基于对象－关系数据库的产品族结构模型研究

魏晓鸣

(大连民族学院计算机科学与工程学院，辽宁大连 116605)

基于对象－关系数据库的产品族结构模型研究

魏晓鸣

(大连民族学院计算机科学与工程学院，辽宁大连 116605)

在分析产品族结构特点的基础上，应用超图理论，提出一种基于超图数据结构的产品族结构模型，给出了产品族的结构和结构模型的形式化定义，运用对象－关系数据库管理系统实现产品族的结构模型，从而给出一种新的产品族结构模型的建模方法。

大规模定制;产品族结构模型;数据库

产品族开发和产品快速配置设计需要产品族结构模型。产品族结构模型是对系列化和组合产品各种复杂关系的综合与表达，描述了产品及其零部件结构和各层次部件的装配关系，其作用是描述产品对象具体存在的形式，确定产品物质处理的具体目标，其合理性是产品族开发和产品配置设计的基础。

蒋平［1］应用树的技术建立了产品族的结构模型;余军合［2］应用结构化超图模型构建了产品族结构模型;陈建等［3］应用图论构建了一种产品族结构无向图模型;冯梓堃等基于GBOM建立了由产品族GBOM结构和产品族选择树这两部分构成的产品族结构模型［4］。

本文在分析产品族结构特点的基础上，应用超图理论，提出一种基于超图数据结构的产品族结构模型，并通过对象－关系数据库实现。

1 基于超图数据结构的产品族结构模型

1.1 超图概念

超图的理论基础是图论和集合论。具有共同属性的对象属于一个集合，不同的抽象层次可以归属于集合的集合，如此构成以集合的包含关系为基础的结构，这种结构可用超图来表示。

在一般图论中，边表示的是两个顶点之间的关系，而在超图中，一个边表示的是多个顶点之间的关系，包含有类的概念。例如，在面向对象的软件设计中，对象之间的关系可以用图的边来表示，而类的关系则需要用超图来表示，超图的一个边就代表一个类。随着面向对象技术的发展，超图

理论广泛应用于软件设计、企业过程描述、网络综合分析和地理信息系统设计中［5－8］。

1.2 产品族的结构特点

产品结构体现了产品的组成关系，记录了产品与其部件和零件的装配层次关系，通常以产品树的形式出现，如图1。从产品结构树可以看出:产品结构具有明显的层次特点;产品中零部件之间的关系是多对多的关系。

图1 产品结构树示意图

产品族是指那些在某个确定应用范围内按照一定规律划分其参数等级，用相同方法实现相同功能的技术对象(整机、部件或零件)，这些技术对象应该用尽可能相同的方法制造［9］。产品族的特点是具有多种参数和性能指标，以满足不同用户的需要，这些参数和性能指标间具有一定的公比级差。产品族的特点决定了产品族的结构组成是一个系列产品的集合，对其抽象化以后，仍然可以表现为产品树的形式，如图2。

图2 产品族结构树示意图

从产品族结构树可以看出，产品族结构不仅具有一般产品结构的特点，还有不同之处。首先，节点是具有相同功能的产品/部件/零件系列(集合);其次，节点间连线代表了两个系列产品集合之间的组合关系，即是一个关系的集合;再次，表述了一个系列产品的组成关系，即代表了一个产品平台，一个产品对象就是这棵产品族结构树的一个实例。产品族是由系列化产品的集合与其之间关系的集合组成。

1.3 产品族结构的超图模型

(1)产品族结构超图

定义1产品族结构超图:是一个二元组H=(X，E)，其中X为组成产品族的全部零件的集合;E为由零件类边、部件边、部件类边、构件边、构件类边、产品边、产品类(族)边组成的集合。

在产品族的结构超图中，零件类边、部件边、部件类边、构件边、构件类边、产品边、产品类(族)边和其所包含的节点构成了产品族的结构子超图，分别称为零件类、部件、部件类、构件、构件类、产品、产品类子超图。其中，零件类和部件子超图是不可再分的，即基本子超图;部件类、构件类、产品类的子超图分别由部件子超图、构件子超图和产品子超图构成;构件子超图包含有部件子超图，产品子超图包含有部件子超图和构件子超图。

