1 引言
在当今高速发展的社会，制造业所面临的竞争越来越剧烈。与此同时，现代市场的全球化成为一种必然的趋势，世界市场将替代区域市场，制造产品将面对全球性的市场竞争。现代市场对产品品种、花色和数量的需求多样化、快速变化且无法预测，明显地表现出“多品种、小批量”的特征，在传统的“少品种大批量”的基础上发展起来的产品设计、制造过程组织模式和实施技术，已不能适应制造业的发展趋势。为了适应这种转变，企业需要高效便捷的产品配置生成方法，形成产品配置为核心，将数据管理、工作流程管理与变更控制集于—体，更为强大的产品数据管理系统。促进企业的高效运转，以便快速生产出能满足市场需求的产品。这必然导致企业数据库中的各类数据不仅数量庞大，而且关系十分复杂。针对许多企业要存储和管理大量的数据，并把各种不同的应用系统集成起来的问题。近几年来，在数据库管理领域中的—个明显的倾向就是建立更加智能化和性能更高的数据库管理系统。如何将数据进行精心地组织和归类，然后及时的存储到数据库中为系统的其它部分进行数据访问做好准备等。准确有效地规划和设计数据库是实现产品配置设计系统的重要组成部分，也是系统的核心。
从产品配置系统的数据结构分析和数据库建模方法出发，着重讨论产品配置系统中数据结构及如何使用基于关系数据库的面向对象技术完成PDM环境下产品配置管理系统数据库设计。实现系统树形结构显示以及链接的属性卡显示，配置设计等功能，增加对复杂工程数据的有效管理。
2 数据库模型与数据库选型
目前，大多数PDM系统仍以关系模型作为数据的建模方法，并选用标准关系数据库管理系统作为数据管理基础平台。由于面向对象技术的发展，对数据库管理系统也提出了新的需求，有不少的成熟PDM产品就是将两种技术结合起来在数据库层上直接地和不加区分地应用面向对象技术。系统中数据库的设计采用SmarTeam作为PDM环境，其原因之一是在软件功能满足的前提下，提供了可以快速实施、完全灵活的数据结构，其二，性价比高，支持Internet/Intranet的产品数据管理。SmarTeam向导提供了所需要的工具，可以快速建立一种完全可定制的、高度可视化的及结构良好的数据模型。产品配置系统数据库的设计，均指是在关系数据库系统的基础上进行的数据库设计。其实现的基本原理是在现有的关系数据库RDBMS上加上面向对象的层(OODB)，如图1所示。在图1中，通过面向对象的编程，存放在系统工作存储器中的对象和对象结构转化为外存中的数据库表。反之，存放在外存中的数据库表也需要转化为工作存储器中的对象和对象结构。
图1 基于关系数据库管理面向对象业务碰用的原理
3 产品数据结构模型
3.1 产品数据的树型结构原理
树形结构是一种重要的非线性数据结构，为计算机应用中出现的层次关系或分支关系的数据提供了一种自然的表示方法一。定义产品数据结构是根据企业的管理模式和产品零部件之间的层次关系，构造产品结构树。可以把．个系列产品定义为—棵树，也可以把—个产品定义为—棵树。产品零部件之间的装配深度不同，产品结构树的层次也不同，少则二三层，多的可以达到七八层。普通树形结构，如图2所示。在图2中，树上的每个对象称为—个节点。每个结点所包含的信息可分为三部分：(1)结点自身信息；(2)双亲结点的信息；(3)孩子结点的信息。父节点(例如A、B、C)是指在结构树上包含有低于本节点的节点。—个直接在另—个节点之下的节点(例如E)称之为父节点的子节点。没有父节点的节点(R节点)称为树的根节点。没有任何子节点的节点称为树的叶节点。同一父节点的子节点称为兄弟节点(例如A节点和B节点)。树形结构表示简单、直观，应用广泛。它具有如下特点：—个结点可以有0、1个或多个子结点，除根结点没有父结点外，其余结点有且只有一个父结点。以机械产品-摆线针齿减速机(BX)为例，一系列产品是由一个树结构表示，称之为产品类树结构。它用节点之间的约束关系体现出系列产品之间的分类约束关系。如图3所示。产品通常是由一系列的零件和部件构成，而部件又由一系列的层次更低的零件和部件组成，这样就自然形成了—个树状结构，称之为产品零部件结构树，如图4所示。
图2 树形结构示意图
图3 摆线减速机系列树状结构树
图4 摆线减速机零部件树状结构树
3.2 产品数据的部分网状结构模型
如图5中所示，两个结构产品树之间通过相关“链接”，形成了一定层次的网状结构，实现产品数据的部分网状结构。用简单上下层次关系的产品结构树形式来组织产品数据，符合产品数据自身的内在结构。但是，这种结构树并不是都能完全清楚地表达复杂的产品数据。例如，系列产品类树结构和产品零部件树结构之间的关系，以及同级节点存在的依赖关系等。如果单纯仅用上下层次关系的产品结构树来表示这些关系，由此可能会发生数据冗余，或信息描述不清或错误等相应的问题。因此，不仅仅需要以产品装配关系为基础组织的产品零部件树状结构，而且需要建立一定层次的网状结构补充说明产品结构，以完整准确地描述产品数据的内在关系和结构。
图5 摆线减速机产品部分网状结构树
4 系统的数据结构模型
