Компьютерная база данных "Цветные камни" для системы автоматизированного проектирования и подготовки производства Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

СЕМИНАР 23 ДОКЛАД : НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ : ГОРНЯК

М=:

I

^ Ю.А. Павлов, С.А. Лобанев, : П.К. Шайкин, 2000

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года

УДК 679.8:681.3:622

Ю.А. Павлов, С.А. Лобанев, П.К. Шайкин

КОМПЬЮТЕРНАЯ БАЗА ДАННЫХ "ЦВЕТНЫЕ КАМНИ" ДЛЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

О

дним из важнейших условий обеспечения эффективности функционирования камнеобрабатывающих, ювелирных предприятий, архитектурно-строитель-ных организации, дизайнерских и торговых фирм, так или иначе связанных с разработкой, производством, сбытом и эксплуатацией (обслуживанием, реставрацией) отделочных, декоративно-

художественных и других изделий или композиций, выполненных из цветного камня, является наличие развитого информационного банка, включающего базы данных (БД) природных и искусственных материалов, типовых изделий и комплектующих. Известны базы данных облицовочных и поделочных камней, разработанные в Италии, США, Испании и других странах, которые содержат сотни и тысячи образцов текстуры этих материалов совместно с основными физико-механическими, эксплуатационными и некоторыми другими свойствами [8]—[10]. Однако приобретение таких БД не решает всего комплекса задач информационной поддержки отечественных производств из-за отсутствия в них данных для большинства российских каменных материалов, а также необходимости сложной адаптации к конкретным приложениям у реальных пользователей, большинство из которых не располагает соответствующими средствами и опытом.

В связи с этим, на наш взгляд, ак-

Рис. 1. Структура распределенной БД

туальным является создание отечественного варианта компьютерной БД "Цветные камни", ориентированной как на процессы дизайна, технического проектирования и технологической подготовки производства, так и на общие процессы его организации и управления (маркетинг, снабжение, сбыт). Рассматривая предприятие как единое целое, тем не менее в указанном спектре процессов рабочая версия данной БД ориентируется главным образом на дизайн и конструкторско-технологическую подготовку производства, являясь информационным ядром интегрированной компьютерной системы АКТ-САБ-САМ, предназначенной для автоматизированной разработки и изготовления декоративнохудожественных из-делий [3].

Процесс создания информационного банка для системы АКТ-САБ-САМ включает в себя следующие этапы: 1 - концептуальное проектирование БД; 2 - логическое проектирование БД; 3 - создание БД; 4 - создание запросов, экранных форм и отчетов; 5 - создание меню для конкретного приложения; 6 - генерация приложения как исполняемой программы.

Первый этап проектирования предполагает разработку архитектуры информационной системы, выбор модели данных и системы управления базами данных (СУБД). Наиболее перспективной в настоящее время является архитектура типа "клиент-сервер". Она предполагает наличие на предприятии локальной вычислительной сети (ЛВС) с сетевым программным обеспечением (ПО) и распределения БД между двумя уровнями: верхним - корпоративным и нижним - персональным. Корпоративная база (БДК) размещается на компьютере-сервере сети, а персональные базы (БДП) - на рабочих местах (1, 2 ,..., N) конкретных пользователей (дизайне-ров, конструкторов, технологов, менеджеров по продажам), являющихся клиентами корпоративной БД (рис. 1).

Корпоративная БД создается, поддерживается и функционирует под управлением сервера БД - программы MS SQL Server. Для создания и управления функционированием персональных БД, а также приложений, работающих с ними, используется СУБД типа MS Access. Архитектура с компьютером - сервером и несколькими ПЭВМ, имеющими персональные БД пользователей, дает возможность постепенно наращивать информационную систему при увеличении числа прикладных задач и упростить процесс ее проектирования по сравнению с централизованным вариантом на базе одного компьютера.

