Informatik-Fachberichte 171 Herausgegeben von W. Brauer im Auftrag der Gesellschaft fOr Informatik (GI) H. Lutterbach (Hrsg.) Non-Standard Datenbanken fOr Anwendungen der Graphischen Datenverarbeitung GI-Fachgesprach Dortmund, 21.1 22. Marz 1988 Proceedings Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Herausgeber H. Lutterbach mbp Software & Systems GmbH SemerteichstraBe 47-49, 4600 Dortmund 1 CR Subject Classifications (1987): H.2.1-2, H.2.4, H.2.8 ISBN-13: 978-3-540-19175-9 e-ISBN-13: 978-3-642-73608-7 001: 10.1 007/978-3-642-73608-7 Dleses Werk 1St urheberrechtllch geschutzt Die dadurch begrundeten Rechte. msbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abblldungen und Tabel len, der Funksendung, der Mlkroverfllmung oder der Verv,elfalt,gung auf anderen Wegen und der Spelcherung m Datenverarbeltungsanlagen, blelben, auch bel nur auszugswelser Verwertung, vorbehalten Eme Vervlelfaltlgung dleses Werkes oder von Tellen dleses Werkes 1St auch 1m Emzelfall nur m den Grenzen der gesetzllchen Bestlmmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepubllk Deutschland vom 9 September1965 m der Fassung vom 24 Juni1985 zulasslg Sle 1St grundsatzllch vergutungspfllchtlg Zuwlderhandlungen unterllegen den Strafbestlm mungen des Urheberrechtsgesetzes © by Spnnger-Verlag Berlm Heidelberg 1988 2145/3140-543210 Vorwort Das Fachgesprach "Non-Standard Datenbanken fOr Anwendungen der graphi schen Datenverarbeitung" ist vom FachausschuB 4.1 der Gesellschaft fOr Infor matik initiiert worden. Viele der Anforderungen an moderne Graphik-Systeme erfordern Datenstruk turen, die sich aufgrund ihrer Komplexitat und der Leistungsanforderungen kaum noch effizient auf klassische Datenbanksysteme abbilden lassen. Die intensiven Forschungsarbeiten fOr diesen Anwendungsbereich gewinnen zunehmend Bedeutung fOr die Anwender und Entwickler graphischer Systeme. Ziel des Fachgespraches ist es insbesondere, dem Erfahrungsaustausch zwi schen der Forschung und den Anwendern neuer Datenbanktechnologien zu dienen und Ober den Entwickungsstand zu berichten. Ich mochte an dieser Stelle allen denjenigen danken, die zum Zustandekommen dieses Fachgespraches beigetragen haben. Insbesondere gilt mein Dank fOr seine intensive organisatorische UnterstOtzung Herrn Winfried Risken. Dortmund, im Marz 1988 Herbert Lutterbach Programmkomitee H. Lutterbach. Dortmund (Vorsitz) Dr. Dadam. Heidelberg Dr. Eigner. Karlsruhe Prof. Dr. Encarnacao. Darmstadt Dr. Fischer. MClnchen Prof. Dr. Krause. Berlin Prof. Dr. Lockemann. Karlsruhe Prof. Dr. Neuhold. Darmstadt Prof. Dr. Pappi. MClnchen Prof. Dr. Radig. MClnchen Prof. Dr. Schlageter. Hagen F6rderer Fa. mbp Software & Systems GmbH. Dortmund Inhaltsverzeichnis Anforderungen und Probleme der Modellierung von Non-Standard DBMS aus der Sicht der CAD-Anwendung Martin Eigner, Karlsruhe ......................................... . Spatial Access Methods based on Dynamic Hashing B. Seeger, H.-P. Kriegel, Bremen .................................. 22 Modellierung und Darstellung graphischer Datenstrukturen in PRODAT D. Kohler, Th. Batz, P. Baumann, Darmstadt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37 Integration von CAD/CAE/CAM/CIM Anwendungen durch hybrid verteilte Datenbanken am Beispiel von CA TIA und DB2 H.