Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные системы в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-59

3.11. Проектирование базы данных доменного производства

3.11.1. Концептуальное и логическое проектирование

Рассмотрим пример информационного моделирования и разработки базы

данных доменного цеха с использованием средства автоматизированного проек-

тирования ERwin. Предполагаем, что читатель знаком в общих чертах с техноло-

гией доменного производства, поэтому в материале будут отражены, главным

образом, специфические особенности доменной печи как

объекта информацион-

ных систем.

Учитывая специфику технологии доменной плавки, особенности домен-

ной печи как объекта информационных систем, требования к содержанию и ка-

честву представляемой информации, можно выделить следующие основные ин-

формационные объекты (сущности) для проектирования базы данных доменного

цеха:

1. Доменная печь, включающая информацию о конструктивных характеристи-

ках печей доменного цеха

•

номер печи;

наименование печи;

геометрические размеры и конструктивные характеристики основных

элементов печи.

2. Шихтоподача, которая отражает информацию о системах загрузки, типах и

расходах загружаемых материалов. В частности, в него включены следующие

параметры:

тип загружаемых материалов;

соотношение загружаемых материалов в подачу;

вес подачи;

порядок

загрузки;

номер подачи;

дата поступления информации в базу данных.

3. Химический анализ загружаемых шихтовых материалов, отражающий

информацию о физико-химических свойствах загружаемых материалов и

времени проведения химического анализа, определения физических свойств:

дата проведения анализа;

химический состав шихтовых материалов:

− агломерат: Fe, FeO, CaO, SiO

, Al

, MgO, Mn, S, CaO/SiO

;

− окатыши: Fe, FeO, CaO, SiO

, Al

, MgO, Mn, S, P, CaO/SiO

, проч-

ность;

− железная руда: Fe, FeO, CaO, SiO

, Al

, MgO, Mn, S, P;

− добавки: Fe, FeO, CaO, SiO

, Al

, MgO, Mn, S, P;

− кокс: зола кокса, летучие кокса, влага в коксе, механическая проч-

ность, C, S.

4. Технологические параметры доменной плавки, отражающие основные кон-

тролируемые характеристики дутьевых параметров, отходящего колошнико-

вого газа, характеризующих газодинамический режим плавки:

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-60

•

дата поступления информации;

параметры:

− расход дутья, м

;

− давление горячего дутья, ати;

− давление холодного дутья, ати;

− содержание О

в дутье, %;

− влажность дутья, г/м

;

− расход природного газа, м

/мин;

− расход О

;

− температура дутья, °С;

− давление газов под колошником, ати;

− СО в газе, %;

− СО

в газе, %;

− Н

в газе, %;

− SO

в газе, %;

− температура колошникового газа, °С;

− перепад давлений верхний, ати;

− перепад давлений общий, ати;

− температура газов в общем газоотводе, °С;

− температура газов в свечевых газоотводах, °С;

− температура газов по показаниям периферийных термопар, °С.

5. Характеристики чугуна и шлака, отражающие временные интервалы отра-

ботки жидких продуктов плавки, их химический состав и физический нагрев:

номер выпуска;

время начала выпуска;

время окончания выпуска;

дата выпуска;

температура чугуна на выпуске;

химический анализ чугуна и шлака:

− в чугуне: Si, Mn, S, P, Ti, V, C;

− в шлаке: SiO

, MgO, MnO, Al

, TiO

, V

, S;

Структура информационной модели базы данных доменного производства

приведена на рис. 3.30.

После того как выделены основные информационные объекты (сущности)

информационной системы, необходимо определить схему отношения между от-

дельными объектами с указанием типа связи между ними, определить ключевые

и неключевые атрибуты сущностей. С учетом основных принципов нормализа-

ции реляционных отношений, а также

для обеспечения свойств целостности, со-

гласованности и непротиворечивости проектируемой базы данных введем до-

полнительные, вспомогательные сущности, которые представлены в табл. 3.2.

Полный список сущностей с указанием их ключевых и неключевых атрибутов,

типов полей данных приведен в табл. 3.3.

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-61

Таблица 3.2

Характеристика вспомогательных сущностей

для информационной модели доменного производства

Наименование Описание

Шихтовые материа-

лы

Наименования используемых шихтовых материалов

Доли шихтовых ма-

териалов

Соотношение весовых долей шихтовых материалов, за-

гружаемых в печь

Коксовая батарея Характеристики коксовых батарей

Химанализ кокса Химический анализ кокса, поступающего в доменный цех

Кокс на печь Соответствие между коксовой батареей и доменной пе-

чью

Т_параметры Перечень технологических параметров, контролируемых

в ходе работы печи, с указанием их идентификаторов для

однозначного определения их в базе данных

Выпуск Информация о выпуске жидких продуктов плавки из до-

менной печи (дата выпуска, время начала и окончания

выпуска, температура чугуна на выпуске)