Хранимые в базе данные о материалах, типовых изделиях или комплектующих обычно имеют форму двумерных таблиц, привычных для человека и определяющих отношения входящих в них атрибутов (свойств), то есть логическую структуру данных удобно представить реляционной моделью. Реляционная модель данных (РМД) используется, как правило, в БД среднего размера (с

объемом до 1-2 Гб) при относительно простых формах и небольшом количестве таблиц. Реляционная СУБД типа MS Access имеет два основных компонента: 1 - программную среду для разработки приложений на языке Visual Basic for Applications со специальными инструментами для управления запросами, создания форм и отчетов; 2 - механизм обработки данных Jet 4.0 (в последней версии MS Access 2000 можно выбрать новый механизм MSDE, удовлетворяющий требованиям многопользовательских СУБД, которые ранее обеспечивались только стандартным средством доступа к серверу - MS SQL Server). В дополнение к этому в помощь пользователям предоставляются специальные программы-мастера для выполнения большинства задач управления БД (например, Simple Query Wizard -программа для простого доступа к необходимым данным путем генерации запросов). Программа Upsizing Wizard позволяет разработчикам, которые создают на персональных компьютерах в MS Access приложения типа "клиент-сервер", генерировать на их основе корпоративные БД под управлением MS SQL Server.

Таким образом, если в информационной системе одновременно работает небольшое число пользователей, ресурсы ПЭВМ ограничены и главным требованием создаваемой БД является простота применения и низкая стоимость, то в качестве СУБД можно использовать MS Access 97 c механизмом обработки данных Jet. Если планируется перейти к многопользовательскому сетевому режиму работы БД, имеющих большой объем приложений, а также требуется высокая надежность и максимально возможная защита данных (при использовании Windows NT), то необходимо применить последнюю версию MS Access 2000 с механизмом обработки данных MSDE. В учебной версии разрабатываемой БД "Цветные камни" используется первая из названных концепций. Рабочая версия данной БД, предназначенная для камнеобрабатывающих предприятий, проекти-

Таблица

руется с учетом всех сетевых и пользовательских возможностей MS Access 2000.

Следующие этапы связаны с логическим и физическим проектированием БД. Главными задачами здесь являются: 1 -формирование схемы исходных отношений характеристик объектов, определение числа и структуры исходных таблиц, и задание ключевых атрибутов; 2 - анализ зависимостей между атрибутами и декомпозиция исходных таблиц методом нормальных форм; 3 - параметрическая и структурная оптимизация схемы отношений по критерию целостности информации; 4 - разработка алгоритмов запросов на выбор, редактирование и вывод данных для конкретных пользователей; 5 -создание распределенной базы данных программными средствами СУБД (физическое проектирование и отладка персональных и корпоративных БД).

Трудность решения задач логического проектирования БД "Цветные камни" в основном определяется спецификой предметной области, заключающейся в очень широкой номенклатуре образцов природного камня, отличающихся неоднородностью геолого-минералогических, физико-механических, химических и других важнейших свойств. Наличие нескольких научных школ минералогии и петрологии, многообразие используемых ими методов системного анализа природных камней еще больше затрудняют поставленную задачу. Поэтому потребовалась разработка классификационной схемы кодирования каменных материалов (рис. 2), основанной на объединении известных промышленных классификаторов природных и искусственных камней [1], [2]. Единая классификационная схема позволяет провести декомпозицию общего массива данных на автономные БД, связанные с различными типами и группами камней, а также категориями пользователей. Можно выделить БД: облицовочных (главным образом гранитов и мраморов) для камнеобрабатывающих предприятий строительной индустрии; облицовочно-поделочных (декоративных мраморов) и поделочных (цветных камней 3-го типа) для декоративно-

художественных производств; полудрагоценных (ювелирно-поделочных камней 2го типа) и драгоценных ("самоцветов" 1го типа) для ювелирных и гранильных производств. Присвоение уникального буквенно-цифрового кода для каждого образца обеспечивает сохранение структурной целостности БД, выполняя функцию их первичного ключа.

Проектирование структуры данных связано с систематизацией свойств камней, которые должны наиболее полно характеризовать их отдельные образцы, а с другой стороны исключать дублирование атрибутов, или их противоречивость. Таким образом, необходимо выполнить условие соответствия каждому образцу только одного кортежа (строк нескольких взаимосвязанных внешними ключами таблиц данных), т.е. обеспечить так называемую целостность сущностей и ссылок хранящихся в базе данных отношений (таблиц БД).

С этой целью была разработана иерархия комплекта свойств каменных материалов, включающая в себя группы свойств (об-щих, эстетических, физико-меха-нических, химико-минералогических, технологических, эксплуатационных и коммерческих), их характеристики (например, условий

добычи, назначения, химического состава, стойкости, стоимости и т.д.), а также параметры характеристик: количественные (число-вые), качественные (символьные) и текстурные (графические). Названные характеристики не противоречат общепринятыми в минералогии и промышленной петрологии. Поэтому для заполнения таблиц конкретными данными можно использовать различные справочники, каталоги камнеобрабатывающих, ювелирных и торговых фирм [1], [2], [4]-[6], электронные базы [8], [9], в том числе передаваемые по сети Шегг^ [10]. Создание графических файлов проводилось методом сканирования реальных образцов цветных камней, либо их фотографий, помещенных в многочисленные каталоги и буклеты (главным образом итальянские) с высоким качеством воспроизведения оригинала [7].

