機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)

機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§1.1CAD技術(shù)的發(fā)展歷程1.1.1CAD硬件技術(shù)發(fā)展歷程1、20世紀(jì)50年代（開始交互式計(jì)算圖形學(xué)的研究）

美麻省理工學(xué)院于1950年研制出“旋風(fēng)1號(hào)”的計(jì)算機(jī)上采用了陰極射線管（CRT）做成的圖形終端，并能被動(dòng)地顯示圖形。50年代后期又出現(xiàn)了繪圖儀和光筆。

圖形輸出設(shè)備的出現(xiàn)，標(biāo)志著CAD發(fā)展的開始。第2頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、20世紀(jì)60年代（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的重要時(shí)期）

美麻省理工學(xué)院的I.E.Sutherland

發(fā)表了博士論文《SKETCHPAD——人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)》，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想，從而為CAD技術(shù)的發(fā)展打下了理論基礎(chǔ)。有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的科學(xué)組織和著作于1966年得到了承認(rèn)。

1964年，美通用汽車公司研制出DAC-1系統(tǒng)，1965年，洛克希德飛機(jī)公司推出了CADAM系統(tǒng)，貝爾電話公司的GRAPHIC-1系統(tǒng)。第3頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

此時(shí)各種論文、文獻(xiàn)、教程及學(xué)術(shù)會(huì)議大量涌現(xiàn),整個(gè)70年代是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及計(jì)算機(jī)繪圖獲得廣泛應(yīng)用的時(shí)代。但它們大多數(shù)還是16位機(jī)上的三維線框系統(tǒng)及二維繪圖系統(tǒng)，還只能解決一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題。出現(xiàn)了以小型機(jī)為主的CAD工作站。

3、20世紀(jì)70年代：第4頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4、20世紀(jì)80年代（CAD突飛猛進(jìn)時(shí)期）：

新理論、新算法大量涌現(xiàn)。AutoCAD于1982年出現(xiàn)，并出現(xiàn)了許多實(shí)體造型系統(tǒng)，如GMsolid（通用汽車公司）、Solidesign（Computervision公司）等等。隨著硬件發(fā)展，80年代中期以后出現(xiàn)了工作站和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的高性能的CAD/CAM系統(tǒng)。第5頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5、20世紀(jì)90年代。CAD技術(shù)正向著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。第6頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.1.2CAD軟件發(fā)展歷程1.第一次技術(shù)創(chuàng)新——曲面造型技術(shù)

曲面造型(SurfaceModeling)是計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)(ComputerAidedGeometricDesign,CAGD)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要研究在計(jì)算機(jī)圖象系統(tǒng)的環(huán)境下對(duì)曲面的表示、設(shè)計(jì)、顯示和分析。它起源于汽車、飛機(jī)、船舶、葉輪等的外形放樣工藝，由Coons、Bezier等大師于二十世紀(jì)六十年代奠定其理論基礎(chǔ)。如今經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，曲面造型現(xiàn)在已形成了以有理B樣條曲面(RationalB-splineSurface)參數(shù)化特征設(shè)計(jì)和隱式代數(shù)曲面(ImplicitAlgebraicSurface)表示這兩類方法為主體，以插值(Interpolation)、擬合(Fitting)、逼近(Approximation)這三種手段為骨架的幾何理論體系。第7頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.第二次技術(shù)創(chuàng)新——實(shí)體造型技術(shù)

60年代末CAD研究界提出了用計(jì)算機(jī)表示機(jī)械零件三維形體的構(gòu)想，以便在一個(gè)完整的幾何模型上實(shí)現(xiàn)零件的質(zhì)量計(jì)算，有限元分析，數(shù)控加工編程和消隱立體圖的生成。經(jīng)過(guò)十幾年的努力探索和多種技術(shù)途徑的技術(shù)驗(yàn)證，這一思想終于成熟起來(lái)，形成了功能強(qiáng)大，使用方便的使用軟件，并且代表了當(dāng)代CAD技術(shù)的發(fā)展主流。

第8頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（1）參數(shù)化設(shè)計(jì)

是指參數(shù)化模型的尺寸用對(duì)應(yīng)的關(guān)系描述，而不需用確定的數(shù)值。變化一個(gè)參數(shù)值，其設(shè)計(jì)模型將自動(dòng)改變與其相關(guān)的尺寸。（2）參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要功能

