（材料加工工程专业论文）巫峡长江大桥的计算机辅助焊接生产管理系统.pdf

4 庆人学硕十学位论文 摘要 a b s t r a c t w i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r s a n d t h e i r i n c r e a s i n g r a n g e o f a p p l i c a t i o n ，c o m p u t e r s h a v e b e e n w i d e l y u s e d i n e v e r y f i e l d o f w e l d i n g . t h e y p l a y a p o s i t i v e r o l e i n p r o d u c t i o n ，s c i e n t i f i c r e s e a r c h a n d m a n a g e m e n t .a i m e d a t w e l d p r o c e s s a n d t h e w e l d e r s f i l e s i n t h e w u x i a c h a n g j i a n g r i v e r b r i d g e， t h i s a r t i c l e d e s i g n s a w e l d i n g p r o c e s s m a n a g e m e n t s y s t e m b y u s i n g r e l a t i o n d a t a b a s e m a n a g e m e n t s y s t e m 一 一p o w e r b u i l d e r t h r o u g h c o m p u t e r p r o g r a m s ，t h i s s y s t e m c a n a c h i e v e s u c h f u n c t i o n s a s t h e r e f e r e n c e o f w e l d i n g f i l e s , e f f e c t i v e m a n a g e m e n t o f b a s e m a t e r i a l a n d w e l d i n g m a t e r i a l ，d e s i g n a n d m a n a g e w e l d i n g p r o c e s s e v a l u a t i n g r e p o r t a n d w e l d i n g p r o c e s s c a r d ; i t c a n s e a r c h v a r i e t y p a r a m e t e r s o f a l l t h e b e a m s i n f i g u r e f o r m a t , a n d i n q u i r y a n d p r i n t w e l d e r f i l e s i n d i f f e r e n t f o r m a t s ; t h e b a s i c d a t a b a s e s o f s y s t e m c a n a l s o b e r e a d j u s t e d a n d m o d i f i e d .t h i s s y s t e m h a s c o m p l e t e b a s i c f u n c t i o n s ， g o o d m a i n t a i n a b l i t y ， s t r o n g a s s o c i a t e f u n c t i o n s ， c l e a r p r i n t i n g f o r m a t a n d f r i e n d l y i n t e r f a c e b e t w e e n p e o p l e a n d c o m p u t e r ，w h o s e u s e r s c a n m a s t e r t h e u s a g e o f t h e w h o l e s y s t e m i n a v e r y s h o r t t i m e . k e y w o r d s:w e l d i n g , d a t a b a s e , p o w e r b u i l d e r 重庆大学硕士学位论文 1绪论 1 绪论 1 . 1 现代焊接工程与计算机技术 1 . 1 . 1引言 焊接是一种通过适当的 物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子( 分 子) 间结合力而连接成一体的连接方法。 在现代工业生产中， 焊接已 成为一种 重要的金属加工工艺， 广泛地应用于金属结构、桥梁、 船舶、 航天、航空、 海 洋工程、 微电 子技术以 及石油化工、电 力、 冶金建筑等工业部门 a l 。 