计算机辅助设计教案20120901

1、计算机辅助设计第1章概述21.1基本概念21.2计算机辅助设计的基础31.2.1软件基础31.2.2硬件基础7第2章数据库92.1数据库基础知识92.2数据模型102.2.1层次型112.2.2网络型122.2.3关系型132.3实时数据库142.4工程数据库152.4.1工程数据库的特点152.4.2工程数据库的结构162.4.3工程数据库的建立172.4.4工程数据库与事物管理数据库的比较182.4.5开发工程数据库管理系统的途径192.4.6工程数据库管理系统简介19第3章VB程序设计21第1章 概述1.1 基本概念一个产品的研发，在完成设计之后，还需要把它制造出来，因此，设计和制造是两

2、个紧密联系在一起的概念。在计算机上完成这样的工作，有三个相关的学科：l 计算机辅助设计Computer Aided Design，简称CAD。l 计算机辅助制造Computer Aided Manufacturing，简称CAM。l 计算机辅助工艺过程设计Computer Aided Process Planning，简称CAPP。定义：计算机辅助设计是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助进行产品的设计与分析的理论和方法。利用：计算机的计算和图形功能关系：CAD和CAM是围绕着产品的设计和制造两大领域独立发展起来的。一般来讲是先有设计才有制造，但首先出现的是CAM技术，这是由

3、于早期的计算机输出的是二进制代码或字符而没有图形的功能。CAM技术起源于数控技术(数控技术是50年代兴起的)，最早的应用是APT（Automatically Programmed Tools）-刀具控制程序自动编程系统，该技术为后来发展计算机自动绘图技术铺平了道路，而由计算机自动绘图技术产生了计算机辅助设计（CAD）。CAPP的主要任务是替代工艺设计人员完成产品零件的工艺过程设计，包括加工方法的确定，工序和工步的顺序安排，选择所用机床、设备，选定刀具以及切削用量等。CAPP是CAD和CAM的桥梁应用：CAD/CAM技术往往用在大型系统之中，如美国的洛克希德加尼福尼亚飞机公司开发的CADAM系统

4、，设计一架新战斗机，可提高效率500倍。1.2 计算机辅助设计的基础有：软件基础和硬件基础。1.2.1 软件基础1高级语言编程从数据库中调用数据，完成一项设计中需要做的各种运算。一般常说数据库看作是软件开发的后端，而高级语言是软件开发的前端。软件的开发要按照软件工程的概念来做。所使用的工具：微软：C#.net，VC.netBorland 公司：DelPhi，C Builder组态软件InTouch，Fix，WinCC，组态王，ForceControl（力控）组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工

5、业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，MIS（管理信息系统，Management Information System）和CIMS（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing System）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入

6、的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍。InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子

7、公司，Fix6.软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6.版本并不完全兼容。原有的Script语言改为VBA（Visual Basic For Application），并且在内部集成了微软的VBA开发环境。遗憾的是，Intellution并没有提供6.1版脚本语言到VBA的转换工具。在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC（OLE for

8、Process Control）组织的发起成员之一。iFiX的OPC组件和驱动程序同样需要单独购买。Citech：CiT公司的Citech也是较早进入中国市场的产品。Citech具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。Citech提供了类似语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。WinCC：Siemens的SIMATIC WinCC也是一套完备的组态开发环境，Siemens提供类语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但Wi

9、nCC的结构较复杂，用户最好经过Siemens的培训以掌握WinCC的应用。组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。Controx（开物）：华富计算机公司的Controx2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入OPC组织的软件开发商，Controx内建OPC支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持ActiveX组件和插件的即插即用，并支持通过

10、ODBC连接外部数据库。Controx同时提供网络支持和WevServer功能。ForceControl（力控）：大庆三维公司的ForceControl（力控）从时间概念上来说，力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows3.1的流行，又开发出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大

11、的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在19992000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特性、易用性、开放性和I/O驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设计上，力控都能从国内用户的角度出发，即注重实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及国内一些组态软件通态软件公司的

12、MCGS，也都各有特色。2工程数据库在设计中有大量的数据需要处理，如工程手则中的数据、工艺过程中的各种参数。实现这样的数据处理的方法，是采用适当的数据库和数据库管理系统（DBMS）。被处理对象的数据和各数据之间的相互关系称做数据结构，因此要了解数据库首先就要了解数据结构。我们现在采用的都是关系模型的数据库。关系这一数学术语可看作一张二维表，并给定一个表名，相当于一个文件。表中的每一行称为关系的元组，相当于文件的一个记录，元组的总个数称为关系的基数；每一列表示一个属性，相当于记录中的一个数据项，属性名的个数称为关系的度数。关系模型中数据之间的联系是通过在不同的表格（关系）中相同的数据项（表格中的

