机械CADCAM数据处理技术

1、CAD/CAM技术机械CAD/CAM数据处理技术CAD/CAM技术CAD/CAM技术静态和动态数据的概念；静态和动态数据的概念； 数据程序化处理技术；数据程序化处理技术；数表公式化处理数表公式化处理。：工程数据库管理系统工程数据库管理系统SQL ServerSQL Server数据库及其应用数据库及其应用CAD/CAM技术1.数据处理技术2.数据程序化处理技术 3.数据文件化处理技术4.数据库处理技术CAD/CAM技术第一节数据处理技术 数据 所谓数据是指能够被计算机识别、存储和加工处理的信息载体，用以反映客观世界的事实，是可以区分其特征的符号，如字符、数字、文本、声音、图形、图表、图像等。

2、数据结构 是指数据之间的关联和组织形式，用来反映数据的内部构成，即一个数据由哪些成分数据构成，以什么方式构成，呈现什么结构形式，其目的是为了提高算法的效率，它通常与一组算法的集合相对应，通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种操作。 CAD/CAM技术机械CAD/CAM中的数据的分类 （1 1）静态数据）静态数据 （2 2）动态数据：）动态数据：特性基本保持不变特性基本保持不变 如各类国标中提供的零件标准系列、材料参技术要求形状公差、尺寸误差和表面粗糙度，另外还有零件名称、零件代号、零件重量、几何中心等信息。CAD/CAM技术机械CAD/CAM中的数据的分类 （1 1）静态数据）静态数据

3、 （2 2）动态数据：）动态数据：是由用户输入的数据在程序运行过程中产生运行过程中产生的，可以由程序设计的其它模块调用，或者是各子系统中的中中间结果数据间结果数据，如CAD和CAE以及CAM之间的数据传递。这类数据随不同产品的变化而变化，故称为动态数据 CAD/CAM技术数据结构分为:物理结构物理结构和逻辑结构逻辑结构 数据在物理存储设备中的存放形式称为物理结构物理结构亦称存储结构，是数据结构在计算机中的映象。 数据之间的逻辑关系称为逻辑结构逻辑结构，是用户程序操作数据的根据，一种数据的逻辑结构，可以用不同的物理结构来实现 。CAD/CAM技术机械CAD/CAM中常用的三种数据处理方法： 数据

4、程序化处理数据程序化处理 数据文件化处理数据文件化处理 数据库处理数据库处理CAD/CAM技术第二节数据程序化处理技术数表的程序化数表的公式化线图的程序化 数据程序化处理方法是将设计中需要使用的数表数据以某种形式编制在应用程序中，数据直接面向应用。 CAD/CAM中需要将各种表格数据和曲线图表编入程序预先存入计算机中，以便设计时由程序自动检索和调用，提高设计的自动化程度 这就涉及各种计算机数据处理技术 设计数据或资料的计算机常用处理方法：CAD/CAM技术机械CAD/CAM中涉及的数表可归纳为两类：第一类数据表中的数据为一些不同对象的各种常数数表，彼此间无明显的关联性，也不存在函数关系，只有对

5、象和常数之间的一一对应关系。这类数表比较简单，只有一组数据，如模具设计中常用到的材料性能表、标淮零件的尺寸参数、拉深时的单位压力数据表，橡胶压缩量与单位压力关系数据表（如下表所示）等。第二类数表中的数据之间存在函数关系，用以表达工程中某些复杂问题参数之间的关系，如三角函数表或离散型的实验数据，这类数据之间的关系可用某个理论公式或经验公式表示。表中为一些离散的数据，但是这些数据是一些离散点上对应的函数值，这种数据表格表达的函数称为列表函数。机械CAD/CAM中绝大部分数据均为列表函数。 橡胶压缩量与单位压力值关系压缩量 / 101520253035单位压力 / MPa0.260.500.741.