焊接可以 连接各种同 类或不同 类金属、 非金属， 也可以 连接一种金属与一种非金属2 3 1 电子计算机技术经过半个多世纪的发展， 给人类生产和生活的各个领域带 来了深刻的影响。 计算机技术在近2 03 0 年来促使传统制造工业向先进制造技 术发展。 制造业己经将计算机技术应用到产品设计( c a d ) 、 工艺设计( c a p p ) . 制造 ( c a m) 、信息管理系统 ( m i s ) 、办公自 动化 ( o a )等领域，将这一系 列计 算机辅助技术加以 集成，就成为计算机集成制造系统 ( c i m s ) 4 0 在焊接行业中， 计算机的应用正在逐步向焊接科研、 生产、 管理等各个领 域深入发展。9 0年代初国际焊接学会将这类应用概括为 “ 计算机辅助焊接技 术” ( c o m p u t e r a i d e d w e ld in g , c a w) 。 现 在c a w一 词己 不 限 于 焊 接 结 构 和 接头的 计算机辅助设计、 焊接工装计算机辅助设计、 焊接工艺计算机辅助计划、 焊接工艺过程计算机辅助管理等以 计算机软件为主的方面， 而且还涵盖了 焊接 过程模拟、 焊接工艺过程控制、 传感器以 及生产过程自 动化等与计算机应用有 关的方面4 1 5 1 1 . 1 . 2计 算 机 技 术 在 焊 接 工 程中 的 应 用 16 1, 7 1, 81 自8 0 年代以 来，计算机技术在焊接工程中 逐步得到应用，国际焊接学会 ( i i w) 、英国焊接研究所 ( t wi ) 、美国焊接学会 ( a ws )从 1 9 8 6年开始， 先后多次召开了关于计算机在焊接方面应用的专门会议， 推动了 计算机在焊接 工程中的广泛应用。 1 9 9 7 年7 月英国t wi 和a ws 、 美国国家标准与技术研究 所 ( n i s t )等单位联合在国际焊接学会 ( i i w) 5 0周年大会前召开了第七次 c o m p u t e r t e c h n o l o g y in w e l d in g的 国 际 会 议， 就 应用 实 例、 软 件开 发、 焊 接过 程模拟与控制等方面进行了 交流，同时 举办了 硬件及软件展览会。 我国1 9 8 9 年就曾召开过“ 焊接专家系统研讨会” ， 此后焊接学会和焊接协 会在 1 9 9 2年和 1 9 % 年又联合召开了两次 “ 全国计算机在焊接中的应用交流 k : 庆人学硕十学位论文!绪论 会” ，对我国计算机在焊接工程中的应用起了很大的促进作用。 图 1 - 1 列出了计算机在焊接工程中应用的主要方面。其中焊接信息数据 库、焊接生产文档管理、生产过程计划与管理的应用最为普遍。在这些方面 引入计算机技术， 促进了生产过程管理的规范化、标准化，大大提高了生产 效率，缩短了生产周期，提高了产品质量，降低了成本，特别是使焊接工程 技术人员从繁重的日常事务工作中解脱出来，将主要精力用于重要的技术问 题上。随着计算机技术在焊接生产中应用的日 益深入，这方面的软件已经商 品化。根据国际焊接学会的不完全统计，专门针对焊接生产而开发的商品化 了的软件己有数百种。 焊接作为一 种工艺方法广泛用于不同行业，不同行业所用的焊接方法、 丁 _ 艺参数、检测方法、验收标准等都可能有很大差别。即使同一行业中的不 同企业，由于其生产条件不同，所涉及到的有关焊接信息的存储方式和处理 方法也可能差异很大。所以除了己见诸报导的各种较为通用的软件外，还存 在着许多仅适用与某一特殊领域的应用软件。 焊接结构 设计与分析 结构强度 与寿命预测 焊接缺陷与设 备故障诊断 传 感 器 制统 控系 焊接生产 计 划与 管理 焊接信息 数据库 焊接工程 计算机辅助技术 ca、 v焊接冶金 与可焊性 焊接生产 文档管理 标准 查询与解释 教育 与培vi 献索 又检 a l l 接 过程 计算 与模拟 图1 - 1 计算机在焊接工程中的应用 重庆大学硕士学位论文绪论 1 . 1 . 3焊接工程应用软件的用途和分类 焊接工程应用软件包括了两种不同类型:一种是和焊接或切割设备直接有 关的、以控制微处理器为主的软件，另一种是独立于焊接或切割设备以外的以 微型个人计算机为主的软件。 为了使越来越多的焊接应用软件分类， 1 1 wx ii 委提 出了将它们分为以下几类叭 ( i ) 信息存储:主要包括焊接工艺评定记录、 母材性能数据库、 焊材性能 数 据 库 、 检 测 记 录 、 焊 接 文 献 及 技 术 档 案 、 焊 工 管 理 等 等91, 101 111、 12 ( 2 ) 重复计算:主要包括熔敷金属体积及焊材用量、焊接成本分析、 焊接 应力和变形计算、c c t图及焊接性分析、结构断裂评定、焊接热过程分析等 等 13 1 i4 1 5 1 ( 3 ) 标准ca 明: 主要包括锅炉压力容器焊接标准a s m e i x 、 预热及焊后热 处理b s 5 1 3 5和 b s 2 6 3 3 、 疲劳计算标准b s 5 5 0 0 , 焊接工艺标准e n 2 8 8 等等。 ( 4 ) 专家系统和咨询系统: 主要包括焊接工艺规程的 编制、 焊接裂纹分析、 焊接接头性能预测等1 16 17 1 . 