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1、哈尔滨工业大学,数据库在CAD/CAM中的应用,付林霄 11S009151,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,数据库系统包括数据库和数据库管理系统两部分。 数据库指的是所存储的关联数据的集合。 数据库管理系统(DBMS：Data Base Management System)是管理数据库的软件。它提供了对数据的定义、建立、查询和修改等功能，对数据的安全性、完整性和保密性进行统一控制。,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,1. 数据库技术的主要特点 (1) 实现数据的高度集成 所谓数据集成，就是采取统一的方法集中管理数据及其数据之间的关联。采用数据库技术实现数据集成，可以利用数据库管理系统（DBMS）

2、提供的数据管理功能，对数据处理应用系统中的各项数据实施有效地集中管理。,哈尔滨工业大学,(2) 提供有效的数据共享 在一个数据库应用系统中，集中管理的数据必须提供给各项应用共同使用，这就是所谓的数据共享。利用数据库技术提供的数据共享功能，就可以在数据集中管理的基础上为各项应用提供必要的共享数据。,哈尔滨工业大学,(3) 减少数据冗余 如果不采用数据库技术，数据处理应用系统中的每一项应用都必须拥有自己的数据文件。而一项应用所拥有的数据文件中的若干项数据可能也会为另一项应用所使用，因此，就有必要将这些数据同时存储在另一项应用所拥有的数据文件中。即有些数据会在若干不同应用的数据文件中分别保存，这种情

3、况称为数据冗余。大量冗余数据的存在将导致应用系统维护上的困难。 正是由于数据库技术实现了应用系统中所有数据的集中管理、并提供了有效的数据共享功能，从而不再需要各项应用单独保存自己的数据文件，也就减少了大量的数据冗余。,哈尔滨工业大学,(4) 保证数据一致性 所谓数据一致性，是指保存在数据库中不同数据集合中的相同数据项必须具有相同的值。 (5) 实施统一的数据标准 所谓数据标准，是指数据项的名称、数据类型、数据格式、有效数据的判定准则等数据项特征值的取值规则。,哈尔滨工业大学,(6) 控制数据的安全、保密和完整性 针对数据库所进行的各项操作都必须根据操作者所拥有的权限进行鉴别，鉴别机制由数据库管

4、理系统（DBMS）提供，各个操作者的权限设定则由数据库管理员（DBA，Dada Base Administrator）负责建立。由此，数据库应用系统的数据安全、保密和完整性就得到了可靠的保障。,哈尔滨工业大学,(7) 实现数据的独立性 所谓数据独立性，是指存储在数据库中的数据独立于处理数据的所有应用程序而存在。 数据是客观实体的符号化标识，它就是一个客观存在，不会因为某一项应用的需要而改变它的结构，因此是独立于应用而存在着的客观实体。 应用程序处理数据获取信息的过程，它只能根据客观存在着的数据来设计所需要的数据处理方法，而不会去改变客观存在着的数据本身。,哈尔滨工业大学,(8) 减少应用程序开

5、发与维护工作量 正是由于在数据库应用系统中很好地实现了数据的独立性，这就使得在进行应用程序开发时，不再需要考虑所处理的数据组织问题，因而减少了应用程序的开发与维护工作量。 在数据库应用系统开发初期，必须完善地规划数据库、设计数据库中的各个数据集、规范数据库中相关数据间的关联，这是一项极其重要的工作。只有一个满足规范化设计要求的数据库，才能够真正实现各类不同的应用需求。 (9) 方便应用系统用户的使用,哈尔滨工业大学,2. 数据库系统结构 (1) 硬件资源 包括主机、内存、外存及其他外部设备。其中大容量的内、外存储空间和快速存取要求是数据库系统最显著的硬件指标。 (2) 软件资源 包括操作系统、

6、主语言、数据库管理系统和应用程序等。 (3) 数据库管理员 DBA (Data Base Administrator)负责数据库的建立、维护和协调工作的专门人员。,哈尔滨工业大学,(4) 数据库 这是个通用化的综合性的数据集合，它通常存储在磁盘介质上。 (5) 数据库结构内容 a. 视图 在数据库系统中，不同的人员对数据库的观察有不同的角度，从而形成各自的视图。 b. 外模型 用户使用的数据视图叫外模型，它表示用户所理解的实体、实体属性和实体间的联系。外模型仅是一种局部的逻辑数据视图。,哈尔滨工业大学,c. 概念模型 为了减少冗余，实现数据共享，把所有用户的数据进行综合，抽象组成一个统一的数据