6、061.522.10CAD/CAM技术数表的程序化 将数表(含线图离散化而成数表)中的数据编入程序，存入一维、二维或多维数组，再根据已知条件自动检索和调用所需数据例1：将表中为标准螺孔底孔尺寸进行数组化处理公称尺寸M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M12 M14 M16 M18 M20底孔尺寸3.3 4.2 5.0 6.0 6.7 7.7 8.5 10.2 11.9 13.9 15.4 17.4定义2个一维数组，将数表中的数值赋值于各自的数组，使之初始化 数表程序化的C语言初始化赋值语句： float m12= 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18

7、, 20 ; float d12=3.3 ,4.2 ,5.0 ,6.0,6.7,7.7,8.5,10.2,11.9,13.9 ,15.4,17.4 ;可用d0=3.3表示M4的底孔尺寸，d1=4.2表示M5螺孔的底孔尺寸若已知螺孔公称尺寸 mi，就可相应的检索出螺孔底孔尺寸 di CAD/CAM技术例2：二维数表 基本尺寸181830308080120 120180180260260360260360500凸模公差0.020 0.0200.0200.0250.0300.0300.0350.0400.050凹模公差0.020 0.0250.0300.0350.0400.0450.0500.060

8、0.070在数表程序化时，二维数组存放凸模、凹模的制造公差，先进行基本尺寸的判断，然后找到对应的数组和凸模、凹模公差值。 CAD/CAM技术二维数表程序化C程序代码：#include #include void main()void main() int i,basicdim; / int i,basicdim; /定义基本尺寸变量定义基本尺寸变量 float punchtol, dietol; /float punchtol, dietol; /定义凸模公差和凹模公差变量定义凸模公差和凹模公差变量 float alltole92;float alltole92; / /有有9 92 2个元素

9、的二维数组，元素类型均为实型个元素的二维数组，元素类型均为实型 int d9;int d9; / /有有9 9个元素的一维数组，元素类型均为实型个元素的一维数组，元素类型均为实型 alltole 00= 0.020; alltole 01= 0.020;alltole 00= 0.020; alltole 01= 0.020;/赋值赋值alltole92alltole92 alltole 10= 0.020; alltole 11= 0.025; alltole 10= 0.020; alltole 11= 0.025; alltole 80= 0.050; alltole 81= 0.070

10、; alltole 80= 0.050; alltole 81= 0.070; d0=18; d1=30; d2=80; d3=120; d4=180;/ d0=18; d1=30; d2=80; d3=120; d4=180;/赋值赋值D9D9 d5=260; d6=360; d7=360; d8=500; d5=260; d6=360; d7=360; d8=500; printf(Now Input the basicdim value:); / printf(Now Input the basicdim value:); /输入输入basicdimbasicdim scanf(%d,&

11、amp;basicdim); scanf(%d,&basicdim); for (i=0;i9;i+) for (i=0;i di & basicdim di & basicdim = di+1) punchtol= alltole i+10; dietol=alltole i+11; punchtol= alltole i+10; dietol=alltole i+11; if (basicdim = d0) if (basicdim d8) else if (basicdim d8) punchtol= alltole 80; dietol=alltole 81;p

12、unchtol= alltole 80; dietol=alltole 81; printf(punchtol=%f,dietol=%fn,punchtol,dietol); / printf(punchtol=%f,dietol=%fn,punchtol,dietol); /输出输出 CAD/CAM技术数表公式化处理数表公式化处理必要性必要性:1. .数表程序化存在占用计算机资源和存储空间多、计算机数表程序化存在占用计算机资源和存储空间多、计算机检索时间长、独立性差、数据可修改性差的缺点检索时间长、独立性差、数据可修改性差的缺点 2. 2.机械机械CAD/CAMCAD/CAM过程中涉及的数表

13、数据具有过程中涉及的数表数据具有离散性离散性的特的特点，在相邻两数值点之间的函数值只能选取相近的数据，点，在相邻两数值点之间的函数值只能选取相近的数据，会带来计算误差，会带来计算误差， CAD/CAM技术数表公式化处理数表公式化处理适用对象适用对象:数据间存在联系或函数关系的第二类列表函数 数表公式化处理主要方法主要方法: : 函数插值方法方法 函数拟合方法方法CAD/CAM技术函数插值 适用情况:列表函数中存在某种关系，反映了某种连续的规律性，表现形式列表函数中存在某种关系，反映了某种连续的规律性，表现形式是在一系列点处存在值，但是其函数解析式未知，需要构造一个是在一系列点处存在值，但是其函

