CN105677875B - 一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台 - Google Patents

Abstract

一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，该平台包括供建模平台传输数据的数据交换层，经过统一约束和应用标准数据元素的模型层，用于执行模型构建、模型维护、模型存储、模型加载和模型实例化的运算控制层，用于将数据元素中的模型元素可视化展示的视图层，该平台可以生成基于目标数据库管理系统的数据模型、可以为应用程序创建应用模型、可以统一管理大型系统的各种数据源，该平台是可以支持多种硬件环境，兼容多种操作系统，支持多种目标数据库管理系统的数据库设计工具。

Description

一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台

技术领域

本发明属于数据库领域和数据建模领域，特别涉及一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，可实现数据库设计和系统数据源的统一管理。

背景技术

因为现实生活中有不同的概念，在当前的建模领域中，将这些概念映射到数据模型时缺乏统一的认识标准，会产生不同的抽象标准和约束理念，现有的系统无法管理不同的约束理念和抽象标准，所以很难实现系统内数据的有效互联。特别是当一个系统需要对应不同的数据库管理系统，应用不同的数据库设计时庞大的数据源更加难以管理。

另一方面，由于数据元素的多样性导致软件开发人员和数据库设计人员在进行数据库设计时会因重复建模导致工作量过重，同时系统中数据的集中管理能力较差。

所以需要一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，来实现系统内数据的统一操作以及数据源的统一管理。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，该平台由供用户可视化编辑的视图层、供模型加载处理的运算控制层和供平台标准数据元素处理的模型层、供建模平台传输数据的数据交换层四层构成，其中运算控制层执行模型构建、模型维护、模型存储、模型加载和模型实例化五个功能，数据交换层包括数据库管理系统接口、SQL脚本接口、数据元素接口、公共模型库接口四个接口分别与数据库管理系统、SQL文件、数据元素文件、公共模型库相连接。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，包括：

数据交换层：执行与数据库、操作系统的数据交换功能；

模型层：位于模型层的是经过统一约束的数据模型，数据模型由模型元素构成；

运算控制层：执行模型构建、模型维护、模型存储、模型加载和模型实例化的功能，所述模型存储表示存储模型的数据信息和图形信息的过程，所述模型加载表示所述平台将存储的模型的数据信息和图形信息读取到所述视图层，以供用户进行查看，编辑，保存操作；

视图层：位于视图层的是所述模型元素对应的图形对象，所述图形对象包含模型元素显示的相关信息。

所述数据模型包括概念模型、物理模型以及概念模型和物理模型的转换模型，所述概念模型是经过统一约束的由标准数据元素组成的模型(Unified Data Logic Model)；所述物理模型是经过统一约束并由模型元素组成的适应多目标数据库管理系统的具体实现；所述转换模型通过双向映射表(Bidirectional Map)的形式对应存储了概念模型和物理模型的转换关系。

所述模型元素是数据模型中建模元素的最小组成单位，由元素属性具体描述，在所述概念模型中有概念和关系两种，每一个模型元素都对应一个视图层中所述图形对象。

所述标准数据元素是指具有多态性和复合属性支持的数据元素，由不同属性及属性描述键值对组成，可以导出为不同数据库管理系统具体实现。

所述统一约束是对标准数据元素的属性类型和属性值的约束，所述统一是指对不同目标数据库管理系统相同标准数据元素的属性类型一致。

所述模型构建包括四种方式：从数据库抽取生成数据模型，从模型文件生成数据模型，从标准数据元素生成数据模型，从公共模型库读取模型文件生成数据模型；其中所述模型维护是指用户可以可视化地生成概念模型和物理模型并相互转换，生成、拖拽模型元素并修改数据元素属性，同时编辑多个模型；其中所述模型存储是指所述可视化建模平台将所述数据模型中的模型元素按照统一约束和标准数据元素要求写入本地模型文件中；其中所述模型加载是指所述可视化建模平台解析模型文件获得所述数据模型中标准数据元素和统一约束后生成所述模型元素的过程；其中所述模型实例化是指导出数据模型到数据库。

所述的导出数据模型到数据库是指将模型中模型元素按照统一约束和标准数据元素解析成目标数据库管理系统支持的数据元素，包括两种方式：生成数据库创建和删除的脚本，直接在数据库管理系统中执行数据库安装和删除操作。

