工程數據信息系統（engineering data information system）是指工程上（例如CAD）等對數據信息進行管理、存儲、檢索、修改以及數據的安全維護等的資料庫系統。在計算機科學中，數據是電腦程式加工處理的對象，這些可以是數字、字元(包括漢字、字母)、符號、圖形和聲音等。從工程本身來看，數據是用來描述客觀實體的某些特徵。
基本介紹
- 中文名：工程數據信息系統
- 外文名：engineering data information system
- 縮寫：EDIS
- 涉及學科：計算機等
- 套用領域：CAD等
- 作用對象：工程數據
工程數據的基本概念,數據的定義,數據的類型,數據間的關係,工程數據的組織形式,工程數據信息系統管理技術,工程數據管理模式,工程數據的特點,數據的檔案管理系統,檔案的類型,數據檔案的特點,工程數據信息數據模型,工程數據信息系統(EDIS),EDIS的基本功能,EDIS的主要特點,資料庫管理軟體,
工程數據的基本概念
數據的定義
在計算機科學中，數據是電腦程式加工處理的對象，這些可以是數字、字元(包括漢字、字母)、符號、圖形和聲音等。從工程本身來看，數據是用來描述客觀實體的某些特徵。所謂實體，可以是某些具體的實物，也可是某個抽象的事件、活動，實體的特徵稱為屬性。
例如：變壓器是一個實體，描述變壓器的屬性有容量、額定電壓、額定電流、短路電壓、短路損耗、空載電流、接線方式等，這些屬性賦予不同數值，就表示一個具體變壓器實體，具體數據稱為屬性值。這些屬性就是描述變壓器的數據。
數據的類型
數據按性質可分為圖形數據和非圖形數據。圖形數據是描述設計對象的幾何形體的數據，如結構尺寸等。非圖形數據又分為普通數據和標準數據，普通數據包括設計要求，如性能、經濟指標等數據，這類數據因對象而異；標準數據是固定不變的，包括設計規範和通用標準。
數據按存取方式又分為靜態數據和動態數據。靜態數據是固定不變的，即存取方式不允許隨時修改，如標準數據；而動態數據是隨機產生的，即存取方式允許隨時修改變動的數據。
數據間的關係
數據間的關係可以從邏輯和物理兩個方面描述，同類數據放在一行或一列。每一行都是發電機的屬性參數，每一列都是發電機的同一屬性。
數據物理描述表明數據在存儲器中的存儲方式，包括存儲單元組織和分布，數據在存儲器中的物理結構稱數據存儲結構。
工程數據的組織形式
工程數據的組織形式，一般有以下幾種：
1．數據項
數據項是數據中最基本的不可分的數據元素，有時亦稱為欄位，如表5．1中每台電機的有關數據，如容量、電壓、功率因數等，它們都表達了電機的某個屬性值。
2．記錄
相關的數據項組成一個記錄。因此，記錄是數據項的集合，表5．1中每行中各個數據項的集合就構成了一個記錄。
3．檔案
相同性質的記錄檔案。例如，一個電廠的每台電機的有關數據可組成一個記錄，所有該廠的各個電機的記錄就組成了這個廠的電機檔案。
4．資料庫
資料庫是一個存儲相關數據的集合。是綜合數據管理體系。其特點如下：
(1)記錄中數據項之間具有清晰的聯繫和簡單的結構；
(2)用戶可以直接訪問記錄或數據項，檔案之間可以交叉訪問；
(3)數據的邏輯結構和存儲結構之間的轉換由資料庫管理系統完成，因而數據的套用獨立於數據的存儲。
資料庫是一個通用的、綜合性的、減少冗餘度的數據集合，它按照信息的自然聯繫來構造數據，把數據本身和數據間的關係都存人資料庫，用各種存取方法對數據進行操作，做到數據共享。
工程數據信息系統管理技術
工程數據管理模式
(1)檔案管理系統
工程數據管理技術同事務管理相類似，也是從檔案管理系統開始發展起來的。這裡的檔案系統有兩層含義，其一是計算機輔助設計的整個過程，即從設計開始，隨之的分析、計算、繪圖，均用檔案作為相互間傳遞信息的媒介。其二是面向不同套用的計算機輔助設計作業，以至於不同的系統之間也是以檔案的方式來傳送信息。
(2)基於資料庫管理系統