14、数解析式未知，需要构造一个简单函数作为列表函数的近似表达式简单函数作为列表函数的近似表达式. .列表函数有解析式，但计算复杂，不便于使用，需要用一个比较列表函数有解析式，但计算复杂，不便于使用，需要用一个比较简单且易于计算的函数去近似代替它简单且易于计算的函数去近似代替它 . CAD/CAM技术代数插值 用代数多项式来作为近似函数的方法叫做代数插值，所要构造的插值多项式. nnnxaxaxaaxP2210)(根据所选取的节点的个数，可分为拉格朗日、抛物线插值和线性插值。CAD/CAM技术拉格朗日插值0 01 10( )( )( )( )( )nnk kn nkP xy lxy lxy l xy

15、 lx011100111()()()()()( )()()()()()njkknkjkkkkkkknkjj kxxxxxxxxxxxxlxxxxxxxxxxxxx0, 1, 2,knikikxlik, 0, 1)(基函数：CAD/CAM技术拉格朗日多项式knknkjjjkjknkknyxxxxyxlxP 000)()(CAD/CAM技术拉格朗日插值的拉格朗日插值的C C程序代码程序代码# include # include # define MAX_N 20 /# define MAX_N 20 /定义（定义（x_i,y_ix_i,y_i）的最大维数）的最大维数typedef struct t

16、agPOINT /typedef struct tagPOINT /点的结构点的结构 double x; double x; double y; double y; POINT; POINT;int main()int main() int n; int n; int i,y; int i,y; POINT pointsMAX_N+1;double lMAX_N+1; POINT pointsMAX_N+1;double lMAX_N+1;double x, tmp, lagrange=0;double x, tmp, lagrange=0;printf(“ nInput n value:”)

17、; /printf(“ nInput n value:”); /输入被插值点的数目输入被插值点的数目scanf(“%d”,&n);scanf(“%d”,&n);if (nMAX_N)if (nMAX_N) printf(“The Input n is larger than MAX_N, please redefine the printf(“The Input n is larger than MAX_N, please redefine the MAX_N.n”);MAX_N.n”);CAD/CAM技术return 1;return 1; if (n= 0)if (n= 0

18、) printf(“Please Input a number between l and %d. n”, MAX_N); printf(“Please Input a number between l and %d. n”, MAX_N);return 1;return 1; /输入被插值点输入被插值点(x_i,y_i)(x_i,y_i)printf(“Now Input the (x_i,y_i), i=0, %d: n”, n);printf(“Now Input the (x_i,y_i), i=0, %d: n”, n);for (i=0; i=n;i+)for (i=0; i=n;

19、i+)scanf(“%lf%lf”,&pointsi.x, &pointsi.y);scanf(“%lf%lf”,&pointsi.x, &pointsi.y);printf(“Now Input the x value:”); /printf(“Now Input the x value:”); /输入计算拉格朗日插值多项式的输入计算拉格朗日插值多项式的x x值值scanf(“%lf”,&x);scanf(“%lf”,&x);for (i=0; i=n;i+)for (i=0; i=n;i+) for (j=0; tmp=1; j=n; j+)

20、 for (j=0; tmp=1; j=n; j+) if (j= =i) continue; if (j= =i) continue; tmp=tmp tmp=tmp* *(x-pointsj.x)/ (pointsi.x- pointsj.x); /tmp(x-pointsj.x)/ (pointsi.x- pointsj.x); /tmp是拉格朗日基函数是拉格朗日基函数 lagrangelagrangelagrange+tmplagrange+tmp* *points_i.y;points_i.y; printf(“lagrange(%f)=%fn”,x, lagrange); /pri

21、ntf(“lagrange(%f)=%fn”,x, lagrange); /输出输出return 0return 0； CAD/CAM技术抛物线插值 当n=2时，拉格朗日插值即为抛物线插值，也叫二次插值，即用二次曲线去逼近复杂曲线 2211002)()()()(yxlyxlyxlxP)()()(2010210 xxxxxxxxxl)()()(2101201xxxxxxxxxl)()()(1202102xxxxxxxxxl0201122012010210122021()()()()()()( )()()()()()()xxxxxxxxxxxxP xyyyxxxxxxxxxxxxCAD/CAM技术

