（测试计量技术及仪器专业论文）百分表检定与管理系统的开发.pdf

西安理工大学硕士毕业沦文 摘要 计量是工业生产的“眼睛”，量具是计量工作的基本条件之，百分表 作为一种通用指示表类量具，在生产和计量领域都有着广泛而重要的作用。由 于百分表的使用环境比较恶劣( 主要用于生产过程中的在线测量) 。因此，在 其使用过程中会出现磨损及受到各种因素的影响，使百分表的示值不准，性能 下降。为了保证百分表的正常工作就必须对百分表进行定期的检定，以保证 其t 作的可靠性。关于百分表捡定二r = 作已经形成了统一的行业标准和国家标 准。根据百分表检定标准。1 7 1 前，国内已在用和推出了多种百分表检定装置， 但随着我国经济的迅速发展，企业改革步伐的加快，建立现代化企业管理制度 已成了当务之急。百分表的检定工作也必须按照现代化企业管理的要求，日益 科学化和制度化。而目前国内已有的百分表捡定装置不能满足现代化百分表检 定工作的需要，因此，开发出一种适应现代化百分表检定工作的百分表检定系 统已十分必要。 本文根据使百分表检定工作科学化，制度化的原则，在分析和研究原有 百分表检定装置的基础上，提出了将百分表捡定管理工作与计算机相结合 使检定管理工作，检定过程的完成，检定数据的处理均由计算机控制完成的构 想。这样，研究设计的百分表检定系统主要包括百分表检定控制系统和百分表 检定管理系统两部分组成。检定控制系统将检定过程完全由计算机控制完成， 降低了操作人员的劳动强度及人为因素对检定的影响。百分表检定管理系统将 百分表检定任务的制定与下达，数据的管理与存储，报表的填写均由计算机来 完成，实现了百分表检定管理的自动化，科学化。降低了管理成本及管理工作 的难度。 本文着重对计算机控制检定过程的方法作了重点的研究，对数据模型的 建立，优化作了着重的分析。并通过大量的分析实验对系统加以验证和改进。 通过实验和现场应用表明，该系统运行可靠，检定精度和各项指标均达到了设 计要求。 _ 西安理工大学硕士毕业论史 a b s t r a c t m e a s m e m e n ti s t i l ee y e so ff i u l u s t r yp r o d u c e t h em e a 飘l r ei sn e c e s s a l yf o rt h e w t e a s t l r e m e n tw o r k d i a li n d i c a t o ru s e da sac t m 旧l ti n d i c a t i n gg a u g ep l a y sm li m p o r t a n tr o l ei n p r o d u c t i o na n dm e a s u r 锄q e n ts e c t i o n b e c a u s ed i a li n d i c a t o ri so l t 哪u s e di nt h ep l a c ew i l e 圮 i sb a dc o n d i t i o n s ( s u c ha so n l i n et e s t i n g ) ，t h e r ea r ew t i a n da c t i o no fu n c e r t a i n t yt h i n g si n u s e w h i d l i m p a c t sb a d l y a l t h e i n s m t c t i n g p r e c i s i o no f d i a l i n d i c a t o r f o r w o r k i n g n o n n a l l y ， t h ed i a li n d i c a t o rm u s tb ep e r i o d i c a l l yt e s t e dt i l em e a s u r e m e n tw o r kh a v eh a du n i t e dt r a d e a n dl m t i o nc r i t e r i a a tp r e s e n t ，1 1 1 c r ea r en 瑚l yk i n d so f n m t s m i n gd e v i c ef o ri ) i a li n d i c a t o r a s t h ee c o n o m yd e v e l o p i n gr a p i d l ya n dt h es t e po ft h ec o r p o r a t i o nr e f o r m b e i n gf a s t e r , e s t a b l i s h i n gm o d e r n i z a t i o nc ( 删o nm a n a g e m e n ts y s t e mi st a - g e n ta f f i i j t s t h ed i a l i n d i c a t o rf n e a 乳o 帕nw o r km u s tb ea d a p t e dt ot h ed e m a n d so f m n d m f i z a t i o nc