НСИ элементов Нормативно-справочная информация по физико-

химическим соединениям, образующимся в жидких про-

дуктах плавки

Рис. 3.30. Структура информационной модели базы данных доменного

производства

Конструктивные

характеристики

доменных печей

Шихтоподача

Химанализ загру-

жаемых шихтовых

материалов, кокса

Концептуальная

модель

Логическая

модель

Характеристики

чугуна и шлака

Контроль техноло-

гических парамет-

ров

Внутренняя

модель

БД

Внешняя модель базы данных

доменного производства

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-62

Таблица 3.3

Данные по доменному переделу, приведенные

к третьей нормальной форме

Имя сущности

(таблицы)

Имя атрибута сущности

(поля таблицы)

Тип данных Описание

1 2 3 4

№ печи

Числовой Ключевое поле

Наименование печи Текстовый

Полная высота_м Числовой

Полезная высота_м Числовой

Высота зумпфа_м Числовой

Высота горна_м Числовой

Высота заплечиков_м Числовой

Высота распара_м Числовой

Высота шахты_м Числовой

Высота колошника_м Числовой

Диаметр горна_м Числовой

Диаметр распара_м Числовой

Диаметр колошника_м Числовой

Угол наклона шахты_град Числовой

Угол наклона заплечи-

ков_град

Числовой

Полезный объем печи_м3 Числовой

Число воздушных фурм_шт Числовой

Диаметр фурм_м Числовой

Число чугунных леток_шт Числовой

Доменная печь

Число работающих фурм_шт Числовой

№ печи

Числовой

Дата шихтовки

Дата/время

№ подачи

Числовой

Составной

ключ

Вес подачи_кг Числовой

Шихтоподача

Порядок загрузки Текстовый

№ печи

Числовой

№ подачи

Числовой

Код материала

Числовой

Дата шихтовки

Дата/время

Составной

ключ

Доли шихто-

вых материалов

Доля материала_% Числовой

Код параметра

Числовой Ключевое поле

Т_Параметры

Наименование параметра Текстовый

Код материала

Числовой Ключевое поле

Шихтовые ма-

териалы

Наименование материала Текстовый

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-63

Окончание таблицы 3.3

3 4

Химанализы

шихтовых ма-

териалов

Код материала

Числовой Составной

ключ

Код элемента

Числовой

Значение Числовой

Дата Дата/время

Технологиче-

ские параметры

№ печи

Числовой Составной

ключ

Код параметра

Числовой

Дата

Дата/время

Значение Числовой

НСИ элементов

Код элемента

Числовой Ключевое поле

Наименование элемента Текстовый

Кокс на печь

№ печи

Числовой Составной

ключ

№ коксовой батареи

Числовой

Коксовая бата-

рея

№ коксовой батареи

Числовой

Ключевое поле

Наименование коксовой ба-

тареи

Текстовый

Химанализ

кокса

№ коксовой батареи

Числовой Составной

ключ

Дата

Дата/время

Код элемента

Числовой

Значение Числовой

Выпуск

№ печи

Числовой Составной

ключ

№ выпуска

Числовой

Характер расплава

Текстовый

Дата выпуска Дата/время

Время начала выпуска Дата/время

Время окончания выпуска Дата/время

Температура чугуна Числовой

Химанализ чу-

гуна и шлака

№ печи

Числовой Составной

ключ

№ выпуска

Числовой

Характер расплава

Текстовый

Код элемента

Числовой

Значение Числовой

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-64

Перейдем к реализации модели данных доменного производства в про-

грамме ERwin.

Сначала создадим логический уровень модели. Для этого зададим режим

отображения сущностей Edit/Logical Model. Создадим при помощи линейки ин-

струментов (ERwin Toolbox) сущности "Доменная печь", "Шихтоподача", "Хи-

манализы шихтовых материалов" и т.д. Сущности будем именовать на русском

языке. Выбрав каждую сущность, зададим для нее

подробное описание

(Definition) на русском языке в редакторе "Entity Editor" (рис. 3.31). Это описание

появится в отчетах ERwin и может быть отображено на диаграмме.

Рис. 3.31. Редактор описания сущностей

Далее укажем связи между сущностями. Например, сущность "Доменная

печь" связана идентифицирующей связью, т.е. является родительской сущностью

для сущностей "Шихтоподача", Выпуск", "Кокс на печь" и "Технологические па-

раметры". Описание связи

вводится в редакторе "Relationship Editor" (рис. 3.32).

На вкладке General отображаются названия сущности-родителя и сущности-

потомка, имеется возможность задать мощность (Cardinality) связи, а также ее

тип (идентифицирующая, неидентифицирующая). На других вкладках можно

ввести подробное описание связи (вкладка Definition), определить правила для

контроля целостности отношений между сущностями (вкладка Rolename/RI

Actions), а также определить так называемые правила (проверки

допустимых

значений) и начальные (по умолчанию) значения для любых логических или фи-

зических объектов ERwin (вкладка UDP).