1 9 1 , 19 1 ， 将在下一节具体讨论。 ( 5 ) 其他， 包括培训教育、 机器人离线编程、 数控切割与套料、焊接材料 成分分析等x2 0 2 1 1 以上各类软件统称为 “ c a w 系统” ，但实际上由于开发单位不同、使用 范围不同、依据的国家标准和行业规范不同，同一用途的焊接应用软件常常 有多个品种，它们之间的差别可能很大。 1 . 2焊接专家系统 1 . 2 . 1引言 所谓专家系统 ( e s ) 就是一类智能计算机程序， 它能够根据己 有的知识 和推理步骤解决那些需要人类专家才能解决的困难问 题。 与一般常规计算机 程序相比较，e s 一般具有以下几个特点: 1 ) 知识的 使用与知 识本身 分离: 2 ) 知 识 被 符 号 化 ， 系 统 能 够符 号 化 推 理; 3 ) 可以 解释其推理过程; 4 ) 必须像人类专家一样工作。 通常认为e s的基本结构包括知识库、推理机、人机界面和知识获取模 块几部分。知识库存储符号化表示的人类专家经验和知识。 知识可分为事实 知识和概念性知识两类，前者表示领域内观察到的事件，后者则更为抽象， 通常不可观察到只可总结得到; 推理机根据用户给定的激励条件完成匹配前 提的任务并出发规则。 用户界面为人机交互提供必要的手段， 它应能为用户 重庆人学硕十学位论文 绪论 提供以下几种主要途径:问题求解、获取系统知识和解释特定问题。 知识获 取模块是用户使用的维护、添加知识库的手段。2 2 1 . 2 3 1 12 4 1 2 5 1 专家系统特别适用于那些需要用大量专家经验与知识来解决问题的领 域如生产调度、 医疗诊断、 地质勘探等等。 焊接领域也十分适合于开发专家 系统。 近年来，焊接界的人士都不同程度地希望借助于专家系统解决诸如焊接 缺陷分析、焊接材料选择、焊接工艺设计等一系列复杂问题。 1 . 2 . 2国外焊接专家系统的发展概况 焊接领域的专家系统研究约开始于 8 0年代最早见于报道的是美国科罗 拉多矿业学院 ( c s m)与美国焊接研究所 ( a wd联合开发的焊接材料选择 系统 w e ld s e l e c t o r 12 6 1 。 英国、日 本、 德国及其它一些国 家也相继开展了 这发 面的研究工作。 一些国家还单独或联合制定了专门的开发计划: ( 1 ) 美国焊接研究所的焊接信息网计划 ( w e l d in g i n f o r m a t i o n n e t w o r k - w i n ) 12 1 ; ( 2 ) 欧洲尤里卡计划e u 2 5 9 ( e u r o w e l d ) ， ， 2 9 1 . ( 3 ) 日 本大阪 大学 焊接 研究 所的 焊 接专家系 统开 发计划 ( w e l s y s ) 13 0 1 ; ( 4 ) 德国焊接研究所的 信息联合焊接技术计划13 11 表 1 - 1 列出了国外近年来开发的焊接专家系统， 这些系统大多达到了商 品化的水平。 名称/ 功能类型开发者/ 提供者 w e l d i n g p r o c e d u r e s e l e c t i o n e x p e rt s y s t e m 工艺选择s to n e 一是总体逻辑与某类应用所 涉及的局部逻辑结构之间的映象或转换功能。如图2 - 1 所示。 第一种映象功能使得当数据的存储结构 ( 或物理结构) 改变时， 数据的逻 辑结构可以不变，从而应用程序不必改变，这就是数据和程序的物理独立性; 第二种映象功能使得当总体逻辑结构改变时， 通过对映象的相应改变而保持局 部逻辑结构不变， 程序员根据逻辑结构编写的 应用程序就不必修改， 即数据和 程序具有逻辑独立性。 数据和程序的独立性， 使用户不必考虑存取路径， 简化 应用程序的编制，减少应用程序的修改和维护工作量。 ( 5 ) 对数据实行集中统一地控制。 系统提供统一的数据定义、 增删、 检索以 及更新操作的手段并且统一控制数据的安全性、 完整性和保密性。 由于数据库 中的信息非常重要， 因此数据库系统都需要有一定的授权机制以保护数据， 防 重庆大学硕士学位论文2系统设计工具 止不合法地使用， 只有授权可以 存取数据库的人或程序才能执行对数据库的存 取。 应 用 a 应 用 b应 用 c应 用 d 用 户 模 式用 户 模 式 2 用 户 模 式 3 映象二:逻辑模式/ 局部逻辑模式 逻辑模式 映象一:存储模式j 逻辑模式 存储模式 数据库 图2 - i 数据库系统的映象功能 2 . 1 . 3数据库系统的组成4 1 1. 4 2 1. 4 3 1. 4 4 1 大量的经过加工整理的、 存储在称作数据库中的数据， 由 数据库管理系统 管理， 为多个不同的应用 ( 或用户) 共同使用的数据处理系统， 称为数据库系 统。由此可见数据库系统有两个主要组成部分: 数据库管理系统和数据库。 当 然还包括存放数据的存储介质及其设备、 应用程序和用户. 其结构示意图如图 2 - 2 所示: 数据库管理系统 ( d b ms ) 是数据库系统的一个软件， 它允许一个或多个 使用者对数据库中抽象数据提出请求 ( 包括询问和修改) ，并以合乎使用者要 求的格式提供给使用者。数据库 ( d b )是指在辅助存储器中的存储数据。