基於資料庫管理系統(DBMS，data base management system)實現工程數據管理的結構如圖所示。這種環境適用於先進的系統或CAD工作站，在此環境下用戶可開發他們自己的應用程式。一般採用層次結構易於實現對實際物體設計過程的管理，能保證大量數據相互無關，但隨著用戶或套用的增多，性能會下降。
(3)基於局部區域網路的管理系統
基於局部區域網路(LAN，local area network)的工程數據管理系統的結構如圖所示。目前多數CAD工作站均具有這種形式的聯網功能。在這種結構下能實現數據的分布處理、資源共享、系統結構靈活、便於擴展、易保證數據無關。
(4)分散式管理系統
為適應遠程多用戶的需要而發展起來的分散式管理系統如圖所示。這是當前工程數據管理系統的一種新技術，這裡採用了先進的網路通訊、局部資料庫和系統資料庫相結合的工作方式，克服了基於局部區域網路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、實現並發管理帶來困難，並且當一個節點破壞時常常有需要重新構造系統的危險。
工程數據的特點
工程套用中的數據量大、種類多、結構複雜。從數據的性質上看，可分為圖形數據和非圖形數據；從數據的套用上看，可分為產品定義數據和設計與控制兩種類型。其中圖形數據既有滿足工程繪圖的二維數據，又有安裝施工所需要的三維設計數據。圖形數據一般是網狀關係的層次結構，同一種實體可能在不同的套用階段使用幾種不同的表示方法，並且需實現不同的表示方法之間的相互轉換。工程套用中的非圖形數據可分為三部分。
其一是普通的管理信息，包括需求說明、技術性能、生產計畫以及經濟核算、報表管理等；
其二是標準數據類型，包括設計規範數據、標準公差、結構要素、材料特性、技術規範等；
其三是對形體和設計過程的語義約束條件。
因此，工程套用數據具有如下特點：
(1)數據形態多樣。包括靜態的標準數據，工程進程中產生的、動態的過程數據，工程階段產生的、相對穩定但可能會定期改變的結果數據等。
(2)數據類型繁多。除數據表格外，還有圖形數據、算法數據、模糊數據以及不定長或超長的正文數據等。
(3)數據關係複雜。有網狀的多對多關係，多層次，多嵌套的關係，甚至這種關係是隨機的、不定結構的。
(4)數據修改頻繁。工程領域中的數據經歷著不斷交流、不斷反饋、反覆試探、反覆修改的過程。
數據的檔案管理系統
CAD作業中的數據記錄，可按照使用要求和數據描述方法組織成各種檔案，供工程設計過程中使用。數據檔案在簡單的CAD系統中套用較為普遍。是一種有效的信息存儲形式。
檔案的類型
1．順序檔案
順序檔案是數據處理歷史上使用最早的檔案，其特點是檔案各種數據按存入的先後次序排列。數據以ASCII碼的格式存儲。
順序檔案的基本優點是連續存取時速度快。如檔案第k個記錄剛被存取過，下一個要存取的第k+1個記錄，這個存取將會很快完成。
當需要對順序檔案中的某個記錄進行查找時，只能按數據排列先後次序讀寫即掃視整個檔案，直到所需的的記錄被找到為止。當檔案很大時，掃描過程很長，降低了查找效率。另外，數據的少量修改是很不合算的。因為順序檔案的結構是與邏輯結構一致的，對順序檔案的任何修改，都要求把整個檔案的物理存儲重新映射一遍。
2．隨機檔案
隨機檔案的輸入輸出是按隨機方式進行的。可直接對磁碟上任何位置的信息進行存取，使存取的靈活性和存取速度有較大的改善。隨機檔案可比作唱片，只要調節唱針位置、就可指向要播放的歌曲。
隨機檔案的存儲與順序檔案不同，每個隨機記錄被定義為固定長度。數據以壓縮二進制格式存儲在磁碟上，比順序檔案節省了磁碟空問。
數據檔案的特點
檔案系統具有實現方便，使用效率高等優點，它提供了一種比較方便的管理技術，但是它也存在某些致命的弱點。
(1)檔案只能表示事物，而不能表示事物之間的聯繫；
(2)檔案的數據結構一旦定義便不可改變；
(3)數據維護只能以檔案為單位；
(4)以程式為中心的數據管理方式。
工程數據信息數據模型
資料庫方式是在檔案系統的基礎上發展起來的新技術，它克服了檔案系統的弱點，提供了一種更高級的管理技術，以實現對數據的集中和獨立的管理，使數據的存儲和維護不受任何用戶的影響。
