CAD电子文件封装策略研究.pdf

专题综述 S p e ci a l T o p ics CAD电子文件封装策略研究 郭伟 方昀 1 天津大学管理与经济学部 2 天津市档案局 摘要 I 简述电子文件封装技术的理论基础 Al P保管信息包 介绍国际知名的 ME T S及 V E O电子文件封装标准 以 及我国电子文件封装标准 D NT 4 8 E E P 封装标准 探讨电子文件封装的策略和方法 介绍 C A D电子文件封装策略 关键词 C AD 电子文件 封装 策略 1概述 在 互联网 时代 工业化与信息化深度融合 中 国制造 2 0 2 5 德国工业 4 0 美国第三次工业革命等 都 预示着制造业将迎来历史性发展机遇 通过实时感知 生 产过程的无缝衔接和企业间制造资源的协同联动 使生 产方式向智能化 网络化 柔性化方向变革 企业 内部 以 及企业之间的合作越来越频繁 虚拟制造组织不可避免 地涉及到数据应用的共享问题 共享数据要求解决各种 异构 C A D间 C A D与 C A M 以及其他应用系统之间的数 据集成与交换 其中产品的设计问题尤其重要 因为设计 数据是其他应用系统的主要数据来源 本文所称的C A D电子文件 主要包括 C AD 数据 包 括各种管理数据和特征数据 和 C AD图纸文件 而封装 是将 C AD电子文件的数据和元数据打包在 个结构规 范的信息包中 使数据和元数据在逻辑上既是结合的 又 是相互独立的 当数据发生变化时 元数据可以记录这些 变化 元数据本身也可以变化管理 C AD 数据中 C AD 管 理数据包括产品结构数据 产品定义数据 产品名称 产 品类型 设计者及设计时间等 C AD 特征数据包括形状 基金项目 电子文件真实性保障和长期保存等关键技术研究 作者简介 郭伟 1 9 6 5 一 男 安徽人 教授 博士生导师 研究方向 系统理论与系统技术 4 0 l 工 杠 械I 2 0 1 5 9 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 杠 拭 第4 6 卷 I 第 9 期 总第 5 0 3期 特征 精度特征 材料特征以及加工特征等特征数据 1 1 通过封装包能够将 C A D 电子文件及元数据聚集在 一 个开放的 X ML文件 中 并可证明 X ML文件是 否可 靠 可信 封装技术是确保 C A D电子文件长久保存 并保 证其真实性的核心方法之一 2 封装技术理论基础 A I P保存信息包 国际 标准 I S O1 4 7 2 1 2 0 1 2的 OAI S Op e n A r c h i v a l I n f o r ma tio n S y s t e m 开放档案信息系统 模型吲 提出信息 包的概念 并提出提交信息 DI P包 长期保存 A l P包和信 息利用 D I P包概念 其中 A l P模型被公认为封装技术 的 理论基础 在 A I P保存信息包模型中 见图 1 内容信 息 和 保存描述信息 共同构成保存信息包 被封装 对象 保存描述信息可以分为 4 类 来源 上下文 参考引 用及固定信息 图 1 保存信息包 A I P模型 3 封装标准分析 ME T S Me t a d a t a E n c o d i n g a n d T r a n s mi s s io n s t a n d a r d 元数据编码与传输标准 圈 和 V E O V ic t o ria n E n c a p s u l a t e d O b j e c t 维多利亚电子文件战略标准 是 目前国际文件 和档案领域影响最大 最具代表性的两大电子文件和信 息资源封装标准 D A T 4 8 2 0 0 9 E E P 封装标 准是我 国国家标准推荐使用的电子文件封装标准 该标准借鉴 了 V E O标准 V E O 封装方法 的特点是可用于 电子文件生命周期 各个阶段的封装 例如捕获 移交或长久保存阶段等 从 应用领域上看 这种封装方法主要应用于档案领域 澳大 利亚 维多利亚电子文件战略标准 设计封装对象 o 的 4 个基本原则或目标嘲 一是有足够的自描述性 因档 号 题名 责任者等描述信息与档案内容集成为一体 不 依赖 系统 外部数据或说明书便具有较高的可懂度 二是 纯文本编码 X ML 及 B A S E 6 4 编码结果均为纯文本文件 三是完整性 封装包能够证 明电子档案是否未被恶意修 改 能够记录任何经过授权的 针对电子档案的修改操 作 四是保存真实性与背景信息 封装包能够表述谁创建 了文件 在什么时候创建 以及与其他文件之间的关系等 V E O采用 洋葱 式的封装模式 其特点是层层包裹 最外 层是文件的元数据 中层是文档的元数据 最里层是编码 元数据及编码的二进制内容 文件 文档 编码和其元数 据是 一对一 的对应关系 每份文件 文档 编码都有独 立的一份元数据记录 采用 V E O封装技术 的电子档案封装包可作为一种 长期保存格式 封装结构以件为设计对象 V E O封装包 结构示意图如图 2 所示 图 2 a 为 V E O通用封装包树形 结构 图 2 b 为 V E O通用封装包层次结构 ME T