通過(guò)改變參數(shù)化模型的約束條件，就可自動(dòng)地導(dǎo)出精確的幾何模型，對(duì)系列零件，通過(guò)修改局部參數(shù)就可生成新的零件。3.第三次技術(shù)創(chuàng)新——參數(shù)化造型第9頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五參數(shù)化模型在設(shè)計(jì)中常用到的是幾何模型。

a．幾何模型描述的是幾何實(shí)體的幾何關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系，有的圖形幾何關(guān)系相同，而拓?fù)潢P(guān)系不同，有些圖形幾何信息不同而拓?fù)潢P(guān)系相同，

b．參數(shù)化模型就是帶有參數(shù)名的草圖，用戶修改參數(shù)名，零部件幾何模型的拓?fù)湫畔⒉蛔儯叽缱詣?dòng)改變。

c．約束就是對(duì)幾何元素的大小、位置和方向的限制。簡(jiǎn)單地可理解為圖形的定形尺寸和定位尺寸。（3）參數(shù)化模型第10頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五A、變量幾何法

1）變量幾何法：

將幾何形狀定義為一系列的特征點(diǎn)，將幾何元素間的約束關(guān)系轉(zhuǎn)換成以特征點(diǎn)坐標(biāo)為變量的非線性約束方程組。當(dāng)約束變化時(shí)，解出方程組，得到一系列新的特征點(diǎn)，從而生成新的幾何模型。

2）特點(diǎn)

這種方法要求用戶輸入充分且一致的尺寸約束才能求解約束方程的解，當(dāng)模型越復(fù)雜，約束越多，解線性方程的規(guī)模越大，構(gòu)造方程唯一解的約束也越不容易，求解方程也越困難，故該法應(yīng)用于較簡(jiǎn)單的平面模型。（4）參數(shù)設(shè)計(jì)的幾種方法第11頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

變量幾何法是一種整體求解的方法，通用性好，但局部修改性能差，牽一發(fā)而動(dòng)全身，效率很低。例:

如圖一個(gè)二維的三角形，三個(gè)頂點(diǎn)為其特征點(diǎn)，取三個(gè)邊長(zhǎng)的值為參變量。采用參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，先構(gòu)造一個(gè)數(shù)學(xué)模型，把各約束關(guān)系用一系列的方程來(lái)表示。當(dāng)改變其參數(shù)變量時(shí)，該幾何模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)保持不變。該幾何模型的方程組為：第12頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第13頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五B、尺寸驅(qū)動(dòng)法

1）基本思想：在工程圖中，圖元的形、位是由尺寸標(biāo)注確定的，通過(guò)變動(dòng)所標(biāo)注的尺寸就能自動(dòng)地得到幾何圖形的相應(yīng)變化。

第14頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2）方法：

要修改圖形，并不是直接修改圖形實(shí)體特征點(diǎn)（如直線段的起始點(diǎn)、終點(diǎn)）的坐標(biāo)，而是修改圖形實(shí)體的尺寸（參變量）。尺寸標(biāo)注線可以認(rèn)為是一個(gè)向量，如下圖，上面標(biāo)注的內(nèi)容就是參變量的現(xiàn)值，反映了圖形的尺寸大小，其方向反映了幾何數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，終點(diǎn)坐標(biāo)就是要修改的幾何數(shù)據(jù)，其終點(diǎn)稱為該尺寸線的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。被驅(qū)動(dòng)實(shí)體所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為被動(dòng)點(diǎn)。當(dāng)要改變參數(shù)值時(shí)，就可以根據(jù)尺寸線向量計(jì)算出新的終點(diǎn)坐標(biāo)，以此來(lái)修改數(shù)據(jù)庫(kù)中被動(dòng)點(diǎn)的幾何數(shù)據(jù)，使它們得到新的坐標(biāo)值。第15頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

如圖5-13中，尺寸線d可看成為（0，0）到（1，0）的向量。長(zhǎng)度為參量a的現(xiàn)值，方向?yàn)?°，表示B點(diǎn)將沿水平方向變化。終點(diǎn)D（與B點(diǎn)重合）就是驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。線段L的端點(diǎn)B就是被動(dòng)點(diǎn)。若令a值為2，尺寸線向量可算出新的終點(diǎn)坐標(biāo)（2，0），并替換原數(shù)據(jù)中驅(qū)動(dòng)點(diǎn)、被動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)。線段L伸長(zhǎng)為L(zhǎng)’，尺寸線d也變成d’，這就達(dá)到尺寸驅(qū)動(dòng)圖形變化的目的。第16頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