22、线性插值当n=1时，拉格朗日插值即为线性插值，也叫两点插值 11001)()()(yxlyxlxP 01011010)()(xxxxxlxxxxxl CAD/CAM技术函数拟合 函数拟合函数拟合（曲线拟合）:是采用连续曲线近似刻画或比拟平面上离散点组所表示的坐标之间的函数关系的一种数据处理方法，即用解析表达式yf(x，c）逼近离散数据，从而反映量x与y之间的依赖关系。 在机械CAD/CAM过程中，对于情况较复杂的实际问题可直接使用数据表建模，寻找简单的变量之间的函数关系，应用曲线拟合方法反映数据的变化趋势，而不是如插值法中要求所求函数都通过节点。 函数拟合有多种方法，最常用的为最小二乘法CAD

23、/CAM技术最小二乘法原理（线性拟合） 若列表函数所有节点基本上呈现线性变化规律，用直线方程若列表函数所有节点基本上呈现线性变化规律，用直线方程 f(x) = a + b xf(x) = a + b x 描述描述 选取系数 a, ba, b，使偏差平方和 最小，就是最小二乘法的实质 最小二乘法处理的任务就是求直线方程中的待定系数a和b 最小二乘法步骤 在坐标纸上标出列表函数各节点数据，并根据其趋势绘出大致的曲线 根据曲线确定近似的拟合函数类型，拟合函数可为代数多项式、对数函数、指数函数 用最小二乘法原理确定函数中的待定系数 CAD/CAM技术niiiniiiniiybxayxfe121212)

24、()(图示各结点到所拟合直线偏差的平方和为：0a0b则令： 根据函数求极值性质，函数对自变量的偏导为零 0)(2iiybxa0).(2.xiiiybxa求偏导数求偏导数，得： 求得： xbya)()(xxxyyxbiiiiCAD/CAM技术例：以表中的5次实验数据为例，拟合线性方程 101022443296451620542520将表中数据代入前式得方程组： 50551513155baba求解得： a=-0.7 b=1.1 则： CAD/CAM技术最小二乘法的一般描述设自变量为X，因变量为Y，对于给定的组节点数据，可构造一个n（nm）次的多项式： 0( )( )nnkkkySxa P x使节点

25、处的偏差平方和最小 22mmn iik k iii 0i 0nTS(x y)aP(x) yk 022mmn ii k k iii 0i 0nT S ( x y )a P ( x ) yk 0 CAD/CAM技术01(,)nTT a aa01,na aa0(0,1, )sTsn必须满足必须满足 2()()()00mnTa Pxf xP xk kiisiaiks2()()2()()0000nmmaPx P xf x P xkkisiisikiiCAD/CAM技术0001000101111101(,)(,)(,)( ,)( ,)( ,)( ,)( ,)(,)(,)(,)( ,)nnnnnnnnP P

26、P PP Pf PP PP PP Pf PP PP PP Pf P 020( )( )( ,)0,1,(,)( )mikikikmkkkiif x P xf PaknP PP x( )nSxka多项式多项式的待定系数的待定系数可由下式求得可由下式求得 CAD/CAM技术最小二乘法实例 第一步，标出列表函数各节点数据第二步，确定的函数类型 第三步，通过最小二乘法得方程组 CAD/CAM技术线图程序化常用的方法常用的方法: :线图本身有公式表达，将公式编写到程序中；线图本身有公式表达，将公式编写到程序中；将线图离散为数表，然后按列表函数进行程序化处理；将线图离散为数表，然后按列表函数进行程序化处理

27、；选取线图点，按照一定的拟合方法，如最小平方差法、样条选取线图点，按照一定的拟合方法，如最小平方差法、样条函数法等，形成确定的函数，在程序中间进行调用；函数法等，形成确定的函数，在程序中间进行调用；分段处理复杂线图分段处理复杂线图 一般处理的方法有两种：一般线图的处理、复杂线一般处理的方法有两种：一般线图的处理、复杂线图的处理图的处理CAD/CAM技术一般线图的处理曲线进行分割离散化 在编程时可以利用“ifelse”语句或者“case”语句选择对应的数列进行计算和运行。n条曲线的线图就可变换为一张二维数表，因此可以利用数表程序化的方法进行处理，如插值法、采用数组存贮方式进行计算机处理等方法 C