o r o o a a o n m a n a g e m e n tt o b em o r es c i e n c i z a f i o na n ds y s t e m i z a t i o ni n c r e a s i n g l yb u tt h e d i a l i n d i c a t o rm c a s u r i n gd e v i s eb e i n gu s e dp r e s e n t l yc a l l ts a i l s f yt h ed a n a l l d so fm o d e r n i z a t i o n d i a li n d i c a t o rm e a s u r e m e n tw o r k s od e v e l o p i n gad i a li n d i c a t o rm e a s 响枷ts y s t e mw h i c h c a nb ea d a p t e dt h em o d e r n i z a t i o nd i a li n d i c a t o rm e a s u r o n e n tw o r ki sv e r yn e c e s s a r y 1 1 1 ep a p e rp u t sf o r w a r dn e wp l o tt h a td i a li n d i c a t o rn l e a s u r e dm a n a g a n 0 1 ta n dd a t a p r o c e s sa a ep e r f o r m e db yc o m p u t e rc o n t r 0 1 1 1 1 i s d i a l i n d i c a t o rm e a s u r e m e n ts y s t e mi s c o n s i s t e do ft h e d i a li n d i c a t o r 蝴l e n tc o n t r o ls 3 ，s t e ma n dt h e d h a li n d i c a t o r m a n a g e m e n ts y s t e m 1 1 虻d i a li n d i c a t o rn m a s m - i n gc o n t r o l l e db yc o m p u t e r i nt i m m e a s t 咖瑚tc o n t r o ls y s t e m t lm a k eo p e r a t o rb ef r e ef r o mm o n o l o n o u sa n dd t d lo p e r a t i o n1 1 他 d i a li n d i c a t o rm a n a g e m e n ts y s t o nm a k ed r a w i n gi 】pt h em e 缎u r e m e n ts c h e m e s ，m a n a g i i l g a n ds t 0 6 n gd a t aa n dm a k i n gn 舶0 na u t o - m a n a g e m e n tb yc o m l m t e r i tr e a l i z e sd i a li n d i c a l o r m a n a g e m e n ta u t o m a t i o n a n ds c i e n c i z a t i o na n dr e d u c e st h e m a n a g e m e n tc o s t a n dt h e n m a a g e m e n td i f f i c x d t y i nt i f f sp a p e r , t h es f i t t d yo f1 1 忙m e t h o db yw h i d lc o m p u t e rc o n t r o l s 例a li n d i c a t o r m e a s u r e m e n ta n dt h ea n a l y s eo ff i l ee s t a b l i s ha n dt h eo l 晴i m i z a t i o no ft h ed a t am o d da r e m a i n l yd o n ei nt i f f sp a p e r b yal o to fa n a l y s ee x p e r i m e n t , t h es y s t e mi sv a l i d a t e da n d f i n p r o v e do n m u c he x p e r i m e n tp r o v e sf l m tt h es y s t e mw o r k sc r e d i b l ya n di t sm e a s t i n n g p r e c i s i o na n d 弹- o r m 觚c es a t i s f yt h ep r o j e c tn e e d s 第一章绪论 第一章绪论 本课题旨在在研究百分表的捡定及管理工作的基础上，开发种能够符合现 代化企业管理要求的百分表检定j 管理系统，以满足百分表检定： ”；科学化，制度 化的需要。 