计算机辅助设计与制造技术PPT电子课件教案-第2章CADCAM支持技术.ppt

第二章 cad/cam支撑技术,2.1 数据处理技术 2.2 数据结构 2.3 数据管理技术 2.4 计算机网络技术 2.5 软件工程技术 2.6 成组技术(后面章节介绍）,2.1 数据处理技术,设计数据,数表,线图,常数数表,普通线图,列表函数,程序化 （数组）,单个编程处理,文件化,数据库,离散为数组,插值计算,函数拟合,直接应用公式,折线图,带有公式,处理方法,数据类型,设计数据类型及 常用处理方法,2.1 数据处理技术,2.1.1 数表处理 （1）数表数组化,2.1 数据处理技术,2.1.1 数表处理,2.1 数据处理技术,检索齿轮传动工况系数c语言程序： #include main() int i,j; float ka33=1.0,1.25,1.75,1.25,1.5,3.0,1.5,1.75,3.25; while(1) printf(“输入原动机载荷特性(0,1,2): ”); scanf（“%d”， ,2.1 数据处理技术,2.1.1 数表处理 （2）数组+插值法处理 一元函数插值,2.1 数据处理技术,改写成为：,可见，g(x)是两个基本插值多项式的线性组合。,线性插值 (两点插值）,列表函数,2.1 数据处理技术,线性插值c语言函数程序,float inter(float x,float x1,float x2,float y1,float y2) float y; y=y1+(y2-y1)/(x2-x1)*(x-x1); return(y); ,2.1 数据处理技术,抛物线插值（三点插值）,2.1 数据处理技术,函数拟合,函数插值存在的不足： 严格通过每个结点，复印了原有的结点误差； 仍需将各结点数据进行存贮，占用存贮空间。,函数拟合: 曲线不要求通过已知结点，仅反映数据变化趋势。,1 、拉格朗日插值曲线 2、函数拟合曲线,2.1 数据处理技术,2.1.1 数表处理 （2）数组+插值法处理 二元函数插值,2.1 数据处理技术,a） 直线直线插值,b） 直线抛物线插值 c）抛物线抛物线插值,2.1 数据处理技术,2.1.1 数表处理 （3）数表文件化,数表数组化表示存在的不足： 1）使程序膨胀、累赘，仅适合于小型数表； 2）数据的独立性较差 数表文件化： 可使程序简练； 使数表与应用程序分离； 一个数表文件可供多个应用程序使用； 提高数据系统的可维护性。,2.1 数据处理技术,（3）数表文件化,平键数表文件化,建立数表文件c语言程序： #include #define num=12 struct key_gb float d1,d2,b,h,t,t1; key; void main() int i; file *fp; if(fp=fopen(“key.dat”,”w”)=null) printf(“cannot open the data file”); exit(); for(i=0;inum;i+) printf(“record%d: d1,d2,b,h,t,t1=”,i; scanf(“%f,%f,%f,%f,%f,%f”, ,给定轴径d尺寸，从 “key.dat”文件检索键槽尺寸， #include #define num=12 struct key_gb float d1,d2,b,h,t,t1; key; void main() int i; file *fp; while(1) printf(“input the shaft diameter d=”); scanf(“%f”, ,2.1 数据处理技术,2.1.2 线图的处理技术,线图一般处理方法： 附有公式的线图：将公式直接编写到程序中； 一般线图：先将线图离散为数表，进行程序化处理； 复杂线图：分别编程处理。,2.1 数据处理技术,2.1.2 线图的处理技术,x=0时渐开线齿轮当量齿数和齿形系数关系曲线,分割离散原则：各分割点间的函数值不致相差很大。,一般线图的处理,2.1 数据处理技术,2.1.2 线图的处理技术,复杂线图的处理,对数坐标直线边方程：,若给出px值，可求得lgny。,v型皮带选型 折线图,2.1 数据处理技术,2.1.2 线图的处理技术,2.1 数据处理技术,2.1 数据处理技术,2.1.3 最小二乘法数据拟合基本理论和方法,数据拟合: 从给出的一大堆数据中找出规律，即设法构造一条曲线(拟合曲线)反映数据点总的趋势，以消除其局部波动。 