基于對象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型研究

魏曉鳴

(大連民族學(xué)院計算機科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連 116605)

基于對象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型研究

魏曉鳴

(大連民族學(xué)院計算機科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連 116605)

在分析產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，應(yīng)用超圖理論，提出一種基于超圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型，給出了產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模型的形式化定義，運用對象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型，從而給出一種新的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的建模方法。

大規(guī)模定制;產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型;數(shù)據(jù)庫

產(chǎn)品族開發(fā)和產(chǎn)品快速配置設(shè)計需要產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型是對系列化和組合產(chǎn)品各種復(fù)雜關(guān)系的綜合與表達，描述了產(chǎn)品及其零部件結(jié)構(gòu)和各層次部件的裝配關(guān)系，其作用是描述產(chǎn)品對象具體存在的形式，確定產(chǎn)品物質(zhì)處理的具體目標(biāo)，其合理性是產(chǎn)品族開發(fā)和產(chǎn)品配置設(shè)計的基礎(chǔ)。

蔣平［1］應(yīng)用樹的技術(shù)建立了產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型;余軍合［2］應(yīng)用結(jié)構(gòu)化超圖模型構(gòu)建了產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型;陳建等［3］應(yīng)用圖論構(gòu)建了一種產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)無向圖模型;馮梓堃等基于GBOM建立了由產(chǎn)品族GBOM結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品族選擇樹這兩部分構(gòu)成的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型［4］。

本文在分析產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，應(yīng)用超圖理論，提出一種基于超圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型，并通過對象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。

1 基于超圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型

1.1 超圖概念

超圖的理論基礎(chǔ)是圖論和集合論。具有共同屬性的對象屬于一個集合，不同的抽象層次可以歸屬于集合的集合，如此構(gòu)成以集合的包含關(guān)系為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可用超圖來表示。

在一般圖論中，邊表示的是兩個頂點之間的關(guān)系，而在超圖中，一個邊表示的是多個頂點之間的關(guān)系，包含有類的概念。例如，在面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計中，對象之間的關(guān)系可以用圖的邊來表示，而類的關(guān)系則需要用超圖來表示，超圖的一個邊就代表一個類。隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展，超圖

理論廣泛應(yīng)用于軟件設(shè)計、企業(yè)過程描述、網(wǎng)絡(luò)綜合分析和地理信息系統(tǒng)設(shè)計中［5－8］。

1.2 產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)特點

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了產(chǎn)品的組成關(guān)系，記錄了產(chǎn)品與其部件和零件的裝配層次關(guān)系，通常以產(chǎn)品樹的形式出現(xiàn)，如圖1。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹可以看出:產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有明顯的層次特點;產(chǎn)品中零部件之間的關(guān)系是多對多的關(guān)系。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹示意圖

產(chǎn)品族是指那些在某個確定應(yīng)用范圍內(nèi)按照一定規(guī)律劃分其參數(shù)等級，用相同方法實現(xiàn)相同功能的技術(shù)對象(整機、部件或零件)，這些技術(shù)對象應(yīng)該用盡可能相同的方法制造［9］。產(chǎn)品族的特點是具有多種參數(shù)和性能指標(biāo)，以滿足不同用戶的需要，這些參數(shù)和性能指標(biāo)間具有一定的公比級差。產(chǎn)品族的特點決定了產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)組成是一個系列產(chǎn)品的集合，對其抽象化以后，仍然可以表現(xiàn)為產(chǎn)品樹的形式，如圖2。

圖2 產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)樹示意圖

從產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)樹可以看出，產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)不僅具有一般產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特點，還有不同之處。首先，節(jié)點是具有相同功能的產(chǎn)品/部件/零件系列(集合);其次，節(jié)點間連線代表了兩個系列產(chǎn)品集合之間的組合關(guān)系，即是一個關(guān)系的集合;再次，表述了一個系列產(chǎn)品的組成關(guān)系，即代表了一個產(chǎn)品平臺，一個產(chǎn)品對象就是這棵產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)樹的一個實例。產(chǎn)品族是由系列化產(chǎn)品的集合與其之間關(guān)系的集合組成。

1.3 產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的超圖模型

(1)產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖

定義1產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖:是一個二元組H=(X，E)，其中X為組成產(chǎn)品族的全部零件的集合;E為由零件類邊、部件邊、部件類邊、構(gòu)件邊、構(gòu)件類邊、產(chǎn)品邊、產(chǎn)品類(族)邊組成的集合。