Теперь перейдем в режим задания атрибутов Edit/Attribute. В диалоговом

окне "Attribute Editor" (рис. 3.33) зададим на русском языке имена ключевых и

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-65

Рис. 3.32. Редактор описания связей

Рис. 3.33. Редактор описания атрибутов сущности

неключевых атрибутов. Заметим, что некоторые ключевые атрибуты для дочер-

них сущностей не указываются вручную, они автоматически переходят

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-66

(мигрируют) из родительской сущности. Например, при вводе атрибутов для

сущности "Технологические параметры" в качестве ключевого здесь уже присут-

ствует атрибут "№ печи", который перешел из родительской сущности "Домен-

ная печь". Дополнительно здесь же зададим два ключевых атрибута "Код пара-

метра" и "Дата", а также неключевой атрибут "Значение". Таким образом мы

соз-

дали составной ключ из трех атрибутов "№ печи", "Код параметра" и "Дата",

чтобы однозначно идентифицировать каждый технологический параметр любой

доменной печи цеха в определенный момент времени. Аналогично введем другие

атрибуты всех сущностей для разработанной схемы базы данных.

Отображение на логическом уровне информационных объектов доменного

производства, их атрибутов, а также

отношений между ними в виде ER-

диаграммы приведено на рис. 3.34.

3.11.2. Физическая реализация информационной модели

Перейдем к физической реализации базы данных доменного производства.

Для этого выберем целевую систему управления базой данных в диалоговом ок-

не "Server/Target Server", например Microsoft (MS) Access 97 (рис. 3.35). Как вид-

но из рисунка, ERwin поддерживает как самые современные, так и предыдущие

версии основных

программ СУБД – INFORMIX, ORACLE, SQL Server, SQL

Base, SYBASE, FoxPro, Clipper, dBASE, Paradox и др.

После выбора целевой СУБД проектирование на физическом уровне выпол-

няется в терминах той базы данных, которую предполагается использовать в ин-

формационной системе. Важно подчеркнуть, что программе ERwin "известны"

соответствия между возможностями СУБД различных производителей, вследст-

вие чего возможно преобразование физической схемы, спроектированной для

одной СУБД, в

другую. Такой процесс преобразования называется обратным

проектированием (reverse engineering) и используется при выборе оптимальной

аппаратной платформы для существующей базы данных, а также при расшире-

нии или модификации существующей логической структуры информационной

системы.

Выберем команду меню "Tasks/Forwards Engineer/Schema Generation…".

Появляется окно "Access Schema Generation" (рис. 3.36), в котором показан диа-

лог выбора параметров генерации базы данных. В ходе процесса генерации

про-

грамма ERwin строит пакет SQL-команд для создания структуры базы данных.

На рисунке видно, что пользователь может определить фильтр (Filter), т.е. гене-

рировать не все таблицы, пакет SQL-команд можно просмотреть(Preview), распе-

чатать (Print), сохранить в файл отчета (Report), выполнить генерацию (Generate).

№ коксовой батареи

Наименование коксовой батареи

Коксовая батарея

Код параметра

Наименование параметра

Т_параметры

Кокс на печь

№ печи (FK)

№ коксовой батареи (FK)

Код элемента

Наименование элемента

НСИ элементов

№ печи (FK)

Код параметра (FK)

Дата

Значение

Технологические

параметры

№ печи

Наименование печи

Полная высота, м

Полезная высота, м

Высота зумпфа, м

Высота горна, м

Высота заплечиков, м

Высота распара, м

Высота шахты, м

Высота колошника, м

Диаметр горна, м

Диаметр распара, м

Диаметр колошника, м

Угол наклона шахты, град.

Угол наклона заплечиков, град.

Полезный объем печи, м3

Число воздушных

фурм, шт.

Диаметр фурм, м

Число чугунных леток, шт.

Число работающих фурм

№ печи (FK)

Дата шихтовки

№ подачи

Вес подачи, кг

Порядок загрузки

№ печи (FK)

№ подачи (FK)

Код материала (FK)

Дата шихтовки (FK)

оля мате

иала

Доли шихтовых

материалов

Код материала

Наименование материала

Шихтовые материалы

№ печи (FK)

№ выпуска (FK)

Характер расплава

Дата выпуска

Время начала выпуска

Время окончания выпуска

Температура чугуна

Выпуск

№ печи (FK)

№ выпуска (FK)

Характер расплава (FK)

Код элемента (FK)

Значение

Химанализы чугуна

и шлака

Рис. 3.34. ER-диаграмма доменного производства

Код элемента (FK)

Код материала (FK)

Значение

Дата

Химанализы шихтовых

материалов

№ коксовой батареи (FK)

Дата

Код элемента (FK)

Значение

Химанализы кокса

Доменная печь

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-67

Шихтоподача

Глава 3. Основы систем управления базами данных

3-68

Рис. 3.35. Диалог выбора целевой СУБД для физической

реализации модели доменного производства

Рис. 3.36. Окно генерации схемы базы данных в MS Access