貼片機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計范文
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在貼片機系統(tǒng)中，由于元件、設備和PCB信息數(shù)據(jù)普遍具有高獨立、分享性和相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，一般采取數(shù)據(jù)庫存儲的方法來進行管理；另外，PCB貼裝步驟信息則與上述情況相反，它一般按名稱訪問，并且存儲對象數(shù)目普遍不一致，所以要按照文件的方式來進行存儲和管理[5]。
1.1構(gòu)建E-R實體模型采用實體聯(lián)系（E-R模型）來對數(shù)據(jù)庫進行概念設計。實體聯(lián)系模型的概念包含實體、屬性和聯(lián)系，其中實體指客觀存在且能相互區(qū)別的事物，屬性則描述了實體的特征，實體集之間的關聯(lián)則稱為聯(lián)系[6]。圖2為依據(jù)貼片機實體集聯(lián)系而建立的簡略版E-R圖。由圖可知，元件基本信息實體的屬性不僅包括了貼片元件信息，而且還管理更細化的貼片信息。例如：貼片二極管信息、貼片集成電路芯片信息、貼片LED信息這幾個貼片元件除了常用實體外還有更詳細的元件屬性，實現(xiàn)了對各個元件信息進行進一步的記錄；此外，PCB基本信息實體，除了本體的信息外，還管理著元件信息、PCB板Mark點信息這兩個實體信息，通過這三個實體來實現(xiàn)對PCB的信息化管理；供料器和吸嘴實體，也各自擁有自己的一般屬性及相關信息，篇幅所限，這里就不贅述了，以上幾個實體和聯(lián)系共同工作，完成貼片機數(shù)據(jù)庫的工作。
1.2數(shù)據(jù)庫的3NF邏輯設計結(jié)合E—R模型，構(gòu)造關系型數(shù)據(jù)庫，進行貼片機數(shù)據(jù)庫的邏輯設計。由于數(shù)據(jù)依賴關系，一般數(shù)據(jù)庫會出現(xiàn)某種程度的更新異常以及數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，設計范式越高，出現(xiàn)的概率就越少[7]。常見的數(shù)據(jù)依賴為多值依賴和函數(shù)依賴，它的關系屬性相互制約與依賴，以關系屬性間值的相等關系表現(xiàn)出來，是現(xiàn)實世界屬性間相互關系的抽象[8]。假設L（U）為某關系模式，U為L屬性集合，X、Y為U的子集。r為L（U）的任一可能的關系，若r中不存在兩個元組且在Y上的屬性值相不同，而在X上屬性值相同，那么Y函數(shù)依賴于X，可記作X→Y；設一關系模式L（U）有αU、βU，若L（U）有函數(shù)依賴α→β，給定L（U）一個實例，存在P1[α]=P2[α]，P1[β]=P2[β]，且L（U）的任一合法實例滿足函數(shù)依賴α→β的話，那么函數(shù)依賴在L（U）上恒成立。在以上基礎上，又設R（M）為一個關系模式，M是R的屬性集合，X、Y和Z是M的子集，存在Z=M-X-Y，若R中任一關系r，給定一對（X，Z）值，都有一組Y值對應，且這組值僅由X值決定，和Z值無關的話，那么可稱Y多值依賴于X，記為X→→Y。結(jié)合以上數(shù)學推導，若某關系模式的屬性皆為不可分的基本數(shù)據(jù)項，則稱該關系模式滿足第一范式，記為R∈1NF；在關系模型中，任一屬性皆為不可分結(jié)構(gòu)，如果其數(shù)據(jù)域以原子來比喻的話，域內(nèi)元素則是不可再細分的單元，若屬于1NF，則其任一屬性都必須是原子；假如一關系模式所有非主屬性皆完全依賴于R且R∈1NF，則R為第二范式，記為R∈2NF。R若為2NF，則R一定沒有部分函數(shù)依賴且任一屬性M皆滿足M出現(xiàn)在一個候選碼中，或M部分函數(shù)依賴于一個候選碼；關系模式R（U，F(xiàn)）中若不存在候選碼A、屬性組B和非主屬性C，CB，使得A→B、B→C、BA成立，則R∈3NF。若某關系模式R為3NF且存在函數(shù)依賴集F，則可推出對F閉包F+中每一個像α→β（αU且βU）的函數(shù)依賴至少滿足以下三個關系之一：α為R一個超碼；β-α中所有屬性A皆包含在R某個候選碼中；α→β為平凡函數(shù)依賴。