7、视图。这个统一全局的逻辑视图叫概念模型，它是数据库管理员所看到的实体、实体属性和实体间的联系。 d. 内模型 为了提高存取效率，需要把全局视图的数据按照其物理组织的最优形式来存放。这个数据物理存储的模型叫内模型。在数据库系统中，用户看到的数据与计算中存放的数据是有区别的。 外模型可以有多个，概念模型和内模型只有一个，内模型是整个数据库的最底层。,哈尔滨工业大学,e. 模式 用DBMS中的数据描述语言精确的定义并存储在数据库中的数据模型，称为模式。 数据库中，模式仅是处理数据的框架，按这些框架填入的数据才是数据库的内容。真实存在的只有物理数据库。 在数据库中，框架是相对稳定的，而数据库的内容，即

8、其中所存的数据是常变的。,哈尔滨工业大学,3. 数据库管理系统功能 数据库管理系统( Database Management System，DBMS)：是一个系统软件，利用该系统软件能够定义数据库的逻辑结构，并对数据库进行存取及维护等操作。 数据库是在数据库管理系统(DBMS)集中管理下，具有较高的数据独立性，较少的冗余并且相互间有联系的文件集合。 DBMS的职能是有效地实现数据库三级之间的转换，把应用程序中的数据操作语言转换成为系统对存储的数据文件的操作，从而允许用户逻辑地处理数据，而不必涉及数据真实的物理存储结构。,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,(1) 描述数据库 用数据描述语言描述数据

9、库中各种对象的特征。其中最主要的是描述数据，包括数据模型名、记录类型名、数据项名、数据类型、数据长度及取值范围、数据之间的关系、逻辑数据到物理数据的映射关系等。 (2) 管理数据库 控制数据库系统的运行，包括控制用户的并发性访问，执行对数据的检索、插入、删除和修改等操作和安全、保密、完整性检验等。,哈尔滨工业大学,(3) 维护数据库 包括初始装载数据库、记录工作日程、监视数据库性能、发生故障时恢复数据库、性能变坏时重组数据库和必要时修改、更新数据库。 (4) 应用程序、计算机终端和其他数据库之间相互实现数据通信。 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，而是将其信息重新组织，以去

10、掉其多余部分、对数据关系进行描述。,哈尔滨工业大学,4. 数据模型 在客观世界中，一组数据可以用于标识一个客观实体，这组数据就被称为数据实体。在数据库中，有些数据实体之间存在着某种关联，人们采用数据模型来描述数据实体间关联的形式。在数据库技术领域，经典的数据模型有三种： 层次数据模型，采用树型结构描述数据实体间的关联； 网状数据模型，采用网状结构描述数据实体间的关联； 关系数据模型，采用二维表结构描述数据实体间的关联。,哈尔滨工业大学,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。基于关系模型建立的数据库系统称为关系数据库系统。目前国内普遍应用的FOXPRO、ORA

11、CLE、SQL server都是关系数据库系统。,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,4. 工程数据库管理系统 工程数据库，顾名思义它是面向工程应用的，包含了几何的、物理的、技术的（或工艺的）以及其他技术实体的特性和它们之间的关系的数据库。早期的工程数据库又称CAD数据库、设计数据库、技术数据库、设计自动化数据库。也就是说，工程数据库是指适用于计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）、计算机集成制造（CIM）、企业资源计划管理（ERP）、地理信息处理(GIS)和军事指挥、控制等工程领域所使用的数据库。,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,工程数据库应用与事务型数据应用的管理功能要求有很大

12、的不同。在很长的一段时间内，在计算机辅助设计/制造/工艺/管理/集成制造（CAD/CAM/CAPP/ERP/CIMS）等工程领域内，大多使用文件系统或以文件为基础的专用数据库管理系统来存储工程数据，这样做对一些小系统或相对独立的工程应用系统是可行的，但随着这类工程系统的规模越来越大，这种以文件为基础的系统不论是系统开发、维护，还是系统的使用都带来一系列问题，不利于各种工程的集成与管理。,哈尔滨工业大学,所以面向工程应用的数据库应用系统的概念从七十年代就提出来：为适用于广泛多样的工程活动，数据库管理系统（DBMS）不应只涉及存储与管理工程应用中的标准化部分、设计过程与材料性质的不变部分，而且应处

13、理工程结构（例如基于产品结构的设计数据管理）、过程（如设计过程及相关数据的管理）、配置（如基于客户订单的设计与装配）、历史数据管理（如产品版本的管理）及其安装。此外，DBMS还应当存储用于能以追溯其由来的方式存储与检索测量及计算数据，以便于支持工程决策等。DBMS也应支持诸如复杂结构的分析与更改等典型工程活动。最后，DBMS除了具备传统的数据库语言SQL功能外，还必须有各种展现数据库内容的方法，其中包括工程对象的图形显示和工程对象间关系的导航等。,哈尔滨工业大学,因此，具备上述功能需求的面向工程应用需求的数据库管理系统从七十年代就提出：工程数据库管理系统（Engineering Databas