模型构建方式中所述公共模型库是模型仓库，用户可以下载存储的数据模型或者上传自己制作的数据模型。

脚本是指针对特定数据库管理系统使用的脚本，可以在所述特定数据库管理系统中直接执行；其中所述直接在数据库管理系统中执行数据库安装和删除操作是指将模型中的所述模型元素的变化生成对应目标数据库管理系统可执行的脚本并自动执行。变化是指所述标准数据元素的添加、删除、属性类型更新、属性值更新四种。

综上，本发明是一种可以支持多种硬件环境，兼容多种操作系统，支持多种目标数据库管理系统的数据库设计工具，硬件环境是平台兼容的CPU架构，所述CPU架构包括X86架构、X86_64架构、龙芯架构等；所述多种操作系统是平台兼容的操作系统，包括Windows操作系统、Ubuntu系统、CentOS系统、中标麒麟系统等。所述目标数据库管理系统是所述物理模型需要针对的特定数据库管理系统，包括SQL Server、MySQL、Oracle、达梦数据库管理系统、人大金仓数据库管理系统、神通数据库管理系统等。

附图说明

图1为本发明系统流程图，说明了根据本发明的实施例应用于大型系统内部进行统一数据源管理的工作流程。

图2为本发明系统框图。

图3为本发明实施例的原理框图，说明了根据本发明的实施例的可视化建模平台不同模块的部署关系。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台(以下简称其为“建模平台”)是一种设计了标准数据元素和统一约束的能够进行大型应用系统统一数据源管理的数据库模型设计平台。建模平台可以解析的模型类型包括概念模型和物理模型，可以通过读取模型文件、读取标准数据元素文件、从公共模型库下载标准数据元素的方式加载数据模型。在数据模型加载到建模平台中后，用户可以通过可视化编辑的方式修改数据模型，管理模型文件。用户在最后保存对数据模型的所有修改后需要实现数据模型的实例化，通过平台的DBMS接口导入到数据库管理系统中，建立数据库。

建模平台以插件的方式运行，而公共模型库是标准数据元素的存储仓库，以服务的形式部署在同一主机或者其他通过局域网互联的主机上，如果以太网环境支持，公共模型库可以部署在私有云中。

标准数据元素是指建模平台设计的在不同数据库管理系统中具有统一形式的数据描述，标准数据元素在建模平台模型加载阶段被解析成模型元素。

统一约束是指建模平台对不同数据模型元素属性类型的集合，是对模型元素的属性类型和属性值的约束，约束是统一的，是数据元素种类的区分标准，对所使用的数据库管理系统透明。

如图1所示，建模平台接入一个有多数据源的大型系统，表示同一含义的字段可能具有不同的数据类型或者类型相同但是长度不同，建模平台接入部署在局域网或者私有云中的公共模型库。

平台的DBMS接口被配置为ODBC API、JDBC API两种方式与数据库管理连接，建模平台可以直接读取MySQL数据库管理系统、达梦数据库管理系统、金仓数据库管理系统、神通数据库管理系统中的数据库实例，建模平台从数据库实例中获取元数据解析为数据模型。

元数据是指用来描述数据库中表结构、索引、字典、报表格式等数据的属性信息，通常不同数据库管理系统元数据都存在差异。

标准数据元素规定了同一系统中不同数据源表示同一含义的字段具有相一致的属性，对标准数据元素对应模型元素的修改即同时修改了不同数据源中相同含义的字段属性。

标准数据元素存储为一种严格定义的xml文件，以标准数据元素描述的数据表名或者对象名来命名，根节点是Data Elements，每个Data Element节点下是组成数据元素的多个数据项，每个数据项是实体或者联系的一个属性，具有描述这个属性的多个标识符。

标识符不能为空，包括元素编号(Id)、元素名称(Name)、元素描述(Comment)、元素数据类型(Data Type)、最小值(Min Value)、最大值(Max Value)、长度(Length)、精度(Precision)、元素分类(Category)等九个标识符。