結(jié)合以上數(shù)學分析與推導，建立的貼片機數(shù)據(jù)庫列表必須滿足關系數(shù)據(jù)庫的第三范式（3NF）要求，因為第三范式包含第一、第二范式關系，建立的列表若符合第三范式，那么就一定符合1NF和2NF。由貼片機的工作情況可知，貼片機數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的PCB信息至少需要包括以下幾種信息：PCB名稱、長度、寬度、厚度、PCB原點坐標、Mark點坐標。PCB原點坐標指的是機械坐標系中原點，貼裝點坐標從PCB坐標系變換到機械坐標系就需要借用此信息；Mark點坐標存在兩個Mark1、Mark2，這兩個坐標在定位貼裝過程中通過PCB板位置的偏移量修正，可實現(xiàn)精確定位，它們分別代表PCB板對角線上兩個Mark點的機械坐標。此外，貼裝過程中的震動誤差，原始偏轉(zhuǎn)角度等信息屬性應包含在PCB信息存儲中。設PCB名稱屬性為PCB信息表的主鍵，可用來唯一標識一個PCB板；若以原點坐標為一個屬性，那么PCB表中的元件坐標列將會出現(xiàn)兩個值，分別表示X方向坐標和Y方向坐標，這與1NF的定義相悖，故在PCB信息表中坐標需分成兩列（MARK1坐標、MARK2坐標也應同樣處理）。除名稱屬性外，PCB信息表內(nèi)其他屬性之間不能屬于任何其他外表且不應該存在任何依賴關系。滿足以上數(shù)學推導及創(chuàng)建列表的范式要求下，創(chuàng)建貼片機數(shù)據(jù)庫PCB信息表：PCB名稱，PCB長度，PCB寬度，PCB厚度，PCB原點X坐標，PCB原點Y坐標，MARK1X坐標，MARK1Y標，MARK2X坐標，MARK2Y坐標。其中PCB名稱為主鍵，如圖3所示。PCB信息表每列有且只有一個數(shù)據(jù)符合第一范式的要求，PK表示主鍵。創(chuàng)建的元件信息應包括兩種信息：基本信息和詳細信息。基本信息至少包括：元件名稱、長、寬、高、元件種類、元件公差。由于多樣性的元件種類，故需要記錄的詳細信息也不同，比如二極管型元件需要的信息：引腳數(shù)目、引腳長公差、引腳寬公差、引腳長、引腳寬、反光度、元件類型；集成芯片型元件信息有：引腳間距、反光度、元件類型、引腳數(shù)目、引腳長公差、引腳寬公差、引腳長、引腳寬。對于單個元件，上面列舉的元件屬性有且只有一個值，故符合1NF的要求。屬性長、寬、引腳寬、元件類型，以及不同類型的詳細信息皆依賴于元件名稱，故以元件名稱作為元件信息表的主鍵。若按照2NF的要求，將元件詳細信息和基本信息都設計到一張表中，不同類型的元件因只使用相應的幾個詳細信息列而會造成數(shù)據(jù)冗余與更新異常[9]。鑒于以上情況，設計的表至少要滿足3NF的要求，將元件信息表分為詳細和基本信息表兩種。元件基本信息表其屬性為：元件名稱、元件長、元件寬、元件高、元件種類、元件公差，可用于存儲每一個元件的基本信息，而貼片機支持的貼片元件類型數(shù)目決定詳細信息表具體內(nèi)容。二極管為其中一種貼片元件，其表屬性為：元件名稱、引腳數(shù)目、引腳長公差、引腳寬公差、引腳長、引腳寬、反光度、元件類型；同樣根據(jù)相同的要求，建立集成電路芯片表和LED表分別存儲芯片類型和LED類型的元件詳細信息，上述列表皆有元件名稱屬性作為其外鍵，引用基本信息表的主鍵。