（材料加工工程专业论文）计算机辅助焊接工艺管理系统的设计与开发.pdf

重庆大学硕士学位论文摘要 摘要 、厂 ( 、随着计算机水平的迅速提高，以及计算机应用范围的不断扩大，它 在焊接技术中的使用已经深入到了各个方面，无论是在生产、科研，还 是在管理中，计算机都起到了积极的作用。，本文针对现阶段焊接工艺卡 手工制定的繁琐性、焊工档案人工管理的低效性，运用关系型数据库管 理系统v i s u a lf o x p r o 开发设计了该焊接工艺管理系统。 通过程序设计实现了产品工艺卡制定与管理的自动化、焊工管理的 统一化、焊接知识咨询的系统化。在此系统中，能够完成对单件材料的 单张焊接工艺设计和部件或组件的全套焊接工艺自动设计，并可将焊缝 坡口图与焊接工艺参数共同显示、打印出来；实现常见材料焊接工艺的 查询、有关焊工档案各种形式的查询及打印、有关焊接方面常见问题的 咨询；对系统基本数据库可实现再调整及修改。本系统基本功能齐全、 可维护性能良好、辅助功能强大、打印格式清晰、具有友好的人机界面， 用户可以在很短的时间内掌握整个系统的使用方法。 关键词：焊赦艺卡数据库v ；。u 。，f 。p ，。 j j f 冲魄税辔乩 重庆大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f c o m p u t e r sa n dt h e i ri n c r e a s i n gr 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 eb e e n w i d e l y u s e di n e v e r y f i e l do f w e l d i n g t h e yp l a yap o s i t i v er o l ei np r o d u c t i o n ，s c i e n t i f i cr e s e a r c ha n d m a n a g e m e n t a i m e da tt h eo v e r e l a b o r a t i o no fw e l d i n gp r o c e s sc a r d sm a d e b ym a na n dt h el o we f f i c i e n c yo f w e l df i l e sm a n a g e db ym a na t p r e s e n t ， t h i sa r t i c l ed e v e l o p sa n d d e s i g n s aw e l d i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t s y s t e mb y u s i n gr e l a t i o nd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m 一一v i s u a lf o x p r o t h r o u g hc o m p u t e rp r o g r a m s ，t h i ss y s t e mc a na c h i e v es u c hf u n c t i o n s a st h ea u t o m a t i o no f f o r m u l a t i n g a n d m a n a g i n gp r o c e s s c a r d sf o r p r o d u c t s ，t h eu n i f i c a t i o no fm a n a g i n gw e l d e r sa n dt h es y s t e m a t i z a t i o no f c o n s u l t i n gw e l d i n gk n o w l e d g e i n t h i ss y s t e m ，d e s i g n i n gas i n g l ew e l d i n g p r o c e s sf o r a s i n g l em a t e r i a lo r as e to fw e l d i n gp r o c e s sf o r p a r t sa n d c o m p o n e n t sc a n b ea c h i e v e da u t o m a t i c a l l y ：g r o o v ef i g u r e so fw e l d i n g b e a d sa n d p a r a m e t e r s i n w e l d i n gp r o c e s s c a nb es h o w nt o g e t h e ra n d p r i n t e d ；t h ei n q u i r yo f w e l d i n gp r o c e s s e so f c