工程數(shù)據(jù)庫的研究與應用

王 輝

（徐州醫(yī)學院醫(yī)學信息學院 江蘇 徐州 221000）

0 概述

數(shù)據(jù)庫技術產生于20 世紀60 年代中期，是計算機應用的重要分支，是數(shù)據(jù)庫管理的最新技術。 它的出現(xiàn)極大地促進了計算機應用向各行各業(yè)的滲透。 數(shù)據(jù)庫能夠有效合理地存儲各種數(shù)據(jù)，為信息處理提供準確、快速的數(shù)據(jù)信息。 數(shù)據(jù)庫是管理信息系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)等應用系統(tǒng)的核心部分。 在機械設計中，數(shù)據(jù)處理是機械設計開發(fā)工作的一個重要部分，工程數(shù)據(jù)庫的功能、使用的方便程度，直接關系到機械設計的最終結果合理與否，對機械設計者來說具有極其重要的意義。

工程數(shù)據(jù)庫的定義：工程數(shù)據(jù)庫又稱CAD 數(shù)據(jù)庫、設計數(shù)據(jù)庫、技術數(shù)據(jù)庫、設計自動化數(shù)據(jù)庫，它包含了幾何的、物理的、技術的（或工藝的）以及其他技術實體的特性和它們之間的關系。 工程數(shù)據(jù)庫對解決綜合工程問題起到關鍵作用，同時，又是綜合工程系統(tǒng)的中心。

1 研究背景

自從1970 年E.F.Codd 發(fā)表了 “大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關系模型”等一系列數(shù)據(jù)庫論文以來，奠定了關系型的理論基礎，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論的新紀元，標志著常規(guī)數(shù)據(jù)庫技術已進入成熟階段。 這些研究與發(fā)展對工程領域中所遇到的一些困惑提出了較好的解決辦法。

然而，傳統(tǒng)的3 個數(shù)據(jù)模型（層次、網狀和關系）沒有足夠的能力來表達CAD 數(shù)據(jù)的全部語義結構， 所以數(shù)據(jù)模型將成為數(shù)據(jù)庫設計者刻劃CAD 應用的信息結構的一個理論工具。 在1985 年第4 屆國際工程軟件會議上，詳細討論了數(shù)據(jù)庫在集成工程中的顯著作用、 工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（EDBMS）的特點、工程數(shù)據(jù)管理的類型及其術語。 這些討論加速了工程領域中將現(xiàn)行的3 種模型如何吸收到未來的CAD 系統(tǒng)中的研究。 這個時期的應用是以文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫相結合的方式出現(xiàn)。

在CAD 等工程領域中， 大都使用文件系統(tǒng)或以文件為基礎的專用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來存儲工程數(shù)據(jù)，這樣做對一些小系統(tǒng)是可行的， 但隨著這一類工程系統(tǒng)的規(guī)模的擴大，這種以文件為基礎的系統(tǒng)不論是系統(tǒng)開發(fā)、維護，還是系統(tǒng)的使用上都存在一系列問題，所以研究功能齊全、適合工程領域環(huán)境的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)勢在必行。

2 基于UML 的系統(tǒng)建模步驟

Rose 是Rational 公司推出的面向對象建模工具， 它把UML 和諧地集成到面向對象的軟件開發(fā)過程中。不論是在系統(tǒng)需求階段，還是在分析與設計、軟件的實現(xiàn)與測試階段，它都提供了清晰的UML 表達方法和完善工具， 便于建立相應的軟件模型。

Rose 從用例視圖 （Use Case View）、 邏輯視圖（1ogicalView）、 組件視圖 （Component View）、 部署視圖（DeploymentView）四個角度對系統(tǒng)進行建模。 基于Rose 的UML 系統(tǒng)建模的具體步驟如下：

（1）在系統(tǒng)的總體需求分析階段，建立系統(tǒng)需求模型，具體包括：問題陳述——根據(jù)用戶初始需求，在用戶的參與下，寫出問題陳述；定義執(zhí)行者——在用戶的參與下定義系統(tǒng)的執(zhí)行者，利用UML 中的角色、用例、關系、注釋等表達法，建立系統(tǒng)的用例模型；

