Jämförelse mellan pollning och användande av en aktiv databas i ett CIM-scenario.

58 Pages·2009·0.26 MB·Swedish

Jämförelse mellan pollning och användande av en
aktiv databas i ett CIM-scenario.
(HS-IDA-EA-97-402)
Bengt Calestam ([email protected])
Institutionen för datavetenskap
Högskolan i Skövde, Box 408
S-54128 Skövde, SWEDEN
Examensarbete på det dataekonomiska programmet under
vårterminen 1997.
Handledare: Henrik Engström
Ass. handledare: Mikael Berndtsson
Jämförelse mellan pollning och användande av en aktiv databas i ett
CIM-scenario.
Examensrapport inlämnad av Bengt Calestam till Högskolan i Skövde, för
Kandidatexamen (BSc) vid Institutionen för Datavetenskap.
1997-06-12
Härmed intygas att allt material i denna rapport, vilket inte är mitt eget, har blivit
tydligt identifierat och att inget material är inkluderat som tidigare använts för
erhållande av annan examen.
Signerat: _______________________________________________
I
Jämförelse mellan pollning och användande av en aktiv databas i ett
CIM-scenario.
Bengt Calestam ([email protected])
Key words: Active database, Computer-integrated manufacturing, CIM, polling
Abstract
The purpose of this paper is to show a situation where polling has a negative influence
to a production in CIM. Active databases offer a solution to the problems with polling
by executing appropriate actions when a certain event occur or certain conditions are
satisfied. Two problems are investigated. What will the effects be to the manufacturing
if the polling frequency change and if an active database system is used? Is it possible
to make a profit by using an active database system?
To answer these questions three situations were modelled with different polling
frequency. These situations were compared to one where an active database were
used. The results indicate that the polling is negative to the manufacturing and that it is
possible to make profit by using an active database system. Whether these results are
true in a general situation is difficult to judge.
II
Innehållsförteckning
Sammanfattning.....................................................................................1
1 Bakgrund.............................................................................................2
2 Introduktion.........................................................................................4
2.1 Aktiva databassystem.......................................................................................4
2.1.1 Vad är en databas?....................................................................................4
2.1.2 Vad är ett aktivt databassystem?...............................................................4
2.1.3 Olika typer av regler och reglers konstruktion...........................................6
2.1.3.1 ECA-regler........................................................................................6
2.1.3.2 CA- och EA-regler............................................................................7
2.1.4 Komponenter i regelspråk.........................................................................7
2.1.5 När ska en regel exekveras?......................................................................8
2.1.6 Jämförelse mellan passivt och aktivt databassystem...................................9
2.1.7 Tidigare och pågående forskning.............................................................11
2.2 Computer-integrated manufacturing (CIM).....................................................12
2.2.1 Vad är CIM?...........................................................................................12
2.2.2 Komponenter i CIM................................................................................12
2.2.2.1 Computer-aided design (CAD)........................................................13
2.2.2.2 Computer-aided process planning (CAPP).......................................13
2.2.2.3 Computer-aided manufacturing (CAM)...........................................13
2.2.2.4 Computer-aided quality control (CAQC).........................................14
2.2.2.5 Automated storage and retrieval system (AS/RS)............................15
2.2.3 Varför CIM?...........................................................................................15
2.2.4 Databasens roll i CIM.............................................................................15
2.2.5 Flexible Manufacturing Cell (FMC).........................................................17
2.2.5.1 Vad är en FMC?..............................................................................17
2.2.5.2 Komponenter i FMC.......................................................................17
2.2.6 Flexible Manufacturing System (FMS)....................................................18
2.2.6.1 Vad är ett FMS?..............................................................................18
2.2.6.2 Vad uppnås med FMS?....................................................................18
3 Problembeskrivning..........................................................................20
3.1 Problemställningar..........................................................................................23
3.2 Avgränsningar................................................................................................24
III
3.3 Förväntat resultat...........................................................................................24
4 Möjliga lösningar och val av metod..................................................25
4.1 Litteraturstudie...............................................................................................25
4.2 Fallstudie........................................................................................................25
4.3 Experiment.....................................................................................................26
5 Utformning av scenariot ...................................................................29
5.1 Beräkning av den totala genomsnittliga tidsfördröjningen................................32
5.2 För hög pollningsfrekvens..............................................................................37
5.3 För låg pollningsfrekvens................................................................................39
5.4 Den mest fördelaktiga pollningsfrekvensen.....................................................41
5.5 Aktiv databas.................................................................................................42
6 Värdering och analys........................................................................44
7. Slutsatser..........................................................................................46
8 Diskussion..........................................................................................47
9 Uppslag till fortsatt arbete................................................................51
Referenser ............................................................................................52
IV
Sammanfattning
Sammanfattning
Konventionella databassystem är passiva. Detta innebär att databasen förändras genom
explicita användarkommandon. Ett aktivt databassystem är ett databassystem som
bevakar situationer (events) av intresse och, när de inträffar, utlöser ett lämpligt
beteende (action) förutsatt att ett visst villkor (condition) är uppfyllt [Kim95]. De
aktiva databassystemen sägs ha ett aktivt beteende. Detta beteende kan t ex
specificeras i sk ECA-regler.
