（机械制造及其自动化专业论文）混合推理高速切削数据库系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 高速切削是近年来迅速崛起的一项先进制造技术，高速切削可促进制造工艺及装 备的更新换代，使生产效率和制造质量得到显著的提高，但高速切削作为一种先进加 工技术，积累的有关切削数据和加工实例较少，普通切削加工积累下来的数据又无法 照搬使用。在高速切削的推广应用中存在的主要问题之一便是国际上尚没有完整实用 的高速切削数据库，使得高速切削所固有的高效、高精度和低成本的优势还远没有在 机械制造业中体现出来。 研究、建立高速切削数据库是目前机械制造业面临的一项重大而现实的课题，对 高速切削技术的推广应用具有非常重要的意义。本课题的主要研究目的，一是探讨高 速切削数据库的建立模式，满足切削数据库的集成化、智能化、实用化和网络化的要 求。二是建立符合当前实际情况的高速切削数据库，用户可在该数据库中查询工件的 某个高速切削加工工步的整体解决方案，包括使用的机床、切削介质、刀具及切削用 量等方面的信息。 本论文从理论模型和系统开发两方面对高速切削数据库系统进行了研究。在建立 了高速切削数据库系统的理论模型的基础上，开发了b s 模式的高速切削数据库提 出的理论模型有：基于知识的集成制造参考模型；知识库的建模方法；实例的参数模 型；基于s t e p - n c 的实例编码方案。在开发过程中建立了材料类别数据库、牌号标 准数据库、材料牌号数据库；建立了车削、铣削、孔加工实例库的数据结构及实例编 码方案：实现了规则和实例的混合推理；提出了工件材料，刀具材料相似切削速度计 算方法。最后开发了b s 模式的高速切削数据库系统。 基于知识的集成制造参考模型的提出。现今，很多新的制造模式被提出并得到了 广泛的应用，但是这些集成制造的实现，大多数停留在信息和资源的集成上。因此一 个可以实现功能集成的参考模型就显得非常需要。通过分析已存在的c i m 参考模型， 提出了基于知识的集成制造参考模型，并给出了模型实现和相应的方法。 知识库建模方法的提出。智能系统解决f 司题的能力在很大程度上取决于它们拥有 知识的质量和数量。因此，如何有效地利用存贮、管理、组织、维护和更新大规模的 知识，如何有效地利用存贮的知识进行推理和闯题求解，将直接影响智能系统的性能。 知识库建模方法的研究将有助于指导知识库的建立，加快智能系统的开发通过分析 软件系统开发过程，结合提出的实例参数模型，给出工程知识库的一种建模方法。 高速切削数据库系统的体系结构的建立。高速切削数据库系统以实例库为核心， v i i 山东大学博士学位论文 提供一个工步的加工知识。在构建过程中同时采用面向对象方法和结构化方法。将 l r m l 的用例图和类图相结合来表示制造单元资源，用d e f 0 图表示系统的功能，用 i d e f 3 图表示刀具选择过程，建立了高速切削数据库系统的体系结构。 规则和实例混合推理的实现。推理就是由已知的判断推导出新的判断的思维过 程。人工智能系统中，目前仍由计算机程序来完成推理，这个负责推理的部分叫做推 理机。通过分析工程中常用的推理方法，探讨规则和实例混合推理的实现过程，提出 具体的实现方法。 基于s t e p - n c 的实例编码方案的提出。实例推理的执行速度取决于实例编码， 由此影响着其实用性。高速切削数据库的实例编码采用的是柔性码，通过借鉴m 地 址的编码思想，采用分层编码方案，使实例编码即实用又高效。首先分析了s t e p - n c 的数据模型，据此确定实例的编码内容；然后进一步分析了实例的检索过程，一是根 据属性值检索，二是根据码值检索，码值检索的采用，使大型实例库具备了实用性的 可能；最后给出了车削，铣削和孔加工的实例编码方案。 高速切削数据库系统的开发。高速切削数据库系统的开发，采用了三层应用程序 模型。将系统按照功能的逻辑层次进行划分，分别是表示层、业务逻辑层和数据访问 层。表示层对应着用户界面层，业务逻辑层负责访问数据以及将数据分发到用户界面 层，数据层对应着数据库。首先建立了数据库，然后对界面进行了确定，最后实现了 程序的开发。 高速切削加工试验。高速切削数据库系统中，各实例的搜集主要来自各刀具厂家 的刀具样本。高速切削加工实验可以提供部分的m i 实例，并且可以对高速切削数据 库系统提供的切削参数进行评价，其中最主要的是对根据相似计算所得的切削参数进 行验证。 本课题得到国家自然科学基金项目“混合智能推理高速切削数据库系统研究 ( 5 0 3 7 5 0 8 9 ) ”的资助。 v i l l 关键词：高速切削；数据库；实例库；混合推理；相似计算 a b s t r a c t a b s t r a c t h i 咖s p e e dc u t t i n gi sa na d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yd e v e l o p i n gr a p i d l y i n r e c e n ty e a r s rc a np r o m p tt h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dt h er e n e w a lo f e q u i p m e n t , i m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t ys i g n i f i c a n t l y , a n dr e d u c et h e m a n u f a c t u r i n gc o s ta n dp r o c e s st i m eb yo v e r5 0 a sa na d v a n c e dm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y , h i g h - s p e e dc u t t i n gh a sn o tf u l l yd