o m m o nm a t e r i a l s ，t h ei n q u i r y a n dp r i n t i n go fw e l d e rf i l e si nd i f f e r e n tf o r m a t s ，c o n s u l to fc o m m o n p r o b l e ma b o u tw e l d i n g c a nb ea c q u i r e d ；t h eb a s i cd a t a b a s e so fs y s t e mc a n b et e a d j u s t e da n dm o d i f i e d t h i ss y s t e mh a sc o m p l e t eb a s i cf u n c t i o n s ， g o o dm a i n t a i n a b i l i t y ，s t r o n ga s s o c i a t ef u n c t i o n s ，c l e a rp r i n t i n gf o r m a ta n d f r i e n d l yi n t e r f a c eb e t w e e np e o p l ea n dc o m p u t e r ，w h o s eu s e r sc a nm a s t e r t h eu s a g eo ft h ew h o l es y s t e mi nav e r ys h o r tt i m e k e y w o r d s ：w e l d i n g 、p r o c e s s c a r d 、d a t a b a s e 、v i s u a lf o x p r o 2 重庆大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 计算机在焊接中的应用 焊接在现代工业生产中，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、造船、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。它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。焊接可以是对各种同类或不同类金属、非金属的连接， 也可以连接种金属与一种非金属“”。 当前，计算机技术的飞速发展对人类生产和生活的各个领域带来 了深刻地影响。近年来微型计算机存储容量、运算速度的逐步增大和图 形功能的逐步完善对计算机的普及应用起到了巨大的推动作用。它在工 业生产及相应管理过程中的应用日益广泛”“。在焊接行业中，计算机 地应用起步较早，正在逐步向焊接科研、生产、管理等各个领域深入发 展”1 ：小至对焊接过程某些参数进行记录、分析：大至对整条焊接生产 线地控制，乃至对整个工厂所有焊机实行群控；简单的只根据材料种 类、厚度自动选择、调整规范；复杂的可对整个焊接过程实现全自动及 自适应控制“”。其应用范围主要包括以下几个方面： 一、在焊接生产全过程中的应用n 1 ( 1 ) 、一般事务管理方面“”。如：人事、财会、工资、文档等的 管理。这方面的应用比较普遍，许多大中型企业已经有了自己的应用软 件，并且取得了成效。 ( 2 ) 、焊接专用数据库方面“。如：焊工档案管理数据库、焊接 工艺评定报告数据库、焊接工艺说明书数据库、焊材数据库等。国内外 不少单位用不同的系统软件建立了数据库软件，有的功能很完备并在生 产中使用。 ( 3 ) 、生产过程管理和计算机辅助制造方面”7 “”。焊接生产过 程计算机辅助制造包括：材料预处理方法选择、下料和装焊工艺过程设 计、焊接方法选择、焊材选择、焊接工艺条件确定、预热及后热规范的 重庆大学硕士论文第一章绪论 确定等。太原重型机器厂、清华大学、哈尔滨工业大学、天津大学等单 位都在不同方面进行过研究。太原重型机器厂的数控套料系统已在十余 个企业中使用，可以使钢板利用率提高1 0 ，从而代替了原国外引进的 系统。 ( 4 ) 、计算机辕助检验方面。重要焊接结构的检验要求是很严格 的，对焊缝质量的检验方法有：射线探伤、超声检验等，但这些探伤结 果以往只能由检验人员凭经验判断。现在已经可以通过计算机将检验结 果记录下来，再由计算机给出判断。甘肃工业大学的“x 射线实时成像 微机处理技术”、清华大学的“超声信息记录”都已通过鉴定，达到了 实用的水平。 ( 5 ) 、焊接过程的实时控制方面”“。目前主要是通过单片机控 制焊接接头进行焊缝跟踪，如与机器人联系起来逐步可以形成自动化焊 接生产线”7 “1 。 二、在焊接结构设计、数值分析和计算机模拟方面的应用 计算机辅助设计“是计算机应用的重要领域，但是因为焊接结构根 据不同用途由各单位自行进行设计，国内没有专门设计焊接结构的计算 机软件，而针对压力容器、起重机械等有自己专门的设计软件。