網絡化制造中產品設計數據轉換研究與應用

甘 屹，張雪梅

（上海理工大學 機械工程學院，上海 200093）

0 引言

產品在網絡化制造的生產、管理、銷售等過程中產生的數據信息，以多種格式存儲在數據庫中。關系數據庫(Relational Database，RDB)具有諸多的優點，比如對數據操作速度快、并發訪問控制好、安全性好等。因此，RDB在網絡化制造的信息管理中占有很重要的位置。但是，基于RDB的應用系統之間進行相互訪問時，需要復雜的專用數據訪問接口，并且RDB中的數據不能直接應用到Internet環境中。隨著Internet技術的高速發展，在數據交換方面，可擴展標記語言 (Extensible Markup Language，XML)[1]具有自描述性、可擴展性等優勢，適合作為在Internet環境下的數據描述標準與異構應用之間的數據交換載體的角色。但是XML缺乏類似于RDB的有效數據管理手段，并且存在著數據管理困難、操作效率低、安全性差等隱患。可以看出，XML和RDB在數據應用和數據管理方面具有相輔相成、優勢互補的關系[2～4]。因此，以RDB作為企業制造信息的存儲手段，用XML作為數據管理方式的交換載體就成為一種趨勢。

一般來說，以RDB儲存的網絡化制造信息要滿足各種業務處理的需求，并不是特地為XML的應用所設計的。RDB的數據結構相對比較固定，不會有經常性的調整。而XML作為數據發布的一種手段，其擴展性很強，數據組織的變化也相對比較頻繁。因此，XML和RDB的集成也存在著一定的復雜性。對于網絡化制造中產品設計數據，本文研究基于XML實現異構RDB數據格式的轉換，并保持轉換前后數據的語義約束。

1 產品設計信息的XML描述

XML主要關注數據的傳輸和存儲，對數據如何顯示卻沒有限制。本文采用XML數據描述方式對一款家用舉升裝置產品的設計數據傳遞和轉換過程進行描述。其中，舉升裝置設計模型的XML文檔第一部分主要描述產品的設計參數，如舉升裝置的工作原理、功能、性能和外觀等。舉升裝置設計模型的XML文檔第二部分則描述了舉升裝置的結構，如關鍵的裝配件、零件、裝配關系等。舉升裝置設計模型的XML文檔第三部分體現產品開發與使用的環境約束，以及舉升裝置材料等。舉升裝置設計模型的XML信息描述要素如下所示：

在需求分析基礎上，通過概念設計、詳細設計，該舉升裝置的詳細設計采用螺旋式舉升結構，其裝配爆炸圖如圖1所示。

圖1 舉升裝置爆炸圖

2 基于XML的RDB數據的轉換

由于XML具有自定義性和可擴展性，可根據需求由企業自由定制，形成針對各行業特點的不同標記集。在基于XML的RDB數據交互過程中，首先定義相應的XML元素及它們的屬性，然后根據這些元素和屬性制定一份XML接口規范，并向外界公布。外界根據這個預先定義好的規范，組織相應的XML文檔實現對RDB信息的訪問。由于XML文檔和RDB的表達方式不相同，需要利用XML轉換器實現兩個RDB之間的信息交換。首先將信息從源RDB轉移到XML文檔，再將信息從XML文檔轉移到目的RDB。XML數據信息的交互過程如圖2所示。為了使信息能夠順利地在RDB和XML文檔之間轉移，需要將RDB數據結構與XML文檔之間相互映射。

2.1 RDB數據到XML文檔的映射

RDB數據到XML文檔的映射是指將用戶從RDB中所提取的數據信息轉換成XML文檔的結構形式保存在XML的文檔中。通常，RDB的數據到XML文檔的映射規則為：表→元素，列→屬性。通過使用元素標記與屬性標記，使得XML文檔的內容具有可識別性。元素標記與屬性標記是用戶自定義的，對它們的描述都存放在XML Schema模式文件[5]中，以定義XML文檔的結構，還可以規范文檔的內容。元素標記與屬性標記在XML文檔中成對出現。屬性標記嵌套在元素標記中，標明從關系表中獲得的字段信息。例如，從RDB中查詢關于舉升裝置的各部件基本數據信息，并把數據信息映射到XML文檔中，描述要素如下：