第一= 常百分表的用途 一、百分表的结构 “分表足。呻p 指，j 表类量其，灶将其测量朴的直线位移通过机械传动系统变为 指针在表盘上的角位移进行读数的通用长度测量工具。卣分表的机械传动系统种类 很多，最常用的是齿轮一齿条，其结构如图卜卜l 所h ： 测量杆在表体的铜套内( 裟夹 食筒内) 滑动测量杆卜切有齿条 。当前测杆作卜f 直线移动时，曲 条驱动与之啮合的齿轮磊，与五i 司 轴的大齿轮五也随之转动，驱动【1 1 心齿轮z 。转动，指针装在z 。的轴上 ，所以当测量杆产生移动时，通过 齿轮一齿条传动系统驱动指针旋转， 表盘5 的前面沿表盘圆周l 二有均匀 刻线，指针相对表盘转动时就在表 盘1 指示出测量杆的直线位移量， 从而实现了测量的目的。 百分表除了采用齿条一齿轮传 动系统外还有采用蜗沧蜗杆， 杠杆一齿轮传动系统，其最终表现 圈l 卜l 百丹表传动累统 卜齿磐( 测t i 。)2 拉簧 34 、齿轮矗 小大齿轮互5 - n 0 齿轮z ， 6k 指仆 7 表盘8 一转投指针9 游丝( 卷簧) 1 0 一补偿c i 轮z l 形式都是将测量杆的直线位移转变为指针n ! 表盘 ：的角位移进行读数的，这m 就不 一一洋述。 百分表的传动机构能将测量杆的微小位移进行放大，这给读数带来方便。虽 然，百分表的结构形式各种各样，但是其计算方法基本相同。 以常用的百分表的齿轮一齿条结构( 如图1 - 1 - 1 ) 为例： 其参数如下： z 。= 1 0 齿，z f l 6 齿，五f z 产10 ( ) 齿 当测量杆移动l m m ，指针旋转一圈。为满足这一要求，必须满足下式( 式卜1 一 i ) ： 2 厅一：2 册l ：l：| j l f l ：m 齿轮的模数 第一章绪论 表盘上均匀的刻有1 0 0 条刻线，故每一格示值为0 0 l 衄，即百分表的分度值。 百分表指针长一般为r - - 2 5 m ，指针转过一格其针尖转过的弧长为( 式卜1 2 ) ： l t = 丝i 0 0 = 1 5 7 ( m m ) 则对微小位移的放大系数( 式卜1 3 ) ： 足：生：坚：1 5 7 l0 0 i 撕 - ：l - 百分表的分度值，大小为0 o l 二、百分表的用途 百分表作为一种通用指示表类量具，在生产和计量领域中应用广泛。其主要用 于检验形状误差、位置误差、测量尺寸或用作检具的测头和定位装置等方面。 三、百分表检定的必要性 在使用过程中，由于磨损和各种因素的影响，有可能造成百分表的示值不准， 性能下降的现象，这些现象只有通过检定才能发现，并进行纠正，使百分表处于良 好的工作状态。 四百分表检定项目及要求 依据百分表检定标准j j g3 4 9 i ；，百分表的检定项目主要分为以下几大类： ( 1 ) 外观质量：即百分表的外观状况如表盘上各条刻线应清晰，平直，表蒙 应透明，洁净无明显的气泡和划痕各部位不应有碰伤，锈蚀，划痕，脱漆，脱 铬和无刺，以及影响外观质量的其它缺陷；使用中和修理后的百分表允许有不影响 使用准确度的外观缺陷；百分标上必须有标准制造厂名( 或商标) ，分度值，测量 范围和出厂编号。 检定方法：用目力观察。 ( 2 ) 各部分相互作用：表圈转动应平稳，静止可靠；表圈和表体的配合应无明 显的松动；钡9 杆的移动，长指针和转数指针回转应平稳、灵活，不得有卡住、阻滞 及跳动现象；指针不得松动：夹紧百分表后，测杆应能自由移动，不得有阻滞和卡 住。 检定方法：用百分表检定装置检定测杆移动平稳性，其它要求可以凭手感检定 和目力观察。 ( 3 ) 指针与表盘相互位置和刻线宽度：包括百分表的测杆处于自由状态，调整 表盘零刻线测量杆轴线方向重合时指针的位置；百分表测量杆行程超过工作行程终 点的距离：转数指针对准任何转数时，指针的位置：指针末端即表盘的刻线宽度 等。 检定方法：在检定仪上逐项观察和实验；刻线宽度在工具显微镜上检定。 ( 4 ) 示值变动性和测力：包括示值变动性，测杆的最大测力、单向行程测力变 化，同一点正反向测力变化等。 检定方法：示值变动性可用百分表检定装置检定。测力可用分度值不大于 o i n 的测力装置检定。 ( 5 ) 示值误差：包括任意0 1 咖误差，任意i n 误差，示值总误差，回程误 差。 检定方法：使用百分表检定装置进行检定。 笫二节课题来源 一、课题的提出 随着经济建设进程的加快，改革步伐的加大，以及加入世界贸易组织在即， 我国的企业必须抛弃旧的管理体制，逐步采用现代化企业管理制度，实现管理的科 学化，制度化，逐步向现代化企业过渡，以增强自身的竞争力。东方电机股份有限 公司是我国少有的几个火型电机整装厂之一。百分表作为一种通用指示表类量具在 该公司应用量大，使用频繁，且种类繁多。百分表检定工作量很大，管理起来比较 困难，在企业检定管理工作中一直都是比较突出且急需解决的问题。同时。该公司 在公司内部已建立起了自己的企业网，实现现代化的企业管理方式，相应的需要百 分表的检定工作与之相适应，实现数据的网络共享，并要求百分表检定工作由计算 机控制完成，提高工作效率，减少人为因素的影响，满足现代化企业管理的要求。 