网络化制造中产品设计数据转换研究与应用

甘 屹，张雪梅

（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）

0 引言

产品在网络化制造的生产、管理、销售等过程中产生的数据信息，以多种格式存储在数据库中。关系数据库(Relational Database，RDB)具有诸多的优点，比如对数据操作速度快、并发访问控制好、安全性好等。因此，RDB在网络化制造的信息管理中占有很重要的位置。但是，基于RDB的应用系统之间进行相互访问时，需要复杂的专用数据访问接口，并且RDB中的数据不能直接应用到Internet环境中。随着Internet技术的高速发展，在数据交换方面，可扩展标记语言 (Extensible Markup Language，XML)[1]具有自描述性、可扩展性等优势，适合作为在Internet环境下的数据描述标准与异构应用之间的数据交换载体的角色。但是XML缺乏类似于RDB的有效数据管理手段，并且存在着数据管理困难、操作效率低、安全性差等隐患。可以看出，XML和RDB在数据应用和数据管理方面具有相辅相成、优势互补的关系[2～4]。因此，以RDB作为企业制造信息的存储手段，用XML作为数据管理方式的交换载体就成为一种趋势。

一般来说，以RDB储存的网络化制造信息要满足各种业务处理的需求，并不是特地为XML的应用所设计的。RDB的数据结构相对比较固定，不会有经常性的调整。而XML作为数据发布的一种手段，其扩展性很强，数据组织的变化也相对比较频繁。因此，XML和RDB的集成也存在着一定的复杂性。对于网络化制造中产品设计数据，本文研究基于XML实现异构RDB数据格式的转换，并保持转换前后数据的语义约束。

1 产品设计信息的XML描述

XML主要关注数据的传输和存储，对数据如何显示却没有限制。本文采用XML数据描述方式对一款家用举升装置产品的设计数据传递和转换过程进行描述。其中，举升装置设计模型的XML文档第一部分主要描述产品的设计参数，如举升装置的工作原理、功能、性能和外观等。举升装置设计模型的XML文档第二部分则描述了举升装置的结构，如关键的装配件、零件、装配关系等。举升装置设计模型的XML文档第三部分体现产品开发与使用的环境约束，以及举升装置材料等。举升装置设计模型的XML信息描述要素如下所示：

在需求分析基础上，通过概念设计、详细设计，该举升装置的详细设计采用螺旋式举升结构，其装配爆炸图如图1所示。

图1 举升装置爆炸图

2 基于XML的RDB数据的转换

由于XML具有自定义性和可扩展性，可根据需求由企业自由定制，形成针对各行业特点的不同标记集。在基于XML的RDB数据交互过程中，首先定义相应的XML元素及它们的属性，然后根据这些元素和属性制定一份XML接口规范，并向外界公布。外界根据这个预先定义好的规范，组织相应的XML文档实现对RDB信息的访问。由于XML文档和RDB的表达方式不相同，需要利用XML转换器实现两个RDB之间的信息交换。首先将信息从源RDB转移到XML文档，再将信息从XML文档转移到目的RDB。XML数据信息的交互过程如图2所示。为了使信息能够顺利地在RDB和XML文档之间转移，需要将RDB数据结构与XML文档之间相互映射。

2.1 RDB数据到XML文档的映射

RDB数据到XML文档的映射是指将用户从RDB中所提取的数据信息转换成XML文档的结构形式保存在XML的文档中。通常，RDB的数据到XML文档的映射规则为：表→元素，列→属性。通过使用元素标记与属性标记，使得XML文档的内容具有可识别性。元素标记与属性标记是用户自定义的，对它们的描述都存放在XML Schema模式文件[5]中，以定义XML文档的结构，还可以规范文档的内容。元素标记与属性标记在XML文档中成对出现。属性标记嵌套在元素标记中，标明从关系表中获得的字段信息。例如，从RDB中查询关于举升装置的各部件基本数据信息，并把数据信息映射到XML文档中，描述要素如下：