參照完整性原則[10]，二極管表、集成芯片表、LED表存在的元件記錄必須在基本信息表有相關信息。一個元件根據(jù)其元件類型將詳細信息寫入相應的元件表中，例如二極管類型的元件除了將基本信息寫入元件基本信息表外，還同時將詳細信息寫入二極管表中。在實現(xiàn)元件信息表時，應遵循外鍵的參照完整性原則，將元件的詳細信息和基本信息進行分別存儲，這樣一來不僅易于擴展而且有效減少了可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余。假如需要添加新的貼片元件類型，則只需加入一張新類型元件的詳細信息表即可，不會對現(xiàn)有的關系和信息表產(chǎn)生影響。元件各類表之間的關系如圖4所示，其中PK表示主鍵，F(xiàn)K表示子表的外鍵。
常見的進料器的類型為帶式、桿式、托盤式三種，且貼片機工作時，供料器應是可配置的。下面僅以帶式進料器基本信息為例來展開設計。供料器數(shù)據(jù)信息包括了位置坐標、供料器編號、所載元件信息。按照1NF要求，將位置坐標拆分為X坐標、Y坐標與Z坐標三個屬性。按照3NF要求，所載元件信息只包含元件基本信息表的主鍵（即元件名稱），而不能包含其他元件屬性。建立供料器基本信息表屬性有：供料器編號，X坐標，Y坐標，Z坐標，元件名稱，X，Y，Z屬性皆為供料器在機械坐標系坐標。因列表與上述情況相仿，限于篇幅，故不列出此表。
2數(shù)據(jù)庫原型的實現(xiàn)與應用
在上述E—R模型圖設計和3NF范式規(guī)則分析的基礎上，設計了一個貼片機數(shù)據(jù)庫原型。開發(fā)工具采用MicrosoftSQLServer2008，并利用ADO（ActiveXDataObject）技術(shù)在VS2010開發(fā)環(huán)境中以綁定后臺數(shù)據(jù)源的方式訪問數(shù)據(jù)庫，效果圖如圖5所示。關系數(shù)據(jù)庫的建設即表和視圖的創(chuàng)建，在后臺SQL2008上創(chuàng)建數(shù)據(jù)表，在C#環(huán)境下利用dataGrid-view綁定后臺數(shù)據(jù)表為應用程序提供一種簡單一致的方法來顯示表、視圖數(shù)據(jù)以及與數(shù)據(jù)交互。此數(shù)據(jù)庫主要包含有四種表，分別為PCB表、供料器表、元件基本信息表和X型元件詳細信息表，其中PCB表儲存PCB板信息，X型元件詳細信息表儲存選擇的貼片元件具體信息。此外，在數(shù)據(jù)庫概念分析與邏輯設計的基礎上，將數(shù)據(jù)管理分為生產(chǎn)操作與技術(shù)支持兩大模塊，生產(chǎn)操作組合各種生產(chǎn)要素，技術(shù)支持則編輯各種生產(chǎn)要素的數(shù)據(jù)，在操作界面通過快捷鍵可快速切換需要的界面，實現(xiàn)簡單可視化編輯貼裝數(shù)據(jù)，提高人機交互的友好性；標簽控件、文檔控件與dataGridview控件通過代碼聯(lián)系在一起，做成實時輸入輸出數(shù)據(jù)平臺，方便用戶直觀看到自己的數(shù)據(jù)修改情況，提高了貼片機的實時處理數(shù)據(jù)的效率，減少人為失誤。
3結(jié)束語
對高速貼片機的結(jié)構(gòu)和功能劃分，選擇關系數(shù)據(jù)庫來進行概念與邏輯分析設計，所設計出的高速貼片機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有效率高、速度快的特點。實際調(diào)試表明，當訪問的基本信息和詳細信息表數(shù)據(jù)分別為10000條時，查找一個元件的基本信息和詳細信息共需要0.5秒，貼裝速度達到25000CPH，滿足了貼片機的實際使用要求。
作者：林賢朗 楊杰 王梁武 單位：廣東工業(yè)大學機電工程學院