数值分 析和计算机模拟在国内焊接方面的应用比较广泛，例如：电弧热场的数 值分析和模拟，在此基础上还可以计算不同条件下焊接应力和变形。此 外对焊接接头组织变化的模拟，热影响区氢的扩散模拟、疲劳裂纹扩展 的模拟等都取得了有意义的成果。 三、在人工智能与焊接专家系统方面的应用 焊接专家系统近年来在国内外有很大的发展，主要集中在焊接工 艺、焊接方法选择、焊接结构安全评定等方面。另外，还有焊接变压器 设计专家系统和铸铁焊接专家系统等。清华大学和燕山石化总公司合作 的“焊接工艺制定与咨询专家系统”经过石化总公司所属企业试用后也 通过了鉴定。 1 2焊接专家系统 近年来，焊接界的人士都不同程度地希望借助于人工智能，特别是 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 重庆大学硕士论文 第一章绪论 系列复杂问题。所谓专家系统”就是一类特殊的计算机程序，它能够象 专家样解决那些需要该领域的专家才能解决的专门问题，为人们提供 设计、预测、诊断、规范、监控、咨询等多种服务“。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。例如 在压力容器制造中”，对焊接工艺的要求是每条焊缝都要有焊接工艺 卡( 产品的焊接工艺卡是针对具体产品的技术条件、材料和结构提出的 焊接工艺文件，它规定了在焊接某个产品时所需要使用的焊接方法、焊 接材料、焊接参数和热处理工艺等内容，它是焊工进行操作的依据，也是 检验人员对焊缝进行检验的参考依据) ，每份焊接工艺卡都需要有焊接 工艺评定来支持，因此在焊接工艺卡上要注明对应的焊接工艺评定编号 ”。对于一个具有一定规模的压力容器制造厂来讲，通常已完成的焊 接评定目录有四五百条以上。如采用人工检索则需要大量的时间，而且 难免出错”“。因此有必要将计算机和专家系统的优点与焊接生产融合 起来，进一步改善焊接生产及管理。 焊接领域专家系统的开发研究始于8 0 年代中期，美、英、日等国 都进行了这方面的工作“1 。它们所开发的专家系统涉及工艺设计或 工艺选择( 包括单因素的焊接材料选择或焊接方法选择) 、焊接缺陷或设 备诊断、焊接成本估算、焊工考试等，几乎包括了焊接生产的所有主要 阶段及主要方面。国内焊接专家系统的研究始于1 9 8 8 年”“，经过焊接 工作者地探索和努力，这门高新技术已经在实际焊接生产中得到应用。 我国现有焊接专家系统大部分还处于研究原形甚至演示原形阶段，从 原型到实际运用还需要做大量的工作，所以，只有少数系统作到了实用 化”。专家系统是在总结人类专家知识经验的基础上产生的，从根本 上讲，不可能超过人类专家的智能水平。”。因此，希望专家系统解决 一切问题的想法是不现实的。在推广应用专家系统时，各国都在不同程 度上遇到了困难，究其原因，一方面是较难得到比较全面的、高质量的 焊接领域的专家知识，一方面是现有专家系统或多或少缺乏通用性。此 外，很少有系统为用户提供简便的知识获取接口，因而用户很难根据自 身经验及要求对系统知识库进行处理和更新，即系统不易适应具体环境 下的具体使用要求。 重庆大学硕士论文 第一章绪论 1 3 本论文研究的内容及意义 焊接工艺规程的制定是由具有实际经验的焊接工艺人员依据试验 数据编写而成的。对于新材料，工艺人员对焊材进行材料性能评定实 验，依据实验数据整理出材料的工艺评定报告书，由实验人员依据评定 内容进行焊接工艺规程的测试，得出此种材料的焊接规范参数；而对已 经评定过的材料，可以此种材料的评定报告、经验知识、标准为依据进 行查找，设计出它的焊接工艺。通常的工艺设计是第二种情况。这样编 制工艺规程在很大程度上依赖于工艺人员自身的知识和经验，不同工艺 人员对同一工艺规程的编制不尽相同。同时，生产技术是发展的，人们 的认识也在不断地发展，已制定的焊接工艺规程经一段时间实践后，可 能会与实际生产不适应，而不能指导实际生产：另一方面，随着产品设 计的改进，对产品质量和数量要求的提高，新材料、新工艺、新技术、 新设备的采用，都使得现有工艺规程不适应生产实际，必须进行大规模 的调躲，甚至重新编写焊接工艺，增大了设计人员的劳动量、使生产费 用增多。总之，历来的手工编制焊接工艺规程具有如下的不足之处：大 量专门知识的流失和人员素质的影响无法保证工艺设计严密的科学 性；重复劳动的手工编制方式加大了设计人员劳动量、增加了生产成 本；工艺的非优化使生产费用增多，产品质量下降“。 以前单位焊工的档案也是靠手工进行管理，管理人员不但要从事 大量的文字工作，而且在查询某焊工的资料时工作量较大。这种管理 方式的工作效率较低，而且容易出错。 针对上述实际情况，并考虑到现有专家系统缺乏通用性及不易适 应具体环境下的具体使用要求的缺点，我们采用v is u mf o x p r o ”1 开发 了焊接工艺管理系统。此系统的个分支是以常用的焊接材料、常用焊 接方法所积累的数据为基础编制出焊接工艺优化模块并自动生成焊接 工艺卡，其中包括对企业所生产产品的数条焊缝在焊接工艺评定数据库 基础上制定出的产品焊接工艺卡的选择、存储，以及常用的有关被焊材 料和焊接材料的知识咨询、常见的焊接缺陷等方面的咨询；另一大分支 是对本企业焊工的档案管理，其中包括焊工基本情况的管理，对焊工培 训方面的内容也有全面的记录和管理。