例如，捆钞机的带盘支轴部件由支轴和接盘组成，其代号和名称见表1。在表中，带盘支轴部件有2种，即:JL108－591000和JL106－591000。JL108－591000由零件JL108－591001和JL108－591002组成，JL106－591000由零件 JL106－591001和 JL106 －591002组成。xi(i=1，2，3，4)是相应零件在带盘支轴部件族的结构超图中零件符号，ej(j=3，4)是相应部件在带盘支轴部件族的结构超图中部件边符号。

表1 捆钞机带盘支轴部件构成

带盘支轴部件族的结构超图为

带盘支轴部件族的结构超图如图3。其中，e1、e2、e3、e4边和其包含的节点构成基本子超图，e3、e4边对应的子超图为e5的子超图。

图3 带盘支轴部件族的结构超图

(2)产品族结构超图模型

应用面向对象技术和关系模型，对产品族结构超图进行等价变换。可以将产品族结构超图变换为由类节点和关系边组成的树状图形，这样，就能够应用树的处理技术对产品族结构超图进行处理。

图3的带盘支轴部件族的结构超图经过变换后的图形如图4，其中，n1节点代表带盘支轴类，n2节点代表接盘类，n3节点代表支轴类，表示带盘支轴由接盘和支轴组成，边代表组成关系的集合。据此可以定义产品族结构超图模型及其相关概念。

图4 变换后的带盘支轴部件族的结构超图

定义2部件关系:令PS是具有唯一属性名的不同类的零件的有限集合，每一属性可取值个数相同，且属性值是不可分的数据单位。若A1，…，Al是PS中的若干不同属性名，对应所属的不同类的零件，则RC=(A1，…，Al)称为PS上的部件关系，RC称为部件关系名，(A1，…，Al)是部件属性名，称(A1，…，Al)对应值组成的向量构成的集合d(RC)是部件属性域，value(RC)=(value(A1)，value(A2)，…，value(Al))是部件关系值。

部件关系描述了组成部件类的零件类成员，部件关系值描述了组成部件的零件成员。

定义3 构件关系:令CS是具有惟一属性名的不同类部件的有限集合，每一属性可取值个数相同，且属性值是不可分的数据单位。若B1，…，Bm是CS中的若干不同属性名，对应所属的不同类的部件，则 RA=(A1，…，Al，B1，…，Bm)称为PS∪CS上构件关系，RA称为构件关系名。(A1，…，Al，B1，…，Bm)是构件属性名。称(A1，…，Al，B1，…，Bm)对应值组成的向量构成的集合 d(RA)是构件属性域，value(RA)=(value(A1)，value(A2)，…，value(Al)，value(B1)，value(B2)，…，value(Bm))是构件关系值。

构件关系描述了组成构件类的部件类和零件类成员，构件关系值描述了组成构件的部件和零件成员。

定义4产品关系:令AS是具有惟一属性名的不同类构件的有限集合，每一属性可取值个数相同，且属性值是不可分的数据单位。若C1，…，Cn是AS中的若干不同属性名，对应所属的不同类的构件，则 RM=(A1，…，Al，B1，…，Bm，C1，…，Cn)称为PS∪CS∪AS上的产品关系，RM称为产品关系名。(A1，…，Al，B1，…，Bm，C1，…，Cn)是产品属性名。称(A1，…，Al，B1，…，Bm，C1，…，Cn)对应值组成的向量构成的集合d(RM)是产品属性域，value(RM)=(value(A1)，value(A2)，…，value(Al)，value(B1)，value(B2)，…，value(Bm) ，value(C1)，value(C2)，…，value(Cn))是产品关系值。

产品关系描述了组成产品类的构件类、部件类和零件类成员，产品关系值描述了组成产品的构件、部件和零件成员。

定义产品族结构的超图模型:是一个二元组PSM=(SS，RS)，其中SS为产品族的结构成员类的集合，包括:零件类的集合PS、部件类的集合CS、构件类的集合AS、产品类MS的集合;RS为产品族的结构成员类之间关系的集合，包括部件关系的集合RPS、构件关系的集合RAS、产品关系的集合RMS。