S 标准来源于 Ma k i n g o f A m e r ic a I I 美国标志 I I 项目 该项目是由美国数字图书馆联盟 D L F主持开发 在搜集 整理美国南北战争以前的珍贵历史书籍 手稿等 资料 并提供相关检索服务的基础上 探索出的一种将数 字对象的描述性元数据 管理性元数据和结构性元数据 与原始内容一起编码的封装标准 ME T S 标准于 2 0 0 1 年 发布 采用 XML S c h e m a 语言表述 ME T S 用户涉及世界 范围的图书馆 档案馆及博物馆等多种数字资源典藏机 构 该标准于 2 0 0 4 年在美国全国信息标准组织 NI S O t h e N a tio n a l I n f o r ma tio n S t a n d a r d s O r g a n iz a tio n 正式注册 其最新版本为 1 6 r n ME T S 文档 由 7 个节 S e c tio n 组成 分 别 是 ME T S头 ME T S He a d e r 描 述 型 元 数 据 节 D e s c r i p t iv e Me t a d a t a S e c tio n 管 理 型 元 数 据 节 A d mi n is t r a tiv e Me t a d a t a S e c tio n 文件节 F i l e S e c tio n 结 构图 S t r u c t u r a l Ma p S e c tio n 结构链接 S t r u c t u r a l L i n k S e c tio n 及行为节 B e h a v io r S e c tio n 见图 3 ME T S 封装方法的特点是集成描述 结构 管理元数 据一体式封装 ME T S 采用的是模块式封装方式 将文件 级 文档级和编码级元数据 统一封装在 描述元数据块 节 和 管理元数据块 节 中 编码的二进制内容封装 在 文件列表块 中 文件 文档和编码级次关 系记录在 2 O 佑 9 I 工 缸 I 4 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 专题综述 S p e c i a t T o p ic s l E 薹 a 树形结构 封装格式描述 封装格式版本 被签名对象 对象元数据 对象内容 文件 文件元数据 文档 文档元数据 编码 I 编 码 元 数 据 l l 编 码 数 据 l 电子签名块 锁定签名块 图2 VE O通用封装结构示意图 结构图块 中 最后采用链接的方式将 描述元数据块 和 管理元数据块 中的相关元数据链接到 文件列表块 和 结构图块 中对应文件 文档或是编码上 由于 M E T S 采用独立的模块来描述 电子文件的元数据 编码二进制 内容和级次关系 模块之间互不影响 相互之间采用指针 的方式链接 因此 ME T s 也可称为 模块 式封装模式 E E P 封装是我国在研究吸收国际先进标准成果的基 础上 重点参考 V E O模式而采用的封装方法 并在 2 0 0 9 年出台的我国电子文件封装标准 即D A T 4 8 2 0 0 9 基 于 X ML的电子文件封装规范 中作出了具体规定 图 4 为 D A T 4 8的 E E P封装结构图 图 5为 D A T 4 8的 X ML S c h e ma 模式框图 E E P封装已成为我国电子文件 长期保存的首选封装方法 现广泛应用于档案等行业 4 2 l 工 缸 械l 2 l0 估 9 b 层次结构 4 封装策略分析 I S O 1 5 4 8 9 t 定义文件应当具有 真实性 可靠性 完整 性 可用性 的特点 指 向了文件的重要特性 证据性 而 I S O 2 3 0 8 1 1 嘲 描述了封装策略 认为与文件对象有关 的元数据要在文件管理关键点上写入文件 自身 以此寻 求建立由文件及其元数据组成的 自包含的实体 元数据 和文件之间的关系维护方法大致如下 嵌入式 将元数据内嵌在电子文件 中 如 T I F F 文件 WO R D 文档 P D F文档 以 P D F文档为典型代表 自 P DF 1 4 格式开始 就可 以将元数据以 X ML 格式嵌入到 文件 中 一般在归档时将 XML 元数据作为 P D F的一个 文件层嵌入 P D F电子文件 中 元数据依附于 电子文件 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 专题综述 Sp e c i a l T o p i c s 对某一 电子签名 进行的签名 图 5 D A T 4 8的 X ML S c h e ma 模 式框 图 任何条件下都能读取比对 不受系统环境限制 黄玉明f1 q 认为嵌入式策略存在 4个明显的缺陷 1 嵌入式缺乏普 遍遵从的 嵌入 标准 2 内嵌形式难以兑现元数据的个 性化 3 如果将不断变化的元数据嵌入在数据之中 元数 据一旦变化 数据会跟着变化 而数据一旦变化 元数据 接着变化 这种无限递归会使电子文件管理陷入死循环 4 嵌入式的元数据一般需要专门的查看软件解析后才能 供利用 隶属式 通过一定的技术手段使元数据依附于 