此系统实现了产品工艺卡制定与 管理的自动化、焊工管理的统一化、焊接知识咨询的系统化。 系统的主要研究内容如下： 重庆大学硕士论文第一章绪论 ( 1 ) 、建立完整的焊接工艺库、焊工档案库、知识咨询库。结构 清晰、内容丰富。 ( 2 ) 、整个系统运行软件的研制。包括：友好的人机对话界面； 工艺卡各种形式的查询及打印；单张工艺卡的设计及打印；在自建产品 表的基础上进行零( 部) 件以及整个焊接件全套工艺设计；焊工档案以 及焊工培训项目合格证的查询管理：有关一些焊接知识的管理查询。 ( 3 ) 、系统维护工具的设计。包括：表内容的增加、删除及修改； 软件的容错处理。 本系统具有以下几个方面的特点： ( 1 ) 、以往的专家系统大多是针对常见的焊接材料、焊接方法、 被焊材料等建立的较详细的系统，对具体的企业而言它只能被利用其中 的一部分，造成资源的浪费。所以在本系统中，我们有针对性的对常用 焊接材料、被焊材料进行归纳管理，使生产效率及系统的利用率都得到 提高。 ( 2 ) 、此焊接工艺管理系统应用于不同的企业时，只要将该企业 产品的材料、焊接材料、焊接方法等输入计算机，系统即可自行建立一 个产品库，然后可通过系统本身具有的功能进行工艺卡的管理。积极面 向企业，实用性较强，用户在具有最少计算机知识的情况下也可方便的 使用本系统。 r ( 3 ) 、利用了计算机这一高科技产品，能够更方便、更准确、更 全面的进行人员管理。 ( 4 ) 、本系统含有丰富而庞大的数据库，提供了与制定焊接工艺 有关的知识咨询，有利于提高工作效率和质量，并将人们从繁琐的书本 及资料查询中解脱出来。 ( 5 ) 、为用户提供了友好简便的人机对话框，以及帮助文件。使 用户能够轻松地进行工作。 7 重庆大学硕士论文 第二章系统设计工具 第二章系统设计工具 2 1 数据库的发展与特点 在电子计算机问世的前1 0 年中，主要是用于解决科学研究和工程 设计中的数值计算问题。这个时期它的技术与应用只被少数科学家所拥 有。随着计算机自身不断的发展。到了5 0 年代后期，计算机的应用由 科学研究部门扩展到各种企业和行政部门，用来解决数据处理的非数值 计算问题，例如人事管理、工资管理、库存管理和辅助教学等。因此， 在计算机的三大主要应用领域，即科学计算、数据处理和过程控制中， 数据处理迅速上升为计算机应用的主要方面，数据库技术作为数据处理 中的一门新技术而发展起来”1 。 计算机数据管理技术的发展可分为三个阶段，第一个阶段是自由管 理阶段( 1 9 5 3 年一一1 9 6 5 年) ，它是用计算机进行数据管理的初级阶 段。此阶段的计算机硬件功能较弱，输入输出设备简单；在软件方 面，对数据进行管理的系统软件也没有文件管理功能。这种管理方式使 数据不独立，它只是程序的组成部分，只有当数据和程序完全结合在一 起才成为一个整体。 在6 0 年代末期，计算机不仅用于科学计算，而且已经大量用于数 据处理方面，此时计算机外存储器有了磁盘等直接存取的存储设备，为 计算机进行事务管理奠定了硬件基础。另外软件技术使数据结构设计和 数据管理技术的研究得到了迅速的发展，从而出现了专门的管理数据的 软件，这就进入了所谓的“文件系统”阶段。这一阶段的基本特征是： 数据不再是程序的组成部分，而是按照定结构，有组织地构成文件。 文件管理系统是应用程序和数据文件之间的一个接口，应用程序必须通 过文件管理系统才能建立和存储文件；反之，应用程序也只有在文件管 理系统的支持下才能检索数据文件中的数据。如下图( 图2 1 ) 所示： 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 图2 - 1 由于计算机在数据处理领域应用的迅速发展，由简单孤立的单项应 用发展为彼此相关的复杂应用，从而管理的规模更加庞大，数据量急尉 增加，共享性也就更强了”“。这就带来了数据管理上的一些新问题： ( 1 ) 、数据的冗余不仅浪费存储空间，更严重的是带来潜在的不 一致性，影响数据的正确性和可靠性。 ( 2 ) 、在传统文件技术阶段，文件是为某一特定应用服务的，应 用程序和文件是一对一，这就造成了应用程序与数据结构过分地相互依 赖，而且系统很难扩充。一旦数据的逻辑结构改变。必须修改应用程序 和文件结构的定义。 ( 3 ) 、文件系统缺乏对数据操作进行控制的方法，并且对于数据 的安全性、保密性、正确性等方匿的控制完全要用户程序自己负责，这 就使得应用程序的编制相当繁琐。 综上所述，传统的文件技术有许多缺点，不能满足人们的要求。 因此迫切需要新的数据管理技术来实现对数据的共享、实现数据与程序 的独立性，并且提供安全性和完整性，也就是说在操作系统上必须有一 个软件系统一一数据库管理系统d b m s ( d a t ab a s e m a n a g e m e n t s y s t e m ) “”，在建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，这就是数 据库技术。