这 些数据是现实世界中的一些有关信息， 它们在特定的组织 ( 企、 事业) 中能为 多种应用 ( 或用户)服务。 2 . 1 . 4数据库管理系统 ( d b m s ) 4 11 , 4 2 1 . 4 3 . 4 4 . 4 s 重庆大学硕士学位论文 2系统设计工具 如上所述， 数据库管理系统 ( d b ms )是对数据进行管理的软件，它负责 定义数据库的模式; 它负责将用户对数据库的逻辑操作， 经过映射定义的转换， 变成对物理数据库的具体执行;它负责在定义和操作过程中的各种管理和控 制: 它为使用数据库的用户提供一个接口; 也为支撑它的操作系统等提供通信 接口， 形成一个在计算机系统上为用户使用数据库时的一个清晰的界面。 其功 能示意图如图2 - 3 所示。 一 个完善的d b ms 应该具有数据定义、 数据操作处理、 数据管理和控制、 数据与用户和系统接口等功能。现分别叙述: ( 1 ) 数据定义功能 数据定义是指对构成数据库结构 ( 模式的) 定义， 包括概念模式、 存储模 式、外模式 ( 视图) 、每一个外模式与模式之间的映射、模式与存储模式之间 的映射; 保证数据库中存储数据的语义正确和有效的完整性规则的定义; 对存 储数据的使用权限的定义等.这些定义通常是由d b a按系统提供的数据定义 语言的源形式书写，然后由d b ms自 动将其转换成内部目 标形式，存入数据 库目 录/ 辞典中，供以后对数据操作或控制时查阅使用。 ( 2 ) 数据操作功能 数据操作功能是指对数据的操作， 包括数据的初始装入、 数据的查询、 修 改以及数据库模式的修改操作。上述操作是由 d b ms根据用户按数据操作语 台书写的语句， 需将其翻译成一组操作系统可执行的数据读入和处理操作， 系 统执行这一系列操作后才能得到用户需要的结果， 这整个过程实现时有明显的 效率问题。 特别是关系数据库管理系统， 其语言的表达具有说明性的 特点， 极 大地方便了用户。 图2 - 2数据库系统的组成 终端用户 重庆大学硕十学位论文 2系统设计工具 数据库 图2 - 3数据库管理系统的功能 ( 3 ) 数据管理和控制功能 数据的管理是在系统提供了一定的控制机制下实现的， 具体有数据安全控 制 ( 防止数据受到非合法用户的操纵) 、数据完整性控制 ( 保证数据的正确性 和有效性) 、数据并发控制 ( 保证在多个用户并发地操纵数据时不出现非一致 的状态) 。数据管理还包括实现这些控制所需的一些信息，如事务运行日志、 并发状态表 ( 锁表、 时间印等) 的管理;出现故障后对数据恢复的管理; 甚至 还包括由d b ms 支持的数据库文件管理。 ( 4 ) 数据库接口功能 d b ms是用户与操作系统之间的界面，可以把它看作为具体的数据模型 描述的现实世界的信息结构在计算机系统上的具体实现。尽管 d b ms提供了 一定的数据库语言，用户书写的源程序如何进入计算机系统也是不可忽视的. 这部分功能称为d b ms的用户接口。这部分可以独立于d b ms 。为了面向用 户，方便用户，任何计算机提供的软件绝对不能没有友好的用户接口。 ( 5 ) 数据库设计辅助工具 对数据库设计来讲，决定模式是非常重要的。它必须面对庞大而复杂的 重庆大学硕士学位论文2系统设计工具 数据， 综合出适应各种用户需要的概念结构。 特别对于关系型数据库， 模式的 规范与分解非常重要， 靠手工很难实现， 必须利用计算机来完成。 提供这部分 功能的软件称为数据库设计辅助工具系统。 这部分功能对关系型数据库管理系 统来说可以是它的子系统或直接融合在各个功能中。 从性能讲， 独立于d b ms 其适应性就更广，且可以不断地完善;如果作为 d b ms的成分，d b ms也必 须对规范的关系模式定义，对其相应的值更新时才能维持一致性。 2 . 2数据库管理系统及其选择 2 . 2 . 1 数据库管理系统简介4 1 8 0年代以来，关系数型据库技术无论在理论上还是技术上都已成熟，其 成果表现在丰富的关系型数据库产品，如o r a c l e , s y b a s e , f o x b a s e , f o x p r o, p o we r b u i l d e r等等。 随着网络通讯技术的发展， 在集中式数据 库系统成熟技术的基础上产生了分布数据库; 为提高数据库系统的开放率及软 件人员的生产率，许多软件公司基于数据库系统生产了大量的 c a s e ( c o m p u te r a s s is t in g s o ft w a r e e n g e n e e r in g ) z 具、 第四 代开 发 环 境 和 第四 代 语。耘 随着数据库应用领域的不断扩大， 数据库系统己能进行多媒体处理， 不 仅能处理常规的数据，而且能将图形、图象、声音等作为数据进行处理。 目 前在软件市场上，就数据库管理系统而言，主要有以下几种: ( 1 ) o r a c l e o r a c l e 数据库管理系统( r d b m s ) 的 第一个发 行版与 1 9 7 9 年与用户见面， r d b m s 系统的很大部分是使用汇编语言编写的， 也有 一部分是采用刚刚问世的c语言编写的。 