I de passiva databassystemen kan det aktiva beteendet efterliknas på två olika sätt.
Bägge lösningarna medför dock problem. Den första lösningen innebär att
applikationsprogrammen byggs ut med kod för villkor och handling samt med kod för
att kunna kontrollera om händelsen har inträffat. En av nackdelarna med denna lösning
är att samtliga relevanta applikationsprogram måste sökas upp och justeras då villkoret
och/eller handlingen ska förändras.
I den andra lösningen ställer applikationsprogram frågor med jämna mellanrum till
databasen (pollas) för att kontrollera om villkoret är uppfyllt. Det största problemet
med att polla databasen är att fastställa den lämpligaste pollningsfrekvensen. Då
pollningsfrekvensen är för hög överbelastas databasen och dess prestanda blir lidande.
Om databasen däremot pollas för sällan uppstår en tidsfördröjning innan händelsen
upptäcks. I vissa fall kanske inte händelsen upptäcks alls. Enligt [L&L95] blir
problemet med pollning större desto fler applikationsprogram som pollar databasen.
Ett tänkbart användningsområde för aktiva databaser är computer-integrated
manufacturing (CIM) [Gat95] m.fl. Enligt [Kus90] är CIM ett koncept antaget av
företag för att förbli konkurrenskraftiga. CIM skulle även kunna sägas utgöra ett
verktyg genom vilket företag försöker spara tid och pengar.
Pollningen antas inverka negativt på tillverkningen i CIM. Jag har försökt visa att
antagandet är riktigt genom att i en experimentcell utforma tre olika situationer där
pollningsfrekvensen är olika samt en situation där en aktiv databas används. I arbetet
har följande problemställningar undersökts:
• Vilka blir effekterna på genomflödet och på kapacitetsutnyttjandet om databasen
pollas med olika frekvenser och om en aktiv databas används i den specifika
tillämpningen i cellen?
• Är det möjligt att göra några ekonomiska vinster, dvs att spara in tid och kapital
eller att öka intäkterna, genom att slippa polla i det aktuella scenariot och istället
använda en aktiv databas?
Resultaten av arbetet visar att pollningen inverkar negativt på såväl genomflödet som
på kapacitetsutnyttjandet i scenariot samt att bägge faktorernas värden förbättrades då
en aktiv databas användes. Med andra ord kan pollningen anses inverka negativt på
tillverkningen. Det visade sig även vara möjligt att göra ekonomiska vinster i scenariot
genom att ersätta den passiva databasen med en aktiv. Hur omfattande vinsterna blev
berodde bl a på vilken pollningsfrekvens den passiva databasen pollades med innan den
aktiva databasen infördes. Vilka resultaten blir i andra situationer är dock svårt att
uttala sig om.
1
1 Bakgrund
1 Bakgrund
[Kus90] skriver att computer-integrated manufacturing (CIM) kan sägas vara ett
koncept antaget av ett antal företag för att förbli konkurrenskraftiga. CIM skulle också
kunna beskrivas som ett verktyg med vilket företag försöker spara tid och pengar.
Enligt [Vaj95] har CIM utvecklats sedan mitten av 1970-talet. Det var emellertid först
under 1980-talets senare hälft som CIM blev praktiskt genomförbart [Vaj95]. Faktorer
som bl a den växande internationella konkurrensen, utvecklingen av NC-maskinerna
(numerical controlled), datorernas pris- och prestandautveckling samt kraven på
kvalitet och produktansvar drev på utvecklingen av CIM [Vaj95].
En viktig del av ett CIM-system är databasbehandlingen [Ran90]. Flera fördelar kan
uppnås genom att använda databashanteringssystem. Bl a kan inkonsistens undvikas
och redundant data reduceras. Databashanteringssystemen i CIM är passiva. Detta
innebär att databasen förändras genom explicita användarkommandon.
Ett aktivt databassystem däremot har ett sk aktivt beteende vilket gör att databas-
systemet självt utför vissa operationer (action) automatiskt som svar på bestämda
händelser (event) och/eller att vissa villkor (condition) uppfylls [W&C96]. Det aktiva
beteendet specificeras i regler, t ex ECA-regler. Databasen kan således förändras utan
explicita användarkommandon.
Detta kan lösas på två sätt i en passiv databas men bägge lösningarna medför problem
[Gat95] [W&C96]. Den första lösningen innebär att applikationsprogrammen byggs ut
för att utföra en handling, om ett villkor är sant, då en händelse inträffar. Utbyggnaden
måste göras i varje applikationsprogram som kan påverka den bevakade situationen.
Detta medför problem. Exempelvis måste koden i samtliga berörda applikationsprog-
ram justeras då villkoret och/eller handlingen ska förändras.
Den andra lösningen innebär att applikationsprogram med jämna mellanrum ställer
frågor till databasen, dvs databasen pollas. Det största problemet med denna lösning är
att fastställa hur ofta det är lämpligt att polla databasen.