数据库方式的出现，一方面是由于社会对于数据管理技术发 展的需要，另一方面也是因为计算机技术的迅速发展为它提供了充分的 条件。在此阶段，已经完全使用大容量和快速存取的磁盘作为存储设 备，有很强的输入输出能力。 9 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 数据库是一个通用化的综合数据集合，数据库管理系统是数据库的 支撑软件”。如图( 图2 2 ) 所示，它不仅提供了用户对数据管理方 面的服务，而且由于计算机的共享一般是并发的，即许多用户同时使用 数据库，因此该系统还提供了数据的多种维护能力，如安全性、完整性 和并发性等，提高了应用程序的生产效率，给用户带来了极大的方便。 图2 - 2 与文件系统相比，数据库技术提供了对数据的更高级更有效地管 理，它有以下显著特点： ( 1 ) 、数据共享性。数据共享的意义是多种应用、多种语言互相 覆盖地共享数据集合。在传统的文件组织中，每个数据文件是为特定的 应用所私有的，而数据库是从整体观点来看待和描述数据，数据不再是 面向某一应用，而是面向整个系统。这样可以大大减小数据的冗余度， 既节约存储空间，减少存取时间，又可避免数据之间的不相容性和不一 致性。 ( 2 ) 、数据结构化。数据库系统不仅考虑数据项之间的联系，还 要考虑记录型之间的联系( 一对一、一对多、多对多) ，系统首先描述 这种联系，然后通过存取路径来实现这种联系。 ( 3 ) 、数据冗余量小，易扩充。它可以取整体数据的各种合理子 集用于不同的应用系统，又可以在应用需求改变或增加时，重新选取不 同的子集或加上一小部分数据来满足变化的需要，这就是所谓的“弹性 1 0 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 大，易扩充”。 ( 4 ) 、较高的数据与程序的独立性。数据库系统提供了两方面映 象功能。一是数据的存储结构与逻辑结构的映象或转换功能；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 3 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。 如图2 - 3 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 ( 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。 数据库系统是用于组织和存取大量数据的管理系统，是帮助用户使 用数据库的工具。数据库系统由计算机、数据库、数据库描述、数据库 管理系统、数据库应用程序和用户组成。其结构示意图如下所示： 图2 - 4 终端用户 数据库管理系统( d b m s ) 包括数据库的定义( 建立框架) 、数据 的装入( 输入实际内容) 、数据库的操纵( 接受和完成用户程序或命令 提出的访问数据库的各种要求，它是数据库与用户之间的桥梁，通常包 括检索、插入、删除和更新等) 、数据库的维护( 包括数据库重定义、 数据库重构造、数据库的重组织) 及数据库的控制( 包括控制整个数据 库系统运行；执行对数据的安全、保密和完整性检验等) 等等”。 数据库中存储的是数据，这些数据反映了现实世界中有意义、有价 1 2 幂 幂幂 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 值的信息，它不仅反映数据库本身的内容，而且反映数据之间的联系， 那么如何抽象表示、处理现实世界中的数据和信息呢? 这就需要使用数 据模型这个工具，数据模型是数据库中用于提供信息表示和操作手段的 形式框架，它是我们将现实世界转换为数据世界的桥梁。目前广为使用 的模型大致可分为两种：一种称为概念模型( 信息模型) ，它的建立独 立于任何计算机系统，如实体一一联系模型。另一种称为基本数据模 型，它是按照计算机系统的观点对数据建模，如网状模型、层次模型、 关系模型等。在层次模型和网状模型中，它的主要数据结构是树结构和 系结构，这些概念对于没有受过计算机训练的人来讲，理解起来要困难 一些，即使对用户进行专门培训，他们也很难掌握和运用它们，所以这 些模型的软件开发生产率一直偏低。而在关系模型中，信息被组织成若 干张二维表的结构，每一张二维表形成一个关系( r e l a t i o n ) 表，每个 表中的信息只用来描述客观世界中的一件事情，这使用户更易于掌握和 应用，提高了应用与开发的效率”。关系模型具有高度的数据独立性， 当存储结构变化时应用程序不受影响，这将大大减少应用系统维护的工 作量，而且易于对数据库重组和控制。关系数据库管理系统( 简记为 r d b m s ) 是关系模型的具体实现，它具有数据库描述功能、数据库管理 功能、数据的查询及操作功能、数据库的建立维护功能。 