在產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)超圖中，零件類邊、部件邊、部件類邊、構(gòu)件邊、構(gòu)件類邊、產(chǎn)品邊、產(chǎn)品類(族)邊和其所包含的節(jié)點構(gòu)成了產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)子超圖，分別稱為零件類、部件、部件類、構(gòu)件、構(gòu)件類、產(chǎn)品、產(chǎn)品類子超圖。其中，零件類和部件子超圖是不可再分的，即基本子超圖;部件類、構(gòu)件類、產(chǎn)品類的子超圖分別由部件子超圖、構(gòu)件子超圖和產(chǎn)品子超圖構(gòu)成;構(gòu)件子超圖包含有部件子超圖，產(chǎn)品子超圖包含有部件子超圖和構(gòu)件子超圖。

例如，捆鈔機的帶盤支軸部件由支軸和接盤組成，其代號和名稱見表1。在表中，帶盤支軸部件有2種，即:JL108－591000和JL106－591000。JL108－591000由零件JL108－591001和JL108－591002組成，JL106－591000由零件 JL106－591001和 JL106 －591002組成。xi(i=1，2，3，4)是相應(yīng)零件在帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖中零件符號，ej(j=3，4)是相應(yīng)部件在帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖中部件邊符號。

表1 捆鈔機帶盤支軸部件構(gòu)成

帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖為

帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖如圖3。其中，e1、e2、e3、e4邊和其包含的節(jié)點構(gòu)成基本子超圖，e3、e4邊對應(yīng)的子超圖為e5的子超圖。

圖3 帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖

(2)產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型

應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和關(guān)系模型，對產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖進行等價變換?？梢詫a(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖變換為由類節(jié)點和關(guān)系邊組成的樹狀圖形，這樣，就能夠應(yīng)用樹的處理技術(shù)對產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖進行處理。

圖3的帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖經(jīng)過變換后的圖形如圖4，其中，n1節(jié)點代表帶盤支軸類，n2節(jié)點代表接盤類，n3節(jié)點代表支軸類，表示帶盤支軸由接盤和支軸組成，邊代表組成關(guān)系的集合。據(jù)此可以定義產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型及其相關(guān)概念。

圖4 變換后的帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖

定義2部件關(guān)系:令PS是具有唯一屬性名的不同類的零件的有限集合，每一屬性可取值個數(shù)相同，且屬性值是不可分的數(shù)據(jù)單位。若A1，…，Al是PS中的若干不同屬性名，對應(yīng)所屬的不同類的零件，則RC=(A1，…，Al)稱為PS上的部件關(guān)系，RC稱為部件關(guān)系名，(A1，…，Al)是部件屬性名，稱(A1，…，Al)對應(yīng)值組成的向量構(gòu)成的集合d(RC)是部件屬性域，value(RC)=(value(A1)，value(A2)，…，value(Al))是部件關(guān)系值。

部件關(guān)系描述了組成部件類的零件類成員，部件關(guān)系值描述了組成部件的零件成員。

定義3 構(gòu)件關(guān)系:令CS是具有惟一屬性名的不同類部件的有限集合，每一屬性可取值個數(shù)相同，且屬性值是不可分的數(shù)據(jù)單位。若B1，…，Bm是CS中的若干不同屬性名，對應(yīng)所屬的不同類的部件，則 RA=(A1，…，Al，B1，…，Bm)稱為PS∪CS上構(gòu)件關(guān)系，RA稱為構(gòu)件關(guān)系名。(A1，…，Al，B1，…，Bm)是構(gòu)件屬性名。稱(A1，…，Al，B1，…，Bm)對應(yīng)值組成的向量構(gòu)成的集合 d(RA)是構(gòu)件屬性域，value(RA)=(value(A1)，value(A2)，…，value(Al)，value(B1)，value(B2)，…，value(Bm))是構(gòu)件關(guān)系值。

構(gòu)件關(guān)系描述了組成構(gòu)件類的部件類和零件類成員，構(gòu)件關(guān)系值描述了組成構(gòu)件的部件和零件成員。

定義4產(chǎn)品關(guān)系:令A(yù)S是具有惟一屬性名的不同類構(gòu)件的有限集合，每一屬性可取值個數(shù)相同，且屬性值是不可分的數(shù)據(jù)單位。若C1，…，Cn是AS中的若干不同屬性名，對應(yīng)所屬的不同類的構(gòu)件，則 RM=(A1，…，Al，B1，…，Bm，C1，…，Cn)稱為PS∪CS∪AS上的產(chǎn)品關(guān)系，RM稱為產(chǎn)品關(guān)系名。(A1，…，Al，B1，…，Bm，C1，…，Cn)是產(chǎn)品屬性名。稱(A1，…，Al，B1，…，Bm，C1，…，Cn)對應(yīng)值組成的向量構(gòu)成的集合d(RM)是產(chǎn)品屬性域，value(RM)=(value(A1)，value(A2)，…，value(Al)，value(B1)，value(B2)，…，value(Bm) ，value(C1)，value(C2)，…，value(Cn))是產(chǎn)品關(guān)系值。

