工程數據管理

由於工程應用環境的特殊性，因此傳統的以事務處理為目標的數據庫管理系統如關係模型管理等都無法適應要求，因此需要一種能適應工程應用的數據庫管理系統。為此，首先需要了解工程應用中數據管理的一些特點。 ^[1] 

1．表示複雜數據結構的能力

在工程應用中，工程對象形式多樣，它們之間又存在多種關聯，因此需要有一種既能構造各不同對象又能建立相互關聯的數據結構，這就要求工程數據庫具備表示與構造複雜數據結構的能力。

2．表示變長數據的能力

變長數據是工程數據的一大特點，而傳統數據庫中的結構類型無法表示此類數據，這就要求工程數據庫具有表示變長數據的能力。

3．可擴展數據類型的能力

在工程應用中，數據類型複雜、多樣，因此除了一些基本類型之外，還要具備隨時根據數據需要生成新類型的能力。

4．對數據模式能做動態修改與擴充

在工程應用中，經常會碰到複雜的應用設計，它們很難一次性完成設計而必須在設計、應用中邊修改、邊使用，在使用中積累經驗，不斷修改，這其中也包括對數據模式的設計。因此，工程數據庫在工程領域中的應用及工程數據庫介紹287數據管理應具有不斷修改、擴充數據模式的能力，這種能力一般稱之為模式演化(schema evolu-tion)。

5．圖形數據表示與處理能力

由於工程應用中的數據處理對象大多是工程圖紙及相應的圖形，因此工程數據管理應具有對圖形進行表示與處理的能力。

6．版本管理

在工程應用中，一個完整的設計過程必須經過多個方案不斷地試探、比較以及修改而形成，而每個新方案又是對以前舊方案進行修改而形成的，因此需要保留不同的設計方案以為今後的改進提供保障。而每個設計方案就是一個工程設計版本，它由一羣數據體組成，對不同方案的保存與管理就是所謂的版本管理或稱版本控制(version control)。因此，在工程數據管理中需要有版本管理的能力。

7．長事務處理能力

在工程應用中，工程師經常需要花費幾個小時甚至幾天時間連續對某個工程項目做設計，這是一種交互式長事務處理作業。在這段時間內，該工程師必須獨佔系統資源，特別是數據資源，這就要求數據管理能具有併發控制中的長事務處理能力。

從以上7點可以看出，工程數據管理具有傳統數據管理所沒有的特殊要求，在這7點之上所構造的數據庫管理系統即可稱為工程數據庫管理系統。

工程數據管理一般包括三個方面功能： ^[2] 

1．定義用户產品，維護物料清單(BOM)，包括製造與工程設汁的物料清單，為用户提供完整而準確的物料信息；

2．維護工藝路線信息，描述被加工工件的加工過程，諸如加工地點和製造順序；

3．標準成奉核算，提供既快又準確的成本計算信息支持。

工程數據管理按發展時段可分為人工管理、文件管理和數據庫管理三個階段。數據管理的三個階段及其特點見下表。 ^[3] 

人工管理階段是在20世紀50年代中期以前，計算機主要用於科學計算。當時的硬件狀況是，外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取的存儲設備；軟件狀況是，沒有操作系統，沒有管理數據的軟件；數據處理的方式是批處理。人工管理的特點是數據不保存，應用程序管理數據，數據不共享，不具有獨立性。這種方式已隨着計算機技術的發展和生產水平的提高而被摒棄。

1．文件管理系統 ^[3] 

工程數據管理技術同事務管理相類似也是從文件管理系統開始發展起來的，這裏的文件系統有兩層含義：一是計算機輔助設計的整個過程，即從設計開始，及隨之的分析、計算、繪圖，均用文件作為相互間傳遞信息的媒介；二是面向不同應用的計算機輔助設計作業，及不同的系統之間均以文件的方式來傳送信息。文件系統中應用程序與數據之間的對應關係如圖2所示。

2．基於數據庫管理系統

數據庫系統中應用程序與數據庫之間的對應關係如圖3所示。

基於數據庫管理系統(Data Base Management System，DBMS)實現工程數據管理如圖4所示。

這種環境適用於先進的系統或CAD工作站，在此環境下用户可開發他們自己的應用程序。一般採用層次結構易於實現對實際設計過程的管理，能保證大量數據相互無關，但隨着用户或應用的增多，性能會下降。

3．基於局部區域網絡的管理系統

基於局域網絡(Local Area Network，LAN)的工程數據管理系統結構如圖5所示。多數CAD工作站均具有這種形式的聯網功能，在這種結構下實現數據的分佈處理、資源共享，系統結構靈活、便於擴展、易保證數據無關。

4．分佈式管理系統

為適應遠程多用户的需要而發展起來的分佈式管理系統如圖6所示。這是當前工程數據管理系統的一種新技術，採用先進的網絡通信、局部數據庫和系統數據庫相結合的工作方式，克服了基於局部區域網絡進行工程數據管理系統的缺陷，但隨之由於無中心數據詞典(難以建立這種詞典)，又給保證數據的完整性、實現併發管理帶來困難，並且當一個節點破壞時常常有需要重新構造系統的危險。

構造工程數據庫管理系統的方法很多，但主要有兩種。一種方法是專用的數據庫管理系統，另一種方法是在關係模型或面向對象模型的基礎之上的改進。其中專用工程數據庫管理系統主要採用基於STEP標準的系統，它們將在下一節中介紹，而本節將介紹基於關係模型的擴充及基於面向對象模型的構造方式。 ^[1] 

1．關係模型的擴充

關係模型擴充方法是解決工程數據管理的一種有效方法，其構造方式是以關係模型為底層並在其上附加一層稱為擴充層。在這一層中，工程數據中的特殊要求如複雜結構模式、變長數據、可擴充模型等均要加以實現，但是這種實現最終還需要以底層的功能作為支持才能得以完成，即需通過某些手段轉換成底層關係模型的功能，其示意圖如圖1所示。在這種方法中，擴充能力的深度與廣度都受制於底層關係模型，因此從功能上看，它只能部分實現工程數據管理的特殊要求。

雖然關係模型擴充的方式不能完全滿足工程數據庫管理的要求，但對於小型、簡單的工程應用還是有效的，又何況關係模型已成為應用所使用的主流，與關係模型的結合對開發工程應用及綜合性應用有極大優勢。因此，在傳統關係模型基礎上加以擴充所構成的工程數據庫管理系統不失為一種明智的選擇。

2．面向對象模型

通過面向對象模型來實現工程數據管理的要求是一種比較理想的方法，前面所介紹的7個特點均可採用面向對象模型予以解決。

(1)複雜數據結構的表示能力面向對象模型具有構造複雜數據結構的能力，它通過對象類的封裝以及繼承、合成、消息等多種結構方式，可以構造工程應用中的多種複雜數據結構。(2)表示變長數據及可擴展數據類型的能力面向對象模型不但具有基本數據類型，還具有多種集合量類型，此外還具有定義抽象數據類型的能力，包括變長數據及擴展數據類型的能力。

(3)面向對象模型能通過其複雜結構表示圖形，同時也能通過封裝於一體的方法做圖形操作，因此面向對象模型具有表示與處理圖形的能力。

(4)在面向對象模型中有較為豐富的類演化功能，它能動態改變類模式結構，充分滿足工程數據管理中的模式演化的要求。

(5)在面向對象模型中，具備專為工程數據管理所設置的長事務與版本管理的能力。

從上述分析可以看出，面向對象模型可以有效地滿足工程數據要求，因此採用面向對象數據庫管理系統作為工程數據庫是一種良好的選擇。