8 0 年代至今，数据库技术迅速发展，大量商品化的数据库系统广 泛应用于各种领域、各种硬件环境；数据库理论更加充实，并且伴随着 计算机技术与通讯技术的发展，数据库系统产生了许多集成产品。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 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 t e ra s s is t i n gs o f t w a r ee n g e n e e r ir l g ) 工具、第四代开发环 境和第四代语言；随着数据库应用领域的不断扩大，数据库系统已能进 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。 数据库是能以最佳的方式、最少的重复、最大的独立性为多种应用 服务。它是现代计算机系统的一个重要组成部分，是人们高效地进行数 据存储、共享和处理的工具。现代计算机已广泛的应用于各种工作中， 来进行大量的数据处理，如存储、共享、加工和传输等。这种客观要求 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 导致数据库这门技术产生并得以迅速发展，数据库开发软件从小型的 d b a s e 、f o x p r o 发展到大型数据库开发系统，为开发焊接领域内大量的 工艺数据库及技术资料的查询和利用提供了有力的工具。 8 0 年代初国外就已开发了许多有实用价值的焊接工艺工程数据 库。近年来，在国内也开始了焊接工程数据库的研究和开发，如“焊工 档案管理数据库”、“焊接材料数据库”等。这些都己在实际生产中得 到应用。在焊接工艺数据库和焊工人事管理系统等方面国内外都做了 一些研究。清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学都先后对焊接专 家系统进行了研究和开发。 2 2 v i8 u al f o x p r o 近几年来，出现了大量先进的开发工具和开发环境，使得以往既繁 琐，又费时费力的编程序、写代码以及编制文档的工作越来越多地由有 关的工具或环境自动完成，使得数据库应用程序的开发工作更为方便和 高效。早期国内开发数据库应用程序普遍采用x b a s e 系列，其中使用最 多的有8 b a s e 、f o x b a s e 等。由于其提供了方便的对关系数据库定义、 操作的方法，因而有力地促进了数据库的应用。但严格地说，x b a s e 系 列工具不能算是真正的开发工具，至多只能算是一种数据库语言，而且 还不能算是完善的关系数据库语言。 开发本系统运用的v is u mf o x p r o “3 “”3 是一种关系型数据库管 理系统，比以往版本的x b a s e 系列产品在功能和风格上均有较大的改 进。首先是它的用户界面采用了图形用户界面，图形用户界面可以说是 计算机软件发展史上的一个转折点，它使得f o x p r a 的功能更易于发 挥。现在的计算机用户不再需要记忆复杂、繁琐且语法严格的几乎苛刻 的命令，也不再需要用键盘键入它们，而只需要使用鼠标点击所需的功 能菜单或形象直观的图标即可。可视化开发环境的突出优点是直观，设 计用户界面就好象“画”界面一样。而且修改方便，当需要改变有关控 件的大小时只需用鼠标拖拽即可。 其次是v is u a lf o x p r o 的编程方法较以前有了很大的改进。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 1 4 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 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 dp 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。它以全新的编程方式面向开发人员，面向对象编程的益处类似于那 些良好的模块化编程方法。它具有以下几方面的特点： ( 1 ) 、开发更快。一旦已开发了可重用类库，开发的速度就交得 迅速起来，另外含有第三方提供的类库，如果使用它们也可以节省许多 开发时间。 ( 2 ) 、更易维护。更易维护是由于对象的封装性( 把数据和处理 数据的操作放在一起的性质) ，在过程化编程中，我们极力使模块自包 含，在面向对象编程中加强了这个标准。 ( 3 ) 、更高的质量和适应性。从理论上来讲，从类库产生的程序 很可靠，这些类库被测试过并且认为是高质量的。这些资源，加上子类 的功能以及不必拆开已有代码就进行修改的特点，使得产生的新系统肯 定是高质量，并且更易于适应新应用。 在v i s u a lf o x p r o 支持类、子类、对象、继承、封装、多态性等面 向对象程序设计的各种特征。更重要的是，这些特征已经与x b a s e 语言 相融合，从而大大增强了v i s u a lf o x p r o 的功能。