（光学工程专业论文）汽车可靠性行驶试验信息管理系统.pdf

汽车可靠性试验管理信息系统y 了0 6 5 6 3 摘要 本文根据南京理工大学与南京汽车研究所共同研制开发“汽车试验信息 管理系统”的要求提出了其中的“汽车可靠性行驶试验信息管理系统”的设计 方案，并结合计算机的应用，详细阐述了本系统的结构、功能及编程技巧。系 统创建的汽车故障模式范例库收录了汽车整车产品质量检验评定方法中的 5 0 6 9 条故障模式范例，这在国内汽车行业尚属首次。同时还提出了一种通用的 汽车可靠性数据处理方法，能够比较精确地确定某批可靠性数据的分布类型及 其参数。能按不同需求，输出各种可靠性统计报表和分析图形，便于企业领导、 有关职能部门及时掌握产品可靠性动态，有利于指挥决策，为改善薄弱环节和 设计新产品提供依据。该系统的建立有利于南京汽车研究所贯彻i s 0 9 0 0 0 族标 准，有利于汽车试验工作管理水平的提高。 关键词：汽车，砸靠墼酶达坠! 管理系统 南京理工大学研究生论文专用纸 汽车可靠牲试验管理信息系统 a b s t r a c t a c c o r d i n g t ot h er e q u i r e m e n to ft h ea u t o m o b i l et e s ti n f o r m s t i o am a n a g e m e n ( s y s t e md e s i g n e db yn 砌h a gu n i v e r s i t y o fs c i e n c e & t e c h n o l o g ya n dn a n j i n g a u t o m o b i l er e s e a r c h l a b o r a t o r y , t h i sp a p e rb r i n g s f o r w a r dad e s i g ns c h e m eo t a u t o m o b i l er e l i a b i l i t yt e s ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m i nc o m b i n a t i o nw i t h t h e a p p l y i n g o f c o m p u t e r , t h ep a p e r a l s od e s c r i b e si nd e t a i lt h es t r u c t u r e ，t h ef u n c t i o n a n dt h ea r to f p r o g r a m m i n go ft h i ss y s t e m t h ea u t of a u l t - p a t t e r np a r a d i g ml i b r a r y c r e a t e db yt h es y s t e mi n c l u d e s5 0 6 9i t e mf a u l t - p a t t e mp a r a d i g m so fa u t op r o d u c t q u a l i t yi n s p e c ta c c e s s e dw a y t h i si sa h e a do f t h ei n l a n da u t oi n d u s t r y t h ep a p e r p r o d u c e s ag e n e r a lm e t h o do f d i s p o s i n gd a t ao f a u t o m o b i l er e l i a b i l i t ya n dc o m p o s e s c o r r e s p o n d i n gp r o g r a m ，w h i c hc a nr e l a t i v e l ya c c u r a t e l ya s c e r t a i nt h ed i s t r i b u t i o na n d t h ed i s t r i b u t ep a r a m e t e ro fs o m ep a s s e lr e l i a b i l i t yd a t a i nl i g h to fd i f f e r e n tr e q u i r e ， t h e s y s t e m c a l l g i v es o m er e l i a b i l i t yr e p o r tf o r m sa n dc h a r t s t h e l e a d e ro ft h e i n d u s t r yc a nu s ei tt og r a s pt h eq u n i t yo f t h ep r o d u c t i tc a r la l s oa f f o r dg i s tf o rt h e f a c t o r yt or e v i s ed e s i g na n de n h a n t eq u a i l t y i ti sv e r yi m p o r t a n tt oe s t a b l i s ht h e