作数据拟合的一般步骤: 观察给出数据的散点图。 选择拟合函数的基函数。 求出拟合函数。 将模拟函数的图形与散点图比较,必要时重新选择基函数。 最小二乘法基本原理: 要求误差平方和最小的拟合。,2.1 数据处理技术,2.1.3 最小二乘法数据拟合基本理论和方法,在试验过程中试验数据一般不可能精确获得，往往有一定程度的误差，为了尽可能减少误差，就希望用一个拟合函数,使拟合函数在处的函数值与对应的试验实测数据值（i=1,2,.,n）形成误差平方和最小，即,这就是最小二乘法。用此方法解决产生的最优化问题仅需使用几个变量的计算，规律性强，容易计算机实现和普及。,2.1 数据处理技术,2.1.3 最小二乘法数据拟合基本理论和方法,下面给出三个点的情况。以表示第个数据点的绝对误差，=1，2，3。将考虑为误差向量的一个数量分量，如图所示。,这就是最小二乘法。用此方法解决产生的最优化问题仅需使用几个变量的计算，规律性强，容易计算机实现和普及。,那么向量代表了观测值和预测值间产生的误差。这一误差向量的长度给定为 :,它的含义就是观测值和预测值之间的绝对误差。接下来的问题就是使这一长度极小化。即 问题转化为确定合适的拟合函数类型。,2.1 数据处理技术,2.1.3 最小二乘法数据拟合基本理论和方法,若已知数据点()分布大致为一条直线。拟合直线 该直线不是通过所有的数据点，而是使残差平方和最小。即使 值最小。 式中未知量为a0,a1,所以j 可以看作是关于a0,a1的多元函数。根据多元函数求极值的基本条件，有,可得到直线方程参数a0,a1 ，回代入 ，即获得反应数据分布规律的拟合 函数（数学模型）。,直线拟合 :,2.1 数据处理技术,2.1.3 最小二乘法数据拟合基本理论和方法,拟合直线的绘制：将试验数据x1,xn代入数学模型中，可以得到拟合直线两端点坐标。 任意点函数值的获得：只要将该点的x坐标代入拟合函数中，所得值y即为该点函数值。 matlab实验：,2.1.3 最小二乘法数据拟合基本理论和方法,实例：钓鱼比赛中的建模：出于保护的目的，垂钓俱乐部想鼓励其会员在钓到鱼后马上把它们放生，并根据钓到鱼的总重量给予奖励。假设鱼塘中鱼的种类为一种鱼，问题是垂钓者怎么确定所钓到的鱼的重量？下表是垂钓大奖赛期间收集到的数据：,（1）数据分布折线图 将数据表中的数据预处理：按x坐标从小到大排序 x=240 280 300 310 330 350 370; y=708 780 810 827 861 900 929; plot(x,y,blue) （2）拟合函数：直线方程 （3）拟合函数待定系数的求取 p=polyfit(x,y,1),（4）绘制拟合曲线 hold on x2=240:10:370; y2=polyval(p,x2); plot(x2,y2,green) grid on （5）估计鱼的重量 x3=290 y3=polyval(p,x3),说明：polyfit(x,y,n):计算多项式最小二乘拟合的系数；polyval函数：计算数据点的拟合函数值,2.2 数据结构,2.2.1 数据结构的概念 数据结构：按某种逻辑结构组织起来，按一定的存储表示方式把组织好的数据存储到计算机中，并对之定义一系列操作运算的数据的集合。,数据结构,非线性结构,数据存储结构,数据运算,数据逻辑结构,线性结构,线性表,队列,栈,网状结构,树结构,链式存储,顺序存储,插入，删除，更新，检索，排序,2.2.2 线性表 （1）线性表逻辑结构 相同数据元素组成的有限序列，除表头和表尾之外，每 个数据元素仅有一个前驱和后继。,2.2.2 线性表 （1）线性表存储结构,存储结构： 有顺序存储和链式存储两种结构 顺序存储：相邻的存储单元存储逻辑上的顺序数据元素。 特点： 有序性，存储顺序与逻辑顺序一致； 均匀性，每个数据元素所占存储单元长度相同。,2.2.2 线性表 线性表顺序存储结构的运算,（2）线性表链式存储结构 用任意的存储单元存放线性表的各个数据元素，用指针指示各元素的前驱和后继。 链表结点结构：数据域和指针域。指针域有单向指针和双向指针，可构成单向链表和双向链表。, 单向链表, 双向链表, 循环链表,链表插入操作运算步骤：申请新结点存储空间；将待插入元素m存放在新增结点数据域；新增结点指针链接。,线性表顺序存储与链式存储结构比较,顺序存储： 优点：结构均匀，便于数据元素访问和修改操作； 不足：删除插入大量数据元素需移动，运算效率低。 