-J. Dziekan, E. Grill, W. Weingartner, Munchen .................... 56 Verwaltungsorganisation im CAE-Bereich mit Hilfe technischer Datenbanken U. Helmbrecht, U. Bohnke, Munchen ............................... 72 EDAPLEX, an Object-Oriented Extension of DAPLEX for Engineering Applications A. Kemper, H. Stehle, Karlsruhe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87 Using an NF 2 Data Base System for Modeling of CIM-Data M. Durr. M. Huck, A. Kemper, M. Wallrath, Karlsruhe ................. 105 Datenmodelle fUr VLSI-Entwurfsdatenbanken P. Klahold, W. Wilkes, Hagen; M. Ungerer, Darmstadt ................. 137 Der Einsatz von Prolog-Werkzeugen fur Geo-Datenbanken H.-J. Appelrath, H. Lorek, Oldenburg ............................... 147 Konzepte zur Suche geometrisch ahnlicher Bauteile S. Heep, H.-P. Kriegel, Bremen; R. Schneider, Wurzburg; B. Seeger. Bremen .............................................. 166 l\nfoJ:dertmqen UDd Pl:cblane dar Model.lierunq von KlN-STAND1\RD DBMS aus dar sicht dar CAD-AnwendI.mg Dr.-Ing. Martin Eigner, Karlsruhe 1. Einleitunq Die Konstruktion uni Fertigurgsplanurg befaJ3t sich mit technischen Objekten, die van Menschen ZUl'li:ichst erdacht, geplant uni spater in der Fertigurq auch hergestellt werden. Urn eine Verstan:ligurq Uber diese Objekte, die nach jeweils einer Konstruktionsphase durch einen dem jeweiligen Konkretisienll'XJsgrad der l.Osun;Jsf:in:lun;J aDJepa,8ten Infonnationsbestani repriisentiert werden, zu enroglichen, werden sie auf einem allgeJ\'ein zugfulglichen Medium beschrieben un::i festgehalten. I:a es sich bei diesen Darstellurgen um Abbildungen eines Originals harrlelt, spricht man auch von technischen Model.len. Es ist Uhlich, von einem technischen Objekt verschiedene nicht notwendigerweise funktional ZllSall1IlIeI1herrle Madelle anzu fertigen, die durch folgerrle Darstellurgsfonnen repriisentiert werden: - verbal (z.B.: Sti.i.cklisten) - real (z.B.: ma,Bstibliche Verkleinerungen im Anlagenbau) - nathernatisch (z.B.: Fahrzeugersatzsysteme) un::i vor allen - graphisch (z.B.: Diagranune, technische Zeichnungen) • Gerade der technischen Zeichnung konmt als Konununika tionshilfsmittel im Konstruktions- un::i Fertigurqsplanurgsproze,B eine besorxlere Rolle zu. Nicht olme Grurrl wird sie auch als Sprache des Ingenieurs bezeiclmet. Keine dieser I:arstellurgsfonnen ist aber in der rage, das technische Objekt mit all seinen dreidimensionalen geometrisc:hen, konstruktiven, technologischen, funktionalen un::i organisatorischen Infonnationsmen;Jen ein::ieutig zu beschreiben. Der Ubergang von bisherigen Konstruktionsverfahren zu CAD bedeutet, daJ3 von diesen technischen Objekten rechnerinterne Model.le bzw. rechnerinterne Darstellungen erzeugt werden. Voraussetzung dafUr war, daJ3 der Computer als erstes Infonnatiol1SIOOdium die Fahlgkeit besitzt, technische Objekte vollstarrl.ig mit minimaler Redun::ianz uni unter Beibehaltung des funktionalen Zusannnenhangs aufzunehmen. Urn diese Fahigkeiten auszunutzen, mUssen zukiinftige fUr CAD-geeigneteI:aten banksysteme eine Reihe von Anfordenll'XJen erfiillen, die im folgerrlen erlautert werden. 