a u t o m o b i l e r e l i a b i l i t y t e s t m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mf o r t h e n a n j i n g a u t o m o b i l er e s e a r c hl a b o r a t o r yc a r r y i n gt h r o u g hi s 0 9 0 0 0c r i t e r i a t h es y s t e mc a n h e l pn a n j i n g a u t o m o b i l er e s e a r c h l a b o r a t o r y t o i m p r o v e t e s tl e v e la n dt e s t m a n a g e m e n t l e v e l k e yw o r d 宝a u t o m o b i l e ，r e l i a b i l i t y , t e s t ， m a n a g e m e n ts y s t e m 南京理王大学研究生论文专用纸一2 一 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 1 绪论 1 1 问题的提出 随着汽车工业技术的发展，汽车产品的可靠性对提高产品在市场中的竞争 能力起着越来越重要的作用，可靠性问题已愈来愈受到汽车行业的重视。可靠 性技术是科学技术高度发展的必然产物，是制约产品质量的重要因素，它对汽 车工业的发展具有重要意义。汽车可靠性研究之所以成为必要的课题，归纳起 来有这样一些因素： 1 、汽车结构的复杂程度增加 近年来，由于科学技术的发展，要求汽车具有更高级的性能。自然，汽车 的构成就变得比以前更复杂了，所用零部件数目也相应增多，例如现代很多汽 车都己采用了防抱系统( a b s ) 及电控汽油喷射系统，随着汽车零件数的增加， 其可靠性会相应降低。 2 、人一机关系的处理日益复杂 随着汽车复杂程度的提高，其生产工序也会增加，不仅不能把人从系统中 排除，相反，人在工作中还要作出更高级的判断。人的能力有一定的限度，即 使遵照详细的说明书、操作程序和规范，要完全避免过失和错误是不可能的。 而人的过失和错误对其影响有时是巨大的。 3 、故障所带来的损失增大 系统的功能越重要、结构越复杂，由于故障所造成的损失也就越大。在 交通事故中，由于汽车性能失灵引发的事故占有很大比例，特别是随着高速公 路的发展，汽车的可靠性越来越受到人们的重视。 为了评价汽车的可靠性，可以通过规定的试验方法进行可靠性试验，对试 验结果进行统计处理，获得可靠性指标，同时暴露出零部件、总成及系统的薄 弱环节，进而分析原因提出对策。口 八十年代中期，汽车行业组织了规模巨大的汽车可靠性试验，并结合可靠 性试验开展了以“汽车可靠性考核与试验方法研究”为中心的科学研究活动， 取得了一些成果。此次活动结果表明：国产汽车的平均故障间隔里程( m t b f ) 仅为5 0 0 - - 1 0 0 0 k m ，问题相当严重：早期故障率高是一个突出问题，在2 5 0 0 k m 之前，故障特别多，其中9 0 的问题属于生产管理中的原因：已投产多年的车型 与新开发的车型在进入稳定期后，暴露出许多设计中的问题，其中固有可靠性 问题是影响产品可靠性的最根本的问题。近年来，国产汽车的可靠性水平也逐 步提高，九十年代初，一汽、二汽中型货车的平均故障间隔里程已达到4 0 0 0 k m 以上。”1 但是总的来说，与国外先进水平相比差距还很大。 可靠性技术在汽车工业上的应用，首先需要解决如何科学地描述和评价汽 车产品的可靠性问题，这就离不开对可靠性数据统计分布规律的研究。也就 南京理工大学研究生论文专用纸第1 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 是说汽车可靠性的分析研究必须建立在大量的数据统计基础上，但长期以来， 国内一些汽车试验场及研究所的可靠性数据处理一直采用人工统计方法，只对 试验车辆给出几项较简单的结果。花费了许多人力物力的可靠性道路试验获得 的大量试验数据却只是作为档案被束之高阁，汽车可靠性行驶试验信息难以得 到充分合理的贮存和应用，这种传统的数据管理方式无法适应当前技术发展的 需要。建立“汽车可靠性行驶试验信息管理系统”是非常必要的，将对汽车产 品质量翻身仗“1 中的可靠性提高工程作出应有的贡献。 1 2 国内外发展情况 可靠性学科的发展是从第二次世界大战期间( 1 9 4 0 1 9 4 5 ) 开始的，美国 是发展可靠性技术最早的国家。可靠性工程发展的第一阶段是调查研究、制定 技术规范和标准；第二阶段从1 9 5 7 年至1 9 6 2 年是统计试验阶段，即从可靠性 环境试验到生产过程中的全面质量管理；第三阶段是1 9 6 8 年以后的可靠性保 证阶段，即全面实现以可靠性为中心的管理。 6 1 国外从6 0 年代起，随着计算机技术的发展和应用，各大汽车公司相继研 制和开发了功能、规模、类型不一的汽车质量信息管理系统，产生了巨大的效 益。