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第5章 电气CAD中工程数据的组织和管理 5 1工程数据的描述和组织电气工程数据通过计算机来进行管理与处理 常用的处理技术有程序化 公式化 文件化及数据库技术 5 1 1工程数据的基本概念1 数据的定义数据是描述客观实体特征的数字 字符 包括汉字 字母 符号 图形的集合 所谓实体 可以是某些具体的实物 也可是某个抽象的事件 活动 实体的特征称为属性 2 数据的类型分为图形数据和非图形数据3 数据间的关系 逻辑的物理两个方面 表5 1每一行都是发机的属性参数 每一列都是发电机的同一属性 表5 1汽轮发电机电气参数 物理描述表明数据在存储器中的存储方式 包括存储单元组织和分布 5 1 2工程数据的组织形式1 数据项2 记录3 文件4 数据库 1 记录中数据项之间具有清晰的联系和简单的结构 2 用户可以直接访问记录或数据项 文件之间可以交叉访问 3 数据的逻辑结构和存储结构之间的转换由数据库管理系统完成 因而数据的应用独立于数据的存储 数据库是一个通用的 综合性的 减少冗余度的数据集合 5 1 3数据编码结构要完整又简捷地描述实体信息 常采用的方法是对其按一定的规律进行分类编码 编码的结构形式有三种 1 树式结构其结构如图5 1 a 所示 结构复杂 编码和识别代码不太方便 2 链式结构如图5 1 b 所示 结构简单 编码和识别也比较方便 图5 1编码的结构 3 混合式结构图5 1 c 所示 大多数分类编码都采用混合式结构 图中三种编码结构的信息容量分别是 31 32 33 39RL M N 3 3 9 5 2工程数据管理技术1 工程数据管理模式 1 文件管理系统 2 基于数据库管理系统 3 基于局部区域网络的管理系统 4 分布式管理系统为适应远程多用户的需要的一种新技术 采用了先进的网络通讯 局部数据库和系统数据库相结合的工作方式 图5 2基于DBMS的管理系统图5 3局域网络管理系统 图5 4分布式管理系统 2 工程数据的特点1 数据形态多样 2 数据类型繁多 3 数据关系复杂 4 数据修改频繁 3 对工程数据管理的功能要求1 能描述复杂的数据模型 保存相关语义信息 2 支持模式的动态定义和修改 不需重新编译和数据重载 3 支持工程长事务的处理 4 能存储和管理各种类型数据 并支持图形标准间的转化 具有多库协调管理能力 5 具有版本管理功能 6 支持程序控制与交互操作两种工作方式 7 具有分布式数据处理功能 5 3数据的文件管理系统5 3 1文件的类型1 顺序文件2 随机文件5 3 2数据文件的特点具有实现方便 使用效率高等优点 也存在某些致命的弱点 1 文件只能表示事物 而不能表示事物之间的联系 2 文件的数据结构一旦定义便不可改变 3 数据维护只能以文件为单位 4 是以程序为中心的数据管理方式 5 4工程数据库5 4 1数据库的数据模型1 层次型如图5 5所示 图5 5油断路器数据模型 2 网络型如图5 6所示 图5 6网络型模型 3 关系型把信息集合定义为一张二维表的组织结构 表5 1表示的电机数据 这就这种关系型数据模型 关系型模型的数据结构简单 数据独性高 操作算法成熟 完善 目前国内普遍应用的FoxBASE FoxPro Oracle等都是关系数据库系统 5 4 2数据库管理系统 DBMS 对数据的操纵和管理的软件统称为数据库管理系统 DBMS 是数据库系统的核心组成部分 1 DBMS的基本功能1 定义功能 2 管理功能 3 建立或生成功能 包括各种文件的建立和生成 4 维护功能 包括数据库的更新或再组织 结构的维护 恢复和性能监视等 5 通讯功能 DBMS是在计算机操作系统的支持下建立和使用的 为此必须具备与操作系统联机处理的通讯功能 2 DBMS的主要特点 1 对数据实行统一 集中 独立的管理 2 应用程序与数据不相互依赖 即数据可独立于应用程序存在 3 建立检索 增删 修改等操作灵活而方便 具有全屏幕编辑功能等 4 在描述数据的同时 