2 2. Modellierung als Grundlage technischer Anwendlmgssyste Die Konstruktion un::i Fertigungsplanung sirrl infor mationsvera:rbeiten:ie Prozesse. r:e.raus folgt, daf3 Grun::ilage einer Systertplanung fur technische Anwen::iLmgssys die Infonnationsroodel lierung in diesen Produktio~ sein Im.JI3. Die Infonnationsroodel lierung ist die Vorbereitungsphase fur eine IDl-Systemrealisierung. Thre Ergebnisse sirrl so;vohl ein abst.raktes Da:tenba.nkm:xl.ell, for malisierte zur Progrannnierung vorbereitete Algorit:hrren, ztnn Beispiel in Fonn von Struktcx:Jrarnrr un::i EntscheidtJn;jslo;iken, ztnn Beispiel in Fonn von Entscheid.unqstabellen oder Verfahren der KUnst1ichen Intelligenz (Bild 1). Belin 'IDP-I::.CMN Ansatz ist die Ebene des En:fuenutzers Aus-gangspunkt der Systemplanung. Bier lassen sich die tech- nischen Objekte SCMie darauf angewarrlte Operationen un::i Entscheid.unqen feststellen (-> technische Realitat). Es wird auf dieser Ebene bewu,8t der Begriff Mcdell vennieden, weil kein allgenein gUltiges Abbildungskonzept fur die technischen Objekte existiert. Teils liegen graprische, verbale oder tabellarische DarstellungsfoDr6l, teils aber auch nur gedankliche Reprasentationen lin Kopf des Konstrukteurs vor. Es harrlelt sich also urn den nicht lin sinne einer IDl - orientierten Bearbeitung fonnalisierten status--Quo der Konstruktion urrl Fertigungsplanung. Dieser wird lin allgeneinen eingesc.hriinkt durch die spezielle sicht eines Anwenders oder einer Anwendergruppe, z. B. nur fur ein bestirnmtes Prc:duktspekt.r bzw. nur fur eine bestirmnte Konstruktionsphase cx:ler Konstruktionsart. Die Forderung nach Allgeneingiiltigkeit des technischen Anwendungssys terns bedeutet in dieser Planungsphase die Betrachtung rrehrerer Anwendersichte!1. Sollen Infonnationen Uber technische Objekte mit Hilfe der IDl vera:rbeitet werden, so mUssen zuerst die Anforderungen des Anwenders in einer sogenannten "fonnalisierten Anwendersicht" be schrieben werden. Das bedeutet, daf3 der Anwender den gewiinschten Elenentevorrat urrl die darauf vereinbarten Operationen urrl Entscheidun gen definiert. Der Elenentevorrat setzt sich ztnn Beispiel aus konstruktiven Elenenten wie Einzelteil oder Baugruppe zusammert. Dabei sirrl fur den Anwender weder die hinter den Operationen urrl Entscheid.unqen stehenden Algorit:hrren urrl Lcgiken noch die weitere Aufgliederung seiner Infor mationselenente von Interesse. Auf dieser Grun::ilage setzt die eigentliche durch die Anfor derungen der Anwender vorbestirmnte PlanungS}:hase des Anwerrlungssysterns an. Eine Operationsanalyse ergibt die fur die Realisierung des Anwenderrocdells notwendigen Algorithmen un::i Lcgiken, Wcihrerrl die Infonnationsanalyse die gesamte InfonnatioI1Sl1ETXJe des Anwendungsgebiets lin sinne der Anforderungen abstrahiert, gliedert, benennt urrl klassi fiziert. Die Analysen sind wegen der starken Interdependenzen nicht getrennt voneinander vorzunehmen. Das Ergebnis dieses Prozesses ist das Bystemplanungsmodell, das die Eigenschaften eines Anwendungssysterns durch die D=finition von: - Algorit:hrren - Entscheid.unqslo;iken SCMie - Infonnationselenenten un::i Beziehungen vollstanclig festlegt. CAl .. • ~ .. o . II .. = ; .. -= , = ,I .. o II \ " n .. 