如原西德的发动机部件可靠性数据库系统主要从事收集、处理、分析、储 存及分配发动机部件的可靠性数据：捷克的汽车可靠性信息系统( a r i s ) ，主 要从事收集、储存、分析、评估汽车产品在生产、使用及试验中的可靠性信息； 日本丰田汽车公司拥有堪称流的现场可靠性信息反馈系统d a s ( d y n a m i c a s s u r a n c es y s t e m ) ，该系统从汽车销售商店开始收集市场信息，定期反馈汽车 的故障率及故障变化趋势，为改进设计提供依据。 7 0 国内，一汽己于1 9 8 8 年率先研制开发了“汽车质量管理系统”，该系统由 制造过程，整车装配、调整、重修、入库，整车整机试验，售后三包和汽车质 量档案等五部分组成。运行至今，不断完善，对产品质量和可靠性的提高起了 巨大的促进作用，已成为质量保证中不可缺少的重要环节。长春汽车研究所于 1 9 9 0 年开发了“汽车可靠性数据库系统”，主要用于整车的可靠性试验及质量 考核数据的存贮和统计分析。二汽于1 9 9 1 年建立了“汽车可靠性信息管理系 统”，对汽车试验和使用两部分数据进行录入、处理、统计分析。n 1 由于种种原 因，这两个系统未正式投入运行。而一汽“汽车质量管理系统”成功运行十年 的原因在于目的明确、组织健全、人员落实、责任清晰、效益显著，根据需求 变化，不断完善。 对于可靠性试验数据的处理，国内外不少书籍都有阐述。在可靠性工作中， 通过产品的寿命试验，得到一组数据后一般情况下，都需要检验此数据样本 来自何种概率分布的总体， 1 1 也就是要根据已获得的试验数据判定该产品的寿 命分布是否为某一类型分布，其平均寿命是否为某一已知定值。另外可靠性工 作中的各种参数估计方法，加速寿命试验数据处理方法，各种可靠性抽样检验 南京理工大学研究生论文专用纸第2 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 方法，都是在某一特定的寿命分布下才能使用，1 这就需要确定其分布类型。 图估计法为我们提供了一种简便易行的方法，但结果往往又因人而异，产品在 某种应力作用下，其寿命分布在由产品的失效物理模型不能准确确定时，还需 借助数理统计中的假设检验方法来解决。“1 现在可靠性工程中常用的分布检验 方法有皮尔逊x2 检验法，柯尔莫哥洛夫检验法以及似然比检验法等，口3 但是这 几种检验方法在应用上都受到一定程度的限制，特别是工程人员在检验时还要 根据条件选择不同方法，而且计算繁琐。因此探索一种比较通用的分布检验和 参数估计的方法是非常有意义的。 目前，国内各企业面临着我国加入世界贸易组织带来的严峻挑战和机遇， 作为汽车试验部门提出建立“汽车可靠性行驶试验信息管理系统”，必将使试 验部门的试验和管理工作提高到一个新的水平。 1 3 本文概述 本文研究的“汽车可靠性行驶试验信息管理系统”是“整车定型试验信息 管理系统”的一个重要组成部分。整车定型试验的数据管理包括与定型试验相 关的主要技术参数的测定、可靠性道路强化试验、基本性能试验、操纵稳定性 试验及其他有关专项试验的数据处理和管理。根据南京汽车研究所现有的整车 定型试验的软件和硬件条件，建立“整车定型试验信息管理系统”，对各类试 验中未有数据处理软件的编制相关处理软件，对操纵稳定性、平顺性及制动性 等已有数据处理软件的，解决不同软件与本系统软件的数据连接问题，在数据 处理的基础上对试验数据进行分类统计管理。以此满足不同用户的需要，使试 验数据最大限度地发挥作用。 南京汽车研究所以前就有关于汽车可靠性试验的管理软件，但该软件版本 太低，并且与实际的试验工作有些脱节，因此没有得到实际应用。本文在充分 调研的基础上，在汽车行业中首次创建了汽车故障模式范例库软件，并将其作 为“汽车可靠性行驶试验信息管理系统”的一个重要组成部分，在该管理系统 中引入了递增式查询输入故障编码的方法，还提出了处理汽车可靠性数据的统 一线性检验法。 “汽车可靠性行驶试验信息管理系统”主要解决以下问题，能用于录入可 靠性试验信息，进行数据处理，得到车辆的寿命指标或概率指标，以确定其可 靠性水平：便于检索和统计分析，可提供指定时期内某一车型的可靠性基本情 况，找出薄弱环节和失效原因，以便于采取相应对策，提高产品可靠性，能充 分发挥试验数据的效益，为南京汽车研究所和跃进汽车集团服务：建立汽车故 障模式范例库，方便汽车专业工作人员查询：能科学、合理地收集、贮存和应 用车辆可靠性试验信息，实现现代化的数据管理。 南京理工大学研究生论文专用纸第3 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 2 系统分析 2 1 系统开发的依据及意义 “汽车可靠性行驶试验信息管理系统”是根据汽车行业标准q c t 9 0 0 - 1 9 9 7 汽车整车产品质量检验评定方法、n 1 g b t1 2 6 7 8 - 9 0 汽车可靠性行驶试验 方法、【l ”质量管理和质量保证标准“”和q s 一9 0 0 0 及其配套手册中文本“2 并且结合南京汽车研究所的试验工作情况及发展需要进行开发的。 汽车行业标准q c t 9 0 0 1 9 9 7 汽车整车产品质量检验评定方法发布、实 施之后，受到了广大汽车生产企业、汽车质检机构和各级汽车工业主管部门的 高度重视。对于汽车可靠性行驶检( 试) 验，除了需要明确可靠性行驶检验的 程序和规范之外，如何正确合理地评价汽车产品的可靠性水平也是一个非常 关键的问题。