元素编号是标准数据元素的唯一编号；元素名称是标准数据元素所属分类中的名称，在同一分类下是唯一的；元素描述是对标准数据元素的详细描述，长度限制在4096个字节；元素数据类型是以标准数据元素为字段所存储数据的类型；最小值是以标准数据元素为字段所存储数据的最小值；最大值是以标准数据元素为字段所存储数据的最大值；长度是以标准数据元素为字段所存储数据的允许的最大字节数；精度是以标准数据元素为字段所存储数据的精度；元素分类是标准数据元素的类别，比如“基础信息”、“交易信息”。

data_element_name.xml

<？xml version＝""encoding＝""？>

<Data Elements>

<Data Element>

<Id>255</Id>

<Name>产品编号</Name>

<Comment>这是描述产品编号</Comment>

<Data Type>Number</Data Type>

<Min Value>0001</Min Value>

<Max Value>9000</Max Value>

<Length>4</Length>

<Precision>0</Precision>

<Category>1</Category>

</Data Element>

</Data Elements>

建模平台使用Web Service与公共模型库通信，用户在使用时通过建模平台向公共模型库中发出请求，请求通过局域网或者以太网传递到公共模型库，公共模型库返回用户请求的标准数据元素，用户可以根据标准数据元素完成模型的构建。

数据模型包含概念模型和物理模型，概念模型是一组严格定义的模型元素的集合，模型元素由标准数据元素描述并在统一约束下精确地描述了数据库中的数据之间的结构、对数据的操作、对数据的约束，不依赖具体的计算机硬件环境和软件环境，也不依赖于具体的数据库管理系统；

物理模型是一种依赖具体数据库管理系统的实体-关系(E-R)模型，建模平台取标准数据元素中与目标数据库管理系统匹配的属性描述生成模型元素。

模型维护：如果数据模型是物理模型，用户可以通过拖拽工具栏中的表、视图、列和标准数据元素标识符到编辑区以增加物理模型中的模型元素，通过在编辑区中双击模型元素进行修改；如果数据模型是概念模型，用户可以通过拖拽工具栏中的概念和关系标识符到编辑区以增加概念模型中的模型元素，通过在编辑区中双击模型元素进行修改。

在模型维护过程中，如果模型是物理模型，标准数据元素是表或视图中的一个字段，该字段的属性是固定的。

在用户完成模型维护后需要存储模型并将模型实例化到数据库管理系统，存储模型即为将模型以文件的形式存储到硬盘中，模型实例化就是将模型元素分别对应到数据库实例中的表、视图、字段。

如图2所示，本发明可视化建模平台10000包括：

视图层1100，展示对应数据模型元素的图形元素，用户可以通过可视化编辑图形元素操作对应的模型元素。

运算控制层1200，执行可视化建模平台对模型的具体操作，与视图层1100相耦合。运算控制层1200包含模型构建模块1210、模型维护模块1220、模型存储模块1230、模型加载模块1240、模型实例化模块1250。

其中，模型构建模块1210包括数据库抽取模块1211、模型文件生成模块1212、标准数据元素导入模块1213和公共模型库读取模块1214共计四个子模块。数据库抽取模块1211通过DBMS接口1410读取某一特定数据库中的数据元素和约束条件生成数据模型。模型文件生成模块1212通过SQL接口1420加载模型文件生成数据模型。标准数据元素导入模块1213通过数据元素接口1430导入标准数据元素并解析为模型元素通过视图层1100显示。公共模型库读取模块1214通过公共模型库1200下载标准数据元素并通过数据元素接口1213解析为模型元素。

模型维护模块1220包括概念模型编辑1221、物理模型编辑1222、模型文件转换1223共计三个子模块。概念模型编辑1221通过视图层1100编辑概念模型时相应处理概念模型元素。物理模型编辑1222通过视图层1100编辑物理模型时相应处理物理模型元素。模型文件转换1223通过视图层1100提出模型转换请求执行概念模型和物理模型之间的相互转换。

模型存储模块1230包括模型持久化1231和模型文件管理1232共计两个模块。模型持久化1231通过SQL接口1420生成模型文件存储到硬盘等存储设备。模型文件管理1232对存储在硬盘上的模型文件通过视图层1100供用户直接管理。