參數(shù)化造型是由編程者預(yù)先設(shè)置一些幾何圖形約束，然后供設(shè)計(jì)者在造型時(shí)使用。與一個(gè)幾何相關(guān)聯(lián)的所有尺寸參數(shù)可以用來(lái)產(chǎn)生其它幾何。其主要技術(shù)特點(diǎn)是：基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改、全數(shù)據(jù)相關(guān)。

5、參數(shù)化造型技術(shù)的主要特點(diǎn)第17頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五基于特征：

將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可調(diào)參數(shù)，進(jìn)而形成實(shí)體，以此為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造；全尺寸約束：

將形狀和尺寸聯(lián)合起來(lái)考慮，通過(guò)尺寸約束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)(全約束)，不能漏注尺寸(欠約束)，不能多注尺寸(過(guò)約束)；第18頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改：

通過(guò)編輯尺寸數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變；全數(shù)據(jù)相關(guān)：

尺寸參數(shù)的修改導(dǎo)致其它相關(guān)模塊中的相關(guān)尺寸得以全盤更新。第19頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五采用這種技術(shù)的理由在于：它徹底克服了自由建模的無(wú)約束狀態(tài)，幾何形狀均以尺寸的形式而牢牢地控制住。如打算修改零件形狀時(shí)，只需編輯一下尺寸的數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)形狀上的改變。尺寸驅(qū)動(dòng)已經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能，無(wú)此功能的造型系統(tǒng)已無(wú)法生存。工程關(guān)系(EngineeringRelationship)如：重量、載荷、力、可靠性等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，在參數(shù)化系統(tǒng)中不能作為約束條件直接與幾何方程建立聯(lián)系，它需要另外的處理手段。第20頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五變量化技術(shù)是在參數(shù)化的基礎(chǔ)上又做了進(jìn)一步改進(jìn)后提出的設(shè)計(jì)思想。變量化造型的技術(shù)特點(diǎn)是保留了參數(shù)化技術(shù)基于特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改的優(yōu)點(diǎn)，但在約束定義方面做了根本性改變。變量化技術(shù)將參數(shù)化技術(shù)中所需定義的尺寸“參數(shù)”進(jìn)一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，而不是象參數(shù)化技術(shù)那樣只用尺寸來(lái)約束全部幾何。

除考慮幾何約束(GeometryConstrain)之外，變量化設(shè)計(jì)還可以將工程關(guān)系作為約束條件直接與幾何方程聯(lián)立求解，無(wú)須另建模型處理。（1）變量化造型技術(shù)的主要特點(diǎn)4.第四次技術(shù)創(chuàng)新——變量化造型第21頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五兩種技術(shù)都屬于基于約束的實(shí)體造型系統(tǒng)，都強(qiáng)調(diào)基于特征的設(shè)計(jì)、全數(shù)據(jù)相關(guān)，并可實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改，提供方法與手段來(lái)解決設(shè)計(jì)時(shí)所必須考慮的幾何約束和工程關(guān)系等問(wèn)題。（2）兩種造型技術(shù)之共同點(diǎn)第22頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

參數(shù)化技術(shù)在設(shè)計(jì)全過(guò)程中，將形狀和尺寸聯(lián)合起來(lái)一并考慮，通過(guò)尺寸約束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制；變量化技術(shù)將形狀約束和尺寸約束分開處理。參數(shù)化技術(shù)在非全約束時(shí)，造型系統(tǒng)不許可執(zhí)行后續(xù)操作；變量化技術(shù)由于可適應(yīng)各種約束狀況，操作者可以先決定所感興趣的形狀，然后再給一些必要的尺寸，尺寸是否注全并不影響后續(xù)操作。參數(shù)化技術(shù)的工程關(guān)系不直接參與約束管理，而是另由單獨(dú)的處理器外置處理；在變量化技術(shù)中，工程關(guān)系可以作為約束直接與幾何方程耦合，最后再通過(guò)約束解算器統(tǒng)一解算。（3）兩種造型技術(shù)之基本區(qū)別──約束的處理第23頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

由于參數(shù)化技術(shù)苛求全約束，每一個(gè)方程式必須是顯函數(shù)，即所使用的變量必須在前面的方程式內(nèi)已經(jīng)定義過(guò)并賦值于某尺寸參數(shù)，其幾何方程的求解只能是順序求解；變量化技術(shù)為適應(yīng)各種約束條件，采用聯(lián)立求解的數(shù)學(xué)手段，方程求解順序無(wú)所謂。參數(shù)化技術(shù)解決的是特定情況(全約束)下的幾何圖形問(wèn)題，表現(xiàn)形式是尺寸驅(qū)動(dòng)幾何形狀修改；變量化技術(shù)解決的是任意約束情況下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題，不僅可以做到尺寸驅(qū)動(dòng)(Dimension-Driven)，亦可以實(shí)現(xiàn)約束驅(qū)動(dòng)(Constrain-Driven)，即由工程關(guān)系來(lái)驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，這對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化是十分有意義的。第24頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