该标准在故障的分类和可靠性行驶检( 试) 验评定方法方面，比 原汽车产品质量检验评定有了很大改进。新标准对可靠性行驶检( 试) 验 采取扣分的方法进行评定，规定每出现一次致命故障扣1 0 0 0 0 分，每出现一次 严重故障扣1 0 0 0 分，每出现一次一般故障扣1 0 0 分，每出现一次轻微故障扣2 0 分。【9 3 g b t1 2 6 7 8 9 0 汽车可靠性行驶试验方法规定了汽车可靠性行驶试 验方法。i s o9 0 0 3 ：1 9 9 4 质量体系一最终检验和试验的质量保证模式中有 关检验和试验方面的总则是，为验证是否满足成品的规定要求，供方应制订并 贯彻执行最终检验和试验的书面程序。应在质量计划和书面程序中详述所需最 终检验和试验及要建立的记录。供方应按质量计划和或最终检验和试验的书 面程序，进行最终检验和试验，并保存完成产品符合规定要求的证据的适当记 录。n ”新的o s 一9 0 0 0 质量体系评定中就“检验和试验”也强调了一些与整车可 靠性试验相关的问题，如供方是否按程序文件进行最终检验和试验、供方是否 按要求保存了检验与试验的记录、供方是否采用预防缺陷发生的方法等。 1 2 】 】3 1 本系统的建立对于配合南京汽车研究所贯彻i s 0 9 0 0 0 族标准、进一步提高 试验工作水平和试验工作的管理水平意义重大，将为跃进汽车集团的产品质量 的提高和新产品的开发提供依据。1 2 2 用户需求分析 在认真调研的基础上，得出南京汽车研究所对“汽车可靠性行驶试验信息 管理系统”的功能需求： ( 1 ) 把试验前记录的原始资料如“样车抽送样记录表”、“样车还样记录 表”、“样车技术文件资料记录表”、“参加检( 试) 验人员明细表”、“样车主要 总成明细记录表”、“样车主要总成结构及主要技术参数表”、“试验项目、试验 日期及地点”、“主要检( 试) 验仪器及设备明细表”、“检( 试) 验用燃料及润 滑油记录表”及“样车主要技术参数技术要求记录表”等信息录入计算机，对 南京理工大学研究生论文专用纸第4 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 其分类存贮、维护并能进行查询。 ( 2 ) 将试验过程中的原始记录，诸如“汽车技术状况行驶道路状况记录 表”、“汽车可靠性试验道路状况记录表”、“试验大纲要求的可靠性行驶里程及 分配”、“汽车可靠性行驶试验里程油耗记录单”及“汽车可靠性行驶试验故障 记录表”等，录入本系统中，并能妥善地存贮和维护，以便于查询和处理统计。 ( 3 ) 根据国家有关车辆识别代号( v i n ) 的管理规则，本系统引入了车辆 代号，并与南京汽车研究所的样车编号相对应，以适应今后发展的需要， 1 目因 此本系统应能提供对样车编号、车辆代号及车型号的查询。 ( 4 ) 系统应该建立一故障模式范例库，以供查询汽车故障类别及其编码 和添加典型故障模式。 ( 5 ) 根据录入的“汽车可靠性行驶试验故障记录表”，当用户选择一试 验编号或样车编号或车型号即可打印出相关样车的故障统计报表、可靠性行驶 里程统计报表和可靠性行驶数据统计报表。 ( 6 ) 当用户输入查询条件：时间段和车型，便可查询某时期某车型按里 程的故障频次( 扣分值) 分布、按主要总成的故障频次( 扣分值) 分布、按不 同路段的故障频次( 扣分值) 分布及按主要故障模式的频次( 扣分值) 分布。 ( 7 ) 当用户输入查询条件：时间段和生产单位，便可查询某时期某一企 业不同车型可靠性指标值( 扣分值) 的对比、主要总成故障频次对比和主要故 障模式频次对比。 ( 8 ) 根据用户输入的时间段和车型，系统能对相应的故障里程原始记录 进行处理，给出该批数据分布类型及其相关参数，并能绘出相应的图形曲线。 ( 9 ) 该系统应具有良好的可靠性和安全性，对不同用户设有权限设置， 系统管理员能对所有用户进行管理，以便更好地进行维护等工作。 ( 1 0 ) 该系统的数据库应该便于维护，系统应具有一定的保护措施来保证 数据的安全性、完整性，当数据库受到干扰和破坏时，能实现数据库的恢复。 2 3 数据模型的选择n s ， 数据库的数据组织是通过数据模型来实现的。数据模型是创建数据库，维 护数据库并将数据库解释为外部活动模型的方式，是数据库系统定义数据内容 和数据间联系的方法。数据模型反映了人们对客观世界的认识和理解，是客观 世界的近似描述。它包括反映数值间联系的数据结构以及操作符集合和完整性 规则集合等方面。 自从提出数据库的概念以来，随着数据库理论和技术不断发展，数据模型 主要发展为三种：层次模型、网状模型和关系模型。它们分别采用树、网络、 关系表结构对外部对象建模。主要特点如下： 层次模型：层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型。它用树结 构来表示实体和实体间的联系，它的数据结构是树，特征是：( 1 ) 有 南京理工大学研究生论文专用纸第5 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 且仅有一个结点无双亲，这个结点就是树的根结点：( 2 ) 其它结点有 且仅有一个双亲。这种层次模型与现实世界中许多实际活动很相似。 它的优点是：结构简单、清晰。