集成化暖通空调CAD开发环境的工程数据库
集成化暖通空调CAD 开发环境的
工程数据库
丁力行 陈在康
(湖南大学环境工程系,中国长沙,410082)
摘 要 通过对暖通空调设计信息流的分析,研究了集成化暖通空调
CAD 开发环境工程数据库的系统组织结构、数据模型、设计方法、管理系统
和软件资源.
关键词 工程数据库,集成化,暖通空调CAD ,开发环境
分类号 T U 18
Engineering Database of Integrated HVAC CAD
Development Environment
Ding Lixing Chen Zaikang
(Dept o f Env ir onmental Eng ineering,Hunan U niv ,410082,Changsha,P R China)
Abstract Thro ug h the analysis o f infor matio n flow o f HVAC design,the system co nstr uctio n,data mo del and its design m ehtod,management sy stem and softw are r e-source of engineering database o f integrated HVAC CAD development enviro nm ent are researched.
Key words engineering database,integrated,HV AC CAD,development enviro n-ment
集成化暖通空调CAD 开发环境(integrated H VAC CAD developm ent env ir onm ent,
IHCDE )包括广义集成概念中集成化、
交互式、智能化及网络化等内涵并具备暖通空调设计与CAD 各项功能,成为可供CAD 开发应用的基础平台[1];而其核心部分就是工程数据库(eng ineering database,EDB).工程数据库一般也称CAD 数据库,是实现IHCDE 系统广义集成化的关键.通过分析暖通空调设计信息流[2]
,研究IHCDE 工程数据库的组织结构、数据模型和数据库管理系统(database management sy stem ,DBM S ),并应用软件工程的方法对其进行设计,是实现IHCDE 系统工程数据库功能要求和广义集成化目标的基础.第25卷 第5期
湖 南 大 学 学 报Vo1.25,No.5
1998年10月JO U RN A L OF HU N AN U N IV ERSI T Y Oct .1998 国家教委博士点基金资助课题收稿日期:1997-11-20.第一作者丁力行,男,31岁,博 士
1 系统组织结构
工程数据库要求涉及大量实体和实体间的联系,而且往往是多对多、多层次且层次不定的复杂结构,为提高数据库的使用效率,可采用分布式多层数据的组织结构.
根据暖通空调设计的特点,可将IHCDE 工程数据库分为多层并多个子库进行管理.第一层由公用数据库CDB 和工作数据库WDB 两部分组成.其中公用库一般也称系统数据库,保存设计过程中所需的各类公用数据,不仅包括通常认为的暖通空调CAD 系统通用数据库中气象数据库、建筑条件库和设备材料库三部分,还应包括参考信息查询等功能所需数据,为一相对静态和长期的数据库;而工作库支持整个的设计过程,可分为项目资源文件、中间数据文件和目标数据文件三部分,为一相对动态和暂时的数据库.整个工程数据库还需运用数据库设计原理进行重新组织,分为更小更单一的子库进行管理,以实现数据库结构的一致性、整体性、安全性和低冗余度.IHCDE 工程数据库的系统组织结构如图1所示.
图1IHCDE 工程数据库系统组织结构
初始数据库逻辑结构生成库设计版本库
工作数据库管理系统项目资源文件中间数据文件目标数据文件工程实
例库程序库语义库部件库元素库描述库公用数据库管理系统
参考信息通用数据库
输入接口功能程序模块输出接口
工程数据库
管理系统参考信息查询通用数据库调用公
共界面用
户2 数据模型及设计方法
数据模型又称概念模型,通过描述数据和数据间的联系确定数据库的信息结构[3]
.实体-联系模型(简称E -R 模型)是目前最接近于现实世界的抽象语义模型,独立于具体的机器和DBM S.IHCDE 工程数据库数据模型设计首先就要求根据系统结构和需求分析形成实体及其属性并确定实体间的联系,包括局部视图设计和全局视图设计两个步骤.
消除冗余和冲突后的E -R 模型还须转化为DBM S 支持的概念模型,但目前主要面向商用的层次、网状和关系模型均不太适宜于工程数据库,在新的专用概念模型出现之前,工程数据库数据模型可通过对传统根据模型进行扩充的方法建立.由于IHCDE 工程数据库处理建筑、气象、设备材料和系统布置等多种数据,且包含大量图形参数,而各设计阶段及各模块之间相对独立,故其数据模型中实体种类较多而联系较弱.根据关系模型的特点及其不足,IHCDE 工程数据库可采用以关系模型为主体并将指针引入部分属性的扩充数据模型.工程数据库的设计与普通数据库类似,是指利用已确定的EDBM S 并针对具体的应75 第5期 丁力行等:集成化暖通空调CA D 开发环境的工程数据库
用对象,构造合适的数据库模式,建立数据库及其应用系统,其主要特点是静态结构设计与动态行为设计是分离进行的,而且重点在于前者.目前常用的设计方法有几种,但均为手工技艺性的规范法,其主要步骤基本一致,即:1)需求分析.明确各功能程序模块的信息要求和处理要求,以及计算机软件硬件环境;2)概念设计.构造描述数据库的模型;3)逻辑设计.把概念模型转变为可操作的系统,并与EDBM S 结合;4)物理设计.主要涉及数据的存储和查询.
