基本介紹
- 中文名：工程資料庫
- 外文名：engineering database
- 別稱：CAD資料庫、設計資料庫
發展,關鍵技術,特點,功能,查詢方式,發展方向,
發展
工程領域對數據組織的要求並非現在才有，早在計算機時代之前，工程師已經系統地使用組表(settables)、圖表(picturetables)和工程圖來描述整個系統的流程和結構。在通常的人工方法中，用工程圖表來描述這些信息，工程師之間也用圖表進行交流。工程製圖中，信息意義的理解僅僅依賴於人的知識及認知能力。工程圖表並不是工廠的最終產品，但當需要時，應當是一種輸出形式。這些都涵蓋著工程資料庫的雛型。
計算機輔助設計(CAD)的出現，產生了對大量數據管理兩個方面的迫切需求：一方面是工程用的電腦程式；另一方面是CAD在大型系統中的套用。這些都給數據組織帶來了加倍的困境，即使在電腦程式環境中，情況也無兩樣。隨著工程用電腦程式能夠逐步處理複雜問題，在磁碟上存儲數據就越來越普遍。但數據的複雜性使之在數據存儲方式上太繁瑣，從而幾乎不可能做到對數據的有效、方便使用。一個簡單的衛星總體設計需用軟碟40片至50片，如管理不科學，則更容易給數據組織造成混亂。特別在修改某個數據時，你無法確切地知道數據修改會影響到哪些數據組織的變化和要做哪些相應的修改。
自從1970年E．F．Codd研究員發表了“大型共享資料庫數據的關係模型”等一系列資料庫論文以來，奠定了關係型的理論基礎，開創了資料庫規範化理論的新紀元，標誌著常規資料庫技術已進入成熟。這些研究與發展無疑對工程領域中所遇到的一些困惑提出了較好的解決辦法。
在1985年第四屆國際工程軟體會議上，詳細討論了工程資料庫在集成工程設計中的顯著作用、工程資料庫管理系統(EDBMS)的特點、工程資料庫管理的類型以及它們的術語。這些討論加速了工程領域中對現行的3種模型如何套用到未來的CAD系統中的研究。對圖形數據關係組織、關係信息管理系統設計中關於CAD和互動數據處理的一些方面提出了類型(type)、對象(object)與關係(relation)和函式概念的一個CAD數據模型。
關鍵技術
一.工程數據的一致性控制
一致性控制又稱並發性控制，它是多用戶的資料庫系統必須解決的一個重要問題，它將保證多個用戶同時運行一個資料庫時的正確性。一般在資料庫系統中用戶都是以事務的方式來運行資料庫的，而事務是由若干資料庫語句組成的序列，它們順序地被執行，逐步將資料庫的一個狀態變換到另一個狀態，保持資料庫的一致性。但是，在多個用戶同時運行各自的事務時，為了提高運行效率，並非簡單地由資料庫管理系統統一來排列一個事務的運行次序，等一個事務完全執行完畢之後，再啟動另一個事務的執行，而是讓各事務中的語句交錯地執行。因為是多個事務同時執行，那么這些事務就可能有多種執行順序。任何一種順序在邏輯上都是行得通的，但是否符合設計者的意圖就必須確定一種判斷各事務的語句的交錯執行是否正確的“一致性控制要求準則”。如果各事務中的語句交錯執行的效果，能與將事務一個接一個地串列執行的效果一樣，則稱這種交錯執行是一種可串列化的事務執行。並發控制的目的是獲得一種可串列化的事務執行。
2．長事務處理
工程資料庫與傳統的商用資料庫有著本質的不同。工程資料庫處理事務不可能在幾秒鐘內能完成，它經常進行的是長事務。例如在發動機設計時，發動機各部件的設計過程可能持續時間很長——幾分鐘、幾小時、甚至幾天才能完成。因此要求工程資料庫管理系統提供長事務的功能．妥善解決與長事務有關的並發、共享和完整性約束等問題。
3．版本管理
工程設計過程具有以下特點：①一個設計過程是一個反覆試探的過程，往往對於工程實體的設計採用多種設計方案進行設計比較最佳化；②一個工程實體是分階段進行設計的，各個階段性結果都是有價值的；③對於大部分新產品的設計，往往只是對原產品的某些部分進行改進，特別是對某一型號的產品的模型設計更是如此。因此，各產品之間相同部分的屬性是主要的，不同部分的屬性是次要的。綜上所述，一個產品在設計過程中，由於性能描述方法的不同，設計方案的差異，以及性能要求的差別，在設計的各個不同階段會形成不同設計版本。版本管理的技術就是要解決新版本的生成；統一協調地管理各個版本；有效地記錄各個版本的演變歷史等問題。
4．安全性控制
對於工程資料庫管理系統來說，安全性的控制是十分重要的。可以根據各子系統的不同安全級要求，實現不同程度的安全控制。主要包括以下幾個方面：
(1)設定用戶名和口令以檢查用戶的身份是保證資料庫安全的第一道屏障。以此決定是否允許該用戶登錄和以什麼身份登錄。
(2)設定表操作許可權，不同用戶對同一表可有不同授權，如讀、寫、刪除。
