工程数据库的研究与应用

2012-08-29王辉

科技视界 2012年20期

王辉

（徐州医学院医学信息学院江苏徐州 221000）

0 概述

数据库技术产生于20 世纪60 年代中期，是计算机应用的重要分支，是数据库管理的最新技术。它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。数据库能够有效合理地存储各种数据，为信息处理提供准确、快速的数据信息。数据库是管理信息系统，办公自动化系统和决策支持系统等应用系统的核心部分。在机械设计中，数据处理是机械设计开发工作的一个重要部分，工程数据库的功能、使用的方便程度，直接关系到机械设计的最终结果合理与否，对机械设计者来说具有极其重要的意义。

工程数据库的定义：工程数据库又称CAD 数据库、设计数据库、技术数据库、设计自动化数据库，它包含了几何的、物理的、技术的（或工艺的）以及其他技术实体的特性和它们之间的关系。工程数据库对解决综合工程问题起到关键作用，同时，又是综合工程系统的中心。

1 研究背景

自从1970 年E.F.Codd 发表了 “大型共享数据库数据的关系模型”等一系列数据库论文以来，奠定了关系型的理论基础，开创了数据库规范化理论的新纪元，标志着常规数据库技术已进入成熟阶段。这些研究与发展对工程领域中所遇到的一些困惑提出了较好的解决办法。

然而，传统的3 个数据模型（层次、网状和关系）没有足够的能力来表达CAD 数据的全部语义结构，所以数据模型将成为数据库设计者刻划CAD 应用的信息结构的一个理论工具。在1985 年第4 届国际工程软件会议上，详细讨论了数据库在集成工程中的显著作用、工程数据库管理系统（EDBMS）的特点、工程数据管理的类型及其术语。这些讨论加速了工程领域中将现行的3 种模型如何吸收到未来的CAD 系统中的研究。这个时期的应用是以文件系统和数据库相结合的方式出现。

在CAD 等工程领域中，大都使用文件系统或以文件为基础的专用数据库管理系统来存储工程数据，这样做对一些小系统是可行的，但随着这一类工程系统的规模的扩大，这种以文件为基础的系统不论是系统开发、维护，还是系统的使用上都存在一系列问题，所以研究功能齐全、适合工程领域环境的工程数据库管理系统势在必行。

2 基于UML 的系统建模步骤

Rose 是Rational 公司推出的面向对象建模工具，它把UML 和谐地集成到面向对象的软件开发过程中。不论是在系统需求阶段，还是在分析与设计、软件的实现与测试阶段，它都提供了清晰的UML 表达方法和完善工具，便于建立相应的软件模型。

Rose 从用例视图（Use Case View）、逻辑视图（1ogicalView）、组件视图（Component View）、部署视图（DeploymentView）四个角度对系统进行建模。基于Rose 的UML 系统建模的具体步骤如下：

（1）在系统的总体需求分析阶段，建立系统需求模型，具体包括：问题陈述——根据用户初始需求，在用户的参与下，写出问题陈述；定义执行者——在用户的参与下定义系统的执行者，利用UML 中的角色、用例、关系、注释等表达法，建立系统的用例模型；

（2）在系统详细需求分析阶段，利用逻辑视图建立系统的静态、动态模型。静态模型是根据用例图建立类图，这里的类图主要关注应用域中实体的概念及结构，此类的表示只给出类名即可，这是类的简单表示。动态模型包括顺序图（协作图）、状态图、活动图，但它们的侧重点各自有所不同。顺序图描述对象之间动态行为的交互关系，着重体现对象之间消息传递的时间顺序；状态图主要描述系统的动态行为和控制结构；活动图既可以描述操作的行为，也可以描述用例和对象内部的工作过程。设计者要根据系统的实际情况来分析，建立一个或多个动态模型来描述系统的动态行为；

（3）在系统的设计阶段，根据实际问题和建立动态模型，详细分析类，得到类在系统中的基本属性和行为，完善类框图；识别类之间的关系，即识别类结构关系，如类的扩展、组成、泛化等关系；确立类之间存在的协作关系，即类图中各个类之间的交互关系，如传递信息、修改、添加、启动等关系；

（4）在系统实现阶段，创建组件并选择某种面向对象编程语言作为开发的工具，将类（或接口）分配给组件。组件可看作是包与类对应的最终子系统模块，逻辑上与包、类对应，实际上是一个文件，可以是源代码组件、二进制组件（库文件）、可执行组件（.exe 或.coin 文件）。建立组件图，描述系统组件间的结构关系，并按对应关系进行连接；建立部署图，用来描述和定义系统中硬件的物理拓扑结构以及在此结构上执行的软件。

3 工程数据库的动态模型建立

图1

UML 用于建模的动态图包括顺序图（sequence diagram）、协作图（collaboration diagram）、状态图（state diagram）和活动图（activity diagram）。其中顺序图和协作图并称为交互图。交互图主要用于对用例中的控制流进行建模，编写主要用例的交互活动的剧本，确定参与交互的活动者、对象及其交互事件。协作图用来反映几个对象之间的动态协作关系，也就是随事件的推移，对象之间是如何交互的。顺序图强调对象之间消息发送的顺序，说明对象之间的交互过程，以及系统执行过程中，在某一具体位置将会有什么事件发生。

协作图用于描述对象问的协作关系，协作图与顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外，协作图还显示对象以及它们之间的系统，如果强调时间和顺序，则使用顺序图，下级层次关系，则选择协作图。这两种图都包括了共同的模型元素：对象、消息以及链接等，它们在本质上是一致的、等价的，并可以相互转化，但侧重点不同。本文只介绍工程试验数据库的协作图。

协作图中的元素（类）按功能分可以分为主域类，控制类，和接口类。应用数据库的主域类分别为用户类（user）、应用数据库创建类（ADBCreate）、数据维护类（DataMaintain）、数据表创建类（DataTabCreate）、数据表维护类（DataTabCreate）多媒体数据创建类（MDBCreate）、多媒体数据维护类（MDB.Maitain）。控制类为登陆类（clsLog），接口类为webSite。

应用数据库的协作图如图1 所示。