變量化技術(shù)既保持了參數(shù)化技術(shù)的原有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它的許多不利之處。它的成功應(yīng)用，為CAD技術(shù)的發(fā)展提供了更大的空間和機(jī)遇。無(wú)疑，變量化技術(shù)驅(qū)動(dòng)了CAD發(fā)展的第四次技術(shù)革命。CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論的每次重大進(jìn)展，無(wú)一不帶動(dòng)了CAD/CAM/CAE整體技術(shù)的提高以及制造手段的更新。實(shí)際上，“參數(shù)化/變量化設(shè)計(jì)”并不是CAD軟件帶給我們的新設(shè)計(jì)模式，僅僅是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的提煉和抽象，為的是能夠?qū)⑽覀兊脑O(shè)計(jì)過(guò)程在計(jì)算機(jī)軟件中處理。第25頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

從應(yīng)用上來(lái)說(shuō)，參數(shù)化系統(tǒng)特別適用于那些技術(shù)已相當(dāng)穩(wěn)定成熟的零配件行業(yè)。這樣的行業(yè)，零件的形狀改變很少，經(jīng)常只需采用類比設(shè)計(jì)，即形狀基本固定，只需改變一些關(guān)鍵尺寸就可以得到新的系列化設(shè)計(jì)結(jié)果。再者就是由二維到三維的抄圖式設(shè)計(jì)，圖紙往往是絕對(duì)符合全約束條件的。除了一般的系列化零件設(shè)計(jì)，變量化系統(tǒng)在做概念設(shè)計(jì)時(shí)特別得心應(yīng)手，比較適用于新產(chǎn)品開發(fā)、老產(chǎn)品改形設(shè)計(jì)這類創(chuàng)新式設(shè)計(jì)。

（4）不同的技術(shù)導(dǎo)致截然不同的應(yīng)用

第26頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五CAD定義：

CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign）的英文縮寫，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作?！?.2機(jī)械CAD技術(shù)應(yīng)用第27頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院對(duì)人類1964-1989年的25年來(lái)工程成就進(jìn)行評(píng)選，結(jié)果表明，CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用是十大成就之一。機(jī)械CAD約占CAD/CAM市場(chǎng)的35-40%1、CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用：1）二維繪圖：用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖2）圖形及符號(hào)庫(kù)：將復(fù)雜圖形分解成許多簡(jiǎn)單圖形及符號(hào)，做成圖庫(kù)以便調(diào)用。第28頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3）參數(shù)化設(shè)計(jì)（用于標(biāo)準(zhǔn)化或系列化零部件）4）三維實(shí)體造型：采用三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)，經(jīng)消隱、著色處理后顯示物體的真實(shí)形狀，可作裝配及運(yùn)動(dòng)仿真，以便觀察有無(wú)干涉。5）工程分析：如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)等分析等。6）設(shè)計(jì)文檔或生成報(bào)表第29頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1）

減少手工繪圖時(shí)間，提高繪圖效率。2）

提高分析計(jì)算速度、解決復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題。3）

便于修改設(shè)計(jì)。4）

促進(jìn)設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化?？傊翰捎肅AD技術(shù)后，設(shè)計(jì)質(zhì)量↑，設(shè)備利用率↑2-3倍，周期↓（30%-60%），成本↓（15%-30%），競(jìng)爭(zhēng)能力↑。2、

采用CAD技術(shù)的好處：第30頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、機(jī)械CAD產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程：1、概念設(shè)計(jì)

在這一階段，設(shè)計(jì)者根據(jù)客戶和市場(chǎng)需求，確定新產(chǎn)品的功能和市場(chǎng)定位，給出產(chǎn)品的概念造型或草圖。2、初步設(shè)計(jì)

對(duì)概念設(shè)計(jì)中的內(nèi)容進(jìn)行方案分析比較，修正概念模型，使之更符合客戶要求。用CAD的圖形技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，方便、快捷，設(shè)計(jì)速度提高。3、詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品的真正設(shè)計(jì)階段，需要確定產(chǎn)品的所有結(jié)構(gòu)和尺寸。在這一階段還要進(jìn)行有限元分析、仿真及模擬。第31頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4、文檔設(shè)計(jì)