e v e l o p e d t h e r ei sl e s sd a t ar e l a t e dt o m a c h i n i n gp a r a m e t e r sa n dp r o c e s si n s t a n c e sa n dt h ed a t aa c c u m u l a t e d i nc o n v e n t i o n a l m a c h i n i n gc a n n o tb eu s e dd i r e c t l y o n eo ft h em a i np r o b l e a n si nt h ea p p l i c a t i o no f h i g h - s p e e dc u t t i n gi st h a tt h e r ei sn oc o m p l e t ea n dp r a c t i c a lh i g h s p e e dc u r i n g d a t a b a s e t h es t u d yo ft h eh i g hs p e e dc u t t i n gd a t a b a s eh a sag r e a tv a l u ei nc u r r e n t m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g i tm a k e sag r e a ti m p a c to nt h ea p p l i c a t i o no fh i g hs p e e d c u t t i n gt e c h n o l o g y t h ep r i n c i p a la i mo ft h ep r e s e n ts t u d yi st w o f o l d ：( 1 ) t od i s c u s s t h em o d e lo ft h eh i s h s p e e dc u t t i n gd a t a b a s ei no r d e rt or e a l i z et h ei n t e g r a t i o n , i n t e l l i g e n c e ，p r a c t i c a l i t ya n dn e t w o r ko f t h ec u t t i n gd a t a b a s e ；( 2 ) t ob u i l dah i g h - s p e e d c u t t i n gd a t a b a s et h a tm e e t st h ec o n t e m p o r a r yn e e d ss ot h a tt h e1 i s e rc a no b t a i nt h e w h o l es o l u t i o no f o n ew o r k i n go p e r a t i o nf r o mt h i sd a t a b a s e , i n c l u d i n gt h ei n f o r m a t i o n o f m a c h i n et o o l s , c u t t i n gm e d i u m ，c u t t i n gt o o l s ，c u t t i n gp a r a m e t e r s , e t c t h eh i g hs p e e dc u t t i n gd a t a b a s es y s t e mi ss t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o nf r o mt w o a s p e c t s ：t h e o r ym o d e la n ds y s t e md e v e l o p i n g b a s e do i lt h et h e o r ym o d e lo fh i g h s p e e dc u t t i n gd a t a b a s es y s t e mb u i l t , t h eb sm o d eh i g hs p e e dc u t t i n gd a t a b a s es y s t e m i sd e v e l o p e d n et h e o r ym o d e lp r e s e n t e di n c l u d e s ：k n o w l e d g e - b a s e di n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gr e f e r e n c em o d e l ；t h em e t h o df o rk n o w l e d g eb a s eb u i l d i n g ；c a s e p a r a m e t e r sm o d e l ；s t e p - n cb a s e dc a s ec o d i n gs c h e m e i nt h ed e v e l o p m e n to ft h e h i g hs p e e dc u r i n gd a t a b a s es y s t e m , t h ef o l l o w i n gd a t a b a s e sa l eb u i l t ：m a t e r i a l c l a s s i f y i n gd a t a b a s e ；m a t e r i a ls t a n d a r dd a t a b a s e ；m a t e r i a ld a t a b a s e ；t u r n i n go p e r a t i o n e a s eb a s e ；m i l l i n go p e r a t i o nc a s