13、属性名）来表示的，通过对关系进行各种代数运算可存取任一数据项。数据库管理系统（DBMS）是一组软件，实现数据库的建立、应用和维护。目前常用的商业数据库管理系统有：l 小型：Paradax、Accessl 大中型：IBM公司：DB微软公司：Oricle，SQL Server赛贝思 ：Sybase以上的数据库在严格意义上来将并不能完全满足CAD的要求。在CAD中使用的数据库称为工程数据库，其特殊之处在于不仅可以存储字符数据，而且可以存储图象数据。3计算机绘图软件计算机绘图和数据库软件是CAD软件的两大基础。有一门课程叫做计算机图形学，是本学院研究生的学习课程，研究的是各种坐标变换和几何变换，二、三

14、维图形的生成，等值线的绘制、图形的剪裁、曲线和曲面拟合。逼近、几何造型、色彩、阴影、灰度图形的处理，以及各种数据结构的组织、几何信息和拓扑信息的运算等许多内容。以计算机图形学为基础，开发出了越来越多的交互式的绘图软件包。l 计算机绘图可以在两种类型的设备上进行：微机：主要处理2D图形，对三维图形的处理能力不强。CAD图形工作站：其优点是3D图形的处理，采用的是实体建模的方法。l AutoCAD：是用于二维图形设计和绘图的软件，10.0版以后加强了三维功能，为用户提供了良好的二次开发环境。是国内应用较广的微机CAD软件。l Pro/Engineer操作软件：是美国参数技术公司（PTC)旗下的CA

15、D/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。l UG：特点是制作三维图形，由美国麦道航空公司研发。首先是在VAX机上开发，现已有SUN和HP等工作站上运行的软件版本。功能比较强大，如可作尺寸校核等。l SolidWorks：SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负

16、责研发与销售机械设计软件的视窗产品。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统,在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明

17、。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。l CADAM：美国洛克希德公司开发的CAD/CAM软件包。Micro_CADAM：它是洛克希德公司开发的CADAM软件包在微机上运行的版本，功能较强，使用方便。交互设计是它的主要模块，提供二维设计、绘图、标注尺寸等功能。l IDEAS：是美国SDRC公司开发的，是当前计算机辅助机电产品设计制造软件中功能较强的软件之一。l GEMS：清华大学研发。1.2.2 硬件基础只有在硬件上实现了图形的输入和输出，才有CAD的产生和发展。1图形输出设备实现图形输

18、出的标志性设备是绘图仪。最早投放市场的绘图仪是笔式绘图仪，其幅面的大小有三种规格，A3、A1、A0，按所用笔的数量有单笔绘图仪和八笔绘图仪两种，所使用的绘图笔有四种规格：0.70mm (0.028”)0.50mm (0.020”)0.35mm (0.014”)0.25mm (0.010”)典型的设备如HP3170八壁A0幅面滚筒式绘图仪。目前使用的绘图仪都是A1或A0幅面的喷墨绘图仪，典型的型号如HP430。2图形输入设备实现图形输入的标志性设备是数字化仪和扫描仪。数字化仪数字化仪的作用相当于一个描图员，可通过数字化仪通过描图的方式把图形输入到计算机。数字化仪是将图像（胶片或像片）和图形（包括

19、各种地图）的连续模拟量转换为离散的数字量的装置，是在专业应用领域中一种用途非常广泛的图形输入设备，是由电磁感应板、游标和相应的电子电路组成。当使用者在电磁感应板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的位置坐标值排列成有序的一组信息，然后通过接口（多用串行接口）传送到主计算机。再说得简单通俗一些，数字化仪就是一块超大面积的手写板，用户可以通过用专门的电磁感应压感笔或光笔在上面写或者画图形，并传输给计算机系统。不过在软件的支持上它是和手写板有很大的不同的，硬件的设计上也是各有偏重的。数字化仪的典型设备如CALCOMP2000，其幅面