從概念設(shè)計(jì)到加工制造，根據(jù)不同的需求產(chǎn)生相應(yīng)的文檔，以便管理，使產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過(guò)程有機(jī)結(jié)合在一起。5、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

工藝規(guī)程設(shè)計(jì)通常由經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝師與計(jì)算機(jī)配合完成。由于零件結(jié)構(gòu)的不確定性，工藝規(guī)程設(shè)計(jì)往往不能由計(jì)算機(jī)獨(dú)立完成，還需要工藝師的參與。6、加工制造

按照CAD圖樣和工藝過(guò)程要求，生成數(shù)控代碼，完成零件的加工、部件及產(chǎn)品裝配、推出新產(chǎn)品、投放市場(chǎng)，從而完成產(chǎn)品的開發(fā)。其中，CAD圖樣是加工的重要依據(jù)。第32頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五CAD技術(shù)就要求計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)把產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中要用到一些設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要查閱大量的圖表、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)地檢索出來(lái)。為此必須先把這些設(shè)計(jì)資料處理成計(jì)算機(jī)能夠操作的方式，讓計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地查找和檢索所需數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)中常用的規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大多以數(shù)表、線圖、公式等形式給出，所以，只需對(duì)這幾種形式進(jìn)行程序處理。一、設(shè)計(jì)資料的程序處理§1.3工程數(shù)據(jù)處理第33頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

數(shù)表中的數(shù)據(jù)可以以數(shù)組(一維、二維或三維)的形式或擬合成公式編入程序。數(shù)表按其數(shù)據(jù)間有無(wú)函數(shù)關(guān)系可分為：非函數(shù)數(shù)表和函數(shù)數(shù)表。

1、非函數(shù)數(shù)表

待查數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)之間無(wú)函數(shù)關(guān)系，如漸開線齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)、滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外徑等結(jié)構(gòu)尺寸、各種傳動(dòng)的工況系數(shù)等等。這類數(shù)據(jù)一般用數(shù)組的形式存儲(chǔ)，直接檢索、調(diào)用，不需要改變其數(shù)據(jù)值。（一）數(shù)表的處理第34頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、函數(shù)數(shù)表

待查數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)之間有著一定的函數(shù)關(guān)系，如中、低精度齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算中的齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)、帶傳動(dòng)的包角系數(shù)等。這類數(shù)表中的數(shù)據(jù)常需要通過(guò)插值的方法檢索數(shù)據(jù)。第35頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五插值法的基本思想是：

在插值點(diǎn)附近選取幾個(gè)合適的節(jié)點(diǎn)，過(guò)這些點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)g（χ）代替原來(lái)的函數(shù)?（χ），這樣作為插值點(diǎn)的函數(shù)值就用g（χ）的值代替，g（χ）也稱為逼近函數(shù)。

最常用的逼近函數(shù)g（χ）為代數(shù)多項(xiàng)式，常用的為線性插值法和拋物線插值法

第36頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、有原始數(shù)學(xué)公式的線圖找到線圖的原始公式，將公式編入程序。這是最精確的程序化的處理方法。

2、將線圖離散成數(shù)表，再按數(shù)表的處理方法處理。這種方法占計(jì)算機(jī)內(nèi)存大，且精度也不高。（二）線圖的處理第37頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、有些線圖本來(lái)就是試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式的圖形化，采用曲線擬合把這些線圖重新擬合成公式編入程序，準(zhǔn)確性較高。曲線線圖擬合的方法很多，最常用的是最小二乘法。在這種方法中，需要用與線圖曲線相近的函數(shù)進(jìn)行擬合，采用何種函數(shù)，視曲線的形狀而定。常用線性擬合、冪函數(shù)或指數(shù)函數(shù)擬合或多項(xiàng)式擬合。第38頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1．使用方便、快捷2．?dāng)?shù)據(jù)依賴于程序而存在，若要修改數(shù)據(jù)，就要修改程序3．同樣的數(shù)據(jù)資料存在于不同的應(yīng)用程序中，無(wú)法共享。（三）特點(diǎn)第39頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1．概念：把一組相關(guān)數(shù)據(jù)元素的集合以文件的形式組織和保存，當(dāng)程序需要用到數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)有關(guān)語(yǔ)句打開數(shù)據(jù)文件進(jìn)行讀取。2．特點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)以文件形式存儲(chǔ)后，就可以與數(shù)據(jù)操作的處理程序分離開，當(dāng)數(shù)據(jù)有變化時(shí)，只需更改數(shù)據(jù)文件，而程序保持不變。二、數(shù)據(jù)資料的文件化第40頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

2)缺點(diǎn)

