工程數(shù)據(jù)庫的研究與應(yīng)用

王 輝

（徐州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院 江蘇 徐州 221000）

0 概述

數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于20 世紀(jì)60 年代中期，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要分支，是數(shù)據(jù)庫管理的最新技術(shù)。 它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用向各行各業(yè)的滲透。 數(shù)據(jù)庫能夠有效合理地存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，為信息處理提供準(zhǔn)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(dòng)化系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)處理是機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)工作的一個(gè)重要部分，工程數(shù)據(jù)庫的功能、使用的方便程度，直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)計(jì)的最終結(jié)果合理與否，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、技術(shù)數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫，它包含了幾何的、物理的、技術(shù)的（或工藝的）以及其他技術(shù)實(shí)體的特性和它們之間的關(guān)系。 工程數(shù)據(jù)庫對(duì)解決綜合工程問題起到關(guān)鍵作用，同時(shí)，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(guān)系模型”等一系列數(shù)據(jù)庫論文以來，奠定了關(guān)系型的理論基礎(chǔ)，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論的新紀(jì)元，標(biāo)志著常規(guī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)已進(jìn)入成熟階段。 這些研究與發(fā)展對(duì)工程領(lǐng)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(gè)數(shù)據(jù)模型（層次、網(wǎng)狀和關(guān)系）沒有足夠的能力來表達(dá)CAD 數(shù)據(jù)的全部語義結(jié)構(gòu)， 所以數(shù)據(jù)模型將成為數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者刻劃CAD 應(yīng)用的信息結(jié)構(gòu)的一個(gè)理論工具。 在1985 年第4 屆國(guó)際工程軟件會(huì)議上，詳細(xì)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(diǎn)、工程數(shù)據(jù)管理的類型及其術(shù)語。 這些討論加速了工程領(lǐng)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(gè)時(shí)期的應(yīng)用是以文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式出現(xiàn)。

在CAD 等工程領(lǐng)域中， 大都使用文件系統(tǒng)或以文件為基礎(chǔ)的專用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來存儲(chǔ)工程數(shù)據(jù)，這樣做對(duì)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(kuò)大，這種以文件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)不論是系統(tǒng)開發(fā)、維護(hù)，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(lǐng)域環(huán)境的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)勢(shì)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?qū)ο蠼９ぞ撸?它把UML 和諧地集成到面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)過程中。不論是在系統(tǒng)需求階段，還是在分析與設(shè)計(jì)、軟件的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試階段，它都提供了清晰的UML 表達(dá)方法和完善工具， 便于建立相應(yīng)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(gè)角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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：?jiǎn)栴}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(guān)系、注釋等表達(dá)法，建立系統(tǒng)的用例模型；

（2）在系統(tǒng)詳細(xì)需求分析階段，利用邏輯視圖建立系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)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(guān)注應(yīng)用域中實(shí)體的概念及結(jié)構(gòu)，此類的表示只給出類名即可，這是類的簡(jiǎn)單表示。 動(dòng)態(tài)模型包括順序圖（協(xié)作圖）、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖，但它們的側(cè)重點(diǎn)各自有所不同。 順序圖描述對(duì)象之間動(dòng)態(tài)行為的交互關(guān)系，著重體現(xiàn)對(duì)象之間消息傳遞的時(shí)間順序；狀態(tài)圖主要描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和控制結(jié)構(gòu)；活動(dòng)圖既可以描述操作的行為，也可以描述用例和對(duì)象內(nèi)部的工作過程。 設(shè)計(jì)者要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況來分析，建立一個(gè)或多個(gè)動(dòng)態(tài)模型來描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為；

（3）在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，根據(jù)實(shí)際問題和建立動(dòng)態(tài)模型，詳細(xì)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(shí)別類之間的關(guān)系，即識(shí)別類結(jié)構(gòu)關(guān)系，如類的擴(kuò)展、組成、泛化等關(guān)系；確立類之間存在的協(xié)作關(guān)系，即類圖中各個(gè)類之間的交互關(guān)系，如傳遞信息、修改、添加、啟動(dòng)等關(guān)系；