20、的大小有三种规格，A3、A1、A0。扫描仪扫描仪可以把图形直接扫描到计算机中。现今扫描仪已是非常通用的设备，同学们见到的都是A4幅面。而在CAD中常用的是A0幅面。扫描仪扫描到计算机中而得到的图形是位图的格式，而CAD软件所处理的是矢量图的格式。因此从扫描仪得到的图形需要做图形的矢量化后才能够被CAD软件所接受，有专门的图形矢量化软件。第2章 数据库应用CAD技术进行工程或产品设计的过程中，要产生、记录和加工大量的数据、文字和图形。如何有效地存储和管理各类数据，使图形处理、数值计算等应用软件，既能共享公共数据资源，又可保持数据的独立性和完整性，这一工作由工程数据库来完成。2.1 数据库基础知识

21、在程序编写过程中经常要对大量的数据进行管理，早期人们采用数据文件来存放数据，使用高级语言编写程序来对其处理，这就是最初的“文件管理”阶段。随著信息量的增大，产生了数据库管理系统。其优点：库中数据不再为某个用户特有，而由多个用户共享；由于数据共享,消除了大量的重复数据，使数据冗余度降到了最低；数据完全独立，不在依附于某个程序；实现了整体数据的结构化，适于表示相互间有多种联系的大量数据。1. 数据与数据处理数据（data）是存储在某一种媒体上能够识别的数据符号。它包括描述事物特性的数据内容和存储在某一种媒体上的数据形式。数据处理是指将数据转化成信息的过程。2. 数据库数据库（DB）是指按照一定的数

22、据模型，有规则地存储在一起的相关信息的数据集合。简而言之，数据库就是数据的仓库。它不仅包括描述事物的数据本身，还包括了数据之间的关系。3. 数据库系统数据库系统（DBS）是指引进数据库技术后的计算机系统，能有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理，实现数据共享，减少数据冗余。4. 数据库管理系统为方便建立和维护数据库，需要一个特定的支持软件，这就是数据库管理系统DBMS。定义：数据库管理系统（DBMS）是建立、维护和使用数据库，对数据库进行统一管理和控制的系统。具体指数据库系统中管理数据的软件系统。在计算机系统中，数据管理通常使用数据库管理系统完成。也就是说，数据库系统包括数据库和数据库

23、管理系统两部分。DBMS包括三部分功能模块：数据定义语言DDL，供用户建库；数据操作语言DML，供用户对数据库进行维护操作；管理和控制程序，保证数据的安全、通信与其他事物。不同的数据库其性能是不一样的，衡量其性能的主要技术指标有：库文件最大记录数、记录最大长度、记录最大记录数、数值字段最大长度(位)、字符字段最大长度(字节)、数值计算精度、命令行最大长度、内存变量总数、可同时打开库文件数。不同的数据库其运算速度有很大的差异。2.2 数据模型数据模型是指数据库内部数据的组织方式，描述了数据之间的各种关系，它是数据库系统的活性和基础，每一种数据库管理系统都是基于某种数据模型的。在数据库系统产生后，

24、根据它所采用的数据模型不同又将其划分为三代：第一代采用非关系数据模型，主要有层次模型和网络模型。其中层次数据库系统是网状数据库系统的特例，它们都支持格式化数据模型。第二代普遍采用关系模型。关系数据模型简单、清晰，且有关系代数作为语言模型，有关系数据理论作为理论基础，因此具有形式基础好，数据独立性强，数据库语言非过程化的优点，在实际商用数据库产品中得到广泛应用。也正是商用数据库的运行，特别是微机DBMS的使用，使数据库技术日益广泛的应用到企业管理、情报检索、辅助决策等各方面。自上世纪八十年代以来，几乎所有的数据库管理系统都是关系数据库，如Microsoft SQL Sever，Visual Fo

25、xPro，Oracle等都采用关系模型。第三代在关系模型的基础上引入了面向对象的技术和方法，形成了对象关系模型，成为目前数据库的主流技术。随着数据库应用的不断深入，又出现了一些重要的发展趋势：单用户数据库到多用户数据库；集中式数据库到分布式数据库；传统数据库到智能数据库。2.2.1 层次型指记录之间是树型的组织结构，体现了“一对多”的关系。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；根以外的其它结点有且只有一个双亲结点。R1R2R4R6R3R5层次型结构具有结构简单，清晰的特点，适用于记录之间本身就存在一种自然的层次关系，但它难于处理记录之