資料庫系統的一個核心問題就是如何表示和處理實體間的聯繫。表示實體及實體問聯繫的模型稱為數據模型。數據模型是資料庫系統的核心和基礎，每一種資料庫管理系統都是基於某種數據模型的。常用的數據模型有層次型、網路型和關係型。
1．層次型
層次型模型是用樹型結構來表示實體之間聯繫的模型，如圖左所示，它體現了記錄之間“一對多”的關係。層次型模型的特點是結構簡單、清晰，適用於記錄之間本身就存在一種自然的層次關係，但它難於處理記錄之間的複雜聯繫。
層次型模型必須滿足兩個條件：一是只有一個根結點；二是根以外的其他結點有且僅有一個父結點。按照層次型模型建立的資料庫系統稱為層次模型資料庫系統。
2．網路型
指事物之間為網路的組織結構，如圖右所示，它體現了事物之間“多對多”的關係。如果取消層次模型中的兩個限制條件，即可以有一個以上的結點無父結點；至少有一個結點有多於一個的父結點，便形成了網路型模型。因此，層次型模型是網路模型的一種特例。網路型模型能處理事物之間非常複雜的聯繫，但其模型結構極複雜。按照網路型模型建立的資料庫系統稱為網狀模型資料庫系統。
3．關係型
它是以集合中的“關係”的概念為理論基礎，把信息集合定義為一張二維表的組織結構，每一張二維表稱為一個關係，其中表中的每行為一個記錄，每列為數據項。如表5．1表示的電機數據，就構成這種關係型數據模型。
關係型模型的數據結構簡單，操作算法成熟、完善。基於關係模型建立的資料庫系統稱為關係資料庫系統。目前國內普遍套用的FoxBASE、FoxPro、Oracle等都是關係資料庫系統。
工程數據信息系統(EDIS)
在一個資料庫系統中，資料庫的一切活動，包括庫內數據的存儲、檢索、修改以及數據的安全維護等，都是通過一些軟體來實現的。另外，前述的模式描述、關係運算、邏輯結構到物理結構的映射以及其他對數據的操縱和管理等，也要通過相應的程式來實現。
EDIS的基本功能
(1)定義功能。包括資料庫檔案的數據結構的定義、存儲結構的定義、數據格式定義和保密定義等。
(2)管理功能。包括系統運行的監督和控制、數據管理、數據完整性和安全性控制、運行操作過程的記錄等。
(3)建立或生成功能。包括各種檔案的建立和生成。
(4)維護功能。包括資料庫的更新或再組織、結構的維護、恢復和性能監視等。
(5)通訊功能。DBMS是在計算機作業系統的支持下建立和使用的，為此必須具備與作業系統在線上處理的通訊功能。
EDIS的主要特點
(1)對數據實行統一、集中、獨立的管理。
(2)應用程式與數據不相互依賴，即數據可獨立於應用程式存在，應用程式也不必隨著數據結構的變化而修改。
(3)建立檢索、增刪、修改等操作靈活而方便，具有全螢幕幕編輯功能等。
(4)在描述數據的同時，也描述數據之間的聯繫，即數據結構化。
(5)數據共享性好，冗餘度低，具有安全性和完整性。
資料庫管理方式如圖所示。
資料庫管理軟體
常用的資料庫管理軟體很多，如dBASEIII、FoxBASE、FoxPro、Access等。目前用得比較多的是FoxPro和Access。具體到某個資料庫管理軟體的操作請參考相關參書，限於篇幅所限，此處不再贅述。
專門服務於CAD工程套用的資料庫管理系統稱為工程資料庫管理系統。
由於資料庫要支持從設計到生產的整個過程，因此工程數據是非常多樣和複雜的，一般可分為如下四類：
(1)管理型數據。指工程設計中用到的標準數據。如各種技術資料、標準與規範、產品目錄及文檔、圖樣管理等。這類數據與普通資料庫中的數據基本相同，其特點是數據之間關係分明，數據相對穩定，即使改變也只是改變其值，其存儲結構並不改變。
(2)設計型數據。指在設計與製造中產生的數據。如設計的產品結構數據、加工工藝路線數據等。這類數據的特點是具有動態性和複雜性。
(3)圖形數據。包括各種工程圖表、二維圖形、三維幾何造型等數據。
(4)各種軟體包產生的數據。這類數據指一些獨立處理局部設計的工程計算或圖形處理軟體。如最佳化設計軟體、電力系統與有限元分析軟體等。