產(chǎn)品關(guān)系描述了組成產(chǎn)品類的構(gòu)件類、部件類和零件類成員，產(chǎn)品關(guān)系值描述了組成產(chǎn)品的構(gòu)件、部件和零件成員。

定義產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的超圖模型:是一個二元組PSM=(SS，RS)，其中SS為產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)成員類的集合，包括:零件類的集合PS、部件類的集合CS、構(gòu)件類的集合AS、產(chǎn)品類MS的集合;RS為產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)成員類之間關(guān)系的集合，包括部件關(guān)系的集合RPS、構(gòu)件關(guān)系的集合RAS、產(chǎn)品關(guān)系的集合RMS。

例如，對于圖3的帶盤支軸部件族的結(jié)構(gòu)超圖，其結(jié)構(gòu)超圖模型為

PSM_JL=(SS_JL，RS_JL)，其中:

SS_JL={PS，CS}，PS={ps1，ps2}，ps1={x1，x2}，ps2={x3，x4}，CS={cs1}，cs1={JL108帶盤支軸，JL106帶盤支軸};

RS_JL={RPS}，RPS={(x1，x3)，(x2，x4)}。

2 產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型的實現(xiàn)

產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型包含2種基本元素，一種是類的集合，一種是關(guān)系的集合。模型實現(xiàn)要解決2種數(shù)據(jù)的存儲和操作問題，一是零件類、部件類、構(gòu)件類和產(chǎn)品類的數(shù)據(jù);二是部件關(guān)系、構(gòu)件關(guān)系和產(chǎn)品關(guān)系。采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型，不僅可以保證產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)高效可靠地存儲，還可以提高系統(tǒng)的擴展能力和運行效率，并且在技術(shù)開發(fā)上思路清晰。

Oracle數(shù)據(jù)庫是應(yīng)用廣泛的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在Oracle中加入面向?qū)ο蟮脑O(shè)計技術(shù)后，數(shù)據(jù)庫的功能得到了擴充，它具有重載、繼承、多態(tài)等面向?qū)ο蟮奶攸c，因而能夠描述對象間的復(fù)雜關(guān)系，更貼近現(xiàn)實情況。

在Oracle數(shù)據(jù)庫中，通過建立零件對象、部件對象、構(gòu)件對象和產(chǎn)品對象來描述零件、部件、構(gòu)件和產(chǎn)品的屬性和方法;建立零件對象表、部件對象表、構(gòu)件對象表和產(chǎn)品對象表來描述零件類、部件類、構(gòu)件類和產(chǎn)品類;部件關(guān)系、構(gòu)件關(guān)系和產(chǎn)品關(guān)系用雙親表示法實現(xiàn)，即在零件對象、部件對象、構(gòu)件對象和產(chǎn)品對象中都有其父節(jié)點標(biāo)識。具體程序操作語句如下:

(1)對象的創(chuàng)建

①零件對象

(2)對象表創(chuàng)建和對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作

①對象表的創(chuàng)建

②對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作

insert into componentClass_table values(componentClass(＇JL108 －211000Z’，’走帶膠輥部件’，’JL108 －210000’，’走帶’，’走帶壓緊……’));

該語句將屬性為(’JL108 －211000Z’，’走帶膠輥合件’，’JL108 －210000’，’走帶’，’走帶壓緊……’)的走帶膠輥部件對象插入到部件類表中。

update componentClass_table set component-Name=’走帶膠輥部件’where componentId=’JL108－211000Z’;

該語句將部件類表中的部件標(biāo)識號為“JL108－211000Z”的部件對象的部件名更新為“走帶膠輥部件”。

3 結(jié)語

本文在分析產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，應(yīng)用集合論和超圖理論，給出了產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖的形式化定義，并采用基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)和關(guān)系模型的變換方法，對產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖進行了等價變換，進而給出了比較系統(tǒng)、完整的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型的定義。在此基礎(chǔ)上，運用對象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)超圖模型，并給出了關(guān)鍵的程序操作語句，從而給出了一種新的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的建模方法。

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Research on Product Family Structure Model Based on Object－Relational Database

WEI Xiao－ming
(College of Computer Science and Engineering，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China)

The product family structure model is the key technology of product design in mass customization.To solve the rationality problem of product family development，a new modeling method of product family structure model is proposed in this paper.The structure hypergraph is given as well as its formal definition.Experiments are performed using the object－relational database management system to realize the structure hypergraph model of product family.

mass customization;product family structure model;database

TP393

A

1009－315X(2012)01－0063－04

2011－11－07;最后

2011－11－11

魏曉鳴(1963－)，男，黑龍江哈爾濱人，教授，博士，主要從事計算機應(yīng)用技術(shù)研究。

(責(zé)任編輯 劉敏)