缺点是：( 1 ) 只能表示单对单关系和 单对多关系，不能直接表示多对多关系：( 2 ) 查询操作复杂，可能产 生异常性和不一致性：( 3 ) 只允许一次存取一个记录，不能一次处理 多个记录：( 4 ) 数据语言较低级，数据独立性较差。 网状模型：网状模型的数据结构是有向图，它的特征是：( 1 ) 可以有 一个以上的结点无双亲：( 2 ) 至少有一个结点不止一个双亲。它与层 次模型的主要差别是：层次模型中从子女到双亲的联系是唯一的，而 在网状模型中，结点可以有多个双亲，从子女到双亲的联系不唯一： 网状模型允许两个结点间有两种或两种以上联系，这种联系称为复合 链：此外，在寻找记录时，层次模型必须从根结点找起，网状模型允 许从任一结点找起，通过指定系名，找到所需要的记录。其优点是： 能够表示多对多关系，即能表示实体问多种复杂的联系。缺点是：( 1 ) 只允许一次存取一个记录，不能一次处理多个记录；( 2 ) 数据结构本 身及其语言过于复杂，使用不方便：( 3 ) 数据独立性较少，不灵活。 该模型适用于相对稳定的，变化不太大的大型数据库。 关系模型：在关系模型中，把数据组织成一个个二维表，这表也称为 关系。关系模型建立在数学集合论等概念的基础上，关系模型是由关 系集合、定义在关系上的操作以及关系的完整性规则所组成。它的特 点是：( 1 ) 必须使用规范化的关系，规范化有许多要求，最基本的要 求是：每个分量必须是不可再分的数据项，也就是不允许表中有表： ( 2 ) 不仅实体用关系表示，实体间的联系也用关系来表示。其优点 是：( 1 ) 结构简单直观、清晰：( 2 ) 既可表示单对单关系和单对多关 系，也可表示多对多关系：( 3 ) 允许一次存取多个记录，增加了吞吐 量，提高了效率：( 4 ) 查询操作视图具有对称性，不会在数据操作中 产生异常性和不一致性：( 5 ) 可使用高级语言，便于用户操作：( 6 ) 数据的独立性好、灵活，适用于大、中型数据库系统。缺点是：当系 统比较复杂时使用关系模型的数据库系统查询速度比较慢。 与层次模型和网状模型相比，关系模型虽然出现得较晚，但它结构简单， 采用了人们所习惯的表格形式，易于掌握。它可以通过集合运算、谓词演算来 表示查询，而且关系数据库系统的设计以关系方法的理论作为指导。因此关系 数据模型发展很快，应用极广，加上近年来对关系模型的查询优化技术的研究 取得了很大的进展，使查询效率大大提高，所以关系模型是最有发展前途的一 种数据模型。汽车可靠性行驶试验的数据满足关系模型的基本条件，所以“汽 车可靠性行驶试验信息管理系统”采用关系模型数据库系统。 2 4 本系统的软硬件配置 南京理工大学研究生论文专用纸第6 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 主机：5 8 6 1 3 3 以上机型，1 6 m 以上内存，2 i g 以上容量硬盘 显示器：1 0 2 4 x 7 6 8 模式的显示器 打印机：l q l 6 0 0 2 4 2 开发软件的选择 本系统实质上是数据库系统，进一步说是关系数据库系统。对于关系数据 库系统的应用开发，有多种方法，可采用不同的数据库开发软件，如可用高级 语言直接编程开发，但工作量大，不如用专业化的数据库开发软件进行开发周 期短、效率高。 1 7 3 通过专业化的数据库开发软件可以方便地实现数据库系统的 各种功能：提供与高级语言的接口，实现查询处理及其优化，实现数据目录管 理、并发控制、恢复功能、完整性约束检查和控制访问等。 专业化的数据库开发软件很多，如o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o p d d l x 及s q ls e r v e r 等大型数据库管理系统，x b a s e 系列等中小型数据库管理系统。【l 踟目前中小型 数据库管理系统中以x b a s e 系列发展最为成熟，它的最新版本v i s u a lf o x p r o 具有优美的w i n d o w s 图形用户界面、面向对象的开发方式、客户且务器的数 据连接以及通过o l e 的应用程序访问等特点。 基于以上分析，本系统选择v i s u a lf o x p r o3 0 作为开发软件，操作系统 选择w i n d o w s 9 5 。 南京理工大学研究生论文专用纸第7 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 3 系统数据库的设计 “汽车可靠性行驶试验信息管理系统”实质上是一个数据库系统，要形 成一个实用的数据库系统，需要进行数据库的逻辑设计，构造一个合适的数据 模式。在采用关系模型时，建立多少个关系? 每个关系的框架又是怎样的? 它 包括哪些属性? 数据库模式设计得好不好，关系到数据库数据的冗余度大小、 数据的一致性、数据库的操作性能好坏等一系列问题，所以数据库的设计对整 个系统来说是非常重要的。“ 3 1 关系模式的设计 3 1 1 关系模式的表示 关系数据库的规范化理论是设计关系模式的理论指导及有力的工具。在此 引用关系的定义，关系是笛卡尔积的一个子集。同时把关系中所有属性序列作 为该关系的一种描述，记为： r ( p l ，p 2 ，p 。) 其中，r 是关系名，p ( i = 1 ，2 ，n ) 是该关系的属性。 数据库系统中的一组关系组成了关系数据库的模式。