如何建立一个合理的百分表检定系统，满足现代化企业管理的要求，是本课题需要 解决的问题。 二、百分表检定工作的现状 目前，国内已有多种百分表检定系统例如江苏仪器仪表厂生产的s b j - - i i i 型 数控百分表检定仪，沈阳第一机床厂生产的s 1 - 3 1 3 a 百分表检定仪等，它们大多数 都是基于单片机控制，很难实现数据网络共享，并且是脱离计算机独立存在，数据 不能由计算机自动录入和处理。因而数据管理的连贯性出现了断点，不利于百分表 检定工作的现代化管理。为此需要研制一种与计算机相结合可实现计算机控制 和管理的百分表检定系统。 第三节课题的任务及意义 本课题的目的就是将现有的百分表检定装置与计算机有机的结合起来，针对 以往的百分表检定系统存在的缺陷加以改进，并在此基础之上，开发出一套与现代 化企业管理相适应的应用系统，满足现代化企业管理科学化，制度化的需要。 本课题的具体任务如下： 1 对以往的百分表检定装置加以改进，使之i 计算机相结合，实现用计算 机控制捡定过程的进行。 第一章绪论 2 建立合理的数据库应用系统，开发相应的应用程序，实现对百分表检定 工作的管理。 本课题涉及电子、计算机，机械，控制等诸多学科领域，其内容广泛，覆盖 面宽。它通过对百分表检定工作的分析和研究，提出了一套切实可行的方案。为百 分表检定工作实现现代化管理提供了一种思路。实验表明，它不但很好的解决了百 分表检定工作的现代化管理问题，而且为类似的检定工作的现代化管理提供了一个 可资借鉴的方法。 第二章系统总体方案设计 第二章系统总体方案设计 第一节方案设计的指导思想 随着现代科学技术的发展，检定装置普遍向着光、机、电一体化的方向发展。 尤其是计算机的引入，使检定装置更趋于自动化、智能化，很大程度匕提高了检定 装置的精度、数据处理能力和工作效率。然而，这些技术的引入，势必造成结构复 杂，成本增大等问题。在保证系统精度的前提下，兼顾经济实用性，务必采用最简 单，经济的方案来满足系统的要求是本设计所遵循的基本原则。 本系统由两部分组成，即实现对百分表检定过程进行控制的百分表检定控制系 统和实现对百分表检定工作进行管理的百分表检定管理系统两部分组成。这两部分 即相互独立，又相互依赖。下面就对这两个系统分别加以说明。 第二节百分表检定控制系统的总体设计 一、百分表检定控制系统的组成及工作原理： i 原有百分表示值误差检定系统的分析 本百分表检定控制系统目的是对原有百分表示值误差检定系统进行改造，使之 与计算机相结合，实现用计算机控制百分表示值误差的检定。所以必须对原有的百 分表捡定系统进行正确的分析。 原有的百分表示值误差检定系统主要由检定装置和以单片机为核心的控制系 统组成。 ( 1 ) 原系统的检定装置概述 整个装置结构如图2 - 2 1 ： 拖板 图22 1 螺旋副结构中的螺杆采用精密螺杆( 测微螺杆) ，螺旋副采用杆转杆移工作方 式。使用步进电机作为驱动装置。其工作原理是：步进电机驱动精密螺杆旋转，螺 第二章系统总体方案设计 旋副将精密螺杆的旋转运动转变为精密螺杆沿轴线方向的直线移动，从而推动百分 表的测量杆做相同的直线移动。 由螺旋副的特性，我们可以知道精密螺杆在轴线方向上的直线位移与精密螺杆 旋转的角度成正比。 设精密螺杆的直线位移为l ，精密螺杆的转角为o ( 弧度) ，精密螺杆的螺距为 p ，则有式( 2 - 2 - 1 ) i ：生p 2 z 步进电机有着一个鲜明的特点就是步进电动机的角位移与输入的脉冲数成正 比。步进电机的角位移为o ( 弧度) ，输入的脉冲数为n ，则有式( 2 - 2 2 ) 0 = n 巩 其中：ob - 单位脉冲对应的角位移，单位：弧度 由( 2 2 1 ) 式和( 2 - 2 - 2 ) 式得式( 2 2 - 3 ) l ：n o b p 2 z d j 于0 。和p 均可视为常量，可知精密螺杆的直线位移与步进电机的输入脉冲 的个数成正比。最小分辨率为l f ：0 。e 2n 。由于步进电机的定位精度和精密螺杆 的工作精度很高，所以认为精密螺杆的位移精度很高，可用来作为长度基准。 通过装夹可使百分表的测量轴线与精密螺杆的工作轴线重合，使得测量方法符 合阿贝原则，使测量原理误差最小。 该检定装置使用步进电机和精密螺杆相配合组成长度基准，使系统结构简单、 紧凑，成本低。但存在的问题是步进电机和精密螺杆相配合组成长度基准，螺旋副 的回程误差被引入，增大了系统误差。但现在精密螺杆的加工精度很高，并且通过 误差补偿可以将回程误差减小到允许范围内。 ( 2 ) 原检定控制系统分析 原检定控制系统是以单片机8 9 c 5 l 为核心的控制系统，它利用8 9 c 5 1 作为逻辑 控制处理器，根据用户输入的信息，按给定模式产生相应的控制逻辑，控制检定过 程的进行，并进行相应的数据处理和简单报表打印。但是由于单片机处理能力所限， 不能实现可视化操作，不能实现多样式复杂报表的打印以及数据的长期保存和共享， 很难满足现代企业管理的需要。 本系统只保留了原有的检定装置，重新开发了一套基于计算机的控制系统。 2 本百分表检定控制系统的组成和原理 本百分表检定控制系统是针对百分表示值误差捡定而展开的，主要任务足对百 分表的示值误差进行检定。