在v is u a l f o x p r o 中用户不但可以利用系统的类设计工具交互地生成类和子类，也可以完 全采用编程的方式来实现，这使得v i s u a lf o x p r o 更具有灵活性和适应 性”1 。类就象一个模具。所有的对象都用类生成，当定义类时，规定这 类对象具有哪些特征，采用什么方法。例如命令按钮类，这种对象都是 方形的，并且都具有c a p t i o r l 、f o r e c o l o r 等属性，都具有c l i c k 方法。 这样，在创建一个命令按钮时，只需给属性赋值，给方法添加代码，就 可以创建一个适应于特定任务的命令按钮。类还可以具有子类。子类继 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 承了父类的特性和方法，而且还可以具有自己的特性和方法。在v is u a l f o x p r o 中，既可以创建自己的对象，也可以使用由系统提供的对象， 例如各种控制、表单、甚至打印机、剪切板和应用程序也是对象。使用 这些对象可以有效的简化应用程序的开发。这些对象都具有属性，例如 “确定”按钮的c a p t i o n 属性是“确定”，此外按钮的大小、颜色等等 都是它的属性。同时，这些对象都具有方法，例如当您单击工具栏上的 “打开”按钮时，就会调用这个按钮的c l ic k 方法，该方法显示“打开” 对话框。事件是用户或系统的动作所引起的经常发生的事情，例如单击 下鼠标就发生了一个c 1 ic k 事件，打开一个窗口时就发生了i n i t 事 件。也就是说每个事件要调用一个方法，例如c 1 i c k 事件调用c l i c k 方法。方法的调用不一定非得通过事件，可以在程序中直接调用方法。 第三个进步表现在用户可通过使用v is u a lf o x p r o 的向导、生成 器、工具栏和设计器，快速开发应用程序。v is u a lf o x p r o 语言增加了 一些命令和函数来支持新的功能。现在v is u a lf o x p r o 拥有近1 0 0 0 个 命令和函数。 由于v is u a lf o x p r o 对客户机服务器结构的支持，使得用户在客 户机n 务器应用程序时可以把v is u a lf o x p r o 作为前端，使用s q l 直 接访问服务器，同时v i s u a lf o x p r o 综合了服务器数据的更新视图技 术。所以这些都为用户提供了坚实的基础以开发功能全面的客户机n 务器应用程序。项目管理器和数据库及表设计器使开发客户机朋臣务器 应用程序更加容易。数据库和表设计器能使用户完全以可视的方式控制 标尺、触发器、数据库之间的关系和联系“。甚至可用图形工具 ( r e f e r e n t i a l i n t e g r i t yb u i l d e r ) 来增强其关系的完整性! 因为 v is u a lf o x p r o 利用0 d b c ( 0 b j e c td a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 连接远程数 据库，其后端个数并不被产品本身限制。 v is u mf o x p r o 支持n u l l 值，提供事物处理能力。它独具特色的数 据库容器为交互式用户和应用程序开发者提供了集中的数据管理功 能。在语言方面相应增加了些内容来支持新的功能，其中包括面向对 象的程序设计，同时支持0 l e 自动化“”。o l e 的自动处理扩展了v is u a l f o x p r o 与其他应用程序之间进行数据交换的手段和能力。在v is u a l f o x p r o 中用户编写其他应用程序中的命令，然后发送给该应用程序以 控制其运行。例如，我们可以在v is u a lf o x p r o 中编写e x c e l 的宏命令， 将这些宏命令发送给e x c e l 后控制它的运行，这样一来，就增强了 1 6 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 v is u a l f o x p r o 与其他应用程序之间的交互能力。 在v is u a lf o x p r o 数据库中不仅包括表，而且还包括表之间的关 系、视图及数据字典功能等，这使得数据完整性的维护变得非常容易。 在v is u a lf o x p r o 中，用户可以生成真正的事件驱动的应用程序， 从而摆脱传统上的r e a d 层次嵌套。用户不但可以利用v is u a lf o x p r o 提供的标准事件代码。而且可以编写自己的事件代码来响应全部的 w i n d o w s 事件。 简单、灵活、多样的数据交换手段是v is u a lf o x p r o 的另一个特色。 v is u a lf o x p r o 支持众多与其他应用程序进行数据交换的文件格式。