[摘 要]在计算机辅助生产管理系统中,数据库是核心。本文详细介绍了新疆八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统数据库的设计过程,给出了数据库的需求模型、概念模型,并分别用数据流图和IDEF1X图来表达设计结果。实际应用表明,设计的数据库能有效满足系统对数据采集、管理和信息查询等需求。
[关键词]炼钢;计算机辅助生产管理;数据库
0 前言
炼钢生产过程是工序繁多且高温运行的多维物流管制过程,其生产管理受到诸如品种繁多,工艺复杂,时间、成分、温度要求严格等多方面因素的影响[1],计算机辅助生产管理能有效处理这些复杂的因素,使生产高效、顺行。随着企业信息化的推进,我国钢铁厂的基础自动化水平近年来有了大幅提高,很多生产数据都做到了自动采集和存储。遗憾的是,大多采集到的数据只是分散存放在各自的实时数据库中,只为少数技术人员参考,企业管理人员通过询问或报表才能看到一部分,而且,存放在这些实时数据库的数据管理起来也不方便。因此,建立计算机辅助生产管理系统,利用它来整合分散的生产数据并以规范的各类报表形式呈现给生产人员和各级管理部门有着重要的意义。在计算机辅助生产管理系统中,数据库是核心,它可实现数据的收集、整理、存储、检索、更新、统计与传递等操作。可以说,数据库是计算机辅助生产管理系统的基石,其性能好坏直接影响到计算机辅助生产管理系统的成败,设计出性能优良的计算机辅助生产管理系统数据库显得格外重要。我们于2002年11月为新疆八钢转炉炼钢厂设计开发了计算机辅助生产管理系统软件,本文就该系统的数据库设计部分进行简要阐述。
1 计算机辅助生产管理系统简介
新疆八钢转炉炼钢厂现有混铁炉一座、转炉两座、两个LF和两个Ar站、3台连铸机,生产组织按照混铁炉→转炉→LF或Ar站→连铸机进行,为该流程搭建的计算机辅助生产管理系统的功能框架如图1所示[2]。
系统功能实现原理是:目标数据库即计算机辅助生产管理系统数据库,将生产实时数据库、各工位工作站、厂调中心和前台应用程序有机地连成一体。实时数据库中的生产信息经过筛选和处理进入目标数据库;各工位工作站的计算机从目标数据库中读取实时信息并将操作人员关心的主要数据显示在应用程序画面上,同时,通过应用程序画面还将不能自动采集到的生产数据输进工作站计算机,然后保存到目标数据库中;厂调中心工作人员把当天或当班的生产计划输进厂调中心计算机;调度策略软件根据这些计划制定出合理的调度策略,将它们存放到目标数据库,工作站计算机方便地从目标数据库读取调度计划,生产一线人员根据这些制定好的计划来安排生产。
2 数据库设计
10余年来,人们努力探索,提出了各种数据库设计方法,并运用软件工程的原理和思想,制定出各种设计准则和规程,通常属于规范设计法。其中比较著名的是新奥尔良(NewOrleans)法,它将数据库设计分为4个阶段:需求分析(分析用户要求)、概念结构设计(信息分析和定义)、逻辑结构设计(设计实现)和物理设计(物理数据库设计)[3]。八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统数据库的设计采用的就是此法。
2•1 需求分析需求分析的任务是通过详细调查现实中要处理的对象(组织、部门、企业等),充分了解原系统(手工系统或计算机系统)工作概况,明确用户的各种需求,然后在此基础上确定新系统的功能。需求分析有面向数据和面向过程两种方法。面向数据的分析法直接针对系统中的数据,得出的结果具有稳定性;面向过程的方法针对系统的功能,易于分析和表达[4]。我们采用面向数据和面向过程相结合的分析方法,即用数据流图(DFD)来建立计算机辅助生产管理系统的业务流程,DFD能很好地表达系统的处理过程及各处理过程间的数据流向,图2是八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统的业务流程图,它表达了八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统的需求模型。图中椭圆表示处理过程,箭头指示数据流向。我们以数据处理过程为中心来设计业务流程,厂调中心编制计划并下达调度指令,各工位根据计划安排生产,在每个工位,都要完成各自相应的操作。