26、间复杂的联系。1优点层次数据模型简单，对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观，容易理解；性能优于关系模型，不低于网状模型；层次数据模型提供了良好的完整性支持。2缺点多对多联系表示不自然；对插入和删除操作的限制多；查询子女结点必须通过双亲结点；层次命令趋于程序化。3典型的层次数据库系统IMS数据库管理系统。l 第一个大型商用DBMSl 1968年推出l IBM公司研制2.2.2 网络型指事物之间为网络的组织结构，体现了“多对多”的关系。满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。允许一个以上的结点无双亲；一个结点可以有多于一个的双亲。R1R2R3R4R6R5L1L2L3L4L5L6网络型

27、结构能够处理事务之间非常复杂的联系,但其模型结构也是及其复杂的。层次结构是网络型结构的一种特例。网状模型的优缺点1优点能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能，存取效率较高2缺点结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握DDL、DML语言复杂，用户不容易使用3典型的网状数据库系统DBTG系统，亦称CODASYL系统l 由DBTG提出的一个系统方案l 奠定了数据库系统的基本概念、方法和技术l 70年代推出实际系统l Cullinet Software Inc.公司的 IDMSl Univac公司的 DMS1100l Honey

28、well公司的IDS/2l HP公司的IMAGE2.2.3 关系型把信息集合定义为一张二维表的组织结构，每一张二维表称为一个关系，其中表中的每行为一个记录，每列为数据项。关系型的模型结构比较简单，但能够处理复杂的事 物之间的关系。关系型最重要的一种数据模型，也是目前主要采用的数据模型。1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd提出。1优点：与非关系模型不同，它有较强的数学理论根据。数据结构简单、清晰，用户易懂易用，不仅用关系描述实体，而且用关系描述实体间的联系。关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库建

29、立和开发的工作。2缺点：由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系模型，因此，为了提高性能，必须对用户的查询表示进行优化，增加了开发数据库管理系统的负担。3典型的关系数据库系统l Oraclel Sybasel SQL Serverl DB2l Dbase Foxpro Access MySQL2.3 实时数据库实时数据库（RTDBReal Time DataBase）是数据库系统发展的一个分支，是数据库技术结合实时处理技术产生的。实时数据库应用框架实时数据库系统是开发实时控制系统、数据采集系统、CIMS系统等的支撑软件。在流程行业中，大量使用实时数据库系统进行控制系统监控，系统先进控制和

30、优化控制，并为企业的生产管理和调度、数据分析、决策支持及远程在线浏览提供实时数据服务和多种数据管理功能。实时数据库已经成为企业信息化的基础数据平台。实时数据库的一个重要特性就是实时性，包括数据实时性和事务实时性。数据实时性是现场IO数据的更新周期，作为实时数据库，不能不考虑数据实时性。一般数据的实时性主要受现场设备的制约，特别是对于一些比较老的系统而言，情况更是这样。事务实时性是指数据库对其事务处理的速度。它可以是事件触发方式或定时触发方式。事件触发是该事件一旦发生可以立刻获得调度，这类事件可以得到立即处理，但是比较消耗系统资源；而定时触发是在一定时间范围内获得调度权。作为一个完整的实时数据库

31、，从系统的稳定性和实时性而言，必须同时提供两种调度方式。关系实时数据库可用于工厂过程的自动采集、存储和监视，可在线存储每个工艺过程点的多年数据，可以提供清晰、精确的操作情况画面，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况，可以说，实时数据库对于流程工厂来说就如同飞机上的“黑匣子”。2.4 工程数据库数据库技术最初主要是应用于事物管理领域.随后也开始广泛应用于工程中,出现了工程数据库管理系统EDBMS(Engineering Data Base Management System)。2.4.1 工程数据库的特点数据的复杂性对于一个机械产品的设计，首先表现在产品结构的复杂性，其次从产品

32、的设计过程来说，从设计任务书的制定，经过初步设计和详细设计，产品的试制，直至产品的设计定型进入批量生产，在整个设计过程中设计图纸往往要经过多次修改和补充，以取得满意的设计结果。相应的工程设计数据不仅数量不断增大，类型增多，而且数据要不断修改和补充。因此不仅要记录整个设计过程的全部图形和文字数据，并以文件形式保持在数据库内，还要适应设计和制造过程的修改。工程数据库系统应能提供变长记录来存贮和管理这些数据，以及具有改变数据结构的能力。数据的关系在数据元素之间通常存在着比较复杂的关系。数据或记录之间的关系类型有一对一，一对多和多对多三类。在工程数据库中，一对多关系是比较普通的。例如某一产品的部件可以

