--CADCAM软件开发基础PPT课件

第3章CAD CAM软件开发基础 软件开发与软件工程数据结构数据资料的程序化处理数据库的基本原理与应用 第一节软件开发与软件工程 一 软件开发的演化过程个人编程时代 1946年 50年代末 软件作坊时代 60年代初 60年代末 软件工程时代 70年代以后 软件开发的演化过程 软件工程指借鉴从事工程项目所积累的行之有效的原理 概念 技术和方法来开发和维护软件 把正确的管理和科学的技术结合起来 这是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科 软件的生存周期软件从形成概念开始 经过开发 使用和不断补增修正 直到最终被淘汰的整个过程 软件工程强调使用生存周期方法学 即将生存周期分为若干个既相互区别又相互联系的阶段 二 软件工程 可行性研究与计划阶段 要做什么需求分析阶段 必须做什么 5 设计阶段 确定设计方案 概要设计 详细设计 10 实现阶段 完成源程序编码 编译和无语法错误的程序测试阶段 总装测试和确认测试 检查审阅文档 成果评价 10 运行与维护阶段 扩充 修改 改正性 适应性 完善性 预防性 67 三 软件工程规范国家标准 软件文档按照 计算机软件产品开发文件编制指南 GB8567 88 规定 整个软件生存周期应该提供十四种标准文档 软件生存周期各阶段中的文档编制如下 小型软件所需的五种文档软件需求与开发计划 软件设计说明书 使用说明书 测试分析报告 项目开发总结 四 软件开发方法对软件的基本要求 瀑布型 这是一种按软件生存阶段而顺序工作的单项 单链的开发方法 快速原型及螺旋型 尽快向用户提供原型系统 试通原理和路子 让用户使用 得到反馈信息 再按实用性 经济性 可靠性要求进一步修改设计 解决原型系统暴露出来的问题 平行进程型 该方法认为软件开发是三个进程组相互平行 相辅相成 齐头并进的团队行为 第二节数据结构 一 基本概念与术语在数据处理中 首先应将现实世界转化为信息世界 然后将信息世界转化为数据世界 这就包含几个层次概念 二 数据结构数据结构指的是数据之间的结构关系 数据元素不是孤立的 数据结构理论研究数据元素之间的抽象化关系 并不涉及数据元素的具体内容 以车床为例 数据结构包括数据的逻辑结构和数据的物理结构 1 数据的逻辑结构 线性结构 在这种结构中 每一个数据元素仅与它前面的一个和后面的一个数据元素相联系 因而只能表达数据间的简单顺序关系 下图就表示了一个线性结构 包括树状结构和网状结构等 如下面的工艺路线方案图即是一种网状结构 非线性结构 三 常见的数据结构 自学 线性表栈与队列数组串树与二叉树 2 数据的物理结构顺序存贮结构链接存贮结构单向链结构双向链结构多向链结构 四 文件 自学 文件是数据管理的一种形式 文件常常作为管理数据 交换数据而广泛应用 1 常见的文件组织方法顺序文件索引文件直接存取文件2 文件的操作查找顺序查找法 折半查找法和分块查找法排序选择排序 冒泡排序 插入排序 第三节数据资料的程序化处理 在CAD CAM中 需要将相关资料先期以数据库或文件的形式加以管理 以便在设计时由计算机按要求自动检索和调用 或在程序编制过程中融于其中 将其程序化 随着程序的运行自动选择 加工处理 一 数值程序化数值程序化是将要使用的各个参数及其函数关系 用一种合理编制的程序存入计算机 以便运行使用 1用数组形式存贮数据当要使用的数据是单一 严格 无规律可循的数列 通常的方法是用数组形式存储数据 程序运行时 直接检索使用 例 将表中的齿轮标准模数值编入程序 要求程序运行时 输入模数计算值后 能输出适合的标准模数值 2 用数学公式计算数据 当使用的数据是一组单一 严格 但能找到某种规律的数列 则不必定义数组逐项赋值 将反映这种规律的数学公式编入程序 通过计算即可快速 准确地达到目的 例 将60 70 80 90 100 110 