1）專用性：數(shù)據(jù)文件是面向應(yīng)用問(wèn)題的，文件結(jié)構(gòu)一般是用戶專有。各用戶都有自己建立的一套文件結(jié)構(gòu)，造成大量的數(shù)據(jù)冗余和不一致性。

2）依賴性：文件中數(shù)據(jù)的邏輯定義、物理存儲(chǔ)、組織方式及存儲(chǔ)方法由程序員在應(yīng)用程序中設(shè)定，數(shù)據(jù)文件一旦離開其所依賴的應(yīng)用程序?qū)⑹ゴ嬖诘囊饬x。

3）無(wú)結(jié)構(gòu)性：文件結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)一般只反映單一事物的信息，不能描述各種數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。第41頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3．分類

文本文件：

用于存儲(chǔ)行文檔案資料，如技術(shù)報(bào)告、專題分析、論證材料等，可以利用任何一種計(jì)算機(jī)文字處理工具軟件建立。

數(shù)據(jù)文件：

是記錄的集合，有自己固定的存取格式，用于存儲(chǔ)數(shù)值、短字符串?dāng)?shù)據(jù)，如零件編碼、切削參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)零件尺寸等，通常用語(yǔ)言的文件管理功能實(shí)現(xiàn)文件的建立、數(shù)據(jù)的存取。第42頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

不能在不同的系統(tǒng)間共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小，不同滿足系統(tǒng)的需要難以存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作要求高的數(shù)據(jù)。三、設(shè)計(jì)資料的程序化和文件化的缺點(diǎn)第43頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

CAD/CAM集成系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各應(yīng)用程序所需要的及產(chǎn)生的各種信息的存儲(chǔ)、交流和操作使用，因此信息的集成問(wèn)題最終反映出、表現(xiàn)出的是數(shù)據(jù)的交換和共享問(wèn)題，目前數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是能較好地解決共享問(wèn)題的數(shù)據(jù)處理方法，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是CAD/CAM集成系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序及支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的操作系統(tǒng)所組成。四、工程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理第44頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)（Database）：

是一個(gè)可滿足多個(gè)用戶、多種應(yīng)用的需要、在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中按一定的數(shù)據(jù)模型組織、存儲(chǔ)的相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)集合。用戶可以采用各種方法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種組合以滿足各種應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)和圖書館相似，圖書館的任務(wù)是存儲(chǔ)和負(fù)責(zé)借用圖書資料，數(shù)據(jù)庫(kù)的任務(wù)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

第45頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

數(shù)據(jù)庫(kù)不能僅僅理解為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的集合，應(yīng)看作是一個(gè)系統(tǒng)，既數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，一個(gè)圖書館要很好的為讀者服務(wù)必須完成以下工作：

1）

建立完善書卡

2）

圖書應(yīng)有組織的存放在書庫(kù)里

3）

規(guī)定借閱權(quán)限

4）

建立周密的借閱管理制度數(shù)據(jù)庫(kù)也應(yīng)該完成類似的工作：第46頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)建立數(shù)據(jù)模型，使用戶可以根據(jù)數(shù)據(jù)模型訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)庫(kù)中的物理存儲(chǔ)位置。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該象書卡一樣可以反應(yīng)各種數(shù)據(jù)建立的內(nèi)在聯(lián)系。

2）數(shù)據(jù)應(yīng)該有組織的存放在存儲(chǔ)設(shè)備上，并建立數(shù)學(xué)模型到物理存儲(chǔ)位置的對(duì)應(yīng)表，使數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能按照用戶的訪問(wèn)找到被訪問(wèn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。第47頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1．復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)在描述數(shù)據(jù)的同時(shí)，也描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。2．?dāng)?shù)據(jù)的共享性好，冗余度低。數(shù)據(jù)庫(kù)從整體觀點(diǎn)處理數(shù)據(jù)，面向系統(tǒng)，彈性大，易擴(kuò)充，使用方式靈活，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)：第48頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3．?dāng)?shù)據(jù)的獨(dú)立性數(shù)據(jù)可以獨(dú)立于程序而存在，應(yīng)用程序不必隨數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化而變化，數(shù)據(jù)庫(kù)本身有操作功能，不需要應(yīng)用程序額外負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)操作任務(wù)。4．?dāng)?shù)據(jù)具有安全性、完整性。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)，防止不合理的使用，保證數(shù)據(jù)的完整性。第49頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1．分類：數(shù)據(jù)庫(kù)的模式結(jié)構(gòu)從邏輯上分為外模式，概念模式和內(nèi)模式這三級(jí)。第50頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五外模式：又稱為用戶模式或子模式，面向用戶，是用戶能看到并操作的數(shù)據(jù)視圖，它表示了用戶所理解的實(shí)體、實(shí)體屬性和實(shí)體間的聯(lián)系。每個(gè)用戶可以以自己的觀點(diǎn)使用一個(gè)外部模式對(duì)所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯描述。即屬于某特定用戶的邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)，這種邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)只是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)部分。在這里沒(méi)有實(shí)際的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而只有關(guān)于該用戶如何存取數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)說(shuō)明.外模式有多個(gè)，處于系統(tǒng)的外層。第51頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五概念模式：