28、AD/CAM技术复杂线图的处理 拟合边界直线或者曲线，然后通过条件语句判断，最后得到检索结果。 CAD/CAM技术以弹簧负荷F与行程S为输入变量，SpringNo为输出变量，弹簧选型的程序如下 ：#include#includevoid main()void main() float f,s; float f,s; int springno; int springno; float tmp; float tmp; printf(“Input f,s value:”); printf(“Input f,s value:”); / /输入输入f,sf,s的值的值 scanf(“%f,%f”,&am

29、p;f,&s);scanf(“%f,%f”,&f,&s); tmp=90+(0-90) tmp=90+(0-90)* *(s-0)/(0-12);(s-0)/(0-12);if (f=tmp)if (f=tmp)springno=20; /springno=20; /序号序号2020的弹簧的弹簧 else else tmp=90+(8-90)tmp=90+(8-90)* *(s-1.5)/(1.5-16);(s-1.5)/(1.5-16);if (f=tmp) if (f=tmp) springno=21; /springno=21; /序号序号2121的弹簧的弹簧el

30、seelse 弹簧负荷（F）与行程（S）曲线CAD/CAM技术第三节数据文件化处理技术 数据量很大，用数组不便于处理，可将数表中（含线图离散化而成数表）的数据，存入数据文件或数据库中，数据独立于应用程序 使用时通过检索程序查询和调用所需数据CAD/CAM技术数表化的方法数表化的方法在CAD系统中用得不是很多，只适用于数据少且别的程序不需调用的情况。如果数表很大或数表个数很多，如还采用该方法进行程序化，这时程序将显得非常的庞大、不易实现，这就需要将数表进行文件化或数据库进行处理。数表文件与程序的关系如图3-1所示。数表文件化数表文件化是建立文件，将数据或表格存在辅助文件中（每个文件皆有名字作为标

31、识符），由文件系统管理。文件系统包含在操作系统中，可以对文件进行查询、修改、插入、删除等操作。当应用程序用到有关数据时，可通过读语句和相应的控制语句，通过读文件，将所需的数据读入。这里提到的文件其实就是一个通过文件的名字来存取数据的信息集合，并作为各模块之间交换信息的手段。采用文件系统进行数据管理，使应用程序与数据之间有一定的独立性。数据文件化处理方法机械CAD/CAM系统模块间的数据传递CAD/CAM技术图3-1 数表文件与程序的关系应用程序APP1应用程序APP2应用程序APP3应用程序APPn存 取 方 法文件1文件2文件3文件nCAD/CAM技术数据文件化处理方法数据文件化处理时可以根

32、据文件内容的逻辑关系将其划分为若干逻辑记录，所谓记录就是逻辑上相关的一组信息，然后建立文件。每一个文件都有文件名字，文件名由若干字符组成，文件名可以带有后缀，即扩展名，如常用的*.dat、*.txt、*.doc等，也可以自己定义后缀名称，原则是以容易记忆为主。各操作管理系统，无论是DOS、WINDOWSXP、UNIX等，均给用户提供多种基本的文件操作命令，如建立目录、列出目录、文件属性查询、建立文件、打开文件、关闭文件、删除文件、复制文件、重命名文件、读文件、写文件等操作命令。建立数表文件的方法随不同的操作系统而异，可直接用编辑文本文件的方法输入，如记事本、写字板等文字处理软件。另外，建立数表

33、文件也可用高级语言如C、Pascal、Fortran和Basic中的文件管理功能建立，在应用时按一定的格式读取。为了说明问题，我们以凸缘圆筒件（10钢）第一次拉深时的最小拉深因数的表格为例。CAD/CAM技术例：10钢第一次拉深时的最小拉深因数数据文件 有凸缘圆筒件（10钢）第一次拉深时的最小拉深因数凸缘相对直径d凸/d1毛坯相对厚度t/D1002-1.51.5-1.01.0-0.60.6-0.30.3-0.11.1以下0.510.530.550 570.541.30.490.510.530.540.551.50.470.490 500.510.521.80.450.460.470.480.4