(3)設定表記錄操作許可權，總體用來指揮和協調各子系統的檔案如任務書、協調卡、性能結構參數等，這些檔案對不同的子系統只授予與各自相關記錄的操作許可權。
(4)設定表欄位的寫許可權，總體用來協調各子系統的檔案，要求不同的子系統對這些檔案只授予與各自相關的欄位的寫入權，如任務書、協調卡需要簽字的欄位。
除此之外，還應考慮由於各種設備的故障或操作失誤而遭受的破壞、最佳化查詢等。
5．工程數據字典的維護
工程資料庫在運行過程中，資料庫的狀態和結構是在動態變化的。工程設計應用程式在使用工程資料庫期間，經常會對資料庫概念模式進行動態修改和擴展。在工程設計中，工程資料庫中的設計數據也是逐步完成的，因而在使用過程中，資料庫模式也在相應地改變，直至設計完成，一個“完整的”資料庫才建造起來。所以，對工程數據的數據字典也必須經常進行維護，以便完成模式演變的情況。它主要完成整個工程資料庫系統中資料庫的定義及分布情況，如全局表對應的局部表名和局部表存儲信息。
特點
(1)數據類型複雜。例如，一個零件可能由成千上萬種不同類型的數據構成，如果用關係模型的表來描述，就需要成千上萬張彼此聯繫的表，這在性能和一致性維護上都非常困難。
(2)事務的持續時間長。工程領域的事務描述一個設計過程，持續的時問非常長(數小時到幾個月)，對恢復和並發控制提出挑戰。
(3)版本管理。設計是一種探索性的勞動，需要不斷地嘗試，提出多種方案。因而，版本管理是工程資料庫中一個不可或缺的功能。
因此，除了資料庫的一般功能外，工程資料庫必須要解決複雜工程數據的表達和處理、大量工程數據的訪問效率、資料庫與應用程式的無縫接口等問題，要求工程資料庫必須具有強大的建模能力，高效的存取機制，良好的事務處理功能、版本管理功能，模式進化功能、靈活的查詢功能、網路和分散式功能等。
由於工程數據的複雜性和管理的特殊要求，目前還沒有很合適的數據模型來描述。實際中的做法是將傳統的數據模型加以擴充以適應工程數據的需要，歸納起來主要有擴充的關係模型、擴充的網狀模型、語義模型、混合模型。面向對象數據模型比較適合複雜數據的表達與處理，工程資料庫的需求是面向對象資料庫系統的研究動因之一。
功能
工程資料庫的功能可歸納如下：
·支持多種工程應用程式。工程資料庫是CAD/CAM集成系統的核心，可支持多種工稻應用程式，並且提供一種繼續開發新應用程式的環境。
·支持動態模式修改和擴充。由於工程設計過程的基本特點是產生新的數據。為了發席設計，動態地修改和擴充資料庫模式的能力是十分重要的。這種修改、擴充模式的能力，應在設計過程中動態實現，而不要求資料庫模式的再編譯和數據的重新輸入。
·支持工程設計的反覆疊代特點。要求工程資料庫適應工程設計的試探、反覆和發展的特點。但值得注意的是，支持工程設計過程的反覆、疊代特點，就要求工程資料庫承認和管理暫時不一致的資料庫狀態。
·具有自動維護數據一致性的能力。
查詢方式
查詢功能要求處理能力強、效率高。在工程資料庫中，為適應實際需要，存在兩種對資料庫進行查詢的方式。
一種是聯想查詢，也就是關係資料庫所採用的查詢方式。即根據用戶提供的條件，在資料庫的當前環境中查詢檢索符合條件所有對象。
另一種是導航式查詢。由於工程資料庫具有數據量大且數據問關係複雜的特點，而聯想查詢不僅速度很慢，而且對複雜的對象往往很難構成合適的查詢條件。因此，除了聯想查詢外，在工程資料庫中還提供導航式查詢。它主要針對複合對象的查詢。
利用複合對象中對象的層次構成查詢路徑。查詢的路徑可以是很複雜的。查詢過程猶如領航員導航一樣。
實際的工程資料庫查詢處理是兩者在給定套用條件下的合理折衷。
發展方向
資料庫設計有兩種基本方法：第一種方法是首先產生全局模式，然後由其導出局部視圖；第二種方法是獲取不同用戶的局部視圖，然後將其綜合以形成全局視圖。並行設計等先進現代設計方法對工程資料庫提出了集成化、智慧型化、標準化和網路化的發展要求。在組織若干工程套用的數據時，資料庫網路的概念變得日益重要。所以，工程資料庫如果不符合集成化和標準化的“一體化”規範要求，就會成為CAD/CAM集成的障礙。目前，工程資料庫技術的發展呈現出資料庫技術與多種技術和套用相結合的特點，其源動力有兩種：一種是基於方法論和計算機處理能力的發展；另一種是與多種技術的結合。前者有面向對象資料庫(OODB)、分散式資料庫(DDB)和多媒體資料庫(MDB)；後者有實例資料庫、知識庫、模糊資料庫等。
總之，智慧型CAD和設計自動化的向前發展，必將把知識庫(設計規則、設計方法、設計經驗等)引入cAD，這就可以使計算機在cAD系統中發揮更有意義的“專家顧問”作用，而不再是被動的“技術助手”作用。