又稱邏輯模式，是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。它表示出數(shù)據(jù)庫(kù)的整體數(shù)據(jù)組織狀況和邏輯結(jié)構(gòu)。同樣，在這里也沒(méi)有數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)，只有關(guān)于整體數(shù)據(jù)庫(kù)的“說(shuō)明”。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多種的外部模式，但只有一個(gè)概念模式，處于系統(tǒng)的概念層。第52頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五內(nèi)模式：也稱為存儲(chǔ)模式，是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，包括多種記錄的類型，索引及物理存儲(chǔ)順序等，該模式就相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。只有一個(gè)，處于系統(tǒng)的內(nèi)層。第53頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

下圖是一個(gè)比較實(shí)際的例子。假設(shè)一個(gè)“通信數(shù)據(jù)庫(kù)”，有三個(gè)用戶，電子通信用戶，郵政通信用戶，電話通信用戶；他們各自只需要自己的信息（其他信息不要）。對(duì)整體數(shù)據(jù)庫(kù)而言，要能為所有用戶服務(wù)；故“綜合”了所有用戶的信息表示成“概念數(shù)據(jù)庫(kù)”，并物理地存儲(chǔ)在物理數(shù)據(jù)庫(kù)中；對(duì)每個(gè)外部用戶，從概念數(shù)據(jù)庫(kù)中“映射”出他需要的信息，表示成邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)"。在這里"概念數(shù)據(jù)庫(kù)"亦是一個(gè)邏輯概念；不同的是概念數(shù)據(jù)庫(kù)是整體數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)；而邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)僅是局部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)。第54頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第55頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2．三者關(guān)系

1）外模式/概念模式變換

定義了外模式和概念模式之間的映射關(guān)系。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)要求改變概念模式時(shí)，可以改變此映射關(guān)系而保持外模式不變。這種用戶數(shù)據(jù)獨(dú)立于全局邏輯數(shù)據(jù)的特性稱做邏輯數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。

2）概念模式/內(nèi)模式變換

定義了概念模式和內(nèi)模式之間的映射關(guān)系。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)要求改變內(nèi)模式時(shí)，可以改變此映射關(guān)系而保持外模式和概念模式不變。這種全局邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立于物理數(shù)據(jù)的特性稱做物理數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。第56頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第57頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

通過(guò)這三個(gè)抽象層構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)。對(duì)一般用戶而言，他的某些應(yīng)用只處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，則我們通過(guò)“外部模式”來(lái)向他提供那部分?jǐn)?shù)據(jù)，而將其它數(shù)據(jù)屏蔽“起來(lái)，不讓他”知道“，更不讓他”觸及“到。從而達(dá)到既提供用戶服務(wù)，又保證數(shù)據(jù)的安全。數(shù)據(jù)的”存“和”取“通過(guò)不同模式之間的”映射“進(jìn)行轉(zhuǎn)換和組織。這些映射是DBMS的職能，即由DBMS自動(dòng)完成的。

任何一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)際存在的只是物理級(jí)（內(nèi)模式）的數(shù)據(jù)庫(kù)。概念級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面向應(yīng)用問(wèn)題的抽象描述，是為了方便人們對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)的理解。用戶級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)則是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面向用戶的接口。第58頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)模型（DataModel）：

是一種人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行描述的工具，不僅描述數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，也描述數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫(kù)的核心問(wèn)題是研究如何表示和處理數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。1）層次模型

層次模型也稱為樹狀模型，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈樹型結(jié)構(gòu)，如圖所示。是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用的最早的一種數(shù)據(jù)模型。層狀模型節(jié)點(diǎn)間聯(lián)系簡(jiǎn)單，層次分明，結(jié)構(gòu)清晰，但只能反映一對(duì)一或一對(duì)多的聯(lián)系。支持層次模型的典型系統(tǒng)是IBM公司的IMS(InformationManagementSystem)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型第59頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第60頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2）網(wǎng)狀模型