34、82.00.420.430.440.450.452. 20.400.410.420.420.422.50.370.380.380.380.382.80.340.350.350.350.353.00.320.330.330.330.33首先将表中的数据按照记录存为文件格式，一行一个记录，建立数据文件。有凸缘圆筒件（10钢）第一次拉深时的最小拉深因数m的检索是根据凸缘相对直径（d凸/d1）和毛坯相对厚度（t/D）进行的，而此表中的毛坯相对厚度给出一个上限和一个下限范围，可将该t/D的上限和下限数据连同d凸/d1和m一起存储在数据文件中。设数据文件名称为min_dm.dat，这样数据文件中一个记录将

35、包含有毛坯相对厚度上限值t1和毛坯相对厚度下限值t2，最小拉深因数m、凸缘相对直径d共4个数据项。 CAD/CAM技术机械CAD/CAM系统模块间的数据传递机械机械CAD/CAMCAD/CAM系统一般都很庞大，由数百甚至更多个子程系统一般都很庞大，由数百甚至更多个子程序组成，在系统设计时通常采用模块化结构，即将系统分解序组成，在系统设计时通常采用模块化结构，即将系统分解为具有不同功能、结构上相对独立的若干部分。例如冷冲模为具有不同功能、结构上相对独立的若干部分。例如冷冲模CADCAD系统总体设计结构如图系统总体设计结构如图3-23-2所示。所示。图3-2 冷冲模CAD系统结构工程数据库管理模具

36、设计冷冲模CAD系统工艺、模具数据库管理DMIS专家咨询工艺分析、设计冲裁、拉伸等工艺CAD/CAM技术冷冲模CAD系统中的子系统（或者称子模块）DMIS（模具管理信息系统）的系统结构包括如图3-3所示的几个主要功能程序模块：模具标准件选择模块；图形输出模块；材料正向和逆向选择模块；设备选择；模具综合信息库模块；库维护；其他辅助模块（联机帮助、外围工具、文档管理、报表输出）。图3-3 DMIS系统主要结构工程数据库DMIS运行机制（主控菜单形式）设备选择材料正向和逆向选择标准件选择模具综合信息库设备数据库材料数据库标准件库综合信息库其它系统信息库报表管理文档管理外围工具库维护图形输出联机帮助C

37、AD/CAM技术第四节 数据库处理技术 数据库和数据库管理 数据库技术的发展 工程数据库 SQL Server数据库及其应用 数据库技术可有效管理产品设计和制造的数据信息，实现数据的共享，保持程序与数据的独立性，保证数据的完整性和安全性。但是仍存在以下缺点：鲁棒性和可维护性差、数据冗余度大、浪费计算机资源、数据控制手段差、数据不能共享，难以适应多用户环境。数据库技术在数据库技术在CAD/CAMCAD/CAM作业中得到广泛的应用作业中得到广泛的应用CAD/CAM技术数据库和数据库管理 数据库以文件方式存储数据，是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间，由数据库管理软件DBMS 把所有应用

38、程序中使用的相关数据汇集起来，按统一的数据模型，以记录为单位存储在数据库中，为各个应用程序提供方便、快捷的查询、使用 数据库管理系统DBMS（Data Base Management System）是一种为了使DBM程序具备通用性，开发了以DBM程序为中心的程序体系。CAD/CAM技术数据库是大量数据文件的集合，但并非这些文件的简单相加，而是以某种关系组合，以数据的共享和集中为目的，是与应用软件相独立的数据集合，各种应用软件可以共享这些数据。它具有以下特点：（1）具有较高的数据独立性（2）数据的冗余度小（3）统一的数据管理和控制 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 。