也描述数据之间的联系 即数据结构化 5 数据共享性好 冗余度低 具有安全性和完整性 图5 7数据库管理方式 3 数据库管理软件如dBASEIII FoxBASE FoxPro Access等 工程数据是非常多样和复杂的 可分为如下四类 1 管理型数据 2 设计型数据 3 图形数据 包括各种工程图表 二维图形 三维几何造型等数据 4 各种软件包产生的数据 5 4 3数据库系统的建立和使用1 建库的工作流程如图5 8所示 1 调查和分析阶段 对建立数据库系统的环境作分析研究 要对原有的软件和硬件两方面的情况作全面的调查和认真的分析研究 对CAD数据库的应用目标作调查和分析研究 2 数据结构设计阶段 3 系统调试 4 装入数据 5 编制数据字典编制出数据库系统的使用说明书或数据字典 2 数据库系统的使用 1 应用程序从数据库读取数据 2 使用数据库系统的方式有两种 一种方式是人机交互式 另一种方式是自动执行方式 3 图形数据库 1 对图形数据库的基本要求 能有效地存储数据 且具有可靠的访问途径 用户根据需要能够方便地增删 修改数据库中的数据 针对图形处理的特点 能够一次性地给出或存入一个形体或一个图形的数据 能及时响应用户高效的时间要求 2 关系式图形数据库的建立图5 9中电力系统可用节点支路结构进行描述并建立关系数据库 见表5 2 a 与 b 表5 2 a 节点数据表 表5 2 b 支路数据表 建立图形数据库必须解决以下问题 建立合理的能满足图形处理要求的数据模型 并描述成数据库模式 设计相应存取数据操作程序 设计图形处理应用语言与数据库语言间的接口 4 工程数据模型的扩展描述工程数据的相关技术尚在研究和探讨中 5 5电气CAD中数据实用处理技术5 5 1数表程序化1 数表分类 1 按数据间有无函数关系分类 可分为简单数表和列表函数表 表5 3KSJ4 6 0 69320KVA变压器后电缆长度与短路电流关系 2 按数表的维数可分为一维数表 二维数表和多维数表 2 数表的程序化用程序完整 准确地描述不同函数关系的数表 有如下几种方法 1 直观列表输入法 2 数组存储法 例将变压器规格型号及参数程序化 设计中用数组存放 见表5 4 表5 4双绕组变压器数据表 数据表只有一个自变量 即型号 且为字符型 查得的函数数值即为容量 电压 损耗等参数 均为离散型实数 在程序中可定义一个二维数组 并将表中的数值写在程序中使数组初始化 再定义一个整型变量i代表型号顺序 当i 0时代表表中第一行变压器 i 1时代表第二行变压器 以此类推 下面是BASIC语言程序段 DimiAsintegorDimse Vg Vd Po Pd FORi RTO3 ReadSe i Vg i Vd i Po i Pd i NEXTiData 10000 110 11 14 72 16000 121 10 5 18 5 110 20000 110 11 22 135 31500 110 11 31 05 190如果用户给定i 2 程序立即查出Se 2 20000 Vg 2 110 Vd 2 11 Po 2 22 Pd 2 135 3 插值查询法 线性插值 即两点插值 已知插值点 其相邻两点为和 近似认为函数在此区间呈线性关系 根据几何关系可求得插值点P对应于的函数值 抛物线插值 在列表函数结点上取邻近三点作抛物线P 以P代替列表函数 抛物线插值可以获得比线性插值精度高的结果 设已知三点为 插入值为 则 5 5 2曲线图数字化1 找到线图原来的公式 将公式编入程序 这是精确的程序化处理方法 2 将线图离散化为数表 再用数表程序化方法加以处理 3 用曲线拟合的方法求出线图的经验公式 再将公式编入程序 5 5 3离散数据解析化工程中复杂的问题 难以用解析化的理论公式描述 提供的往往是一组离散的测量数据 建立近似表达这类问题中参数关系的经验公式的过程称为数据公式拟合 如最小二乘法的曲线拟合 设拟合公式为 则每一测量点处的偏差为 偏差的平方和为最小 称最小二乘拟合 拟合公式常用多项式 采用最小二