eb a s e ；h o l em a k i n go p e r a t i o nc a s eb a s e t h eh y b r i d r e a s o n i n gc o m b i n i n gr o l e - b a s e da n dc a s e - b a s e dr e a s o n i n gi sr e a l i z e d t h em e t h o df o r c o m p u t i n gc u t t i n gs p e e do nt h eb a s eo fw o r k p i e c em a t e r i a l so rc u t t i n gt o o lm a t e r i a l s s i m i l a r i t yi sp u tf o r w a r d f i n a l l y , t h eb sm o d eh i g hs p e e dc u t t i n gd a t a b a s es y s t e mi s 山东大掌博士学位论文 d e v e l o p e d ar e f e r e n c em o d e lf o rk n o w l e d g eb a s e di n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gi sp u tf o r w a r d t o d a y , m a n yan e wm a n u f a c t u r i n gm o d es u c ha sc o n c u r r e n tc n g i n e e n n gp r o v i d e s m a n yi m p o r t a n tb e n e f i t ss u c h 勰g r e a t e rp r o c e s sf l e x i b i l i t y b u tt h e s er e a l i z a t i o n so f i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gm o s t l ys t a yo ni n f o r m a t i o na n d $ o l i r c cl e v e l t h e r e f o r e , a r e f e r e n c em o d e lt or e a l i z et h ef u n c t i o ni n t e g r a t i o ni sn e e d e du r g e n t l y b ya n a l y z i n g c i mr e f e r e n c em o d e l s , k n o w l e d g eb a s e di n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gm o d e li sp u t f o r w a r d t h i sm o d e lc o n s i s t so f t h r e em o d e l sa n dt h r e el a y e r s a n dt h ec o r r e s p o n d i n g m o d e lr e a l i z i n gm e t h o d sa r eg i v e n ，w h i c hc a no f f e ru n i f i e dm a c h i n i n gk n o w l e d g et o s u p p o r tf u n c t i o ni n t e g r a t i o na n dm a k et h ek n o w l e d g es h a r i n ga v a i l a b l e t h em e t h o df o rk n o w l e d g eb a s eb u i l d i n gi sp u tf o r w a r d t h ea b i l i t yo f i n t e l l i g e n t s y s t e m st os o l v ep r o b l e m sm a i n l yd e p e n d so i lt h ek n o w l e d g eq u a n t i t ya n dq u a l i t yt h a t t h e yh a v e t h e nh o wt os t o r e ，m a n a g e ，o r g a n i z e ，m a i n t a i na n du p d a t ek n o w l e d g e e f f i c i e n t l y , a n dh o wt or e a s o na n ds o l v ep r o b l e m su s i n gt h e s ek n o w l e d g ee f f i c i e n t l y , w i l ld i r e c t l yi n f l u e n c et h ep e r f o r m a n c eo ft h ei n t e l l i g e n ts y s t e m s t h es t u d yo ft h e m e t h o df o rk n o w l e d g eb a s eb u i l d i n gc a l lh e l pt od i r e c tk n o w l e d g eb a s ee s t a b l i s h i n g ， a n dt os p e e du pi n t e l l i g e n ts y s t e md e v e l o p i n g b ya n a l y z i n gt h es o f t w a r ed e