（4）在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，創(chuàng)建組件并選擇某種面向?qū)ο缶幊陶Z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(duì)應(yīng)的最終子系統(tǒng)模塊，邏輯上與包、類對(duì)應(yīng)，實(shí)際上是一個(gè)文件，可以是源代碼組件、二進(jìn)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(jié)構(gòu)關(guān)系，并按對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及在此結(jié)構(gòu)上執(zhí)行的軟件。

3 工程數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)模型建立

圖1

UML 用于建模的動(dòng)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(dòng)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(duì)用例中的控制流進(jìn)行建模，編寫主要用例的交互活動(dòng)的劇本，確定參與交互的活動(dòng)者、對(duì)象及其交互事件。 協(xié)作圖用來反映幾個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作關(guān)系，也就是隨事件的推移，對(duì)象之間是如何交互的。 順序圖強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間消息發(fā)送的順序，說明對(duì)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(huì)有什么事件發(fā)生。

協(xié)作圖用于描述對(duì)象問的協(xié)作關(guān)系，協(xié)作圖與順序圖相似，顯示對(duì)象間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系。 除顯示信息交換外，協(xié)作圖還顯示對(duì)象以及它們之間的系統(tǒng)，如果強(qiáng)調(diào)時(shí)間和順序，則使用順序圖，下級(jí)層次關(guān)系，則選擇協(xié)作圖。 這兩種圖都包括了共同的模型元素：對(duì)象、消息以及鏈接等，它們?cè)诒举|(zhì)上是一致的、等價(jià)的，并可以相互轉(zhuǎn)化，但側(cè)重點(diǎn)不同。 本文只介紹工程試驗(yàn)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(yīng)用數(shù)據(jù)庫的主域類分別為用戶類（user）、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建類（ADBCreate）、數(shù)據(jù)維護(hù)類（DataMaintain）、數(shù)據(jù)表創(chuàng)建類（DataTabCreate）、數(shù)據(jù)表維護(hù)類（DataTabCreate）多媒體數(shù)據(jù)創(chuàng)建類（MDBCreate）、多媒體數(shù)據(jù)維護(hù)類（MDB.Maitain）。 控制類為登陸類（clsLog），接口類為webSite。

應(yīng)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(shí)現(xiàn)

應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理模塊中的重要操作就是應(yīng)用數(shù)據(jù)庫操作，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫操作包括應(yīng)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(jié)論

工程實(shí)際應(yīng)用五花八門， 但工程數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫的方法下進(jìn)行組織、管理、操作和推理仍有其共性。工程數(shù)據(jù)的特點(diǎn)主要在于具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵。 因此，工程數(shù)據(jù)庫的建立必須具備對(duì)這些復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行組織、管理、操作和推理功能。

［1］薛曉濱.建立工程數(shù)據(jù)庫的實(shí)用方法研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2005（3）.

［2］王鴻博，編著.數(shù)據(jù)庫技術(shù)及工程應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］宛延閩，編著.工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[M].清華大學(xué)出版社，2004.

［4］馮曉君，李瑩，蔡炯，編著.數(shù)據(jù)庫與工程應(yīng)用[M].北京工業(yè)出版社.

［5］求是科技，編著.ASp 數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐[M].人民郵電出版社，2004.

［6］張青，王曉偉.工程軟件開發(fā)技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

［7］宛延閩.工程數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀與前景[J].計(jì)算機(jī)世界，1998.

［8］胡彤聲.三層次數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中的口令權(quán)限管理方案與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，1999（2）.

［9］王培康，胡訪宇，袁平波.一種信息系統(tǒng)授權(quán)實(shí)現(xiàn)方法[J].計(jì)算工程，2001（1）.