39、数据库管理系统数据库应用程序应用程序2 2应用程序应用程序1 1应用程序应用程序n n CAD/CAM技术数据的数据的 数据的数据的是计算机发展中最早采用的、也是最直接的数据管理方式。程序中用到的数据，包括数据的存储、操作都必须由程序员自己编程管理应用程序1应用程序2应用程序n数据组1数据组2数据组n 数据与应用程序呈对应、依赖关系，应用程序中的数据无法被其他程序利用，程序与程序之间存在着大量重复数据，称为数据冗余； 由于数据是对应某一应用程序的，数据的独立性很差。如果数据的类型、结构、存取方式或输入输出方式发生变化，处理它的程序必须相应改变，数据结构性差，而且数据不能长期保存CAD/CAM技

40、术数据的数据的 数据的数据的指数据可用统一格式，在计算机存储器中以文件形式文件形式长期保存的方式操作系统应用程序n应用程序2数据组2数据组n应用程序1数据组1 文件管理阶段，文件系统为程序与数据之间提供了一个公共接口，应用程序采用统一的存取方法存取、操作数据，程序与数据之间不再是直接的对应关系，因而程序和数据有了一定的独立性。 文件系统只简单地存放数据，数据的存取在很大程序上仍依赖于应用程序，不同程序难于共享同一数据文件，数据独立性较差。 文件系统没有相应的模型约束数据的存储，仍有较高的数据冗余，极易造成数据的不一致性。 CAD/CAM技术数据库管理特点数据独立性 逻辑独立性 为物理独立性数据

41、共享性好，冗余度低 数据库从整体观点处理数据，面向系统，因而弹性大，使用灵活，实现了数据共享数据具有独立性 数据可独立于程序存在，应用程序也不必随数据结构的变化而修改数据具有安全性和完整性 数据库系统提供数据的控制功能，保护数据，防止不合理使用； 保证数据的确定性、有效性和相容性，即数据的完整性 数据库对所有数据实行统一、集中、独立的管理，实现数据的共享，保证数据的完整性和安全性，提高了数据管理效率CAD/CAM技术数据库管理系统（ Data Base Management System）是数据库软件系统的核心 数据库系统由相应的硬硬件、软件件、软件和数据数据及专职管专职管理人员理人员构成 数

42、据库系统构成数据库管理系统的功能数据库管理系统的组成数据库管理系统的抽象层次CAD/CAM技术数据库管理系统的数据库管理系统的功能功能 功功 能能说说 明明数据库定义功能实现全局逻辑结构、局部逻辑结构和物理结构定义，权限定义等。数据库管理功能提供对数据进行各种应用操作，例如：检索、排序、统计、输入、输出的功能。数据库的建立和维护功能即建立、更新、再组织数据库等结构维护功能。通信功能具备与操作系统的联机处理功能分时系统及远程作业输入的相应接口。其他功能如应用程序的开发、文件管理、存储变量、设备控制等。CAD/CAM技术数据库管理系统的数据库管理系统的组成组成 组成部分组成部分功功 能能(Data

43、 Description Language ,)及其翻译程序 用于描述数据之间的联系，实现数据库之间的定义功能(Data Manipulation Language ,)及其编译程序 用于存储、检索、编译数据库数据的工具(Data Base Management Routines ,) 一般包括系统运行控制程序，语言编译程序和DBMS的公用程序CAD/CAM技术数据库管理系统的数据库管理系统的抽象层次抽象层次 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，而是存在三个层次： 层层 次次说说 明明外模型外模型 一种局部的逻辑数据视图，用户使用的数据视图， 表示用户所理解的

44、实体、实体属性和实体间的联系。 外模型有多个，处于系统的外部。概念模型概念模型 数据库系统的全局逻辑视图。代表整个系统的抽象实体、实体属性和实体间的联系。 概念模型只有一个，属于系统的概念层。内模型内模型 物理数据存储的模型。 只有一个，处于系统的内层，也是最低层。CAD/CAM技术数据模式 1）（子模式）用模式DDL定义外模型的模式 子模式中包含了相应用户的数据记录类的描述以及与概念模型中相应记录的映像的定义 概念模式的子集 2）（模式）用模式DDL定义概念模型的模式 3）（物理模式）用设备介质语言定义内模型的模式用DBMS中的DDL精确地定义上述模型称为模式模式对应于不同层次的模型，也有三