33、对若干个零件，而零件集的每一个零件只能对一个部件。然而多对多关系也是常见的，它是一种更为一般的关系，例如在一个三维物体的几何模型中，存在着点，边和面之间的拓扑关系，一个面包含着若干条边，而一条边可能属于几个表面，那么边和面的关系是多对多的。数据的有序性工程数据中包含了很多图形信息，根据图形显示和绘图的要求，图形数据必要依次顺序存放而不能任意改动。数据的有序性不仅在图形应用中得到体现，在计算机辅助制造中，数控加工走刀路线计算出的一系列数据同样要求数据的有序性。数据的一致性在工程数据库中可能存在着从产品的初始模型推导出的二次数据，例如从产品的外形数据定出它的内形数据。一旦初始模型被修改，二次数据也

34、就无效了，需要重新计算，用计算出的新数据取代失效的数据。因此为了保持数据库中数据一致性的原则，工程数据库系统不允许用户直接修改二次数据，并且需要提供检查数据一致性的程序。数据的使用产品设计工作最终反映在该产品的成套设计图纸上，例如机械可工程图中的总装图，部装图和零件图。对于第一张工程图纸上既有图形数据，又有各种属性数据。这些属性数据是尺寸公差，技术要求，材料，热处理状态以及各种标注等。各类图纸有着不同的属性要求，名目繁多。工程数据库既要能处理设计过程中的图形和非图形数据，还要便于查找和组织这两类数据。2.4.2 工程数据库的结构目前在商业领域广泛应用的数据库管理系统并不适用于工程设计领域。随着

35、CAD/CAM技术的发展，需要有适用于CAD/CAM形体环境的数据库管理系统。由于工程设计工作是一个不断修改和完善的设计过程以及工程数据自身的特点，对工程数据库系统（EDBMS）有以下特殊要求：能支持多对多关系，递归关系等复杂数据结构的描述，以满足数据库中实体之间的多种关系；能够将一个复杂的数据结构作为一个完整的独立实体处理，能有效地支持对工程数据操纵的能力；支持动态描述数据库中数据结构的能力，使用户既能修改数据库中的值，又能修改数据结构的模式；能支持用于分析和比较的多种设计方案，并具有回溯能力；对于数据操纵语言（DML）应提供与工程设计常用算法语言的接口。工程数据库管理系统的研究和开发工作开

36、始于70年代末期。在工程数据库管理系统发展的第一阶段一般仍采用传统的数据模型，而且以网状和关系模型为主，同时在用户界面和数据结构的扩充等方面具有一定的工程应用特点。另一方面是对传统的数据模型进行改进和混合，使它适合工程应用环境。例如由关系模型和网状模型组合成的关系网状混合数据模型以及层次网状混合数据模型，以发挥相混合的数据关系的各自优点。在此混合数据模型也有一定的缺点，如不同模型之间的转换对用户的使用能力有一定的要求。2.4.3 工程数据库的建立用数组形式和公式化法去存贮数据，都是从属于程序，这样在调入程序时，不仅要占据内存，数据也不能被别的程序使用，达不到数据共享。可建立工程数据库来解决这个

37、问题。一个建库的工作流程可分以下几个阶段：1.调查和分析阶段此阶段的主要工作是对建库的环境和应用目标作调查和分析研究,主要包括两方面: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。软件主要是DBMS的结构和功能，如数据库的模式、子模式，数据模型，检索或存取数据的方式和速度，对数据的要求和限制，数据的安全保护措施等。对硬件的调查和分析研究主要是外存设备的容量，能提供的数据输入输出方式和数据传输速度等。2.系统的数据结构设计阶段此阶段的主要工作是根据已有DBMS所确定的数据库模型，利用DBMS所提供的数据定义语言和有关程序来定义数据的模式和子模式。

38、对于关系数据库模型来说，也就是设计某个数据文件的空白工作表，设计二维表中各个字段的名称及字段的类型和格式。这其中不涉及具体的数据值。3.系统调试设计好模式和子模式后，就可以准备少量数据装入系统进行预运行调试来检验系统的设计是否合理。根据测试结果对原设计作修正，直到符合要求为止。4.装入数据系统经调试修正符合要求后，可利用DBMS提供的数据装入程序把具体数据装入数据库系统内。此阶段的工作完成后，数据库系统已建成，可以投入使用。在某种意义上，建立CAD数据库系统也就是把有关的设计守则、标准和其它设计资料存入计算机系统并提供高效手段为CAD作业所用。5.编制数据字典为了方便用户的使用，在建立数据库系