电子 文件 但又不是紧耦合的嵌入 澳大利亚维多利亚州文件 管理机构的 V E O封装方式和美国数字图书馆联盟的 ME T S 封装方式是其 中的典型代表 我 国的 D A T 4 8 2 0 0 9 基于 XML的电子文件封装规范 主要参考 了 V E O 封装方式 也可归入隶属式 隶属式的最佳实践是封装 数字资源的封装一般基于 X ML 这不仅因为 X ML 在国 际范围内具有广泛认同和丰富实践 还因为 XML 格式作 为国际标准与特定软硬件无关 XML 在表达 数据是什 么 方面具备卓越能力 X ML 对 电子文件及元数据层次 4 4 l 工稚缸械 l 2 0 t 5 9 结构的表现具有超强能力 隶属式封装策略既保障了文 件与其元数据间紧密的联系 又保证了数据和元数据的 各自独立性 利于元数据的个性化 动态管理和利用 关联式 一般的做法是将元数据存入关系型数据库 即条目记录 将电子文件按照一定的目录结构置于文件 系统中 两者通过路径指针建立关联 由于这种方式比较 松散 维系在文件与其元数据间的关联方式比较 脆弱 电子文件依赖于特定系统 一旦系统出现紊乱或者发生崩 溃 两者的关联关系便会瞬间错乱或者消失 这是一种亟 待解决的系统性风险 这种方式一般用于文件的 日常管 理 检索利用等操作 不作为电子文件长期保存的方式 由以上分析可知 封装不是元数据管理的唯一方式 但封装方式较其他维护策略具有其明显的优势 正因为 如此 I S O 2 3 0 8 1 在定义电子文件元数据的时候 描述了 封装策略 与文件对象有关的元数据要在文件管理关 键点上写入文件 自身 以此寻求建立 由文件和其元数据 组成的自包含的实体 一旦与其元数据结合 文件就可以 生存于任何载体和环境中 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 缸 械 第4 6 卷 I 第 9 期 总第 5 0 3期 5 封装方法比较 由于 V E O ME T S 和 D A T 4 8 E E P 的语法都是基 于 X ML的 而 XM L语法封装包不能包含独立的二进制 数据 所 以这 3 种封装方法都采用了 B A S E 6 4 编码代替二 进制来存储电子文件的实际内容 V E O和 D A T 4 8 E E P 强制规定电子文件 B A S E 6 4 编码内容必须嵌入到 封装包中 不容许以外部链接的方式存放在封装包外 而 ME T S 对此并无强制规定 B A S E 6 4 编码 内容既可存放在 封 装包内 也可放在外部 只需提 供其外部链接指 向 ME T S 提供这两种封装选项 能够支持更多的应用 内部 封装适合于电子文件的长久保存 而外部封装方式可以 用于 电子文件的交换封装 通过对 V E O D A T 4 8 E E P 和 ME T S封装方 式的 比较分析 ME T S的封装方式因对元数据的扩展性强 能 更好地适用于不 同系统 不同领域 不同类型的电子文件 管理要求 能提供更丰富的元数据语义 适用于跨学科和 跨领域 的信息交换 应用范围和发展前景更广 可以更广 泛地应用在信息交流 信息资源 利用等方面 V E O和 D A T 4 8 E E P 的应用范围相对较小 在应用前景方面不 如 ME T S 但V E O和 D A T 4 8 E E V 的封装方式在安全 性方面优于 ME T S 基于 V E O和 D A T 4 8 E E P 的封装 方法可以更多地应用于档案馆对数字档案信息的长期保 存 因为档案信息元数据相对固定 采用这种 洋葱 式的 封装策略能更好地控制每份档案的信息安全 6 C AD电子文件封装策略 应根据 电子档案大小 数字签名效率等因素对 C A D 电子文件作不同的封装处理 一 是对于文书类 照片类电子档案 可以将其内容信 息的 B A S E 6 4 编码与元数据共同封装 内容编码数据置 于 文档编码数据 标签中 对一份文件有多个数字文件 的情况 可转换为一个归档版 式文件后再编码封入包内 如图 6 a 所示 二是对于 C A D电子文件 由于 C A D电子文件涉及 的图纸较多 一套图或一个工程 文件内容信息大 C A D 电子文件信息交流可采用 ME T S 封装方式 借鉴国际电 E 茎 二符 C j 电子文件 一消息摘要算法 消息摘要 L一消息摘要责任者 a 文档数据 b C A D电子文件 图 6 C A D电子文件内容封装方法 子文件管理元数据最佳实践 如 P I L E MI S 2 0 标准 可采 用消息摘要保真法 即用数字证书对存储于包外的 C A D 电子文件内容信息作非对称 加密计算 形成的消息摘要 作为固化信息封入签名对象之中 如 图 6 b 所示 对于 C A D电子文件长期保存 采用 E E P 封装更合适 参考文献 f l 1罗东华 陈德娓制 造数据网格中基于 C A D封装的协同设 计田 制造业 a动化 2 7 5 4 8 5 o 2 l s o1 4 7 2 1 2 0 1 2 S 3 1 Me t a d a r a E n c o d i n g a n d T r a n s r ms s io n