模型加载模块1240从模型层1300通过模型工厂获取与模型元素对应模型并通过视图层1100展示。

模型实例化模块1250导出数据模型到数据库，包括两种方式：将数据模型中的模型元素对应的数据元素和约束通过SQL接口1420写入可以由数据库管理系统直接执行的SQL脚本，将数据模型中的模型元素对应的数据元素和约束通过DBMS接口1410直接控制数据库管理系统直接执行实例化操作。

模型层1300，进行标准数据元素的模型实现，具有成熟的通知机制，提供模型元素的建造工厂，可以将模型的状态变化通知到运算控制层1200。

数据交换层1400，通过DBMS接口1410、SQL接口1420与数据库进行数据交换，通过数据元素接口1430与数据元素文件进行数据交换，通过公共模型库接口1440与公共模型库进行数据交换。

DBMS接口1410与运算控制层1200中的模型构建模块1210和模型实例化模块1250相连接，SQL接口1420与运算控制层1200中的模型存储模块1230和模型实例化模块1250相连接，数据元素接口1430与运算控制层1200中的模型构建模块1210相连接，公共模型库接口1440与运算控制层1200中模型构建模块1210、模型存储模块1230和模型实例化模块1250相连接。

本发明中，模型层1300是一个数据模型的元模型，在这个元模型中定义了包、类、属性等概念，建模平台基于这些概念定义了数据模型，概念又可以由概念本身循环定义，模型层也是其本身的元模型。

运算控制层1200需要与模型层进行分离，模型元素每一个对象都有通知机制，维护了一个适配器列表，运算控制层在适配器列表中添加监听器，根据统一约束配置该监听器只响应指定类型的消息，当用户修改了某个模型元素时其对应的对象发出消息，匹配是否响应该消息，如果是则响应请求，实现模型维护模块1220。

模型层被配置为有模型元素模板，设计规则与标准数据元素相同，模型创建模块1210执行时以模板为工厂创建模型元素的对象实例；

从DBMS接口、公共模型库接口、标准数据元素接口获取的数据在模型创建模块将建模平台指定的属性类型进行序列化和反序列化；

模型存储模块1230，建模平台维护一个资源池，在资源池中有多个资源集，每个资源集对应一个模型文件，每个模型元素对应的对象在创建时都被包含在资源集中；

模型文件是一套以标准数据元素格式制定的语法规则，是以文档类型定义的xml文件，概念模型和物理模型对应的模型文件存储格式不同，

模型存储为模型文件时的操作如图3所示，概念模型和物理模型都对应xml模型，

模型存储模块是将概念模型和物理模型中对应的资源集写入xml模型中，再写入模型文件存储在文件系统中。

模型加载模块1240执行将数据模型中模型元素读取到内存的过程。

模型实例化模块1250执行将物理模型中的模型元素根据目标数据库管理系统转换成特定数据元素的过程；

如图3所示，物理模型可以转换为数据库模式定义语言DDL，也可以通过ODBC API和JDBC API直接操作数据库管理系统执行SQL命令。

物理模型、概念模型都是逻辑概念，xml模型则是物理概念，物理模型和概念模型对应的xml模型则有相似的存储结构。

xml模型和标准数据元素对应的xml是包含与被包含的关系，当数据模型中引入标准数据元素时，假设标准数据元素“产品编号”，数据类型为Number，在xml模型对应的实体中就存在一个字段名为“产品编号”，其类型是Number。

Claims (10)

1.一种基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，所述标准数据元素是指具有多态性和复合属性支持的数据元素，由不同属性及属性描述键值对组成，在不同数据库管理系统中具有统一形式，能够导出为不同数据库管理系统具体实现；所述统一约束是对不同数据模型元素属性类型的集合，是对模型元素的属性类型和属性值的约束，所述约束是统一的，是数据元素种类的区分标准，所述统一是指对不同目标数据库管理系统相同标准数据元素的属性类型一致，其特征在于：所述可视化建模平台包括数据交换层、模型层、运算控制层以及视图层，其中：

所述数据交换层：执行与数据库和操作系统的数据交换功能；

所述模型层：位于模型层的是经过统一约束的数据模型，数据模型由模型元素构成；

所述运算控制层：包括模型构建模块、模型维护模块、模型存储模块、模型加载模块和模型实例化模块，分别执行模型构建、模型维护、模型存储、模型加载和模型实例化的功能，所述模型存储表示存储模型的数据信息和图形信息的过程，所述模型加载表示所述平台将存储的模型的数据信息和图形信息读取到所述视图层，以供用户进行查看，编辑，保存操作，其中所述模型实例化是指导出数据模型到数据库；