v e l o p i n g p r o c e s sa n do i lt h eb a s i so ft h ec a s ep a r a m e t e r sm o d e lp r e s e n t e d , t h em e t h o df o r k n o w l e d g eb a s eb u i l d i n gi sg i v e n t h ea r c h i t e c t u r eo ft h eh i g hs p e e dc u t t i n gd a t a b a s es y s t e mi sb u i l t t h es y s t e m m a k e st h ec a s eb a s et h ec e n t e r , a n dp r o v i d e sw o r ks t e p si n f o r m a t i o n i nt h e d e v e l o p m e n to f t h i ss y s t e m ，o b j e c to r i e n t e dm e t h o d sa n ds t r u c t u r a lm e t h o d sa r eu s e d b yc o m b i n i n gu m l c a s ed i a g r a ma n dc l a s sd i a g r a mt oe x p r e s st h ec o m p o s i t i o no f m a c h i n i n gu n i t ，w i t ht h ei d e f 0d i a g r a mt oe x p r e s sf u n c t i o no fs y s t e m ，w i t ht h e i d e f 3t oe x p r e s st h ec u t t i n gt o o ls e l e c t i n gp r o c e s s ，t h ea r c h i t e c t u r eo fh i 。g hs p e e d c u t t i n gd a t a b a s es y s t e mi se s t a b l i s h e d r u l e - b a s e da n de a s e - b a s e dh y b r i dr e a s o n i n gi sr e a l i z e d r e a s o n i n gm e a n st h e p r o c e s sd u r i n gw h i c han e wj u d g m e n ti so b t a i n e df r o mo l dj u d g r n e n t s t o d a y , i n a r t i f i c i a li n t e l l i g e n ts y s t e m ，r e a s o n i n gi sr e a l i z e db yc o m p u t e rp r o g r a m ，a n dt h i s c o m p u t e rp r o g r a mi sc a l l e dr e a s o n i n gm a c h i n e b ya n a l y z i n gt h en o r m a lr e a s o n i n g m e t h o d s ，t h em e c h a n i s mo fr u l eb a s e da n dc a s eb a s e dr e a s o n i n gi sd i s c u s s e d ，a n dt h e x a b s t r a c r i i i i i i i p r a c t i c a lm e t h o d sa 爬g i v e n t h es c h e m eo fs t e p - n cb a s e dc a s ec o d i n gi sp u tf o r w a r & s p e e do fe a s eb a s e d r e a s o n i n gd e p e n d so nc a s ec o d i n g a n dt h e r e f o r ei n f l u e n c e st h ep r a e t i e a b i l i t yo ft h e s y s t e m 1 1 璩c 勰ee x x t ei nt h eh i g hs p e e dc u t t i n gs y s t e ma d o p t sf l e x i b l ec o d e 1 1 1 i s e 4 x l i n gm e t h o db o r r o w st h ec o d i n gt h o u g h tf r o mi pa d d r e s sc x x t i n g , w h i c ha d o p t s h i e r a r c h i c a lc o d i n g h e r f l e a n di tm a k e sc 鹬ec o d ep r a c t i c a la n de f f i c i e n t f i 墙tt h e c o n t e n t so fc 鹳ec o d ea r cd e t e r m i n e db ya n a l y z i n gs 硼豫一n cd a t am o d e l t h e nt h e p r o c e s so fc a s er e t r i e v ei s 如m 1 盯d i s c u s s e d ，w h i c hi n c l u d e st w oi n d e x i n gm e t h o d s ： c a s ea t t r i b u t e si n