120这一标准直径系列编入程序 解题分析 这组数值是按10递增的 导出数学公式 问题就迎刃而解了 公式 D INT Dc 10 02 10 10其中Dc为计算所得直径 D为所选标准直径 二 数表程序化 数表程序化是用程序完整准确地描述不同函数关系的数表 以便在运行过程中迅速有效地检索和使用数表中的数据 1 屏幕直观输出法例 将齿轮传动强度计算中的使用系数KA数表程序化 要求根据原动机工作特性和工作载荷特性确定适宜的使用系数KA 解题分析纵观表格 虽然幅面不大 数据有限 但因KA是经验值 实际应用允许根据情况综合考虑 选取中间数值 仅凭程序中的简单的条件判断难以正确选取 此时 可采用屏幕直观显示整个数表的方法 让用户凭经验自行选取KA 2 数组存储法 例 将平键和键槽与轴径的尺寸关系表程序化 要求输入轴径后 能输出相应的键和键槽的剖面尺寸 注 在满足传递所需转矩条件下 允许用较小剖面的键 但应使键侧与轴槽及轮槽接触高度各为h 2 解题分析 表中数据有如下特点 项目多 确定而无规律 每组键槽尺寸要适应一定范围尺寸的轴径使用 标准附注功能应在程序中予以体现 为此 编程前需推导出键的剖面尺寸b h与轴径d的几何关系式 从中算出t和t1 3 公式计算法 1 插值法设法构造某个简单的函数Y P x 作为列表函数f x 的近似表达式 然后 计算P x 值以得到f x 的近似值 并且使f x P xi i 1 2 3 n成立 P xi 就称为f x 的插值函数 点x1 x2 x3 xn称为插值节点 线性插值即两点插值 已知插值点P的相邻两点 y1 f x1 y2 f x2 如图所示 近似认为在此区域 函数呈线性变化 根据几何关系可求的插值点P对应于x的函数值 线性插值举例 拉格朗日插值从几何示意图显示 线性插值的误差比较大 需要的情况下 可采用多次插值公式 提高插值精度 原理 将线性插值公式整理得 工程手册中的线图可能来源于某已知的复杂理论公式 也可以根据经验数据制作出来 对于前者 查阅其原始公式编程即可 对于后者 可采用经验公式处理 建立这种经验公式的过程称为曲线拟合 曲线拟合的方法常用的典型方法是最小二乘法 线性方程拟合对数方程拟合指数方程拟合对数指数方程拟合多项式拟合 三 线图程序化 线图程序化的步骤 1 线图数表化 要注意 弄清线图坐标的含义 确切掌握坐标的比例性质 大小和量纲 读准数值 尤其是特征点 起点 终点 峰点 谷点 转折点 中点等 2 确定合理的精度 控制误差在允许的范围之内 3 正确运用分段原则 按曲线走向 相似部分作为一段 分段拟合 使方程简化并且可提高精度 4 选择合适的拟合方程 采用多种方程分别拟合 从中选出最佳方案 5 根据建立的拟合方程编程 数据资料文件化数据资料文件化通常采用两种类型文件 数据资料文件化要注意的几个问题 数据库是一种能较好地解决共享问题的数据处理方法 一 数据库的特点数据库技术是在人工管理 文件管理技术上发展起来的数据管理技术 第四节数据库的基本原理与应用 二 数据库管理系统数据库的特点是由数据库管理系统DBMS DataBaseManagementSystem 来保障的 因而DBMS是数据库软件系统的核心 1 数据库系统构成 37 2 数据库管理系统的功能 3 数据库管理系统的抽象层次在数据库系统中 用户看到的数据与计算机中存放的数据并不是一一映像的关系 而是存在着三个层次 4 数据模式对于不同层次的模型 也有相应的模式 外模式 子模式 概念模式 模式 内模式 物理模式 1 层次模型用树形结构表示实体之间联系的模型称为层次模型 它能描述一对多的关系 三 数据库的数据模型 2 网状模型网状模型必须满足两个条件 可以有两个以上结点无父点 至少有一个结点有多于一个父结点 3 关系模型这是一种用二维表结构表示实体之间联系的模型 能描述多对多的关系 一个二维表就成为一个关系 作为一个 关系 的二维表 必须满足如下条件 