（2）在系統(tǒng)詳細需求分析階段，利用邏輯視圖建立系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)模型。 靜態(tài)模型是根據(jù)用例圖建立類圖，這里的類圖主要關注應用域中實體的概念及結構，此類的表示只給出類名即可，這是類的簡單表示。 動態(tài)模型包括順序圖（協(xié)作圖）、狀態(tài)圖、活動圖，但它們的側重點各自有所不同。 順序圖描述對象之間動態(tài)行為的交互關系，著重體現(xiàn)對象之間消息傳遞的時間順序；狀態(tài)圖主要描述系統(tǒng)的動態(tài)行為和控制結構；活動圖既可以描述操作的行為，也可以描述用例和對象內部的工作過程。 設計者要根據(jù)系統(tǒng)的實際情況來分析，建立一個或多個動態(tài)模型來描述系統(tǒng)的動態(tài)行為；

（3）在系統(tǒng)的設計階段，根據(jù)實際問題和建立動態(tài)模型，詳細分析類，得到類在系統(tǒng)中的基本屬性和行為，完善類框圖；識別類之間的關系，即識別類結構關系，如類的擴展、組成、泛化等關系；確立類之間存在的協(xié)作關系，即類圖中各個類之間的交互關系，如傳遞信息、修改、添加、啟動等關系；

（4）在系統(tǒng)實現(xiàn)階段，創(chuàng)建組件并選擇某種面向對象編程語言作為開發(fā)的工具，將類（或接口）分配給組件。 組件可看作是包與類對應的最終子系統(tǒng)模塊，邏輯上與包、類對應，實際上是一個文件，可以是源代碼組件、二進制組件（庫文件）、可執(zhí)行組件（.exe 或.coin 文件）。 建立組件圖，描述系統(tǒng)組件間的結構關系，并按對應關系進行連接；建立部署圖，用來描述和定義系統(tǒng)中硬件的物理拓撲結構以及在此結構上執(zhí)行的軟件。

3 工程數(shù)據(jù)庫的動態(tài)模型建立

圖1

UML 用于建模的動態(tài)圖包括順序圖（sequence diagram）、協(xié)作圖（collaboration diagram）、狀態(tài)圖（state diagram）和活動圖（activity diagram）。其中順序圖和協(xié)作圖并稱為交互圖。交互圖主要用于對用例中的控制流進行建模，編寫主要用例的交互活動的劇本，確定參與交互的活動者、對象及其交互事件。 協(xié)作圖用來反映幾個對象之間的動態(tài)協(xié)作關系，也就是隨事件的推移，對象之間是如何交互的。 順序圖強調對象之間消息發(fā)送的順序，說明對象之間的交互過程，以及系統(tǒng)執(zhí)行過程中，在某一具體位置將會有什么事件發(fā)生。

協(xié)作圖用于描述對象問的協(xié)作關系，協(xié)作圖與順序圖相似，顯示對象間的動態(tài)合作關系。 除顯示信息交換外，協(xié)作圖還顯示對象以及它們之間的系統(tǒng)，如果強調時間和順序，則使用順序圖，下級層次關系，則選擇協(xié)作圖。 這兩種圖都包括了共同的模型元素：對象、消息以及鏈接等，它們在本質上是一致的、等價的，并可以相互轉化，但側重點不同。 本文只介紹工程試驗數(shù)據(jù)庫的協(xié)作圖。

協(xié)作圖中的元素（類）按功能分可以分為主域類，控制類，和接口類。 應用數(shù)據(jù)庫的主域類分別為用戶類（user）、應用數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建類（ADBCreate）、數(shù)據(jù)維護類（DataMaintain）、數(shù)據(jù)表創(chuàng)建類（DataTabCreate）、數(shù)據(jù)表維護類（DataTabCreate）多媒體數(shù)據(jù)創(chuàng)建類（MDBCreate）、多媒體數(shù)據(jù)維護類（MDB.Maitain）。 控制類為登陸類（clsLog），接口類為webSite。

應用數(shù)據(jù)庫的協(xié)作圖如圖1 所示。

4 工程數(shù)據(jù)庫模塊功能的實現(xiàn)

應用數(shù)據(jù)庫管理模塊中的重要操作就是應用數(shù)據(jù)庫操作，應用數(shù)據(jù)庫操作包括應用數(shù)據(jù)庫的編輯，獲取數(shù)據(jù)庫、刪除數(shù)據(jù)庫等操作。

5 結論

工程實際應用五花八門， 但工程數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫的方法下進行組織、管理、操作和推理仍有其共性。工程數(shù)據(jù)的特點主要在于具有復雜的結構和內涵。 因此，工程數(shù)據(jù)庫的建立必須具備對這些復雜對象進行組織、管理、操作和推理功能。

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