1 9 8 3 年发行的第三版引入了结构化 查 询语言 ( s q l ) 语句和事务处 理概念。 1 9 9 2 年底推出 第七 版， 实 现了 关系 数据库和分布式数据库处理的主要特征，被认为是关系型数据库历史上的里 程碑。随后推出的 7 . 1版产品，除了支持众多的大、中、小型机硬件外，还 突出强调了 支持d e s k t o p 平台， 将市场定位于5 0 人以 下的工作组环境。 它的 工作组级版本可以支持目 前流行的w i n d o w s n t , o / s 2、 n e t w a r e以 及p c u n i x环境， 具有较为简练的内核， 提供即插即用方式的图形用户界面( g u i ) 便于开发和供最终用户使用。 ( 2 ) s y b a s e s y b a s e公司以 在数据 库产业界实 现客户 / 服务器体系 结 构商品 化为主要特征， 继续推出 它在各种平台上的s y b a s e 产品。 s y b a s e s q l s e v e r 1 0是一个面向 联机事务处理的可编程服务器， 性能优越，可靠性 高，它对数据库进行集中管理，保证数据的完整性和安全性，充分满足企业 所要求的联机、连续操作的要求。 ( 3 ) i n f o r m i x自1 9 8 3 年i n f o r m i x 在u n i x 上 推出 第 一个关 系型 数 币 庆人学硕十学位论文 2系统设计工具 据库管理系统以来， 经多次演变，到1 9 8 7 年， 其产品结构作了重大改进， 全 面采用客户/ 服务器结构，并将整个产品分为数据库服务器、应用开发工具及 网络连接产品三大部分。 i n f o r m i x公司推出的产品在技术上也有创新， 采 用了动态可伸缩体系结构 ( d s a)内置并行处理功能，是目 前实现效率较高 的结构，从而在开发平台上提供主机级处理能力。 ( 4 ) p o w e r b u il d e r p o w e r b u il d e r 是目 前 最 有 代 表性的 数 据 库前 端开 发 i 具之一，是又p o w e r o ft 公司于1 9 9 1 年推出。 它是一种面向 对象的独立于数据 库的可视化开发工具，可同时支持 s y b a s e , o r a c l e , d b 2 , i n f o r mi x 等多种数据库的前代产品， 可直接操作各种关系数据库中的数据， 具有强大的 数据窗口 对象， 提供了操作方便、 各种功能有机结合的集成开发环境， 包含了 完善的开发工具和开发应用环境， 大大减轻了开发人员的负担。 本系统就使用 p o w e r b u i l d e r 作为开发工具， 将在后续章节对其做较为详细的 介绍。 ( 5 ) a c c e s s a c c e s s 是m i c r o s o ft 公司 推出 的 在w i n d o w s 环境下 运行的 关 系型数据库软件。 它使用了s q l 语句来处理表中的 数据。 a c c e s s 可以 直接访 问和更新p a r a d o x , d b a s e 系列、f o x b a s e 等数据库，还可处理电子表格中的 数据以及文本文件中的数据。 ( 6 ) 此外， 还有d b a s e系列、 p a r a d o x , f o x p r o 等较为常用的数据库管理 系统，在此就不一一详述了。 2 . 2 . 2 p o w e r b u i i d e r 4 6 1 , 4 7 , 4 8 1 . 4 9 1 . 5 0 l 如前所述，p o w e r b u i l d e r是目 前最流行的数据库前端开发工具，其主要 特点如下: ( 1 ) p o w e r b u i l d e r 是一种面向 对象的开发1具。 2 0 世纪8 0 年代， 结构化 程序设计是最主要、最通用的程序设计方法。它意味着将一个程序分解为多 个函数或过程。结构化程序设计就是通过函数来体现设计的层次性。将程序 分解为独立的过程， 这样不利于程序的 维护，因为当只需要对一个程序进行 修改，而对程序的其他部分将产生不可预计的改动:而且传统的程序开发大 多是通过编辑器进行的，编写好代码后，需要编译，发现错误后，要回到编 辑器里修改， 然后再编译。编译正确后， 可以 运行，当出 现错误还需要再编 辑、编译、运行.随着工程规模的扩大，软件的复杂性也大幅度增加了。为 了 缩短软件的研制时间， 提高软件的开发效率， 一种新的编程方法应运而生， 它就是面向 对象的程序设计方法 ( o b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) ，简称为 o o p 。它是一种试图模仿人们建立现实世界模型的 程序设计方法。 面向 对象 的语言， 用其所设计的程序可维护性好、 代码的可重用性高， 对用户而言， 意味着在更大程度上程序的重复使用和应用程序的可维护性. 重庆大学硕十学位论文 2系统设计工具 ( 2 ) 客户/ 服务器计算模式的前端工具， 对数据库的 应用开发有着特殊的支 持， 特别适合做信息系统的开发。