45、个相应的模式: 数据库 内模式 概念模式-内模式映射 外模式1 外模式1 物理级 存储视图 概念模式 概念级 全局视图 用户视图 外模式-概念模式映射 用户级 应用程序1 应用程序2 应用程序3 应用程序4 OS DBMS CAD/CAM技术数据库的层次 以子模式为框架的数据库是以模式为框架的数据库是以物理模式为框架的数据库是不同层次数据库之间的关系：CAD/CAM技术数据库技术的发展 数据库系统的一个核心问题核心问题就是研究如何表示和处理实体间的联系 表示实体及实体间联系的模型被称为层次模型网状模型关系模型现行数据库系统中，常用的数据模型有三种：面向对象数据库 CAD/CAM技术层次模型（H

46、ierarchical Model）用树性结构表示实体之间连系的模型称为层次模型，它能描述一对多的关系 层次模型两个条件： 只有只有根结点根结点 根以外的其他节点有且根以外的其他节点有且只有一个父节点只有一个父节点按照层次模型建立的数据库系统称为 CAD/CAM技术网状模型（Network Model）网状模型满足两个条件： 可以有两个以上结点无父点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至少有一个结点有多于一个父结点层次模型是网状模型的特殊形式，网状模型能描述多对多的关系 按照网状模型建立的数据库系统称为 CAD/CAM技术关系模型（Relational Model） 用二维表

47、结构表示实体之间联系的一种模型，能描述多多对多的关系对多的关系 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行与列的顺序均不影响表中所表示的信息含义 关系模型的数据结构简单，数据独立性高，理论基础坚实，操作算法成熟、完善 关系模型的理论基础是关系代数、集合论 基于关系模型建立的数据库系统称为C

48、AD/CAM技术关系模型示例表a为产品数据的集合，表b是零件数据的集合两个表之间通过关键字段“产品代号”形成一对多的关系，表a为父表，表b为子表，它们共同描述了产品的基本的构成信息 产品产品代号代号产品产品名称名称数量数量价格价格AA减速器2002000BB阀门2601200CC车床2056000DD铣床1064000产品产品代号代号零件零件名称名称零件零件号号数量数量AA齿轮AAA-2250AA传动轴AA-3120CC主轴CC-3100CC丝杠CC-4100CC三爪卡盘CC-7120BB连接盘BB-3220AA齿轮BAA-6130 表a：产品数据表 表b：零件数据表 1:MCAD/CAM技术

49、面向对象数据库对象子系统模式管理事务管理查询处理版本管理长 数据 管 理外围工具存储子系统存 储管 理缓冲区管理图3-4 面向对象数据库管理系统的结构CAD/CAM技术工程数据库 工业领域数据库支持整个生产过程，数据类型非常复杂类 型说 明管理型管理型数据数据 包括产品设计与制造中所用到的数据资料。如：国家标准与规范、产品目录及文档管理等。 数据特点：数据之间关系分明，数据相对稳定，存储的数据结构基本不变，并且数据在语义上具有一致性，与管理型数据库中数据基本相同。设计型设计型数据数据 在工业设计与制造中产生的数据。如：设计的产品结构数据、工艺路线等。 数据特点： 数据呈动态，在设计过程中产生，

50、因此存储的数据结构随数据类型的改变而改变； 根据设计评价再设计的典型工业设计流程，设计型数据频繁修改； 由于实际设计的复杂性，设计者对设计对象数据进行不断的调整与修改，因此设计型数据在某些情况下允许语言上的不一致性。 图形数据图形数据 产品开发过程中可能产生各种工程图表、二维工程图形、三维图形等数据。如：零件图中某些图表或图形之间的相互联系也需要数据库进行存储与管理。 这类数据也是呈动态的，往往在设计过程中急剧增加。如：对一个运动机构动态模拟后，工程数据库要对各种运动数据的进行存储与组织。 加工制造加工制造型数据型数据 为加工制造服务的数据，包括加工工艺数据、数控加工指令、检测监控数据等，要求实时性较高 软件包软件包 指一些能够独立处理局部设计的工程计算或图形处理软件。 如：有限元分析、结构优化等。这类数据具有独立功能