如 文本文件、电子表格等“”。v is u a lf o x p r o 外部的数据不但可以轻而易 举地添加到v is u a lf o x p r o 的表中，而且v is u a lf o x p r o 可以将它的表 转换成其他格式的数据文件交付给其他应用程序。 2 3数据库的设计过程 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。 以下是这几个阶段的执行顺序示意图： 调查并收集数据与 处理要求 设计完整的e - - r 图 向关系模型转化 选取硬件环境、软件 物理结构 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 i 数据库的建 l 立、试运行、评 j， 使用与维护 图2 - 5 一、需求分析阶段 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。 二、数据库概念设计 数据库概念设计就是使用数据概念模型来描述用户对现实世界的 数据处理( 数据概念模型是对现实世界的一次抽象与模拟，是在用户要 求描述与分析的基础上进行的，是以用户能理解的形式表示信息) 。它 主要详细描述实体之闯的联系、实体的属性构成，以便向关系数据模型 转化，从而设计出具体的数据库。概念结构设计可以运用e r ( e n t i t y r e l a t i o n s h i pa p p r o a c h ) 模型，即实体一联系模型，表示系统模型。 e r 模型是常用的数据概念模型，它是在用户要求描述与分析基础上 被很多入用来进行数据库的概念设计。e r 包括三大要素：( 1 ) 实体： 重厌大学坝士讼又 第二章系统设计工具 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。与数据库的一个表( 文件) 相对应；( 2 ) 属性：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 ) 联系：实体与实体之间的联系。实体联系有三种：1 ：i 、1 ：m 、m ：n 。 如单位和领导者两实体间的联系是1 ：1 型。单位和职工间是1 ：m 型。 职工和承担的项目间的联系是m ：n 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，所以两实体间的联系是m ：r l 。 使用实体一属性方法的核心是划分实体和属性，并确定实体问的 联系。其联系可以用图直观的表示出来。在图中实体用方框表示，属性 用椭圆表示，联系用菱形表示。 三、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 型数据库所支持的数据模型相符合的结构的过程。 转换示意图如下： 圈2 - 6 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。 1 9 重庆大学硕士论文第二章系统设计工具 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 ：1 3 ( 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r l ：i 3 ( 多对多) ，则两个 实体间的联系需建立一个关系表来描述，这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。 四、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f o x 的命令( c r e a t ) 或者使用数据库设计器及表设计器来建立数据 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、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、冗余小、安全、可恢复等特征。 五、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。 六、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，甚至重新组织。 重庆大学硕士学位论文第三章焊接工艺管理系统数据库的设计 第三章焊接工艺管理系 统数据库的设计 3 1 焊接工艺管理库的设计 根据数据库设计的原则，焊接工艺管理库的当前系统设计过程如 下：根据生产要求找出所要焊接的材料( 若是压力容器或安装构件，则 母材必须经过工艺评定才能进行焊接) ，选用焊接方法，由母材厚度、 接头种类、坡口形式、焊接位置及焊缝形式作为一个联合查找条件，以 国标和企业规定为依据，确定焊接层次、焊接材料，各种焊接规范参数 及焊后热处理方式，并最终以工艺卡表格的形式将上述所讲内容表示出 来。 当前系统的具体模型如下： 目标系统的逻辑模型如下 圈3