通过o d b c接口或数据库厂商提供的专用 接口， p o w e r b u i l d e r 支持多种类型的数据库管理系统， 如 s y b a s e , o r a c l e , i n f o r m i x 等，可直接操作各种关系数据库中的数据。 使用 p o w e r b u i l d e :开发工具的一个非常便利的条件是利用它内置的 s y b a s e s q l a n y w h e r e 5 .0 数 据库进行单 机开 发， 在需 要的 时 候只需做 很少的 改动就可以将开发的应用程序连接到网络上的任何数据库管理系统。 p o w e r b u i l d e r 与内置的s y b a s e s q l a n y w h e r e 5 .0 数据库的连接是通过o d b c 接i_ 实现的，在 w i n d o w s / s y s t e m / o d b c i n s t . i n i 文件中记录了己 经安装的 o d b c数据库驱动程序，并且记录了某个特定连接对应的 o d b c驱动文件 名与存储路径、被连接数据库的注册信息以及数据源的定义. ( 3 ) 引 入了 数据窗口( d a t a w i n d o w ) 对象的 概念。 数据窗口 技术可以 说是 p o w e r b u i l d e r 的核心内容， 它是p o w e r b u i l d e r 中功能最强大的一个对象，同 时也是最难驾驭的一个对象.其作用主要有两个: 1 ) 通过它 可以 操作数 据库中的 数据，并 对数据进行处 理， 例如数据排序 和分组，几乎能自 动完成数据库的所有操作。 2 ) 可以 设计数据的 输入、 输出 格式以 及统计图表和多 种屏幕显示风格. 对数据库的 操作可以 使用嵌入式的s q l 语句， 但这要求开发人员对s q l 语句要有深刻的理解，并且要编写程序。 而使用数据窗口 来实现对数据库的 操作可以使开发工作变得更加简单。开发人员可以 利用数据窗口的交互功能 设计 数据处理界面，实现对数据库的各种操作。 ( 4 ) 提供了 丰富的对象、控件和函 数，并提供了 用户对象和用户事件，为 开发人员编制功能强大的应用软件创造了便利条件. 2 . 3数据库的设计【5 11 . 5 2 1 数据库是数据库应用系统的重要组成部分，数据库的设计过程密切结合 整个数据库应用系统的开发过程。我们将系统设计分为以下几个阶段进行: 调查用户需求，特别是对数据及处理的要求及描述;设计数据的概念模型; 数据库的逻辑设计: 数据库的物理设计: 物理数据库的建立、 试运行、 评价; 数据库的使用与维护。在此之后整个系统进入软件设计阶段。这几个阶段的 执行顺序如图2 - 4 所示。 2 . 3 . 1藉求分析阶段 需求分析阶段是整个系统研制工作的第一阶段，其目的在于弄清楚用户 对所要研究的软件系统的确切要求.从数据库的设计目 标讲，要满足用户的 重庆大学硕士学位论文 z系统设计工具 数据要求和数据处理要求，就必须向用户调查，并对用户要求进行描述和分 析。对开发设计人员来讲，事先并不知道用户的这些要求，它是由用户提供 的，开发设计人员应该全面、细致地了解这些。这是由用户的现实世界进入 计算机世界的必经之路。为此需要建立和分析系统的模型，这里将用户目 前 使用的设计系统称为“ 当前系统” ， 应用计算机以后的系统称为“ 目 标系统” 在此模型的基础上，分析当前系统与目 标系统的差别，建立目 标系统的逻辑 模型。目 标系统是一个使用计算机的系统， 在建立其模型时应符合计算机语 言的规范要求，与当前系统的具体模型有所差别，是在前者的基础上建立起 来的。 调查并收集数据与 处理要求 设计完整的e 一r图 向关系模型转化 物 理 设 计 数据库的建立、 试运行、评价 选取硬件环境、软件 物理结构 图2 - 4数据库的设计过程 2 . 3 . 2数据模型设计 人类对错综复杂的现实世界进行某些特定问题研究时，常常需要将其抽 象， 提取主要因素， 略去次要成分， 经过归纳形成一 个较清晰的轮廓进行具 体研究， 这就是所谓的“ 模型” 。 数据库系统试图管理现实世界中错综复杂的 重庆人学硕十学位论文2系统设计工具 联系必须有一个抽象的过程。数据模型是以一种数学形式，将形形色色、千 变万化的事物抽象成计算机可以表示的形式。 数 据库设计可以 运 用e -r ( e n t i t y -r e l a t i o n s h i p a p p r o a c h ) 模型，即实 体一关联模型， 表示系统模型。 e -r模型是常用的数据模型， 它是在用户要 求描述与分析基础上被很多人用来进行数据库的概念设计。 e -r包括三大要 素: ( 1 ) 实体 ( e n t it y ) : 它是单位中 所关心的客体 ( 事物) ，是信息管理的 对 象，是可以区分的事物。它与数据库的一个表 ( 文件)相对应。 ( 2 ) 属性( a t t r i b u t e ) : 实体所具有的某一 特性， 一个实体可由 若干属性来 描述，而对管理对象进行属性分析时，不是针对个别实体，而是对同一类实 体 ( 是实体集合)进行的。 ( 3 ) 关 联 ( r e l a t i o n s h i p ) :实 体 与实 体之间的 联系。 实 体联 系有三种: 1 ) 一对一关联: 任何一个实体集中的每个实体与另一个实体集的 成员最 多有一种联系。如部门和经理之间的关联管理可能表明为一对一的关联。意 思是若这假设成立，则每个部门决不会有多个经理，也不可以一个经理管理 两个或多个部门。要注意的是所谓称其为假说，就是说关联的性质是可以选 择的， 对于部门与经理之间的管理关联而言，不一定是一对一的，可以假设 一个经理管理两个部门，甚至一个部门可以有两个经理。这时就是属于另一 种关联性质了。 2 ) 多对一关联: 任何一个实体集e z 中的一个实体与另一个实体集e 、 中的 零个或多个实体相联系， 但是e : 中的每个实体最多只与e 2 中的一个实体相 联系，这种关联称为从 e , 到e 2 有多对一的性质.如职工和部门之间可能有 多对一的关联性质。这种假说的意思是每个职工最多只能分配在一个部门。 多对一的关联的概念可以推广到两个以上的实体集之间的关联。若在实体集 e 1 . e z . . . e k 之间有关联r ， 且除e ; 以 外的 所有实体集的 给定的实体与e ; 的实 体最多只有一个联系， 则说r是由e l ,， e ;. 1 , e ;+ i， e k 到e 有多对一 性质的关联。 3 ) 多对多关联: 任何两实体集的实体之间联系没有限 制。 也就是关联集 中出现的实体的k 元组的集上的关联没有任何限 制。在现实世界中 经常会遇 到多对多关联的性质。如职工和承担的项目间的联系是多对多型，即一个职 工可以承担多个项目，而一个项目 可由多个职工参加。 使用实体一属性方法的核心是划分实体和属性，并确定实体间的联系。 2 . 3 . 3数据库逻辑设计 数据库逻辑设计的任务就是把概念结构转化为与我们选用的关系型数据 重庆大学硕士学位论文2系统设计工具 库所支持的数据模型相符合的结构的过程。转换示意图如图2 - 5 所示: 由此可看出上述转换过程必须依据一定的转换规则，转换规则有如下两条。 只有通过这样的转换才能在数据库的点状态下建立相应的库结构。 规则1 :一个实体可转换为一个关系表 ( 如两个或几个实体之间的联系可 不用关系表联接，则可把这几个实体并列放在一个关系表中) 。实体的属性就 是关系表的字段， 实体的码 ( 唯一标示一个实体的属性) 就是关系表的码或关 键字段。 数据库概念结构 e -r图 转 换 图2 - 5 数据模型的转化 规则 2 :实体间的联系也可用关系表实现，与该联系相连的各实体的属 性转换为关系表的字段。 具体情况有三种: ( 1 ) 如果两实体的 联系是1 : 1 ( 一 对一) ，则依据规则两实体可建立两个关系表，只要将 1 : 1 两端的任何一个 实体码放入另一个实体中 作为属性， 就可以 实现1 : 1 的联系; ( 2 ) 如果两实体 间的联系是 1 : n( 一对多) ，则两个实体建立两个关系表，并且将 1 端的实 体码放到n 端的实体中， 作为n 端实体的 属性之一; ( 3 ) 如果两个实体间的联 系是 n : n( 多对多) ，则两个实体间的联系需建立一个关系表来描述，这一 个关系的码是两个实体码的组合，联系的属性作为关系的属性。 2 . 3 . 4物理结构设计 物理结构设计是指依据逻辑设计的结果在设计好的硬件环境下使用系统 命令或者数据库描绘器来建立数据库及相应的关系表. 逻辑设计、物理设计对数据库性能的影响很大，性能包括数据库的存取 效率、对存取空间的使用情况。存取包括逻辑存取和物理存取，逻辑存取是 指对数据库记录的 存取， 物理存取是实现对物理存储器的存取。数据库存储 空间是指数据库所占内存空间的大小。此外，数据库还有其他性能，如计算 机硬、 软件系统变化时， 数据库的移植、 修改和数据库的重新组织时的代价、 重庆大学硕士学位论文 2系统设计工具 故障恢复能力、安全保密性能等。一个好的数据库应具有完整性、独立性、 共享性、兀余小、安全、可恢复等特征。 2 . 3 . 5数据库的建立、试运行和评价 数据库的建立是指在逻辑设计和物理设计完成后，进入数据装入和应用 程序的编写。当数据库投入试运行时，要检验各种操作、测试其功能、对数 据库性能进行评价和改进. 2 . 3 . 6数据库的使用与维护 数据库投入运行后，便进入数据库的维护时期。因为使用要求在改变， 必须对数据库进行修改，对其性能进行监督，必要时要进行大的修改. 重庆大学硕士学位论文3系统结构 3系统结构 应用程序设计是系统最主要的部分， 通过它才能最终完成系统设计，实 现用户所要求的功能。 程序设计的任务是根据系统的需求分析和用户使用的 具体要求，进行总体设计分析， 划分功能模块，根据各功能模块的要求，画 出程序框图， 并由 框图编制相应的程序， 完成程序设计任务. 在p o w e r b u i l d e r 中，既需要应用面向对象的程序设计方法 ( o o p ) ，也需要使用结构化程序 设计方法， 这就给编程带来了极大的方便。 在程序设计之前应首先弄清楚程 序所要求的软、 硬件环境。 