但是关系的特征不仅 有它所包含的属性，而且还有属性间的限制、约束。上面给出的关系描述不能 反映属性数据间的这种相互关联。这种相互关联所反映的关系数据中的某种约 束，称为函数依赖。函数依赖是数据库模式设计中的关键因素之一，关系模式 的描述应该反映出这种约束。所以一般将关系模式表示为： 1 目 r 式中，r ：是符号化的关系名： u ： 全部属性的集合，u = f ，p ，p 。 d ：属性组u 的取值范围，是域的集合： d o m ：属性u 的域d 的映射： f ：属性u 上的一组约束，通常为函数依赖。 因为域d 对模式设计影响不大，所以可以忽略，则上述表达方式可简化为： r 3 1 2 关系模式设计中的问题 关系数据库的设计主要是设计数据库的模式，如果设计得不好，就可能出 现数据冗余量大、修改量大、插入异常和删除异常等问题。下面以本系统中的 试验样车管理的关系为例说明这一问题，为了简明地说明问题，只引用了部分 属性，一些完全并列的属性就只取其中几项为代表。 试验样车管理关系的属性有：试验编号、试验目的、抽样方式、样车编号、 南京理工大学研究生论文专用纸第8 页 汽轲靠性行驶试验信息管理系统 底盘号、发动机号、生产日期等。 数据冗余 在汽车可靠性试验中，一次试验往往会有几辆样车，同一次试验的样车的 试验编号相同，试验目的与抽样方式也相同，这样试验编号、试验目的与抽样 方式重复出现，在库里大量重复，造成数据冗余度很大。 修改 当某次试验的“试验目的”录入有错需更改时，该次试验所有样车对应的 试验目的都要改动，修改量很大。如果有一处遗漏未改，或者改错了，就会造 成不一致。 插入 在关系方法中，关系中的每一个元组必须各不相同，属性中必然存在这样 一个最小属性组。该属性组确定后，关系中其它的属性也唯一地被确定。这个 属性组往往被确定为该关系表的主索引，它是不能为空值的。该试验样车关系 中样车编号是主索引，插入一元组数据时，样车编号不能为空。这样当新建立 一个试验的记录，但样车编号尚未定下时，就不能把试验编号、试验目的及抽 样方式等信息插入到这关系中。这就是插入异常。 删除 当要删除掉某次试验的所有样车的信息时也自然把试验的其他有关信息删 掉了，若要保留该试验的这些信息，就不能删除所有样车的信息。这称为删除 异常。 6 1 出现上述问题是因为该关系模式中包含的内容太庞杂了，与试验相关的数 据和与样车相关的数据都放在一个关系里面，各属性之间存在相互依赖关系， 彼此约束，造成了许多问题。 3 1 - 3 函数依赖 函数依赖反映了属性或属性组之间的相互关联。关系模式中的属性是现实 世界中实体特征的抽象表达，或者是实体之间联系特征的抽象表达，因此属性 间的关联反映了现实世界中的某些约束。 1 6 3 下面以本系统中的一些关系为例给出函数依赖的定义，说明什么是完全函 数依赖、部分函数依赖和传递函数依赖这些常见的函数依赖。 样车关系y h i e 中有如下属性：样车编号y h i e b m h k 、底盘号d i p j h k 、发动 机号f a d s j i h k 、生产日期u g i j r i q i 、抽样地点i b y h d i d m 。 y h i e ( y h i e b m h k ，d i p j h k ，f a d s j i h k ，u g i j r i q i ，i b y h d i d m ) 显然属性d i p j h k 、f a d s j i h k 、u g i j r i q i 、i b y h d i d m 都函数依赖于y h i e b m h k 。 y h i e b m h k d i p j h k y h i e b m h k f a d s j i h k y h i e b m h k u g i j r i q i 南京理工大学研究生论文专用纸第9 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 y h i e b m h k i b y h d i d m 用图表示于图3 1 3 1 。 图3 1 3 1 试验关系的函数依赖 设x 为属性d i p j h k 、f a d s j i h k 、u g i j r i q i 、i b y h d i d m 的集合，x 为x 的 真子集，即x = ( d i p j h k ，f a d s j i h k ，u g i j r i o i ，i b y h d i d m ) 。 因为x y h i e b m h k ，x h y h i e b l i h k ，所以( d i p j h k ，f a d s j i h k ，o g i j r i o i ， i b y h d i d m ) 一y h i e b m h k 是完全函数依赖( 见图3 1 3 2 ) 口圃 匝圆 匝圃 匝画 图3 1 3 2 完全函数依赖示例 如上例，属性组( y h i e b m h k ，u g i j r i q i ) 能够函数决定属性d i p j h k ，而属 性y h i e b m h k 也能函数决定d i p j h k ，这就是部分函数依赖( 如图3 1 3 3 ) 。 