工程數據庫的研究與應用

王 輝

（徐州醫學院醫學信息學院 江蘇 徐州 221000）

0 概述

數據庫技術產生于20 世紀60 年代中期，是計算機應用的重要分支，是數據庫管理的最新技術。 它的出現極大地促進了計算機應用向各行各業的滲透。 數據庫能夠有效合理地存儲各種數據，為信息處理提供準確、快速的數據信息。 數據庫是管理信息系統，辦公自動化系統和決策支持系統等應用系統的核心部分。 在機械設計中，數據處理是機械設計開發工作的一個重要部分，工程數據庫的功能、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。

工程數據庫的定義：工程數據庫又稱CAD 數據庫、設計數據庫、技術數據庫、設計自動化數據庫，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。 工程數據庫對解決綜合工程問題起到關鍵作用，同時，又是綜合工程系統的中心。

1 研究背景

自從1970 年E.F.Codd 發表了 “大型共享數據庫數據的關系模型”等一系列數據庫論文以來，奠定了關系型的理論基礎，開創了數據庫規范化理論的新紀元，標志著常規數據庫技術已進入成熟階段。 這些研究與發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，傳統的3 個數據模型（層次、網狀和關系）沒有足夠的能力來表達CAD 數據的全部語義結構， 所以數據模型將成為數據庫設計者刻劃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，詳細討論了數據庫在集成工程中的顯著作用、 工程數據庫管理系統（EDBMS）的特點、工程數據管理的類型及其術語。 這些討論加速了工程領域中將現行的3 種模型如何吸收到未來的CAD 系統中的研究。 這個時期的應用是以文件系統和數據庫相結合的方式出現。

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

2 基于UML 的系統建模步驟

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過程中。不論是在系統需求階段，還是在分析與設計、軟件的實現與測試階段，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）四個角度對系統進行建模。 基于Rose 的UML 系統建模的具體步驟如下：

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

（2）在系統詳細需求分析階段，利用邏輯視圖建立系統的靜態、動態模型。 靜態模型是根據用例圖建立類圖，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。 動態模型包括順序圖（協作圖）、狀態圖、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行為的交互關系，著重體現對象之間消息傳遞的時間順序；狀態圖主要描述系統的動態行為和控制結構；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。 設計者要根據系統的實際情況來分析，建立一個或多個動態模型來描述系統的動態行為；

（3）在系統的設計階段，根據實際問題和建立動態模型，詳細分析類，得到類在系統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）在系統實現階段，創建組件并選擇某種面向對象編程語言作為開發的工具，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）、可執行組件（.exe 或.coin 文件）。 建立組件圖，描述系統組件間的結構關系，并按對應關系進行連接；建立部署圖，用來描述和定義系統中硬件的物理拓撲結構以及在此結構上執行的軟件。

3 工程數據庫的動態模型建立

圖1

UML 用于建模的動態圖包括順序圖（sequence diagram）、協作圖（collaboration diagram）、狀態圖（state diagram）和活動圖（activity diagram）。其中順序圖和協作圖并稱為交互圖。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。 協作圖用來反映幾個對象之間的動態協作關系，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送的順序，說明對象之間的交互過程，以及系統執行過程中，在某一具體位置將會有什么事件發生。

協作圖用于描述對象問的協作關系，協作圖與順序圖相似，顯示對象間的動態合作關系。 除顯示信息交換外，協作圖還顯示對象以及它們之間的系統，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據庫的協作圖。

協作圖中的元素（類）按功能分可以分為主域類，控制類，和接口類。 應用數據庫的主域類分別為用戶類（user）、應用數據庫創建類（ADBCreate）、數據維護類（DataMaintain）、數據表創建類（DataTabCreate）、數據表維護類（DataTabCreate）多媒體數據創建類（MDBCreate）、多媒體數據維護類（MDB.Maitain）。 控制類為登陸類（clsLog），接口類為webSite。

應用數據庫的協作圖如圖1 所示。

4 工程數據庫模塊功能的實現

應用數據庫管理模塊中的重要操作就是應用數據庫操作，應用數據庫操作包括應用數據庫的編輯，獲取數據庫、刪除數據庫等操作。

5 結論

工程實際應用五花八門， 但工程數據在數據庫的方法下進行組織、管理、操作和推理仍有其共性。工程數據的特點主要在于具有復雜的結構和內涵。 因此，工程數據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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