子類。例如創建一個子類—擺線減速機(類產品)。根據此項目類的要求再設計三大子類：①一級擺線減速機產品類(BX系列產品)；②二級擺線減速機產品類(BXE系列產品)；③三級擺線減速機產品類(BXS系列產品)。根據三大類的要求再設計葉類。如圖7所示，在SmarTeam工程樹中實現上述平臺的類與子類結構的實例。
圖7 工程樹下的對象實例
6 數據庫表的結構和關系
數據庫表之間的關系，如圖8所示。需要說明的是除了附加表的字段是在數據庫系統中創建表時添加的，其他用戶表的信息和表中字段屬性是定制數據庫時，根據用戶的需要在SmarTeam定制向導中設置的，同樣對于這些字段屬性可以隨時進行修改和刪除。數據庫表的結構主要有：零部件表—記錄零件對象個編碼、名稱、和各項屬性；零件相關信息表—記錄了零件之問的相互依賴或者排斥關系；文件信息表一主要記錄零件的各類圖形文件、工程分析文件、工藝文件等信息；產品結構表—記錄了產品結構和組成信息；產品目錄表一記錄所有已經存在的產品類型信息。
圖8 數據庫表的結構和關系
全部的產品零部件信息特性表主要有五張表組成，分別表示為：產品結構表(TN_PROJECT)、零件事物特性表(TN_CATIA_PART)，部件事物特性表(TN_CATIA_PRODUCT)，零部件表(TN_DOCUMENTATION)和產品事物特性表(BX)。需要指出的是BX是根據產品變量配置的需要，附加創建的產品事物特性表。需要選配的項目（類產品）不同，則就附加創建不同的事物特性表。這樣在類產品增加的時候，產品事物特性表的數量也將不斷增加。配置設計系統用擺線減速機產品作為系統的運行實例，所以BX表示擺線減速機產品的事物特性表。為了順利的完成基于知識庫和規則庫的產品配置設計系統，還必須創建以下數據庫表：產品選配規則表(ConfigRule)、變量值表-definedV變量條件表-definedVC用戶權限表-user以及反映對象之間相互關聯的關系表。
7 結論
從產品配置系統的數據結構分析和數據庫建模方法出發，結合機械領域中產品數據管理數據庫建設的實際工作，研究了滿足系統要求的數據庫功能及數據特點，著重討論產品配置系統中數據結構及如何使用基于關系數據庫的面向對象技術完成PDM環境下產品配置管理系統數據庫設計。實現系統樹形結構顯示以及鏈接的屬性卡顯示，配置設計等功能，增加對復雜工程數據的有效管理。
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本文標題：產品配置管理系統中數據庫關鍵技術的研究
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