图3 1 3 3 部分函数依赖示例 为了便于说明传递函数依赖，只引用样车主要总成结构及主要技术参数关 系中的部分属性：样车编号y h i e b m h k 、检验人员j , x y j r f 、变速器型式b m s u x u i 、 南京理工大学研究生论文专用纸第l0 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 档位数及速比b m s u s u b i 、操纵方式b m s u c k z s 。 其中y h i e b 删k b m s u x u ib m s u _ x u i b m s u c k z s 但是b m s u - x u i y h i e b 心k 所良y h i e b m h k 与醚s u c k z s 的依赖方式就是传递函数依赖( 如图 3 1 3 4 ) 。 匦回_ 弓砸卿 、肖丽卷司 图3 i 3 4 传递函数依赖示例 3 l 4 关系模式的规范化 关系数据库里的关系要满足一定的要求，便它的函数依赖集满足特定要求 的关系模式称为范式。满足不同程度的要求，就成为不同的范式。有第一范式、 第二范式、第三范式、b c 范式、第四范式和第五范式( 即i n f ，2 n f ，3 n f ，b c n f ， 4 n f ，5 n f ) 。当关系模式的范式等级提高到第三范式( 3 n f ) 时，冗余基本消除， 异常也基本上不存在了。“6 1 因此“汽车可靠性行驶试验信息管理系统”中的关 系模式按第三范式( 3 n f ) 的要求设计。 例如，试验样车总成关系u y z 有属性：试验编号u i y j b m h k 、试验目的 u i y j m u d i 、抽样方式f h u i 、样车编号y h i e b m h k 、车型号p l h k x h k 、底盘号d i p j h k 、 总成序号x u h k 、慈成名称z s i g m i g 、总成型号x h k 。 关系模式u y z ( u i y j b m h k ，u i y j m u d i ，f h u i ，y h i e b m h k ，p l h k x h k ，d i p j h k ， x u h k ，z s i g m i g ，x h k ) 中所有属性的值域都是单纯域，备分量都是原子的，因 此u y z 是第范式的。仅满足第一范式的关系，会存在3 1 2 款中讲的冗余大、 修改量大、插入异常和删除异常的问题。其函数依赖集中不仅有完全函数依赖， 而且还有部分函数依赖和传递函数依赖。 要把关系的范式等级从i n f 提高到2 n f ，可以从消除非主属性对主索引的 部分函数依赖入手，采用关系模式的分解，把一个关系分解成二个或二个以上 的新关系，使耨豹关系中不存在非主属性对主索引的部分函数依赖。例如，把 上述关系l r y z 分解成关系u y 和y z 。 u 叫( y h i e b m h k ，u i y j b 蛐k ，u i y j m u d i ，f h u i ，p l h k x h k ，d i p j h k ) y z ( y h i e b m h k ，x u h k ，z s i g m l 6 ，x h k ) 新关系的函数依赖如下： 对于u - y 有：y h i e b 娜k p l h k x h k y h i e b 吼k d i p j h k y h i e b 湖k u i y j b m h k 南京理王大学研究生论文专用纸第n 页 汽车可靠性行驶试验信息管理系统 u i y j b 删k u i y j m u d iu i y j b m h k f h u i y h i e b m h k - u i y j m u d i y h i e b m h k l + f h u i 对于y z 有；( y h i e b m h k ，x u h k ) 一z s i g m i g ( y h i e b m h k ，x u h k ) 一x h k 可见关系u - y 和y z 是第二范式的，因为在原来的1 n f 基础上，已消除了 非主属性对主索引的部分函数依赖。上面提到的问题已是大大减少，但试验目 的u i y j m u o i 和抽样方式f h u i 仍要重复存贮，更换时修改量仍不少，插入异常 和删除异常问题也还存在。 如果满足2 n f 的关系模式的每一个非主属性都不传递依赖于主索引，那么 该关系满足第三范式。上面关系y z 是第二范式的，且不存在非主属性对主索 引的传递函数依赖，因此它也是属于第三范式的。而关系u y 显然不是第三范 式的。把关系u y 分解成关系u 和关系y ，并分析其函数依赖。 y ( y h i e b m h k ，p l h k x h k ，d i p j h k ，u i y j b m i _ l k ) y h i e b m h k p l h k x h k y h i e b 删k d i p j h k y h i e b m h k u i y j b m h k u ( u i y j b m h k ，u i y j m u d i ，f h u i ) u i y j b m i k u i y j m u d i u i y j b m h k f h u i 显然关系y 和关系u 是属于第三范式的。