应用：多用于查找频繁、很少增删的场合。 链式存储： 优点：删除插入效率高，不需数据元素移动，不需 事先分配存储空间，存储空间利用充分。 不足：搜索效率低，需从头结点顺次搜寻。 应用多用于事先难以确定容量，频繁增、删场合。,2.2.3 栈和队列 栈（stack）：限定在表尾进行插入或删除操作，且为“后进先出”的线性表。 队列（queue）：限定在表一端插入，在另一端删除的“先进先出”线性表。,入队,出队,队列数据结构,循环 队列,2.2.4 树与二叉树 树结构（层次结构）：每个结点有一个以上后继，除根结点之外，所有结点仅有一个直接前驱。 （1）树的逻辑结构,树结构相关术语： 结点 树的基本单元，包含一个数据元素及若干指向其子树的指针； 结点度 搞结点子树个数； 树的度 树中最大结点的度，图示树的度为4； 叶结点 度为0的结点或终端结点，如图中c、e、k、g、h、i、l等； 分支结点 度不为0的结点或非终端结点； 子结点与父结点 如图中结点b的子结点为e、f、g、h；b父结点a； 结点层数：根结点为第一层，根的子结点为第二层，其余类推； 树的深度 树的最大层数，图示深度为4； 森林 森林是n棵互不相交树的集合。,（2）树的存储结构,二叉树：各结点仅有左子树和右子树的特殊树结构。若深度为k，其结点数最多是2k-1个。 满二叉树：拥有2k-1个结点的二叉树，所有结点都有左右子树，所有叶结点都在同一层上。 完全二叉树：深度为k结点数为n的二叉树，从1至n每一结点编号都与满二叉树编号一致。,（3）二叉树,二叉树存储结构 顺序存储：仅适合于完全二叉树，若用于一般二叉树，将有许多空存储单元。,链式存储：每结点除数据域外，还包含左右子树指针。,二叉树的遍历 遍历：按一定规律每一节点被访问一次。 二叉树常用遍历算法：先序遍历；中序遍历；后序遍历。 先序遍历：先访问根结点，然后先序遍历左子树，再先序遍历右子树。如上图先后顺序为abdghceif。,中序遍历：先中序遍历左子树，然后访问根结点，再中序遍历右子树。访问顺序为gdhbaeicf。 后序遍历：先后序遍历左子树、后序遍历右子树，再访问根结点。结点访问顺序为ghdbiefca。,树的二叉树表示的转换步骤： 将各层兄弟结点用线连起来； 除最左子结点外，去掉各结点与其子结点连线； 以根为中心，将整棵树顺时针旋转45，最终得到所 需二叉树。,2.3 数据管理技术,2.3.1 基本概念,2.3.2 文件管理系统： 数据文件：具有相同性质和结构记录的集合。 文件管理系统：由操作系统提供，定义数据文件结构，规定数据文件的存取方法，管理文件存储地址。 特点：系统简单、实现方便灵活、处理效率高。 不足：数据冗余度大，缺乏数据独立性，数据完整性、安全性难以保证。,2.3.2 文件管理系统 顺序文件,2.3.2 文件管理系统： 索引文件,2.3.2 文件管理系统 多重链表文件,2.3.2 文件管理系统 倒排文件,2.3.3 数据库管理系统 数据存储独立于应用程序； 实现数据的共享； 数据完整和安全性得到保证。,2.3.4 基于局域望网的数据库管理系统,2.3.5 工程数据库,工程数据库与一般商用数据库的比较,2.3.6 数据管理pdm pdm定义： pdm是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。 与产品相关的信息：cad/cam文件、材料清单、产品配置、电子表格、供应商及用户清单等。 与产品相关的过程：加工工序、工作流程、审批发放过程、产品变更过程等。,关系数据库管理系统,面 向 对 象 管 理 系 统,系统 工作 文档 工作系 产品配 零件分 项目 管理 环境 管理 统流程 置管理 类管理 管理,用户界面开发工具,工作站,微机,网络计算机,用户层,功能层,对象层,支持层,pdm系统的体系结构,l 电子资料室管理和检索 pdm最基本的功能，pdm核心。 l 产品配置管理 以电子资料室为底层支持，以物料清单bom为组织核心，把产品所有工程数据和文档联系起来，对产品相互关系管理。 l 工作流程管理 实现产品设计与修改过程的跟踪与控制，包括工程数据资料的提交、修改控制、监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。 l 项目管理功能 实现项目实施过程中的计划、人员以及相关数据的管理与配置，进行项目运行状态监控，完成计划反馈。