d e x i n ga n dc o d ei n d e x i n g r e t r i e v i n gc a s eb yi n d e x i n gc o d em a k e s t h eb u i l d i n go fal a r g ep r a c t i c a lc a s eb a s ep o s s i b l y a tl a s t , t l m l i n g , m i l l i n ga n dh o l e m a k i n go p e r a t i o n c a s ec o d i n gs c h e m e sa r eg i v e n t h eh i g hs p e e dc l i t t i n gd a t a b a s es y s t e mi sd e v e l o p e d t h r e el e v e l sa p p l i c a t i o n p r o g r a mm o d e li sa d o p t e dt od e v e l o ph i 曲s p e e dc u t t i n gd a t a b a s es y s t e m a c c o r d i n g t ot h es y s t e mf u n c t i o nl o g i cl e v e l ，t h es y s t e mi sd i v i d e di n t ot h r e el a y e r s ，n a m e l y , e x p r e s sl a y e r , 矗m c d l o g i cl a y e ra n dd a t aa c c e s sl a y e r e x p r e s sl a y e rc o r r e s p o n d s w i t hl 酣i n t e r f a c el a y e r , f u n c t i o nl o g i cl a y e ri sr e s l ) o m i b l ef o ra c c e s s i n gd a t aa n d s e n d i n gt h ed a t at ol l s f f l i m e r f a c e , a n dd a t al e v e le o r r e s p o n d sw i 也d a t a b a s e f i r s tt h e d a t a b a s ei s b u i l t ，t h e nt h ei n t e r f a c ei sd e t e r m i n e d , a n dt 1 1 i r d l yt h ep r o g r a m i s d e v e l o p e d h i 曲s p e e dc u t t i n ge x p e r i = r n e n t sa 坤d o n e i nt h eh i 曲s p e e dc u n i n gd a t a b a s e s y s t e m t h ec a s e sa 睇c o l l e c t e dm a i n l yf r o mm a n u a lh a n d b o o k so fv a r i o u sc u t t i n g t o o l sm a n u f a c t w e r s t h ee x p e r i m e n t sc a np r o v i d es o m ec a s e so nt h eo n eh a n d ；o nt h e o t h e rh a n d ，t h ep a r a m e t e r sp r o v i d e db yh i g hs p e e dc u t t i n gd a t a b a s ec a nb ee v a l u a t e d m o s ti m p o r t a n t l y , t h e c u t t i n gp a r a m e t e r so b t a i n e db ys i m i l a r i t yc a l c u l a t i o na r e v e r i f i e d t h i sp r o j e c ti ss u p p o r t e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef m m d a t i o no fc h j i 值 ( g r a n tn u m b e r5 0 3 7 5 0 8 9 ) k e yw o r d s ：h i g hs p e e dc u t t i n g ；d a t a b a s e ；c a s eb a s e ；h y b r i dr e a s o n i n g ； s i m i l a r i t yc a l c u l a t i o n x l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任 由本人承担。 论文作者签名： 塑垂缇 日期： 2 塑：圣 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：空自蔓乏导师签名： 1 绪论 1 1 课题的研究意义和目的 1 绪论 尽管现代制造技术有了突飞猛进的发展，切削加工仍是当今最主要的产品生 产方法“1 。据估计，占全球1 5 的机械产品都是由切削加工完成的目前切削 加工约占整个机械加工工作量的9 0 9 6 以上嘲。 高速切削是近年来迅速崛起的一项先进制造技术，高速切削可促进制造工艺 及装备的更新换代，使生产效率和制造质量得到显著的提高，高速切削使制造成 本和加工时间均下降5 0 以上“1 ，高速切削加工将为机械制造业带来一场影响深 远的技术革命。