所述视图层：位于视图层的是所述模型元素对应的图形对象，所述图形对象包含模型元素显示的相关信息。

2.根据权利要求1所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述数据模型包括概念模型、物理模型以及概念模型和物理模型的转换模型，所述概念模型是经过统一约束的由标准数据元素组成的模型；所述物理模型是经过统一约束并由模型元素组成的适应多目标数据库管理系统的具体实现；所述转换模型通过双向映射表的形式对应存储了概念模型和物理模型的转换关系。

3.根据权利要求2所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述模型元素是数据模型中建模元素的最小组成单位，由元素属性具体描述，在所述概念模型中有概念和关系两种，每一个模型元素都对应视图层中的一个图形对象，标准数据元素在建模平台模型加载阶段被解析成模型元素。

4.根据权利要求1所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述模型构建包括四种方式：从数据库抽取生成数据模型，从模型文件生成数据模型，从标准数据元素生成数据模型，从公共模型库读取模型文件生成数据模型；所述模型维护是指用户可以可视化地生成概念模型和物理模型并相互转换，生成、拖拽模型元素并修改数据元素属性，同时编辑多个模型；所述模型存储是指所述可视化建模平台将所述数据模型中的模型元素按照统一约束和标准数据元素要求写入本地模型文件中；所述模型加载是指所述可视化建模平台解析模型文件获得所述数据模型中标准数据元素和统一约束后生成所述模型元素的过程。

5.根据权利要求4所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述导出数据模型到数据库是指将模型中模型元素按照统一约束和标准数据元素解析成目标数据库管理系统支持的数据元素，包括两种方式：生成数据库创建和删除的脚本，直接在数据库管理系统中执行数据库安装和删除操作；所述模型构建方式中，公共模型库是模型仓库，用户在该模型仓库中下载存储的数据模型或者上传自己制作的数据模型。

6.根据权利要求5所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述的脚本是指针对特定数据库管理系统使用的脚本，能够在所述特定数据库管理系统中直接执行；其中所述直接在数据库管理系统中执行数据库安装和删除操作是指将模型中的所述模型元素的变化生成对应目标数据库管理系统可执行的脚本并自动执行。

7.根据权利要求6所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述的变化是指所述标准数据元素的添加、删除、属性类型更新、属性值更新四种。

8.根据权利要求1所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述平台兼容的CPU架构包括X86架构、X86_64架构、龙芯架构；兼容的操作系统包括Windows操作系统、Ubuntu系统、CentOS系统、中标麒麟系统，支持的目标数据库管理系统包括SQLServer、MySQL、Oracle、达梦数据库管理系统、人大金仓数据库管理系统、神通数据库管理系统，建模平台读取目标数据库管理系统的数据库实例，从数据库实例中获取元数据解析为数据模型。

9.根据权利要求8所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述标准数据元素存储为一种严格定义的xml文件，以标准数据元素描述的数据表名或者对象名来命名，根节点是Data Elements，每个Data Element节点下是组成数据元素的多个数据项，每个数据项是实体或者联系的一个属性，具有描述这个属性的多个标识符。

10.根据权利要求9所述基于标准数据元素统一约束的可视化建模平台，其特征在于，所述标识符不能为空，包括元素编号、元素名称、元素描述、元素数据类型、最小值、最大值、长度、精度以及元素分类，其中，所述元素编号是标准数据元素的唯一编号；所述元素名称是标准数据元素所属分类中的名称，在同一分类下是唯一的；所述元素描述是对标准数据元素的详细描述，长度限制在4096个字节；所述元素数据类型是以标准数据元素为字段所存储数据的类型；所述最小值是以标准数据元素为字段所存储数据的最小值；所述最大值是以标准数据元素为字段所存储数据的最大值；所述长度是以标准数据元素为字段所存储数据的允许的最大字节数；所述精度是以标准数据元素为字段所存储数据的精度；所述元素分类是标准数据元素的类别。