本系统程序设计要求的软、 硬件环境的 要求如下: 系统硬件要求: 一台带有p 1 3 3 处理器或更高档处理器的坦m兼容机 系统软件配置: 在 wi n d o w s 9 5. wi n d o w s 9 8 或者 wi n d o w s n t 3 .5 下加 载 p o w e r b u i l d e r 6 . 0 ; 绘图软件a u t o c a d或 wi n d o w s 自 带的画图软件。 3 . 1开发应用程序的 步赚 创建应用程序之前应该认真细致地规划应用程序， 因为在开发之前所做 的设计方案往往会对最终结果产生很大的影响， 所以许多问 题都应在深入开 发之前加以考虑。 本系统采用结构化程序设计方法， 这是当今软件设计的通用方法， 用这 种力 一 法编制的程序易读、易调试和维护，且易于检验和保证程序的正确性。 这种方法又分为模块接口法和有序分层法。 模块接口法即是把一个系统按功 能分解成若干个具有一定独立性， 彼此之间又有一定联系的部分，再由这些 模块构成一个整体来实现系统的功能。 它具有以 下优点: ( 1 ) 加速系统的 研制 过程， 在划分了 模块并规定好接口 后， 可将各个模块交给不同的人分头完成; ( 2 ) 便于维护和修改， 只要模块间的关系不变， 对模块内 部的 修改通常不会对 其他模块产生影响.基于以上考虑，本系统的开发采用模块接口 法。 任何一个数据库管理系统都由两部分组成:数据库和应用程序。 p o w e r b u i l d e r也不例外，包括了一个数据库 ( d a t a b a s e )和一个或多个库 ( l i b r a r y ) 。 其中 数据库用来存储应用程序所需的所有数据， 在设计应用程 重庆大学硕十学位论文 3系统结构 序之前应该首先分析系统需求，规划数据库，做好准备工作。p o w e r b u i l d e r 的库中包括一个应用 ( a p p l i c a t i o n )和多个窗口 ( win d o w) 、数据窗口 ( d a t a w in d o w ) 、 菜单 ( m e n u ) 、 报表 ( r e p o r t ) 、函 数 ( f u n c t i o n ) 、 用户事 件 ( u s e r e v e n t ) 等等。 最后创建一个应用程序的可执行版本 ( p r o j e c t ) . 图3 - 1 表示应用程序开发的步骤。 图3 - 1 应用程序的开发步骤 3 . 2巫峡长江大桥简介 巫峡长江大桥是一孔中承式钢管矽空间析架结构的桥梁。通过对各种 不同结构的桥梁进行比 较，因其设计思想、 设计条件、载重标准、使用条件 小同，其材料用量均受到不同程度的影响 ，但从趋势来看，规律和结论还 t庆人学硕十学位论文 3系统结构 是比较明确的， 钢管硅空间析架结构比钢板梁和型钢析架用钢量省， 造价低。 1 8 8 6年德国最先制造了无缝钢管。4 0年后又最先研究出采用焊接进行 杆件连接的方法。 最初是使用型钢连接钢管， 并且用焊接把节点板连接起来。 后来巧妙地利用了圆形截面的特点，省去节点板， 力求工时和钢材都得到节 省。 近来由于采用了高强钢的焊接钢管结构，于是用钢量比普通铆接结构减 少了5 0 %以上。 鉴于圆形截面的力学性能对于作为析架结构的杆件是很合适 的，并且钢管加工技术不断提高，同时又出现了高强钢管和高级焊条，所以 与其他结构形式相比，钢管析架结构具有足够的经济性。 焊接钢管结构的特点是: ( 1 ) 大大降低用钢量; ( 2 ) 减少了 运输费 用; ( 3 ) 架设费用降 低了: ( 4 ) 油漆费用减少了: ( 5 ) 管理维修费用较少: ( 6 ) 具有协调 的结构外观。 正因为具有以上优点， 钢管析架桥己 广泛用于梁桥、拱桥、吊 桥，英国 在苏格兰爱丁堡架设的f o r th 钢管析架铁路桥全长1 6 3 0 米，其主跨己达5 2 1 米。 本系统所研究的巫峡长江大桥桥面析梁上、 下弦杆灌注硅， 对钢管节点 和受压杆件予以 加强， 杆件力学性能将比 空钢管更优越、 更有利. 其结构如 图3 - 2 所示。大桥主跨为4 6 0 米，其中拱肋为钢管硷组成的析架结构，矢跨 比为1 / 4 ， 拱顶处肋高7 . 5 米 ， 拱脚处肋高1 3 .5 米， 肋宽4 . 1 4 米， 每肋为上 下各两根(u 7 6 0 x 1 3 m m 、内 灌 6 0 号硷的 钢管弦管。 弦管通过横向、竖向 及 斜向(v 3 5 1 x l o m m的 腹杆连接而构成钢管硅析架。 3 . 3系统框架 由图3 - 2 可以 看出，巫峡长江大桥的焊接结构复杂， 焊接工作量庞大， 因此很有必要利用计算机对其焊接工作进行管理。 巫峡长江大桥的焊接管理系统主要用于管理大桥建设过程中与焊接生 产有关的所有文件、资料和档案等等， 供生产人员、 技术人员和管理人员参 考使用。 根据需求将系统分为七个模块: 系统简介、技术管理、生产管理、 质量管理、 人事管理、 焊缝查询和退出。 其中系统简介是对整个系统的结构、 功能进行一个简单的介绍. 技术管理主要包括一些技术资料， 供需要时查阅 参考。巫峡长江大桥钢管拱析架主要由钢管焊接而成，技术较为复杂，其制 造的难点是主弦管垠弯、管一管相贯线的放样、切割、 加工、焊接坡口制备 和相贯线的全位置焊接， 为了确保钢管拱的制造质量，