但高速切削作为一种先进加工技术，积累的有关切削数据和加工 实例较少，普通切削加工积累下来的数据又无法照搬使用。在高速切削的推广应 用中存在的主要问题之一便是国际上尚没有完整实用的高速切削数据库，使得高 速切削所固有的高效、高精度和低成本的优势还远没有在机械制造业中体现出 来。 切削数据是衡量切削技术水平的一个基本量值。采用合理的切削数据可以充 分发挥切削机床和刀具的功能，对于数控机床，加工中心来说，自动化加工的辅 助时阉已经大大缩短，充分利用合理或优化的切削数据，进一步缩短加工时间， 对提高整个加工系统的生产效率和经济效益尤为重要。切削数据传统上通常依据 切削手册、生产实践资料或切削试验来确定。随着计算机技术的发展，计算机在 切削加工中得到了广泛的应用，新的切削数据库不断出现，自第一个切削数据库 诞生以来，据不完全统计，迄今为止国内外已建立了3 0 多个通用切削数据库， 切削数据库在现代化机械加工中发挥着日益重要的作用。根据国际生产工程研究 会对切削数据库经济效益所进行的调查表明：切削数据库可以使加工成本降低约 1 0 以上睁“。 研究、建立高速切削数据库是目前机械制造业面临的一项重大而现实的课 题，对高速切削技术的推广应用具有非常重要的意义本课题的主要研究目的， 一是探讨高速切削数据库的建立模式，满足切削数据库的集成化、智能化、实用 化和网络化的要求。二是建立符合当前实际情况的高速切削数据库，用户可在该 数据库中查询工件的某个高速切削加工工步的整体解决方案，包括使用的机床、 山东大学博士学位论文 切削介质、刀具及切削用量等方面的信息。 1 2 课题背景及国内外研究现状 高速切削技术、数据库技术、智能推理技术和网络技术的发展为高速切削数 据库的建立提供了技术支持，同时约束满足问题( c o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o np r o b l e m ， 简称c s p ) 和相似理论的引用，为规则推理和实例推理的混合提供了解决方案。 本节对课题相关技术进行了分析，对智能推理方法在切削数据库中的应用进行了 比较，指出了切削数据库存在的问题。 1 2 1 高速切削技术 高速切削理念是1 9 3 1 年4 月德国物理学家萨尔蒙( c a r l j s a l o m o n ) 提出的。 他指出，在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但当切削 速度提高到一定值后，切削温度不但不升高反会降低，且该切削速度值与工件材 料的种类有关。对每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切 削温度过高，刀具材料无法承受，即切削加工不可能进行，如能越过这个区域，在 高速区工作，则有可能用现有刀具材料进行高速切削，切削温度与常规切削基本 相同，刀具的磨损率变小，从而可大幅度提高生产效率“耵，虽然该理念并没有被切 削试验和生产实际所证实，但却引起了人们对高速切削加工的极大兴趣，导致了 高速切削加工技术的诞生。 高速切削是一个相对概念，通常把切削速度比常规切削速度高5 1 0 倍以上 的切削称为高速切削。不同的加工方式、不同的工件材料有不同的高速切削范围。 一般认为，高速加工各种材料的切削速度范围为：铝合金可达2 0 0 0 7 5 0 0 m m i m 铸铁为5 0 0 1 5 0 0 m m i n ；钢为3 0 0 8 0 0m m i n ；超耐热镍合金达5 0 0 m m i n ) 钛 合金达1 5 0 1 0 0 0 m m i n ；纤维增强塑料为2 0 0 0 9 0 0 0 m m i n “”。高速切削加工中 的“高速”不应仅是一个技术指标，还应是一个经济指标，是一个可由此获得较 大经济效益的高速度的切削加工“”。这对于利用和推广高速切削技术是至关重要 的。 与普通的切削加工相比，高速切削加工具有以下特点“”： ( 1 ) 加工时间短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常规的3 5 倍。 2 i 绪论 ( 2 ) 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走， 故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。 ( 3 ) 工件表面质量好切削速度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率， 因而工艺系统振动很小，容易获得好的表面质量 ( 4 ) 可进行高速干切削，减少对环境的污染，实现绿色加工。 ( 5 ) 可完成高硬度材料加工。在高速、大进给和中切深的条件下，完成高硬度材 料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工的3 6 倍，而且获得十分高的表面 质量。 由于高速切削加工具有高生产效率，减少切削力，提高加工精度和表面质量， 降低生产成本并且可加工高硬度材料等许多优点，已在航空、汽车、模具等制造 业中广泛应用，取得了重大的经济效益，因而高速切削数据库的研究和建立，对 提高切削加工技术的水平，推动机械制造技术的进步具有深远的意义 1 2 2 切削数据库 数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的、大量数据的集合例。 数据库的逻辑模型有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、对象关 系模型等。1 9 6 9 年，i b m 公司研制了基于层次模型的数据库管理系统i m s ( i n f o n n a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。1 9 7 0 年，i b m 公司的研究员e ec o d d 发表 了题为“大型共享数据库数据的关系模型”的论文，提出了关系数据模型。