它通过p ( = 机进行捡定过程控制和数据处理，实现对百分 表示值误差的快速、精确、可靠的动态检定。 第二章系统总体方案设计 本设计中百分表检定控制系统主要由检具( 检定装置) 、驱动机构，逻辑控制系 统及p c 机控制部分组成，采用开环控制方式，其结构框图如图2 - 1 - i 所示。 圉2 1 1 百分表幢定控制系统框图 驱动机构主要是对检定装置提供驱动，通过对驱动机构的控制，改变检定装置 的运行速度，使得瞄准精度与工作效率达到良好协调。 逻辑控制系统主要是根据p c 机控制平台传来的指令，按着给定的方式对驱动 机构进行相应的逻辑控制，并响应键盘发送的采样命令，锁存数据。 p c 机控制平台主要是提供友好的人机交互式界面，接收用户指令并将控制信息 传送给逻辑控制单元，接收逻辑控制单元发送的数据，自动进行相应数据处理。并 将结果以用户需要的形式提交给用户。 2 具体工作原理和检定方法 依据百分表检定规程j j g 3 4 _ _ 9 6 ，百分表示值误差是在正反行程的方向上每间 隔l o 个分度进行检定，在整个检定过程中，中途不得改变测杆的移动方向，也不应 对受检表和检定仪作任何调整。 由于本百分表检定系统是采用人眼瞄准，如果步进电动机推动测量杆移动的速 度太快，会导致人眼的瞄准精度下降；如果步进电动机推动测量杆移动的速度过慢 虽说能提高瞄准精度，但又会导致检定效率的降低。所以本系统采用逼近式的步进 电动机进给的方法来求得瞄准精度和检定效率的协调，具体方法如下： 在逻辑控制单元的计算机中设置一个累加器，记录发送给步进电动机的脉冲数。 检定时，用户先通过p c 机检定控制平台输入相关检定信息，p c 机将有关信息发送 给逻辑控制单元，使逻辑控制单元以相应的形式工作。将检定仪和百分表分别对好 零位，开始检定，累加器清零同时，逻辑控制单元控制步进电动机推动百分表测 杆快速移动，使指针快速走过8 q 个刻度( 因设定而异) ，然后逻辑控制单元控制步 进电动机推动百分表测杆作间歇式进给，即使步进电动机每进给一步后。间隔0 3 0 6 s 再进给一步，使指针以慢速逼近被检定点。这样可使检定员有足够的时问进行 瞄准，使瞄准保持较高的精度。当指针指向被检点时，检定员通过键盘向逻辑控制 单元发出锁存信号，逻辑控制单元接收到锁存信号后，及时将累加器中的数据锁存。 传送给p c 机的控制平台，控制平台将接收到的数据( 即由零位到该被检定点步进电 动机的输入脉冲数) ，由式( 2 - 2 - 3 ) 可计算出百分表测量杆的实际位移量由于该 检定点的理沦值足可以知道的，这样便可计算出该点的示值误差值。同时，逻辑控 制单元控制步进电动机推动百分表测杆快速移动，进入下一个被检点的检定过程。 整个捡定过程完毕后，计算机控制平台自动将各点数据( 示值误差值) 存入数据库， 并进行相应的计算得出示值总误差，相邻误差，回程误差等，然后依据检定规程的 要求对各项检定结果进行判断，得出检定结论，自动输出相应的报表。 二、逻辑控制单元的方案设计 逻辑控制单元在本系统中起着核心作用，整个检定过程都是在它的控制下完成 的。逻辑控制单元可由p c 机直接实现，也可用由单片机组成的控制系统实现，具体 采用哪一种。这是由本系统所需要的实时性所决定的，即对采样信号作出快速响应。 下面对两种方法的可行性加以分析说明。 1 j l jp c 机实现。 基于p c 机开发的数控系统一般以d o s 为操作系统，基于w i n d o w s 的尚不多见， 这是因为 d s 是过程控制系统，允许修改中断向量和直接与硬件打交道，实时性很 强。但d o s 是单任务的，运行与实模式下，程序长度受限于6 4 0 k 的内存，不适合较 复杂的数控系统程序的开发。与之相比，w i n d o w s 9 5 n t 为抢先式。多任务操作系统， 操作界面友好，程序长度不受限制。但是w i n d o w s 9 5 n t 是基于w i n d o w s 操作系统， 实时性差。这是因为i n t e l 8 0 x 8 6 c p u 系列芯片采用4 级特权级，取值为o _ _ 3 级，操 作系统的核心的特权级为0 级，最高级：用户程序的级别为3 级，最低级。w i n d o w s 操作系统只用了：占片的0 级和3 级两个特权级，用户程序处于3 级，不能直接访问 0 级特权的功能，只能通过w i n d o w s 本身提供的应用程序接口来完成对0 级的操作， 来对硬件、中断进行访问，从而造成对中断响应的滞后。所以，般基于w i n d o w s 操作系统的数控程序对外部信号的响应，多采用查询方式来完成，即定时查询外部 信号状态，以判断外部设备的状态。这就需要提供一个定时器来完成定时任务。虽 说w i n d o w s 能实现以毫秒为单位的定时，但经过实验发现其反应时间很长，通常都 在十几毫秒以上，很难满足系统实时性要求，这足因为w i n d o w s 操作系统提供的定 时器建立在o o s i o 中断的基础上，该中断每秒发生1 8 2 次，即定时周期为5 4 9 4 5 毫秒，很难满足要求；而使用w i n 3 2 函数提供的多媒体定时器，在多媒体扩展库 m m s y s t e m d l l 提供了高精度的定时服务，定时器的定时精度由多媒体时钊- 函数 t i m e b e g i n p e r i o d0 设置，s e t t i m e e v e n ta p i 设置定时器定时间隔并启动定时器，但 资料表明，该方法也很难满足要求所以采用p c 机控制检定装置系统实时性很难得 到保证。 