39、统后，要编制出数据库系统的使用说明书或数据字典。2.4.4 工程数据库与事物管理数据库的比较目前的数据库管理系统主要是根据事物管理应用而设计的。当事物（商用）数据库管理系统被引入工程技术领域时，由于应用对象，环境和操作方式的不同，特别是图形数据以及与图形数据有关的非图形特征数据处理的引入，使得事物（商用）数据库管理系统的不适应性明显暴露出来。尽管工程数据库与事物管理数据库分属于两个不同的应用领域，然而数据库的基本特点对于它们都是具备的，这两类数据库在系统内核部分所作的工作也有相同之处，例如数据的装配、检索、插入、修改、删除、排序、分类和索引等操作。表-1 事物管理数据库与工程数据库的比较事物管

40、理数据库工程数据库1被模仿的实际事物多为静态数据能清楚了解实体之间的关系，因此模式在使用前定义并存入数据词典中静态的设计环境方面的数据(设计规则，方法、标准等)动态的有关设计对象的数据，更改量大；要处理动态数据2数据值的种类值是原子的，常用字符、字符串和数值类型值既是原子的，又是结构化的，其中图形数据作为一种特殊数据类型3模式的性质模式是静态可编译的实体结构复杂，类型多模式是动态的与解释执行的4数据和数据结构的处理数据类型比较简单数据经常修改，但只改变数据的值，由数据库管理员(DBA)负责修改数据结构数据类型多，而且复杂数据值和数据结构都经常修改允许用户对数据结构进行修改和动态定义5数据量较少

41、的记录类型，较简单的联系，大量的记录实例大量的复杂实体类型和实体之间的联系描述，静态数据实例相对较少，动态实例随着设计过程迅速增加6语义一致性数据必须是一致的，以免除矛盾的数据由于对设计对象的数据要不断调整和修改，可允许有不一致的情况7数据的维护有用户存取权限的限制没有数据版本管理的要求要求对实体对象多个方案数据的保存，所以存在版本管理要求8数据的操作通常以对话方式的查询语言对数据库进行存取设计者以交互方式进行操作、检索数据或请求激活某个技术程序2.4.5 开发工程数据库管理系统的途径1.开发专用的数据文件管理程序2.对现有的数据库管理系统扩充和改造对现有的工程（商业）用数据库管理系统(如OR

42、ACLE)进行扩充和改造，以适应CAD/CAM系统数据管理的特殊要求，其优点是能够迅速有效地投入工程应用。A.对现有的数据库管理系统增加一些新的功能或工具，例如增加一部分适合于支持工程应用的操作接口使它能统一管理各类过程数据，达到适应于CAD环境的目的。B.在现有的数据库管理系统上加外壳，提供常规数据、图形数据和工程数据的用户接口。3.利用改进传统数据模型方法开发新的工程数据库管理系统。4.在选用新的数据模型基础上开发工程数据库管理系统。2.4.6 工程数据库管理系统简介1TORNADO系统是由挪威工业中央研究所开发的一个面向CACCAM单用户的网状数据库管理系统。1978年开发了适用于图形应

43、用的TORNADO1.0版本，该系统是用FORTRAN语言设计的模块化结构，整个系统的程序量有15000与行，适用于：AUTOKON-造船及海上石油钻平台设计系统；DAKHUS-房屋结构设计系统；GPM-产品几何造型系统；SIMROB-机器人仿真系统；2PHIDAS系统是德国PHILIPS研究实验室为CAD/CAM集成系统PHILIKON研制的一种实用性较好的工程数据库管理系统，它在CDC1700计算机系统上实现，并可移植到PDP11/60和PHLIPS P857计算机上。系统采用网状模型，结构是基于三级模式结构，即子模式、模式和存贮模式。系统用FORTRAN语言编写，提供了三种专用语言，即存贮结构描述语言(SSDL)、数据描述语言(DDL)和数据操纵语言(DDL)。系统不仅支持图形数据的管理，还支持多对多的联系结构。3ARDBID系统是印度科学院研制的一个交互式工程数据库管理系统，它在配有DECVT11图形终端的DE