图2 XML数据信息交互过程图

2.2 XML文档到RDB数据的映射

XML文档到RDB数据的映射是指根据XML文档的结构形式，提取其中数据信息存储到RDB中。在此过程中，需要采用XML 文档对象模型（XML Document Object ModelXML，DOM）[6]对XML文档进行解析和定位。XML DOM能使用户把文档看作是一个有结构的信息树，而并不是简简单单的文本流。例如，在XML文档里提取举升装置各零件的基本数据信息，XML DOM将该XML文档转换成DOM树，如图3所示。这样，对信息的检索就变成了对信息树的遍历。当RDB接收到XML文档后，它会根据XML Schema文件的定义以信息树的结构形式对XML文档进行遍历，并将XML文档中的内容更新到关系数据库中。

图3 XML文档转换的DOM树

2.3 XML文档间数据信息的交互

在网络化制造中，时常会碰到RDB中存在数据表达方面的差异，例如一些关系表中字段的命名，数据类型等。这些差异将会对RDB之间进行数据信息共享和交互造成困难。采用XML转换器可以解决数据库之间数据信息交互的问题。因为每个XML文档的Schema定义了相对应XML文档的结构、元素、标记和属性等信息，这些差异在XML文档中就体现了XML与Schema的不同。通过在Schema之间建立 则，使得XML文档之间数据信息交互更 快速。例如，在举升装置中有A、B两个XML文档中对螺旋螺丝的某个属性有不同的名称，如表1所示。

图5 举升装置需求信息XML结构图

表1 A、B文档中属性名称的差异

可以看出，它们之间的结构存在着一定的差异。设置A文档定义的“内直径”与B文档定义的“内孔直径”存在着映射关系，那么这两个文档之间的信息就会变得相互透明。

3 产品设计数据转换系统实现

本文开发了基于B/S三层架构的、采用JSP和SQL Server技术、通过网络动态实现产品设计数据转换应用系统。系统通过网页添加产品设计信息，生成数据集成规范定义下的XML数据格式文档，以便于各异构数据源之间进行数据共享。图4为客户端的用户需求信息(Customer Requirement Information, CRI)调查界面，用于收集到某一产品全面的CRI。

网页上的信息通过后台程序处理，转化为XML数据格式类型，需要有相应的级联样式表（Cascading Style Sheet，CSS）来对输出的格式进行约束。但是，在动态生成XML文档的过程中，根元素标记是系统固定的，而CSS具有子元素自动继承父元素属性的特性，那么只要定义了根元素的显示格式，就不必再考虑每一个标记的具体定义，只要在生成的XML文档开头部分包含CSS联接声明就可以了。举升装置的需求信息XML Schema文件对应的结构图如图5所示。将图5中XML信息通过后台处理，提取相关的属性信息，存入RDB中，其数据形式如图6所示。

图4 系统客户端CRI调查界面

图6 数据库中产品需求信息

4 结论

网络化制造信息管理中RDB占有很重要的位置。但是异构RDB的应用系统之间需要复杂的专用数据访问接口，以RDB储存的网络化制造信息在异构系统之间难以进行数据交换。XML适合完成在Internet环境下的数据描述标准与异构应用之间的数据交换的工作。XML和RDB在数据应用和数据管理方面具有相辅相成、优势互补的关系。

对于网络化制造中产品设计数据，本文采用元素标记与属性标记，使得XML文档的内容具有可识别性，实现RDB数据到XML文档的映射；采用XML DOM技术将XML文档转换成DOM树，实现XML文档到RDB数据的映射；设置XML文档间的映射关系，实现两个XML文档间数据信息的交互。本文设计开发了产品设计数据转换应用系统，通过网络实现产品设计数据集成规范定义下的XML数据格式文档，以及异构RDB数据格式的转换。

[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的制造信息格式转换技术研究[D].武汉理工大学, 2009.

[3] 胡萍.基于XML的产品数据集成研究[J].煤矿机械.2008, 29(11): 211-212.

[4] 唐红杰.基于XML异构数据集成的研究与实现[D].大连交通大学, 2007.

[5] 林楠, 孟飚, 范玉青, 等.XML在企业制造过程信息集成中的应用[J].制造业自动化.2007, 29(4): 11-15, 51.

[6] 顾韵华, 田伟.基于DOM模型扩展的Web信息提取[J].计算机科学.2009, 36(11): 235-237, 289.