Ett tänkbart användningsområde för databaser med ett aktivt beteende är enligt
[CAM93], [Cha92], [Cha93], [Gat95] och [Mis91] bl a CIM. Eftersom databas-
systemen i CIM är passiva uppstår problemen med pollning alternativt utbyggnad av
applikationsprogrammen.
Det är problematiken kring pollande applikationsprogram i CIM som mitt examens-
arbete kommer att behandla.
2
1 Bakgrund
Nedan ges en översikt över rapportens struktur.
Rapportdel Kapitel Kommentarer
Introduktion 2 Aktiva databaser och CIM presenteras.
Problembeskrivning 3 Problemområdet diskuteras. Sedan väljs
problem och avgränsningarna specificeras.
Metoddel 4 Möjliga metoder diskuteras och en metod
väljs.
Genomförande 5 Förutsättningarna för scenariot slås fast.
Därefter utformas de olika situationerna.
Värdering och analys 6 Utfallen i de olika situationerna värderas och
analyseras.
Slutsatser 7 Slutsatser dras utifrån det som framkom av
situationerna.
Diskussion 8 Slutsatserna och resultaten diskuteras.
Uppslag till fortsatt arbete 9 Förslag till fortsatt arbete ges utifrån
resultaten och arbetet.
3
2 Introduktion
2 Introduktion
2.1 Aktiva databassystem
2.1.1 Vad är en databas?
[E&N94] skriver (sidan 17):
”… we defined a database as a collection of related data …”
[E&N94] fortsätter (sidan 17):
”A typical database represent some aspect of the real world and is used
for specific purposes by one or more groups of users.”
En databas är sålunda, enligt min tolkning av [E&N94], en samling besläktad data,
som representerar någon aspekt av omvärlden och som används för något specifikt
ändamål av en eller fler grupper av användare.
Notera att en databas enligt definitionen inte måste vara datoriserad. I detta arbete
använder jag dock ordet databas i betydelsen datoriserad databas.
Databaser gör det möjligt att lagra, organisera, ta emot och styra information på ett
sätt som det inte vore möjligt att göra utan datorer [Bee94].
Enligt [E&N94] är ett databashanteringssystem (DBHS) en mjukvara för implemen-
tering och underhåll av en datoriserad databas. Tillsammans utgör databasen och
mjukvaran ett databassystem [E&N94].
Ett databassystem kan också definieras som ett datoriserat system vars övergripande
syfte är att underhålla data och att göra denna data tillgänglig när den efterfrågas
[Dat95].
Databassystemen kan kategoriseras enligt olika principer. Exempelvis är det möjligt att
dela in dem efter vilken datamodell de är uppbyggda. Genom denna indelning fås bl a
relationsdatabassystem och objektorienterade databassystem. Ytterligare en tänkbar
indelning är i passiva och i aktiva databassystem.
2.1.2 Vad är ett aktivt databassystem?
Konventionella databassystem är passiva. Med detta menas att systemet utför opera-
tioner då en användare eller ett applikationsprogram explicit begär detta. Något
förenklat kan ett passivt databassystem sägas lagra, ta emot, modifiera och ta bort
data.
Det finns även aktiva databashanteringssystem (ADBHS). [W&C96] skriver (sidan 2)
att ett databassystem är aktivt om:
”… the database system itself performs certain operations automatically
in response to certain events occurring or certain conditions being
satisfied.”
Enligt [W&C96] är databassystemet aktivt om databassystemet självt utför vissa
operationer automatiskt som svar på bestämda händelser eller att vissa villkor uppfylls
(min översättning). Ett aktivt databassystem är ett databassystem som bevakar
4
2 Introduktion
situationer av intresse och, när de inträffar, utlöser ett lämpligt beteende [Kim95]. I
[DGG96] anges ett antal kriterier som ska vara uppfyllda för att en databas ska ses
som en fullfjädrad aktiv databas.
Således kan de aktiva databassystemen sägas göra något mer än att lagra, ta emot,
modifiera och ta bort data. De har ett aktivt beteende. Ett exempel på ett sådant
beteende kan t ex vara att en automatiskt kontroll av inferensintegriteten utförs då en
användare lägger till ny data i en tabell eller skapar ett nytt objekt.
Ett annat exempel är att en automatiskt kontroll av lagersaldot utförs när en anställd
tar ut ett antal artiklar ur lagret. Om antalet artiklar i lager understiger ett visst gräns-
värde sker en beställning av nya varor. Denna kontroll utförs sålunda utan att
användaren har begärt detta. Databasen kan med andra ord förändras utan explicita
användarkommandon.
Grunden till det aktiva beteendet som finns i dagens aktiva databassystem kommer från
tre områden [EBL97]:
• artificiell intelligens
• programmeringsspråk
• databaser
Sambanden mellan dessa områden visas i figur 1.
årtal
2000
Aktiva databassystem
Expertdatabassystem
1990
1980
1970 AI regelsystem Databassystem Programmeringsspråk
Figur 1: De aktiva databasernas historia. (Baserad på [EBL97].)
5