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦВЕТНЫХ КАМНЕЙ

№ пор. Код Название Страна, месторождение Краткая характеристика Текстура шлифа

Использование Свойства

Integer (I)- Character (С)-"Сим- Character Character (С)- Character (С)- General (G)-

"Число вольная строка" (С)- "Текстовая стро- "Текстовая строка" "Ссылка на

целое" Memo (М)-"Ссылка "Текстовая ка" Memo (М)-"Ссылка на при- OLE-объект"

(порядко- на примечание" строка" мечание" (рисунок в фор-

вый но- (справочная инфора- (справочная информация) мате .bmt)

мер) ция)

SI.F.Gr.Granite-ххх | Kashina Gora / Кашина гора

_____p. Названине камня

Порядковый номер в подгруппе

(0 - 999)

—». Подгруппа (подтип) камней:

Granite / Граниты Labradorite / Лабродориты Gabbro / Габбро Sienite / Сиениты Diorite / Диориты Travertine / Травертины Marble / Мраморы Onics / Ониксы

Marbles Dolomite / Мраморные доломиты

3-1-1/ Цветные камни подгруппы 3-1-1

3-2-1 /Цветные камни подгруппы3-2-1

3-2-2 /Цветные камни подгруппы 3-2-2

2-1-1 /Полудрагоценные камни подгруппы 2-1-1

2-2 /Полудрагоценные камни подтипа 2-2(подгруппы 2-2-1, 2-2-2 и 2-2-3)

2-3-1 /Полудрагоценные камни подгруппы 2-3-1

1 -1 -1,2 /Драгоценные камни подгрупп 1-1-1 и 1-1-2

1-1-3 /Драгоценные камни подгруппы 1-1-3

1-2-1 /Драгоценные камни подгруппы 1-2-1

1-2-2 /Драгоценные камни подгруппы 1-2-2

1-3-1 /Драгоценные камни подгруппы 1-3-1

1-3-2,3 /Драгоценные камни подгруп 1-3-2 и 1-3-3

----► Группа камней:

Ba-Basalt/Базальт Qu-Quartzite/Кварцит Gr-Granite/Гранит Iu-Iuff/Туф Do-Dolomite/Доломит Li-Limestone / Известняк Gy-Gyps / Гипс Ma-Marble / Мрамор

Dec-Decorative Marble /Декоративный мрамор Col-Color Stone / Цветной камень Sem-Semi-precious / Полудрагоценный камень Pr-Precious Stone / Драгоценный камень ("Самоцвет")

Fa-Facet Stone / Ограночный камень

*Гип камней:

FA-Fasing Applied Stone/ Облицовочно-поделочный камень F-Fasing Stone/ Облицовочный камень A-Applied Stone/ Поделочный камень JA-Jewerly Applied Stone/ Ювелирно-поделочный камень J-Jewel / Драгоценный (Ювелирный) камень

-----► Класс камней:

SI-Stone / Природный камень

IM-Imitative Stone / Искусственный (имитационный) камень

Рис. 2. Определение классификационного кода камня

Структурная схема комплекта свойств облицовочных и поделоч-ных камней показана на рис. 3.

Рассмотрим пример проектирования таблицы, содержащей общие свойства цветных камней (табл.). Атрибу-

уникальная символьная строка для каждого конкретного образца камня (см. рис. 2). Этот составной ключ, дополнительно включающий в себя атрибут в виде текстовой строки - коммерческого названия данного образца, удобно ис-

области использования и применяемость, перечень свойств. Последний из названных атрибутов может стать внешним ключом для определения более детальных отношений (физикомеханических, технологических, эксплуатационных или других свойств) данного образца камня. При выборе образца камня по его краткой характеристике пользователь имеет возможность получить связанные в контексте справочные данные. Атрибут "Текстура шлифа" используется в качестве внешнего ключа для встраивания в кортеж свойств дополнительно графических данных - растрового изображения образца, который удобно хранить в отдельном каталоге рисунков в формате ВМР.