14、e Management System，简称EDBMS）除了要满足对事务型DBMS的要求外，尚需加入针对工程过程的特殊性能。 (1) 工程数据库的特点 a. 数据类型复杂 b. 数据量不大 c. 数据关系复杂 d. 数据形态多样 e. 数据修改频繁,哈尔滨工业大学, 工程结构的修改：如产品结构的修改、工程项目管理结构的修改等； 结构数据文档：如与产品结构相关的图形文档、设计文档、分析文档等； 数据变换，数据的图形表示及存储：如产品二维和三维图形的变换与联系； 部件的装配关系：如由零部件组装成部件或产品的描述与管理； 有限元模型数据：产品的设计分析模型及其优化算法； 设计计算：面向领域的设计分析

15、如动力分析、结构分析等； 计算结果、文档、参数和程序间的关系：适用与计算的标识府等的存储和选择； 标准部件文档：如设计标准、加工参数标准等； 设计说明文档：用户需求、产品性能说明等； 通用造型方法及工具； 空间接口等。,哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学,数据库在工程设计中具有特殊的意义。我们来看一个实际例子：美国麦克唐纳公司研制的F-4战斗机，从1961年交付海军使用以来，共生产了舰队防空型、海军全天候型、侦察型、空军战术型、空军战斗轰炸型、西德订购的简化单座型、英国空军使用型等十余种机型，这些型号都是在F-4设计的基础上做局部修改、添加而成的。于是某种型号的设计就相当于把保存在数据库中的F-4

16、设计资料找出相应的某个节点，添加一个分支，把新设计的资料连接在这个节点上，最后各种型号的设计资料形成一树状结构，所谓数据库版本的管理功能，就是对该树的维护功能，每种不同型号对应数据库的某一个版本，从这个版本的叶节点向根节点搜索，就可以获得该型的全部设计资料，由此可见数据库的版本管理在工程设计中具有非常重要的意义和价值，所以作为工程数据库的DBMS必须具有这种功能。,哈尔滨工业大学,(2) 工程数据库的内容 CAD/CAM涉及的数据可分为图形数据和非图形数据。 图形数据中既有绘制工程图的二维数据，又有造型所需要的三维数据。 非图形数据中，一部分为标准数据，包括设计规范、标准公差、材料性能和模型标

17、准等；另一部分是管理信息，如产品性能、用户需求、工艺规范和生产计划等。模具加工所用的NC代码也是一种非图形的数据。,哈尔滨工业大学,理想的面向CAD/CAM应用环境的EDBMS除应具有一般DBMS的基本功能外，还要求有如下功能： a. 支持复杂的工程数据的存储和管理 要求工程数据库管理系统支持处理工程数据的非结构化变长数据和特殊类型数据，支持多媒体的信息集成管理，这包括多方面的具体要求，例如： 图形、图象数据多规格存储方式 不同媒体数据类型的流格式转换和控制 多种媒体数据输入/输出设备的驱动 多种媒体数据编辑处理,哈尔滨工业大学, 多种媒体数据编辑处理 支持复杂实体的表示和实体间关系的处理 支

18、持超文本数据和存储和处理 支持动态链变长数据记录和超长数项的管理和存储,哈尔滨工业大学,b. 支持模式的动态修改和扩充 不仅能对结构化数据静态建模，而且还必须能动态地对模式进行建立、修改和扩充。这样，才能适应工程数据库对反复试验的工程设计过程的支持，既能承认和管理暂时不一致的数据库状态，同时又必须具有数据完整性和一致性的数据库维护能力。,哈尔滨工业大学,c. 支持工程事务处理和恢复 工程事务大多具有长期性，工程数据库中有一批数据将使用几百年。一个工程事务不可能成为处理和恢复的最小单位，要分层次、分类别，需要在工程长事务中分若干次保存中间结果，以进行较短事务处理，要有适合工程应用背景的数据库恢复功能，以实现对长事务的回退处理。,哈尔滨工业大学,d. 支持多库操作和多版本管理 由于工程事务的复杂性和反复试验的实践性，要求工程数据库系统具有良好的多版本管理和存储功能，以正确地反映工程建设过程和最终状态，不仅为该工程的实施服务，而且要为以后工程应用管理和工程维护服务，还要为研究工程设计类似工程提供借鉴数据。 由于工程设计的规模