2 采用单片机组成的控制系统实现 单片机是把微处理器，存储器，输入输出接口等功能部件制造在一块大规模集 成电路内而构成的微型计算机。它可进行简单的逻辑运算和较复杂的控制。以现在 常用的m c s 一5 1 系列单片机为例，它只要外加一些电子元件就可以构成套简易的控 制系统。它具有很强的实时性，以采用1 2 1 1 t l z 的外部振荡器为例，对中断的响应时 间最多仅为4 微秒，可以很好的满足系统实时性的需要。而且采用这种方式，可以 将p c 机从费时的等待时间中解脱出来，以便完成其它任务。如对数据库的操作等。 由以上分析，本系统采用以单片机为核心组成的逻辑控制单元，以确保系统实 时性的要求 第二章系统总体方案设计 第三节百分表检定管理系统总体设计 本百分表检定管理系统从根本上讲是一个数据库应用系统。它主要实现百分表 检定工作的日常管理，如百分表基本信息的录入，百分表检定计划的制定、下达 百分表相关信息的查询；数据的网络共享：数据库的日常维护等。结构框图如图 2 2 1 示。 本百分表捡定管理系统采用客户服务器体系结构，将数据处理任务在客户i n 务器问进行划分，这样可以将客户软件放在p c 机上运行，服务器软件可在从p c 机到 大型机的任何计算机上运行，把数据处理任务分开在客户端和数据库服务器上进行， 自利j 二充分利用列络资源，人大减少了网络上的传输量 数 鼽 数 库 ，查询、 星鬈 f 应 窃理 用 系 - 删除一 一系 统 统 一其它操作 j 数 网 1 巨习。 星鬈 络 鍪l 7 窃理 塑卜 。系 统 图2 - 2 - 1 百分表检定管理系统结构图 塑三望亘坌垂熊堡壁堡墨丝 第三章百分表检定管理系统设计 第一节系统的组成、功能及设汁任务 一、系统的组成及功能 本百分表检定管理系统是利用p o w e r b u i l d e r 6 0 发的数据库应用系统。它一 ! 要完 成对百分表信息的管理，包括对百分表信息的访问，检定任务的制定，制式报表的 - = | = - f l j 输出。再分表信息的【二1 常维t r 以及数据的多用，o 共享。 一个数据库应用系统【l f 硬件和软件两大部分组成。硬件包括支持数据库应用系 统运f j 二的j ，i 钉物理硬什殴施，如数摧库服务器机、客，1 t 机、刚络砹施等。软件足指 实现具体功能的程序。根据数据库应用系统各组成部分之间的相互关系数据库应 用系统的体系结构可分为集中式、个人计算机式、客户$ l 务器式、分布式。 奉数据库应用系统采用客户服务器体系结构将数据处理任务在客户朋务器 间进行划分，这样可以将客户应用软件放在p c 机上运行服务器软件可在从p c 机到 大型机的任何计算机上运行，把数据处理任务分开在客户端和数据库服务器i = = 进行， 有利于充分利用网络资源，大大减少了网络上的传输量。 二、设计任务 数据库应用系统的开发是指“数据库+ 应用程序”的计算机应用软件系统的开 发，它包括数据库设计和应用程序设计两个方面。 本设计中的数据库系统采用客户目务器结构。客户朋务器结构的数据库具有 高性能、高效率、高可靠性、丌放、易扩充、可伸缩等优越的特性，为，余业单位开 发综合性的信息系统，适应当令瞬息万变的社会需要，提供丁良好的环境。而h ， 巾r 计算环境的发展和实际应用的需求，客户朋髓务器结构的数据库系统已成为一 个蘑要的发展方向。现在，有许多新的软件技术被# i t 】十客，! n 务器结构的数据 库系统这包括数捌库服务器性能优化的各项技术，客，1 端应用外发工具的1 ：作模 型和实现技术，数据库互连技术，分布数据管理技术等，使客户j 豫务器结构的数 据库系统有着广一泛的技术支持，开发相对简便，速度快。 采用客户1 1 1 i 务器体系结构的数据库应用系统的应j j 程序应包括客户应圳程序 和服务器应用程序两部分。一般来说应用程序主要完成请求和表现数据的： 作，是 用户操作计算机的界面，大多数数据处理是由服务器完成的。日i 于本系统比较小， 数据处理量不大，并且本系统是使用s y b a s e 数据库管理系统。它可以将一些数据 处理放在数据库系统中完成，故本数据库应用系统中的应用程序的设计主要是指客 户应用程序设计。 在具体设计之前，首先要对业务情况做以具体分析才能够进行正确的应用系 统设计。 i 业务来源： 本系统是针对计量处进行百分表榆定管理而开发的。其管理范围包括公司内 每块酉分表的基本情况、得类百分表的情况( 如符类再分衷的数量，所以：使j 订单 位) ，全公司百分表的变动情况。其管理业务流程i 刘3 - 1 1 如下： 蔓三蔓亘坌垂焦星笪墨墨丝 圈3 - 1 - 1 业务管理流程图 2 业务分析 由业务流程图，可以看出憋个管理：i ：作足以百分表档案展7 1 - 的。