,pdm功能,基于pdm的集成平台,基于文件记录的专用数据管理：根据实际需要设计数据文件，应用程序与数据文件一一对应，针对性强，缺乏通用性。 在商用dbms基础上建立软件接口：将dbms提供的数据操作语言（sql）嵌入宿主语言，建立cad/cam的高级应用接口。 用工程数据库系统建立数据库：将是下一代cad/cam集成系统数据管理的主流。,2.3.7 cad/cam系统数据管理方法,概念,2.3.8 数据库系统,数据库系统的体系结构,2.3.8 数据库系统,数据库模型:关系型、层次型网络型 典型数据库系统：db2、sqlsever、oracle等,2.3.8 数据库系统,数据库系统的组成：软件、硬件 数据库系统的操作：建库、插入、修改、删除、访问,数据库在cad/cam作业中的应用 visual foxpro数据库管理系统,是一种关系型模式，为目前应用最广泛的微机型系统，被称之为大众型数据库管理系统； 提供友好的集成环境，具有windows窗口功能； 可通过系统菜单、工具条或命令窗口进行数据库的创建、维护和各种应用操作，包括数据记录的输入、修改、插入、删除、剪切、拷贝、粘贴等作。 有较强的数据管理功能、丰富的开发工具，用户可利用编辑器、设计器、项目管理器等工具，开发功能齐全的应用程序。,foxpro数据类型 字符型(character)：用于表示包括汉字和各类字符在内的字符型变量数值，一个字符占用一个字节，字符型变量最多为254个字节。 数字型(numeral)：用于表示包括正号、负号、小数点及0-9的数字型变量的数值，占用8个字节的内存。 日期型(data)：用于表示月、日、年的日期型变量的数值，占8个字节。 逻辑型(logical)：用于表示由逻辑真或逻辑假构成的逻辑型变量的数值，只用1个字节。 备注型（memory）：用于存放由可变长度的asc码组成的字段的数值，用10字节引用备注文件。 货币型（current）：用于表示货币值的变量数值，占用8个字节。 通用型（general）：用于存放ole对象的数值，占用10字节。,数据库的应用实例,深沟球轴承,数据库结构定义 ：,数据记录输入 ： append 或：edit 或：browse,轴承型号： 内径d: 外径d： 宽度b： 轴肩d1： 孔径d3： 动负荷：,2.4 计算机网络技术,计算机网络功能和特点： l能够在计算机之间快速地实现数据的传递； l共享网内计算机资源； l网内各计算机互为后备，提高系统的可靠性； l若干计算机可共同完成一项任务，协同进行网络作业。 计算机网络类型： 广域网：用于地区间通信，距离可达几千公里，internet是目前规模 最大一种广域网。 局域网：在数公里范围内，是直接用于传递数字信号计算机网络。 cad/cam系统所采用的网络均属于局域网。,网卡与媒体 服务器 工作站 网间连接器 网络系统软件,计算机局域网的组成：,a)总线网 b)星形网 c)环形网 d)网状形,网络拓扑结构：,osi互联网络协议（开放系统互联模型）,应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层,应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层,开放系统a,开放系统b,物理传输介质,特点： 可均衡cad/cam作业事务的处理； 有较快的通信速度； 客户端有自身应用程序，交互性强； 不足：客户机维护费用高，随客户机增加系统性能会下降。维护升级很不方便,基于网络的cad/cam系统模式结构,基于网络的cad/cam系统模式结构,基于c/s模式的网络数据库在前端计算机上要安装专门的应用程序来操作后台数据库服务器中的数据，前端应用程序可以完成计算和接收处理数据的工作，后台数据库服务器主要完成数据的管理工作。由于有多个系统，在每个客户机上就要安装多个前端客户程序，因此这种工作模式也被称为胖客户 机模式。,浏览器/服务器模式（ b/s）,特点： 用户层、应用服务层、数据服务层三层结构； 客户端仅需通用浏览器，客户端得到简化； 系统功能体现在应用服务器上，减轻了客户端维护工作量； 浏览器提供了统一、友好、便于操作的界面； 与c/s比较，处理速度较慢，交互灵活性较差,客户机只需安装浏览器软件，如windows xp系统内嵌的ie即可，无须开发前端应用程序，这就是瘦客户机模式中“瘦”的含义；中间层的web应用服务器