圖2 XML數據信息交互過程圖

2.2 XML文檔到RDB數據的映射

XML文檔到RDB數據的映射是指根據XML文檔的結構形式，提取其中數據信息存儲到RDB中。在此過程中，需要采用XML 文檔對象模型（XML Document Object ModelXML，DOM）[6]對XML文檔進行解析和定位。XML DOM能使用戶把文檔看作是一個有結構的信息樹，而并不是簡簡單單的文本流。例如，在XML文檔里提取舉升裝置各零件的基本數據信息，XML DOM將該XML文檔轉換成DOM樹，如圖3所示。這樣，對信息的檢索就變成了對信息樹的遍歷。當RDB接收到XML文檔后，它會根據XML Schema文件的定義以信息樹的結構形式對XML文檔進行遍歷，并將XML文檔中的內容更新到關系數據庫中。

圖3 XML文檔轉換的DOM樹

2.3 XML文檔間數據信息的交互

在網絡化制造中，時常會碰到RDB中存在數據表達方面的差異，例如一些關系表中字段的命名，數據類型等。這些差異將會對RDB之間進行數據信息共享和交互造成困難。采用XML轉換器可以解決數據庫之間數據信息交互的問題。因為每個XML文檔的Schema定義了相對應XML文檔的結構、元素、標記和屬性等信息，這些差異在XML文檔中就體現了XML與Schema的不同。通過在Schema之間建立 則，使得XML文檔之間數據信息交互更 快速。例如，在舉升裝置中有A、B兩個XML文檔中對螺旋螺絲的某個屬性有不同的名稱，如表1所示。

圖5 舉升裝置需求信息XML結構圖

表1 A、B文檔中屬性名稱的差異

可以看出，它們之間的結構存在著一定的差異。設置A文檔定義的“內直徑”與B文檔定義的“內孔直徑”存在著映射關系，那么這兩個文檔之間的信息就會變得相互透明。

3 產品設計數據轉換系統實現

本文開發了基于B/S三層架構的、采用JSP和SQL Server技術、通過網絡動態實現產品設計數據轉換應用系統。系統通過網頁添加產品設計信息，生成數據集成規范定義下的XML數據格式文檔，以便于各異構數據源之間進行數據共享。圖4為客戶端的用戶需求信息(Customer Requirement Information, CRI)調查界面，用于收集到某一產品全面的CRI。

網頁上的信息通過后臺程序處理，轉化為XML數據格式類型，需要有相應的級聯樣式表（Cascading Style Sheet，CSS）來對輸出的格式進行約束。但是，在動態生成XML文檔的過程中，根元素標記是系統固定的，而CSS具有子元素自動繼承父元素屬性的特性，那么只要定義了根元素的顯示格式，就不必再考慮每一個標記的具體定義，只要在生成的XML文檔開頭部分包含CSS聯接聲明就可以了。舉升裝置的需求信息XML Schema文件對應的結構圖如圖5所示。將圖5中XML信息通過后臺處理，提取相關的屬性信息，存入RDB中，其數據形式如圖6所示。

圖4 系統客戶端CRI調查界面

圖6 數據庫中產品需求信息

4 結論

網絡化制造信息管理中RDB占有很重要的位置。但是異構RDB的應用系統之間需要復雜的專用數據訪問接口，以RDB儲存的網絡化制造信息在異構系統之間難以進行數據交換。XML適合完成在Internet環境下的數據描述標準與異構應用之間的數據交換的工作。XML和RDB在數據應用和數據管理方面具有相輔相成、優勢互補的關系。

對于網絡化制造中產品設計數據，本文采用元素標記與屬性標記，使得XML文檔的內容具有可識別性，實現RDB數據到XML文檔的映射；采用XML DOM技術將XML文檔轉換成DOM樹，實現XML文檔到RDB數據的映射；設置XML文檔間的映射關系，實現兩個XML文檔間數據信息的交互。本文設計開發了產品設計數據轉換應用系統，通過網絡實現產品設計數據集成規范定義下的XML數據格式文檔，以及異構RDB數據格式的轉換。

[1] T Bray.J Paoli.C MSperberg.Mcqueen.eXtensible Markup Language(XML)1.O[EB/OL].http://www.w3.orgmg/REC-XML.

[2] 王巍.基于XML的制造信息格式轉換技術研究[D].武漢理工大學, 2009.

[3] 胡萍.基于XML的產品數據集成研究[J].煤礦機械.2008, 29(11): 211-212.

[4] 唐紅杰.基于XML異構數據集成的研究與實現[D].大連交通大學, 2007.

[5] 林楠, 孟飚, 范玉青, 等.XML在企業制造過程信息集成中的應用[J].制造業自動化.2007, 29(4): 11-15, 51.

[6] 顧韻華, 田偉.基于DOM模型擴展的Web信息提取[J].計算機科學.2009, 36(11): 235-237, 289.