订分农档案 主要包括百井表的基本状况( 如卣分表的公= 订编弓、类型、入厂i _ i 期、制造厂i ； i 、 检定周期，检定地点、使用单位，保管人等) ；管理员根据要求制定百分表的捡定 计划( 计划检定日期，计划扣i 检f i 期) ，并进行相关信息维护：百分表检定人员根 据检定计划对百分表进行检定，得出检定结果( 检定项目，检定结果检定结论， 等级，检定员，核验) ，示值误差检定数据( 捡定点，检定值) 。相关涉及到单位 工作人员( 工作证号，姓名、年龄，性别。部门，部门主管，部门地址) 的管理， 包括检定员( 检定证书编号、捡定权限) 和管理员( 学历、计算机水平、管理权 限) 的管理。 要三要亘坌垂熊塞笪堡垂丝 第二节数据库设计 数据库技术是6 0 年代未作为数据管理的最新技术登上数据处理舞台的。近三 十年以来，数据库技术得到了迅速发展，当今的管理信息系统，办公自动化技术， 计算机集成制造系统和知识库系统都离不开数据库技术，数据库技术已成为计算机 软件的一个重要分支。 数据库的基本思想是解决多用户数据共享的问题，实现对数据的统管理，具 有较高的数据独立性，并为数据提供并种保护措施。 数据库可以认为是存贮在起的相茂数据的集合，这些数据去掉_ r 订0 f 的缄 不必要的冗余，为多种应用服务：数据的存储独立与使用它的程序；对数据库插 入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的可控制方式进行，数据被结构 化。 通常一个数据库系统包含下列内容 ( i ) 有个结构化的丰h 关数据的集合，即数掘库本体。在这个集合i - 没有订 害或不必要的冗余，能够为多种应用服务，它独立于应用程序而存在，是数据库系 统的核心和管理对象。 ( 2 ) 有一个负责数据库管理和维护的软 ，f = 系统，即数据库僻艘系统 ( d b m s ) 它对数据库中数据的各种操作提供一种方法，它接受并完成片 户程序或 终端命令提出的访问数据库的各种请求，负责数据库的维护，保护数据库中的数据 彳i 受破坏。 ( 3 ) 负责整个数据系统的建立维护和协调t 作的专门人员。 一、数据模型的选取 数据系统的一个核心问题就足研究如何表示和处麒! 实体之间的联系，我们把表 示实体及实体之间的联系的数据库的数据结构称为数据模型，数据模型足数据库系 统的核心和基础。 数据模型是一种技术，通过这种技术可以产生更灵活、更高效和更有效的数据 结构以便应用系统和数据库管理系统可以最大限度地利用数据资源，清除冗余数 撕、消除) c 余数据带来的限制、使数据与数据的存墩方式无关、避免数拊与数槲的 存取方式相关带来的危害。 数据模型三要素。数据模型中包含许多概念，这些概念被精确定义用以描述数 据库的静态特征，动态特征和完整性约束。它m 三部分组成： ( 1 ) 数据结构：描述数据系统的静态特征。由一系列可以操作的对象组成。 包括与数据内容及类型的有关对象( 实体、基本表、属性、域) 与数据之间联系有 关的对象( 关系) 。 ( 2 ) 数据操作，描述数据系统的动态特征。数据模型要定义操作的含义和规 则。 - 1 2 - 第三章百分表检定管理系统 ( 3 ) 数据约束条件：包括实体完整性和参照完整性。主要目的足要使数据库 系统与它所描述的现实系统在整体f 二相符合。即在没计时使数据模型正确、真实、 有效地反映现实。在运行时保证数据库中的数据值真实地体现现实世界的状态。 根据数据模型应用的闷的不同，可将其分为两层：概念模型和物理模型。 概念模型面向现实世界建模，世界中的事物经过人脑的抽象加工，提取出对用 户有用的信息，经过组织整理形成介于现实世界和h 算机之间的中问模型。它只关 心现实世界中的事物、事物的联系、事物的特性，完全没有与具体机器相关的任何 概念，概念模型也是物理模型和应用程序设计的重要基础。 物理模型l l l ：向具体的数据库管理系统建模。mj ：概念模型完全f i 考虑系统最 终的运行纠：境，所以在接下来的物理建模中将实现概念模型向具体的d b m s 转化 的任务。这砦完全是面向机器的，是为了在具体机器上的实现而服务的。 目前，数据库的数据模型主要有层次模型、网状模型、关系模型。其m t ，层次 模型、网状模型同属于格式化模型，属于比较低等的数据模型，它们结构简单，实 现效率高，但缺乏理沦基础。相比之下，关系数据模型使用容易，操作方便有着 充实的理论基础，虽然实现效率比其它两种低，存储冗余大，但可通过优化得以解 决，很适合现代数据管理的需要是现在使用最为广泛的数据库数据模型。 奉设汁聚用关系模型作为数据库的数据模型。即数据库采用使用关系模型的关 系数据库。相应采用数据库管理系统也使用关系数据库管理系统( r d b m s ) ，e j 前，关系数据库管理系统( r d b m s ) 产品主要有d b 2 、i n g r e s 、o r a c l e 、 s y b a s e 等。本设计使用s y b a s e 关系数据库管理系统。 二、数据模型的建立 关系模型是通过关系中的数据来表示两实体之间的联系。关系模型中的关系具 有下列性质： ( 1 ) 一个关系中的任意两个元组不能完全相i 耐。 ( 2 ) 关系的每一列( 属性) 部必须有不同的名字但不同的属性可以m n i f i i 同的域。 ( 3 ) 关系的同一列的分量必须是同类型的数据来自同一个域。 ( 4 ) 关系的行( 元组) ，列( 属性) 的次序足珥i 重婴的可以任意变换。 ( 5 ) 关系中的每一个分量必须是不可分的数据项。 ( 6 ) 每一个关系都有一个关键字唯一表示它的各元组。 一个好的数据模型应具备以下特征： ( 1 ) 从工程管理的角度看好的模型应该具备定义清晰、容易实现的特点。 好的数据模型应该定义清晰，能为应用程序设计员和用户所理解。数据模 型与功能模型相结合将成为应用程序的基础让应用程序设计人员理解模型是非常 重要的。模型的一大作用就是要在所有项目参与者中作为共同的语言起到沟通的作 用。 数据模型应该容易实现。以便应用程序员方使的实现良好的l j ，“外嘶、 简捷的操作过程、高效的查询等等。 第三章百分表捡定管理系统 ( 2 ) 从系统角度看，好的模型应该是最小定义，完备定义以及具有适应性。 最小定义：用尽可能少的实体描述尽可能多的对象。任何数据和信息都该 用一种法且只能用一种方法进行定义，以便尽可能地消除冗余，消除冗余的实体和 7 l 余的关系。规范化理论为消除冗余提供了强有力的手段。 完备定义：现实世界中所有感兴趣的概念和对象是否已经都定义在模型中 了。如果没有，系统的某些功能必将无法实现。所以一个好的模型一定要满足用户 求，；= f i 能有遗漏的实体关系。 适应性：适应性是指当系统的功能或内部结构发生变化时，好的数据模型 烈作最小的修改便能适应新的要求，使维护赀l j 将人大降低。 ( 一) 概念模型的建：豇 关系数据模型的建立多采用实体一关系建模技术，这种技术使用实体关系图( e - r ) 图来描述现实世界中的事物( 实体) ，事物的特性( 属性) 、及其相互之问 的联系，从i 耐客到为信息系统建立良好的数据模型的1 3 的。 1 确定实体 实体是可以从用户的：t ：作环境中表示的事物，它对用户的待建系统是非常重要 的。实体是在数据模型中要存储信息的对象。是需要了解、保存、修改的信息。实 体通常 f 1 文档或访谈中的名词表达( 地点、人物、概念、事斜：、设备等) 。通过对 百分表检定和管理工作的具体调研和分析，可以得到以下与系统有关的名词： 百分表 检定员管理员检定计划 示值误差检定数据检定结果工作人员 2 确定实体的属性 属性是用来描述事物状态与特征的指标，并且必须是系统管理所需要的指 标。对百分表来龅。具体属性有类型、规格、入厂臼期等；检定员的具体属性有检 定证书号工作证编号等：上述实体的具体属性可以见实体关系图3 2 1 。 3 关系的确定 关系是实体问有意义的连接，即把我们所关心的连接定义为关系。芙系的种 类有很多，在概念模型r i 大量遇到的关系是一对一、一对多多对多关系，以及递 归、分类、排斥、不可转移的关系。但首先要叫确魁强制关系，还是可选关系。强 制关系是必定出现的关系。即对实体a 的每一个实例，实体b 中都至少有一个实 例与之关联。可选关系是在某些情况下出现而在另一些情况下则可能不复存在的关 系，对实体a 的每一个实例，实体b 中可以没有实例与之关联。 任何设计都要有一个线索来贯穿全局，本设讨以检定流程为主线，依据百分 表检定和管理的实际情况。将模型分为三个模块来进行具体设计。即百分表检索模 块，百分表管理模块，人员管理模块三部分。 百分表检索模块主要完成x , l - a f 分表信息的检索功能。如可以按使川单位禽嘲与 它有关的百分表信息，使用表类型检索属于该类型的再分表信息，使用检定地点检 索在该地点榆定的百分表信息等。 第三章百分表捡定管理系统 j ：作人毵 王佳运曼 姓名 性别 年龄 部门号 部门地址 部门主管 闰3 - 2 ie - r 图 1 5 百分表管理模块主要实现对百分表检定工作的管理。管理人员对百分表具有管 理责任，检定人员对百分表有检定责任，所以有必要对记录这些人员与百分表发生 的关系。 人员管理模块。管理人员状况。 相应建立的实体关系图( e - r 图) 如图3 - 2 - 1 示： 具体关系分析： 工作人员与检定人员、管理人员的关系是分类关系。工作人员是超类( 具有子 类的实体) ，检定人员、管理人员是子类( 互相排斥子类型) 。在这里是一个不完 全分类，因为分类可以1 i 完全即可j 分成感性趣的儿类。同时，检定员、管理员 对工作人员的关系是强制关系，即对每一个检定员或管理员都有一个工作人员相对 应；而工作人员对检定员或管理员的关系是可选关系。 检定人员对百分表的关系是一多关系，一个检定员可检定多块百分表。一块百 分表只能有一个检定员。检定人员对百分表的关系和百分表对检定人员的关系均是 可选关系。 管理人员对百分表的关系是多对多关系，因为一个管理员可管理多块百分表， 一块百分表也可被多个管理员管理。管理人员对百分表的关系和百分表对管理人员 的关系均是可选关系。 检定计划和百分表是多对多的关系，一块百分表可能有多个检定计划，而一个 检定计划可以对应多个百分表。 百分表与检定结果之间是一对多关系。一块百分表可以有多个检定结果( 因检 定日期不同) 。 百分表和示值误差检定数据之间是一对多芙系。一块百分表可以有多个示值误 差检定数据。 4 规范化 规范化是把有问题关系转化为两个或多个没有这些问题的关系的过程。规范 化理论是进行数据库设计的指南和工具，可用做检查关系合乎需要的程度和正确性 的指南。根据规范化理论进行的设计借助于数据依赖的概念分析表