2•2 概念结构设计将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构(概念模型)的过程就是概念结构设计,它是整个数据库设计的关键。概念模型表达数据库的实体及实体间的逻辑关系。概念模型一般用E-R(实体关系)图和IDEF1X图来表达(IDEF1X是IDEF系列方法中IDEF1的扩展版本,是在E-R法的原则基础上增加了一些规则,使语义更为丰富的一种方法,用于建立系统信息模型[5]),因IDEF1X图能最低满足1NF(第1范式)的要求,且表达清楚,所以在当前数据库系统设计中经常使用[4]。在建立概念模型前,首先要对需求分析中产生的数据进行更深入的分析,找出各数据实体的属性,并建立实体间的关系。实体间的关系有依赖关系和聚合关系,依赖关系是指一个实体的主键PK(由表中一列或多列组成,它可以唯一地标识表中的一行记录)是另一个实体的外键FK(由表中一列或多列组成,同时,它又是其它表的主键);聚合关系是指一个实体由多个实体组成。图3表示用IDEF1X规范绘制的计算机辅助生产管理系统数据库的概念模型。图中实体分为3类:基础类实体———编号以B开头,有工位、钢种和测试点等几个实体,表达了炼钢生产过程的基础数据;计划类实体———编号以P开头,主要表达计划数据,代表厂调中心所编制的计划信息;实时类实体———编号以R开头,表达了生产过程中的实时数据,每个实体的属性中都含有炉次号并作为主键的一部分,因为在炼钢生产中,炉次号是一条关键的标志性信息,它贯穿于转炉到连铸的整个流程始终。实体间的连线表示依赖关系,实线表示完全依赖关系,虚线表示部分依赖关系。
2•3 逻辑结构设计概念结构设计是独立于任何一种数据模型的信息结构,而逻辑结构设计的任务就是把概念结构设计阶段设计好的实体关系图转换为与选用DBMS产品(数据库管理系统,如Oracle, Sybase, SQL Serv-er等)所支持的数据模型相符合的逻辑结构。八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统数据库选用的DBMS是Oracle8i,它是一种关系数据库。由于图3的概念模型已经清楚地表达了各类实体的属性以及实体与实体之间的依赖关系,所以,逻辑结构设计的任务主要就是根据图3建表和设计视图。
2.3.1 建表图3中的每个实体对应着一个表,表的列就是实体的属性,表的主键在图3中已经给出,外键由实体间的依赖关系确定。参照图3中的实体分类,所建表分为3类:基础表、计划表和实时表,表名中的第1个字母分别设为B、P、R,因所建表比较多,关系复杂,加以区分是为了便于查询和管理。对于每个表的表名和具体属性,本文就不再描述。在Oracle8i中,建表工具有很多,如SQL *Plus,DBA Studio,OEM等均可以[6],在一次建多个表时,建议使用SQL * Plus。
2.3.2 设计视图视图是一个虚的表,它在关系数据库的设计和功能上以及运行在此数据库上的应用程序中都扮演着一个重要的角色。一个规范化的关系数据库由很多表组成,每个表适合于一类特定的人、场合和事务。通常,这些规范化的表需要重新连接起来,以便为特定情形创建有意义的信息。视图是用SQL(标准化查询语言)创建必要的连接和查询需要的表中的列信息以及建立行选择条件,用于满足未来特殊情形对数据库使用的要求。使用视图的主要优点有:①可以根据需要为报表提供特定的数据;②增强为用户和应用程序提供数据的独立性;③简化了数据的使用[7]。针对该系统设计的主要视图有:各工位主画面的显示,不同工位生产主要数据的查询,各生产管理部门的生产报表等。建视图与建表类似,只是语法不同,本文不作叙述。
2•4 物理设计八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统采用C/S结构,以Windows2000 Server作网络服务器的操作系统,数据库管理系统用Oracle8i,数据库建在网络服务器上,客户端采用Delphi开发,并用VB开发的一些模块将PLC、DCS等采集上来的数据送入数据库。
3 结论
(1)完成了八钢转炉炼钢厂计算机辅助生产管理系统数据库的设计,并采用软件工程的方法规范设计过程和文档编写,使系统易于实现和维护。
(2)2002年12月系统投入运行证明,所设计的数据库能有效满足调度系统对数据采集、管理和信息查询等需求。
(3)该数据库对今后八钢转炉炼钢厂实施CIMS和ERP等企业信息化项目将会有很好的借鉴作用。
[参 考 文 献]
[1]田乃媛,钱 兵,黎志诚.炼钢厂全连铸生产的物流[J].北京科技大学学报,1994,16(增刊):21-24.
[2]张国波,田乃媛,伊炳希,等.计算机辅助调度系统在重钢七厂的实践[J].钢铁研究,2002,30(2):39-42.
[3]萨师煊,王 珊.数据库系统概论[M].北京:高等教育出版社,2001.205.
[4]金天国,刘 博.支持多型号产品制造过程管理的数据库系统设计[J].哈尔滨工业大学学报,2001,33(2):189-192.
[5]陈禹六.IDEF建模分析和设计方法[M].北京:清华大学出版社,1999.119.
[6]Jonathan Gennick,Carol McCullough Dieter,Gerrit Jan Linker著.Oracle8i DBA宝典[M].赵艳勤,秦玉杰译.北京:电子工业出版社,2001.21-30.
[7]Ryan K Stephens, Ronald R Plew著.数据库设计[M].何玉洁译.北京:机械工业出版社,2001.2