表中每一列必须是基本数据项 而不是组合项 表中每一列必须具有相同的数据类型 表中的每一列必须有一个唯一的属性名 表中不应有内容相同的行 行与列的顺序均不影响表中所表示的信息含义 1 工程数据库管理系统简称EDBMS EngineeringDataBaseManagementSystem 其功能是针对工程数据的特点而设置的 工程数据库管理系统功能特点能描述复杂的数据模型 保存相关语义信息 支持模式的动态定义和修改 不需重新编译和数据重载 支持工程长事务的处理 能存储和管理各种类型数据 并支持图形标准件的相互转化 具有多库协调管理能力 具有版本管理功能 支持程序控制和交互操作两种工作方式 具有分布式数据库处理能力 支持多用户工作环境 四 工程数据库 2 工程数据库管理系统的开发方法以商用DBMS为底层支撑环境 使用数据操纵语言嵌入宿主语言 建立更加简洁 良好的人机界面和外围管理结构 扩充所需的各种功能 从而达到适用于CAD CAM工程环境的目的 分析 拆解商用DBMS原代码 按EDBMS要求修改原组织结构 概念模式 扩充强化功能 开发通用的工程数据库管理系统 按EDBMS的规范化设计标准 将工程应用的特殊需求融于DBMS内部 从无到有地开发EDBMS 3 工程数据库的发展趋势新型化智能化巨型化工具化分布式集成化 新一代数据库技术1 分布式数据库数据库技术与分布处理技术相结合产生了分布式数据库 DistributeDatabase 它是由一组分布在不同场地计算机中的数据组成 这组数据具有物理分布性 逻辑整体性 分布独立性和场地自制能力 所谓物理分布性 即数据库中的数据分布在计算机网络的不同场地计算机上 所谓逻辑整体性 即数据库中的数据虽然物理分布 但逻辑相关 是相互联系的整体 所谓独立分布 即分布透明性 在用户来看 整个数据库系统仍是一个集中的数据库 不关心数据物理位置分布的细节 分布的实现完全由系统完成 所谓场地自制能力 即系统网络中的每个节点具有独立处理能力 可以执行局部应用 同时也能通过网络执行全局应用 分布式数据库能够适应部门分布的组织结构 降低通信代价 提高响应速度 能提高系统的可靠性和可用性 一个场地的故障不会引起整个系统崩溃 有利于充分利用数据库资源 提高现有集中式数据库的利用率 便于扩展处理能力和系统规模 2 主动数据库数据库技术和人工智能技术相结合产生了主动数据库 ActiveDatabase 它是相对传统数据库的被动性而言的 能根据应用系统的当前状况 主动适时地作出反应 执行某些操作向用户提供相关信息 主动数据库强调主动性 快速性和智能性 其主要目标是提供对紧急情况的及时反应能力 同时提高数据库管理系统的模块化程度 通常采用的方法是在数据库系统中嵌入ECA 事件 条件 动作 规则 设置触发器 在某一事件发生时引发数据库管理系统检测数据库当前状态 只要条件满足 就触发规定动作的执行 3 多媒体数据库数据库技术与多媒体技术相结合产生了多媒体数据库技术 Multi mediaDatabase 它支持管理复杂的多媒体数据 多媒体数据库在数据对象 数据类型 数据结构 数据模型 应用对象以及处理方式上都与传统数据库有较大差异 它存储处理的是现实世界中复杂的多媒体表现形式 包括动态的视频 它面向应用 强调媒体间的独立性 重视媒体对象的物理表现和交付方式 多媒体数据库是计算机技术以及相关技术发展的结果 尤其是在数据表现形式空前丰富的情况下 多媒体数据的管理与应用就变得越来越迫切 4 面向对象数据库数据库技术与面向对象程序设计的结合产生了面向对象数据库 ObjectOrientedDatabase 它是指对象的集合 行为 状态和联系均以面向对象数据模型来定义 面向对象数据库为定义和操作对象间的联系提供了用户界面 应用程序员无须显示编程后管理这些联系 它支持如 Oid 实例 类 层次 继承 封装及消息传递等面向对象概念 思考题1 说明数据资料程