因此,IHCDE 工程数据库主体数据模型的概念设计和逻辑设计过程中,除采用系统分析的方法外,还可应用目前较为成熟的关系数据理论,具体表现在:1)数据分析阶段.用数据依赖的概念分析和表示各数据项之间的关系;2)设计阶段.通过求最小依赖集消除冗余联系;3)模型转换阶段.用模式分解的概念和算法指导设计,根据暖通空调设计与CAD 的冗余度及联接要求,一般分解至第三范式(3NF )即可完成.
3 EDBMS
数据库管理系统DBM S 是数据库系统的核心软件,其基本功能就是允许用户逻辑地、抽象地处理数据;同样,工程数据库管理系统EDBM S 需综合处理EDB 中各类数据,成为一种大型系统软件,并与传统的DBM S 之间存在很大差别[4]
,但目前尚未出现通用性较强的EDBM S .
暖通空调设计各个阶段均包含大量图形处理的内容,IHCDE 采用面向图形的公共界面集成方式,即把整个系统中有关图形处理的部分提取出来,优先与用户界面结合;相应地,其EDBM S 设计可采用关系模型DBM S 与图形文件相结合的方法进行.在图1的基础上,IHCDE 的EDBM S 管理模式如图2所示.
图2IHCDE 工程数据库管理系统EDBMS 及软件资源
IHCDE 工程数据库关系数据库
图形文件
图形文件系统AutoCAD R13for windows 结构化查询语言SQL 关系数据库管理系统
Vis ual FoxPro3.0
Windows 软件开发工具Visual C++工程数据库管理系统EDBMS
公共界面用
户工程数据库的另一个主要特点就是模式的动态变化,IHCDE 的EDBMS 可在CDB 和WDB 分开管理的基础上,通过两种方法结合来实现:1)设定大量空值的属性域,在设计过程中动态填入;2)设计中使用部分指针,随机改变数据模式.在CAD 中,还经常出现设计过程中反复试探和设计结果具有多种版本的情况,因此76
湖 南 大 学 学 报 1998年
IHCDE 的EDBM S 需在中间数据文件中建立管理多种设计方案的机制,同时在目标数据文件及其子库中采用版本号或文件建立时间等标志管理多版本的设计结果.
4 软件资源
完整的工程数据库系统除了EDBM S 外,还包括其支持系统和工作环境,其中操作系统是最重要的支持软件.目前,MS-Window s 作为一个功能强大的软件系统,通过与MS-DOS 密切配合,已成为操作系统的一部分,其较高版本(3.1以上)为信息共享提供的剪贴板Clipboard 、动态数据交换DDE 和对象连接与嵌入OLE 三种方式,是实现数据库系统的动态模式和IHCDE 集成化的基础,其中OLE 最为重要.
根据前述IHCDE 工程数据库主体数据模型和EDBM S 的需求和特点,其图形文件系统可应用Auto CA D R 12,通过结构化查询语言扩展ASE (Auto CA D SQL ex tension )机制从内部直接访问外部的各种DBM S ,而相应的关系数据库管理系统可采用dBASE IV 等[5].随着软件环境的进一步发展,还可以采用AutoCAD R 13for Window s 和Visual Fo xPro3.0[6]
,二者均可工作于W indo ws 平台并支持OLE 等信息共享方式,同时提供和兼容结构化查询语言SQL.SQL 是一种具有查询功能、能定义和创建数据库结构、控制数据存取的业已标准化的数据库管理语言[7].
IHCDE 的用户不仅应用EDBM S 直接管理工程数据库,在设计过程中还要求通过功能程序模块随时调用.由于IHCDE 采用公共界面集成的方式,利用Window s 软件开发工具Visual C ++[8]独立开发,因此可把EDBMS 中数据操作语言等命令嵌入界面中实现上述功能.
IHCDE 工程数据库的软件资源也如图2所示.5 结 语
在目前工程数据库理论本身尚未完全成熟的情况下,实现IHCDE 工程数据库这一多层次复杂体系结构,应当充分利用现有的软件工程方法和数据库设计理论,在分析暖通空调设计信息流的基础上,尽量提高IH CDE 工程数据库数据模型和DBMS 的独立性和标准化程度,同时扩充数据模型和管理系统并综合利用各种软件资源,以使IHCDE 既能满足当前的暖通空调工程设计需要,又能随着计算机各个领域理论的发展而不断进步.
参考文献
1 丁力行,陈在康.集成化暖通空调CAD 开发环境探讨.现代节能,1997,13(1):19～22
2 张泉,陈在康.暖通CAD 建筑条件信息传输接口的研究.暖通空调,1995,25(6):10～12
3 冯玉才.数据库系统基础.武汉:华中理工大学出版社,1993
4 吴炜煜.工程数据管理系统.北京:清华大学出版社,1996
5 苏鸿根.怎样开发A utoCA DR 12.北京:清华大学出版社,1995
6 孟刚.从Fo xP ro 2.X 到Visual Fo x Pr o 3.0中文版.北京:清华大学出版社,1996
7 《CAD 通用技术规范》编写组.CA D 通用技术规范.北京:中国标准出版社,1995
8 周升锋.V isual C++W indo w s 实用编程技术.北京:北京航空航天大学出版社,199577 第5期 丁力行等:集成化暖通空调CA D 开发环境的工程数据库