2 0 世纪8 0 年代以来，面向对象的方法和技术在计算机各个领域都产生了深远的影 响。也促进了数据库中面向对象数据模型的研究和进展。随着鄹络技术的发展， 产生了各种w e b 数据库访闯技术( 如c g i 、a s p 、j s p 、a d o 、o d b c 等) 和各种数据 库系统体系结构( 如c s 模式、b s 模式等) 乜- 嚣1 。 c g i 数据库访问技术c g i ( c o m m o r lg a t e w a yi n t e r f a c e ) 是w w w 服务器运行时 外部程序的规范，按照c g i 编写的程序可以扩展服务器的功能，完成服务器本身 不能完成的工作，外部程序执行时可以生成h t m l 文档，并将文档返回w w w 服务器。 c g i 程序运行效率较低。用户的每一表单都需要执行一个可执行文件，当多个用 户同时发出请求时，必然使多个可执行程序文件同时在内存上运行，在服务器上 形成瓶颈，大大降低服务器的执行速度。另# e c g i 协议适应性较差，缺乏与用户 3 山东大学博士学位论文 的访问控制啪1 。 a p i 数据库访问技术服务器a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 一 般作为一个d l l 提供，是驻留在w 删服务器中的程序代码，其扩展w w w 服务器的功 能与c g i 相同。使用a p i 开发的程序性能要优于用c g i 开发的程序，这主要是因为 a p i 应用程序是一些与w w w 服务器软件处于同一地址空间的d l l ，因此所有的h t t p 服务器进程能够直接利用各种资源，这显然比调用不在同一地址空间的c g i 程序 语句占用更少的系统时间。其主要缺点是：各种a p i 之间兼容性差，缺乏统一的 标准来管理这些接口：开发a p i 应用程序比开发c g i 复杂的多：a p l 只能工作在专 用w e b 服务器和操作系统上” o o b c 数据库访问技术o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 是微软定义的基 于w i n d o w s 环境的一种数据库访问接口标准，o d b c 一个最显著优点是用它生成的 程序与数据库或数据库引擎无关，w e b r 殴务器通过数据库驱动程序o d b c i 甸数据库 服务器发出s q l 请求，数据库服务器接到的是标准的s q l 查询语句，数据管理系统 执行s q l 查询并将查询结果再通过o d b c 传回w e b 服务器。o d b c 经过多年的改进， 它已成为存取数据库的事实上的标准。 a s p 数据库访问技术a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 是m i c r o s o f t 基于服务器 的、建立动态和交互式w e b 页面的技术。在a s p 文件中，可以嵌) k a c t i v e x 控件和 脚本语言。a c t i v e x 控件，也称为o l e 控件或o c x 控件，是能够运行在w e b 页面上的 软件组件。a c t i v e x 控件是跨语言的，能在许多编程语言中应用，a c t i v e x 控件 是依赖于平台的，目前还只能在m i c r o s o f t 的平台上使用。脚本是一种能够完成 某些特殊功能的小程序段，这些程序在运行过程中被逐行地解释汹1 。 a d o 数据库访问技术a d o ( a c t i v ed a t ao b j e c t ) 是基于a c t i v e x 规范的数据 库访问组件。将a d o 与a s p 结合能建立提供数据库信息的网页，能在网页中执行s q l 命令。将a d o 与v b s c r i p t 或j a v a s c r i p t 结合能用来控制数据库的访问和查询结果 的输出。a d o 可以连接到任何支持o d b c 的数据库1 。 c s 模式数据库系统体系结构在计算机网络环境下，c s ( c li e n t s e r v e r ) 是指一个应用系统在整体上被分成两个逻辑部分，即一个是客户，另一个是服务 器。其中，各部分充当不同的角色，完成不同的功能。通常，客户机为完成特定 的工作向服务器发出命令：服务器则处理客户机的请求，返回处理的结果。早期 4 1 绪论 的c s 模式采用两层结构，包含客户端界面和数据库服务器。随着分布技术的不 断发展，许多企事业单位采用了三层的c s 结构。三层结构是由表示层、应用层 和数据层构成。表示层是用户与系统交互的接口部分，主要用于用户的输入和输 出数据应用层是应用程序的主体。数据层是d b m s 和数据库本身。 b s 模式数据库系统体系结构b s 结构是将w e b 技术与c s 结构技术相结 合的模式，实现了开发环境与应用环境的分离。它将客户端的表示层用w e b 浏览 器取代。大量的业务处理放在应用服务器，应用服务器又称为w e b 服务器，作为 应用层。数据库服务器作为数据层。这样，浏览器与w e b 服务器之间相当于终端 机与主机模式，而w e b 服务器与数据库服务器之间是一种c s 数据库模式。b s 模式工作原理是，用户以浏览器的表单方式向w e b 服务器发送请求。w e b 服务器 收到请求后，也向数据库服务器发送数据请求，数据库服务器处理由w e b 服务器 发来的请求后，将数据处理结果返回给w e b 服务器，最后由w e b 服务器将结果以 h t m l 格式或相应脚本语言的格式返回浏览器。b s 模式的最大特点是系统具有扩 展功能，支持异构系统和异构数据库啪】 1 2 2 1 切削数据库的研究现状 从2 0 世纪6 0 年代中期开始，多个国家相继开始建立自己的切削库，据不完 全统计，至2 0 世纪8 0 年代末已经有美国、德国，瑞典、英国，日本等国建立了 3 0 多个大型的金属切削数据库啪1 ，其中最著名的有美国金属切削研究联合公司 (