Остальные таблицы свойств, имеющие другие характерные для них атрибуты, проектируются аналогичным образом.

Хранимую в разработанной БД информацию можно обрабатывать (просматривать и редактировать) вручную с помощью инструментальной панели СУБД, либо посредством запросов. В последнем случае задание и выполнение требуемых операций над таблицами (создание, удаление, изменение структуры) и над данными (выборка, изменение, удаление, запись атрибутов в новые таблицы и т.д.) осуществляются с помощью специальных описаний, выполняемых на структурированном языке запросов SQL. Алгоритмы этих описаний зависят от прикладных задач, решаемых каждой категорией пользователей. Для камнеобрабатывающих предприятий такой задачей может стать создание производственных БД, содержащих только образцы и характеристики тех каменных материалов, которые здесь постоянно приобретаются и обрабатываются. Важным в этих условиях

тами этого исходного информационного массива становятся заголовки столбцов, а схемой отношения - строка заголовков. Первый столбец с порядковым номером (целым числом) не является активным атрибутом данного отношения и выполняет вспомогательные функции указания размерности массива данных.

Первичным ключом, однозначно идентифицирующим кортеж атрибутов, является классификационный код -

пользовать для установления связей между отношениями. В помощь пользователю одновременно с выбором кода камня можно вывести связанный с ним информационный массив, содержащий справочные сведения о принципе классификации камней и их характеристиках. Основные данные образца определяются двумя атрибутами: место добычи (страна, месторождение, карьер) и краткая характеристика, включающая такие показатели качества как

становится гибкое формирование таблиц с общими и коммерческими характеристиками различных поставщиков и заказчиков с целью создания баз данных для конкретных проектов. Дизайнерам необходима более широкая номенклатура цветных камней с обязательным графическим представлением их текстуры и рекомендациями по использованию в интерьере или экстерьере.

Рис. З. Свойства облицовочных и поделочных камней

Комплект

свойств

Общие данные и эстетические свойства

Физико-механические свойства

Название и краткая характеристика

Текстура

шлифа

Химические и минералогические свойства

Технологические Эксплуатационные свойства свойства

Основные

свойства

Дополнительные

свойства

Химический

состав

Минералогический

состав

Коммерческие

свойства

Характеристика

добываемое™

Характеристика

обрабатываемости

Характеристика

применяемости

Характеристика

Характеристика

долговечности

Радиоактивные

свойства

Характеристика

поставщика

Ценовая

характеристика

Текстура

обработанных

поверхностей

Итак, выполненная работа создала реальные предпосылки для эффективного проектирования самых разнообразных приложений для интегрированных компьютерных тех-

нологий, использующих в качестве ядра общий информационный банк данных цветных камней. Разработку таких приложений целесообразно вести в тесном взаимодействии с

конкретными пользователями, при общей координации, например, со стороны Ассоциации "Роскамень".

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дронова Н.Д. Оценка ювелирных изделий: Справочное издание. - М.: Металлургия, 1996. -208 с.

2. КазарянЖА. Природный камень: добыча, обработка, применение / Справочник. - М.: ГК "Гранит", 1998. -255 с.

3. Павлов Ю.А., Морозов В.И. Автоматизированная система проектирования и производства декоративно-художественных изделий из облицовочных, поделочных и ювелирных камней: Каталог научно-технических разработок. - М.: Изд-во МГГУ, 1999.

4. Природный камень: Каталог. - М.: МКК-Холдинг, 1998. - 20

с.

5. Путолова Л.С. Самоцветы и цветные камни. - М.: Недра, 1991. - 192 с

6. Солодова Ю.П., Андриенко А.П. Определитель ювелирных и поделочных камней: Справочник. - М.: Недра, 1985. - 223 с.

7. Italian and foreign Marble & Granites: Photographic Samples. - Carrara (Italia): «Studio Camerino», 1990. - 100 pp.

8. Catalog of the Natural Stone: CDROC v.1 (электронная версия каталога на CD-ROM).

9. Multimedia STONE: Personalized Multimedia Catalogues -Firenze (Italia): «Studio Marmo», 1999.

10. Guide for Catalog of Natural Stones: ICONS 98. - www.natural-stone.com

/■

“7

Павлов Юрий Александрович — доцент, кандидат технических наук, кафедра «Технология художественной обработки минералов», Московский государственный горный университет.

Лобанев С.А., Шайкин П.К. - кафедра «Технология художественной обработки минералов», Московский государственный горный университет.

_______________________________________________________________У