例如，对于图3的带盘支轴部件族的结构超图，其结构超图模型为

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带盘支轴，JL106带盘支轴};

RS_JL={RPS}，RPS={(x1，x3)，(x2，x4)}。

2 产品族结构超图模型的实现

产品族结构超图模型包含2种基本元素，一种是类的集合，一种是关系的集合。模型实现要解决2种数据的存储和操作问题，一是零件类、部件类、构件类和产品类的数据;二是部件关系、构件关系和产品关系。采用面向对象的数据库管理系统实现产品族结构超图模型，不仅可以保证产品族的结构数据高效可靠地存储，还可以提高系统的扩展能力和运行效率，并且在技术开发上思路清晰。

Oracle数据库是应用广泛的关系型数据库系统，在Oracle中加入面向对象的设计技术后，数据库的功能得到了扩充，它具有重载、继承、多态等面向对象的特点，因而能够描述对象间的复杂关系，更贴近现实情况。

在Oracle数据库中，通过建立零件对象、部件对象、构件对象和产品对象来描述零件、部件、构件和产品的属性和方法;建立零件对象表、部件对象表、构件对象表和产品对象表来描述零件类、部件类、构件类和产品类;部件关系、构件关系和产品关系用双亲表示法实现，即在零件对象、部件对象、构件对象和产品对象中都有其父节点标识。具体程序操作语句如下:

(1)对象的创建

①零件对象

(2)对象表创建和对象数据结构操作

①对象表的创建

②对象数据结构的操作

insert into componentClass_table values(componentClass(＇JL108 －211000Z’，’走带胶辊部件’，’JL108 －210000’，’走带’，’走带压紧……’));

该语句将属性为(’JL108 －211000Z’，’走带胶辊合件’，’JL108 －210000’，’走带’，’走带压紧……’)的走带胶辊部件对象插入到部件类表中。

update componentClass_table set component-Name=’走带胶辊部件’where componentId=’JL108－211000Z’;

该语句将部件类表中的部件标识号为“JL108－211000Z”的部件对象的部件名更新为“走带胶辊部件”。

3 结语

本文在分析产品族结构特点的基础上，应用集合论和超图理论，给出了产品族结构超图的形式化定义，并采用基于面向对象技术和关系模型的变换方法，对产品族结构超图进行了等价变换，进而给出了比较系统、完整的产品族结构超图模型的定义。在此基础上，运用对象－关系数据库管理系统实现了产品族结构超图模型，并给出了关键的程序操作语句，从而给出了一种新的产品族结构模型的建模方法。

［1］蒋平.面向MC的产品设计方法和实现技术研究:(博士后研究工作报告)［D］.北京:中国科学院软件所，1999.

［2］余军和，祁国宁，吴昭同.基于超图的产品族结构模型的研究［J］.中国机械工程，2003，14(2):107 －110.

［3］陈建，李方义，李剑峰，等.产品族结构无向图模型［J］.机械科学与技术，2007，26(8):1030 －1034.

［4］冯梓堃，陈新度，吴磊.基于变量驱动的GBOM产品族模型建立方法［J］.机电工程，2009，26(10):1－5.

［5］杨炳儒，张德政.超图模型:基于超图的设计模式描述和复用实现［J］.计算机工程与应用，2001，(13):46－48.

［6］何辉，黄丽华，陈丽娟.基于超图的企业过程描述和简化原理［J］.计算机应用研究.2001，(7):86－89.

［7］许小满，孙雨耕，杨山.超图理论及其应用［J］.电子学报，1994，22(8):65 －72.

［8］张锦.面向对象的超图空间数据模型［J］.测绘通报，1999，(5):13 －15.

［9］王忠宾，王宁生，叶文华.一种支持MCM的产品族信息模型的研究［J］.南京航空航天大学学报，2002，34(3):301－305.

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

魏晓鸣(1963－)，男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士，主要从事计算机应用技术研究。

(责任编辑 刘敏)