这就是按第三范式( 3 n f ) 的要 求对关系模式进行规范化处理的过程，在本系统中，所有的关系模式的设计都 是按这一过程进行的。 3 2 数据库及表的确定 根据南京汽车研究所提供的资料、节2 2 用户需求分析和节3 ，1 关系模式 的设计，综合考虑各类数据的组织结构及相互间的关系、系统的优化以及查询、 统计等的需要。本系统按关系数据库第三范式( 3 n f ) 的要求建立的数据库 ( t e s t d a t a d b c ) 中包括原始数据库表、辅助数据库表及临时的统计数据库表。 【1 9 原始数据库表用来存放原始数据，本系统中这类表有： 样车抽送样记录表( k r 0 1 d b f ，k r 0 1 1 d b f ) 样车还样记录表( k r 0 2 d b f ) 样车技术文件、资料记录表( k r 0 3 d b f ，k r 0 3 1 d b f ) 参加检( 试) 验人员明细表( k r 0 4 d b f ，k r 0 4 1 d b f ) 样车主要总成明细记录表( k r 0 5 d b f ，k r 0 5 1 ，d b f ) 样车主要总成结构及主要技术参数表( k r 0 6 d b f ) 南京理工大学研究生论文专用纸第1 2 页 汽车可靠性行驶试验信息臂理系统 试验项目、试验日期及地点汜录表( k r 0 7 d b f ) 主要检( 试) 验仪器及设各明细表( k r 0 8 d b f ，k r 0 8 1 ，d b f ) 检( 试) 验用燃料及润滑油记录表( k r 0 9 d b f ，k r 0 9 1 d b f ) 汽车技术状况行驶道路状况记录表( k r l o d b f ) 汽车性能试验气象记录表( k r l l d b f ，k r l l l d b f ) 汽车基本性能试验道路状况记录表( k r l2 d b f ) 汽车可靠性行驶试验道路状况记录表( k r l 3 d b f ) 试验大纲要求的可靠性行驶里程及分配表( k r l 4 d b f ) 样车主要技术参数技术要求记录表( k r l 5 d b f ) 汽车可靠性行驶试验里程油耗记录表( k r l 6 d b f ，k r l 6 1 d b f ) 汽车可靠性行驶试验故障记录表( g z h j i l u d b f ) 辅助数据库表为各类代码表和标准表，归系统公用，本系统建立的辅助库 表有： 故障模式范例库表( a l l g z h b d b f ) 各类故障模式及其代号表( m o u i d l h k d b f ) 标准正态分布表( b z z t d b f ) t 分布表( t f b d b f ) x 2 分布表( x t a b d b f ) 操作人员管理用表( r r j m u s e r d b f ) 汽车总成名称及代号表( k z s i g d b f ) 汽车分总成名称及代号表( f f z s i g d b f ) 零部件名称及其对应的分总成号( 1 b u j m d b f ) 零部件名称及其对应的故障模式和总成号( g u v h m o d e d b f ) 统计库表有很多，根据查询统计需要，系统可自动生成临时的统计表，用 毕可自动清除。 3 3 数据库中表的设计 考虑到程序实现的方便，特别是在查询时能节省时间、提高系统运行速度， 本系统中所有表的字段名都用字母表示，同时为了便于查询和编程，在本系统 中各数据表中的字段名要保证统一，相同意义的字段其名称、类型、宽度及含 义要一致。 本系统的数据库表有很多，下面仅举几例。 ( 1 ) 样车抽送样记录表( k r o t d b f ，k r 0 1 1 d b f ) 的结构 父表k r 0 1 d b f 的结构 字字段名类型宽度小数索引排序 段位 1 j i u u数值型 2 标题 抽样基数 南京理工大学研究生论文专用纸第l3 页 汽车可靠性行驶试验倌息管理系统 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 字符型 1 0 数值型 2 日期型8 字符型8 字符型8 字符型2 0 字符型 1 0 日期型8 日期型8 子表k r 0 1 1 d b f 的结构 抽样方式 样车数 抽样日期 生产单位负责人 检验单位负责人 升序拼音试验编号 试验目的 厂方签字日期 检验方签字日期 字段名类型宽度小数索引 排序标题 位 字符型 2 0 字符型 2 0 字符型2 0 字符型1 0 字符型1 0 字符型 2 0 字符型1 0 字符型1 0 字符型 1 0 字符型l o 数值型 l o 字符型1 0 日期型8 字符型1 0 升序拼音试验编号 升序拼音样车编号 产品名称 试验项目 牌号及型号 车辆代号 底盘号 发动机号 车身颜色 合格证号 里程表读数 生产单位 生产目期 抽样地点 ( 2 ) 故障范例库表( a l l g z h b d b f ) 的结构 字字段名类型宽度小数 索引排序 段位 in a m e 字符型3 0 2 m o d e字符型8 3e x p l 字符型 8 4 4c o d e字符型l o 5c o d l 字符型2 6c o d 2 字符型3 标题 零部件名称 故障模式 情况说明 故障编码 总成号 顺序号 南京理工大学研究生论文专用纸第1 4 页 f f k i r r h d i i 眦叻虹弛叫