1l I TICbnl"b. D~J.k -W.II. -Pilil -I!ln.llch rmltlolu-• ~y •• ..Inlorm.llon .... m.a .... und han •• n S,mltluh .. Mod. I!lnIUlI.n\ )Lo .. ch.n At,.d"n / lIohn In'o Illll I n . Tubnheh • • Anlor4orunl Bnlsch" •• nlln h. Bit Dunhm .... r 12 mm 4S'~ d" P ... Porm,l .. lnlt Anwtnd.nlchl Bntuh,.dunll-. anal'l" ~ S '" 'Impllnun.,m.dlll enl"h,.dulIl,loll1c,n • En"ch.l.unl"~ btlhn RI R2 R3 R4 R5 81 B2 ... 3 AI A2 A3 ~ ~ ~ BI '-___ -'11 PROLOG mit EDV-syst:emen n e l ~ l e :l b Opuillonin W.lh"." .. b,,111 PVII Ynll""I'. • Slr1lkl·lrUnln ~ un;J :realen !von o d nll bil. D,. Ab : 1 d l .. • I': .. • E :::: ! · 1"-· I. • • ~ I€ < I'; • E 10: • : Bi 4 Der letzte Sdrritt der anwerrlerlJezcgenen Infonnations m::rlellierurx;r ist die Abbildt.Jn;j der Algorithmen auf strukturproqramne SCMie der Entscheidun;slcgiken auf Entscheidungstabellen oder KI Syst.eroon einerseits urrl der Infonnationselerrente urrl der Datenbank operationen auf das semantische Modell als Birrleglied zwischen Anwerrler urrl Datenbank arrlererseits. Man karm diese Ebene als Schnittstelle zwischen einem analysierten urrl fonnal beschriebenen Modell urxl der I:mplerrentierurx;r dieses Modells betrachten. In Bild 2 ist die Ubertragun; eines Ausschnittes der fonnalisierten Anwerrlersicht auf das Datenba.nk:rrodell skizziert. Es wird die zunehmende Korrplexitat der Infontation bei gleichzeitiger Reduzie rung der Operationen auf die Datenbankaufrufe deutlich. Eine Analyse von Rotationsteilen ergab ein quantitatives Verlliiltnis von Infonnation selementen auf der Anwerrlerebene zu Infonnationselerrenten im Daten bankmodell von ca. 1 : 20. FORMALIS IERTE A~~VENDERS 1CHI Schemaauspragung HFE: NFE· ¢ An .... '.!nd£ ropt'r2tI01€ n VERSCHNEIDEN DREHEN DURCHDR INGEN ZEICHNEN VERKNUPFEN ERZEUGEN VEREINIGEN HOLEN SP I EGELN LOSCHEN VERSCH I EBEN ANDERN EI NFUGEN Li:lSCHEN ANDERN HOLEN ERLAUTERUNG: HFE' H,"otio,roe'!e"1' FLA- Bild 2: Transfonnation der fonnalisierten Anwerrlersicht auf das Datenbankrocx:lell 3. Infonnationsanalyse im technischen Anwendungsbereich Die Infontationsanaly se auf der Grurrllage der Betrach- tung der technischen Realitat ist Bestarrlteil dieses Abschnitts. Danmter soll im folgerrlen eine Abstraktion, Gliederung, Klassifizie rung urrl Benenn~ der fur ein technisches Anw~ssystem relevanten Infonnationsrnengen verstan:len werden. Eine erste Gliederun:::Jsrri:iglichkeit ergibt sich aus den verschiedenen Konstruktionq:basen urrl der Fertigun;sp1an1.ID:Jsphase mit jeweils spezifischern Infonnationsbedarf. Ein arrlerer Ansatzpunkt zur Gliederung des Infonnationsbestarx:ls einer Konstruktionsphase bzw. einer Aktivitatsstufe ergibt sich durch die Unterscheidt.Jn;j von Basisinfonnationen (-> statische Infonnations bestande) urxl erzeugten Infonnationen (-> dynamische Infontationsbes tande). Erstere sind in Verbirrl1.ID:J mit den Ein:jan:Jsinfonnationen die Voraussetzung fur die Entwickl1.ID:J eines Konstruktionsobjekts, letztere stellen Zwischen- oder Erilergebnisse einzelner Konstruktionsphasen bzw. Aktivitatsstufen dar.