(1)类和子类产品配置设计系统是面向产品项目的应用软件，其中所有的数据是围绕产品项日来组织的，并且以树型链接形式显示。树型链接为本系统数据库的所有类型信息提供内在的层次链接。这样将会很方便的地浏览数据信息。(2)类的层次结构本系统中的类都有自己的属性，并显示在属性卡片中。较低层次的类继承了上一级类的所有属性，同时还可以有自己的属性。因此从数据结构的最高层的类到较低层次的类的过程，类的信息就越详细。系统的一个数据结构可以包含许多层次的类，在结构最后的子类也叫“叶”类。如图6所示。
图6 类和千类组成的数据结构
5 基于关系数据库的面向对象技术
(1)每个独立对象(例如一个摆线减速机产品的一个零件或一个部件所_构成的表格，在其表格中增加两个属性字段，分别为类别标识(CLASS_ID)和对象标识(OBJECT_ID)，其中同类实体的类别标识在所有记录里取同一个值(例如，在本系统中产品类一摆线减速机作为一个工程项目类，它的CLASS_ID设为459)，而对象ID标识只是记录一个流水号，具有唯一性，确保没有重复。其中对CIASS_ID的取值是在SmarTeam系统规划的时候约定的，产品配置设计系统的程序根据这个约定来辨认对象层次，既要完成将数据库中的记录转变成内存对象，建立对象层次关系。数据的完整性，是靠外部的面向对象编程技术来保证。(2)对与链接类的对象数据，采用面向对象的编程技术，在关系数据库中，链接类的对象数据组成关系表，对象之间的相互关联反映在这些关系表中。如减速机产品项目与它的产品子项目的关联表格，在这些关系表格中再增加四个字段(OBJ_ID1、CLA_ID1、OBJ_ID2、CIA ID2)，其内容分别是相应的所关联实体的类别标识(CLASS_ID)和对象标识(OBJECT_ID)。
基于PDM-SmarTeam环境下，设计适合用户需求的产品配置系统数据库，是采用上述基于关系数据库的面向对象技术实现的。通过SmarTeam可以构造一个适合用户需要的数据库，它的特色在于各行各业可以根据需要设计相应的数据结构，而且还可以对己存在的数据库结构进行修改，使之适应自己的需求。这种构造数据库结构的方法使通过SmartDataModeIDesigner模块实现的。SmarTeam提供了大量的企业模板，每一模板适合于不同的应用环境，例如，机械、电气、设备管理、办公自动化等模板，用户即可以使用SmarTeam提供的模板，实施自己的运用，也可以通过定制模板来满足自己的需要，通过SmarTeam应用向导提供的模板来满足机械产品配置设计对数据结构的要求。
根据配置设计的产品数据，在SmarTeam工程树下(Project tree)创建和定义类名及子类。例如创建一个子类—摆线减速机(类产品)。根据此项目类的要求再设计三大子类：①一级摆线减速机产品类(BX系列产品)；②二级摆线减速机产品类(BXE系列产品)；③三级摆线减速机产品类(BXS系列产品)。根据三大类的要求再设计叶类。如图7所示，在SmarTeam工程树中实现上述平台的类与子类结构的实例。
图7 工程树下的对象实例
6 数据库表的结构和关系
数据库表之间的关系，如图8所示。需要说明的是除了附加表的字段是在数据库系统中创建表时添加的，其他用户表的信息和表中字段属性是定制数据库时，根据用户的需要在SmarTeam定制向导中设置的，同样对于这些字段属性可以随时进行修改和删除。数据库表的结构主要有：零部件表—记录零件对象个编码、名称、和各项属性；零件相关信息表—记录了零件之问的相互依赖或者排斥关系；文件信息表一主要记录零件的各类图形文件、工程分析文件、工艺文件等信息；产品结构表—记录了产品结构和组成信息；产品目录表一记录所有已经存在的产品类型信息。
图8 数据库表的结构和关系
全部的产品零部件信息特性表主要有五张表组成，分别表示为：产品结构表(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)和产品事物特性表(BX)。需要指出的是BX是根据产品变量配置的需要，附加创建的产品事物特性表。需要选配的项目（类产品）不同，则就附加创建不同的事物特性表。这样在类产品增加的时候，产品事物特性表的数量也将不断增加。配置设计系统用摆线减速机产品作为系统的运行实例，所以BX表示摆线减速机产品的事物特性表。为了顺利的完成基于知识库和规则库的产品配置设计系统，还必须创建以下数据库表：产品选配规则表(ConfigRule)、变量值表-definedV变量条件表-definedVC用户权限表-user以及反映对象之间相互关联的关系表。
7 结论
从产品配置系统的数据结构分析和数据库建模方法出发，结合机械领域中产品数据管理数据库建设的实际工作，研究了满足系统要求的数据库功能及数据特点，着重讨论产品配置系统中数据结构及如何使用基于关系数据库的面向对象技术完成PDM环境下产品配置管理系统数据库设计。实现系统树形结构显示以及链接的属性卡显示，配置设计等功能，增加对复杂工程数据的有效管理。
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本文标题：产品配置管理系统中数据库关键技术的研究
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