網(wǎng)狀模型，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀，如圖所示。網(wǎng)狀模型允許每個(gè)結(jié)點(diǎn)有多個(gè)父結(jié)點(diǎn)和多個(gè)子結(jié)點(diǎn)，是一種多對(duì)多的聯(lián)系。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以描述實(shí)體之間的復(fù)雜聯(lián)系，但在概念上，結(jié)構(gòu)上及實(shí)現(xiàn)起來(lái)都比較復(fù)雜。支持網(wǎng)狀模型的典型系統(tǒng)是DBTG(DataBaseTaskGroup)系統(tǒng)。第61頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3）關(guān)系模型關(guān)系模型就是一張二維表，用二維表來(lái)描述實(shí)體間的關(guān)系和實(shí)體間的聯(lián)系，如下表。關(guān)系模型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系簡(jiǎn)單明了，有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，用戶易懂易用，因此關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)得到了很大的發(fā)展,也是當(dāng)今計(jì)算機(jī)世界所流行的一種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，如FoxBASE,FoxPro、Access等。第62頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第63頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）：

是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，是統(tǒng)一管理整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用支撐軟件，具有數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、管理維護(hù)、通信以及設(shè)備控制等功能。

DBMS的中心任務(wù)把對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作轉(zhuǎn)換到物理級(jí)去執(zhí)行。目前有許多商品化的DBMS。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)第64頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1．DBMS的基本功能

1）數(shù)據(jù)庫(kù)定義和存取功能

DBMS的最基本功能是有效地執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言，包括數(shù)據(jù)庫(kù)模式定義、子模式定義、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)定義和數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等功能。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)控制功能

這是DBMS的核心部分，包括控制系統(tǒng)的運(yùn)行、用戶的并發(fā)訪問(wèn)、安全性檢查、恢復(fù)機(jī)制、完整性約束條件的檢查和執(zhí)行等。

第65頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3）數(shù)據(jù)維護(hù)功能

包括數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)的更新和再組織、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)等以及數(shù)據(jù)庫(kù)性能監(jiān)視。4）通信功能

和操作系統(tǒng)協(xié)作處理庫(kù)內(nèi)外數(shù)據(jù)的傳輸。第66頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言

用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)，必須對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種操作，包括對(duì)數(shù)據(jù)模式的定義，數(shù)據(jù)的增、刪、改、查和控制等，這就要求DBMS必須為用戶提供相應(yīng)的命令和語(yǔ)言來(lái)完成這些操作，也就是用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)的接口。目前應(yīng)用最廣泛的是SQL語(yǔ)言。

SQL語(yǔ)言（StructuredQueryLanguage）是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。精致、簡(jiǎn)潔、命令數(shù)量不多，但具有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的基本功能。SQL語(yǔ)言是一種非過(guò)程語(yǔ)言，即用戶只須用SQL語(yǔ)言說(shuō)明“做什么”，而無(wú)須指明“怎么做”；可以以交互命令的方式使用，也可以嵌入主語(yǔ)言在程序中使用。第67頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3．DBMS的分類

1）微機(jī)方式下簡(jiǎn)單的DBMS。

常見的有FoxBase、Foxpro、Access等。這些系統(tǒng)既有單機(jī)版也有網(wǎng)絡(luò)版。操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。

2）分時(shí)系統(tǒng)環(huán)境下，集中式數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)。

在這種系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是集中的，數(shù)據(jù)管理也是集中的，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)都集中在DBMS所在的中心計(jì)算機(jī)上，各用戶借助終端共享中心DBMS上的功能和資源，如ORACLE系統(tǒng)。

3）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的客戶/服務(wù)體系結(jié)構(gòu)。

Client/Server是隨著LAN的發(fā)展而提出來(lái)的，目前成為計(jì)算機(jī)LAN下的一種主流體系結(jié)構(gòu)。第68頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五工程數(shù)據(jù)庫(kù):

指能滿足人們?cè)诠こ袒顒?dòng)中對(duì)數(shù)據(jù)處理要求的數(shù)據(jù)庫(kù)。

因?yàn)楣こ躺纤幚淼臄?shù)據(jù)，其對(duì)象、類型、結(jié)構(gòu)、性能要比商務(wù)上復(fù)雜的多，工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)較之一般數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有諸多區(qū)別和特點(diǎn)。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（EDBMS）第69頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1．工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的區(qū)別和特點(diǎn)

1）管理對(duì)象一般數(shù)據(jù)庫(kù):是靜態(tài)的工程數(shù)據(jù)庫(kù):管理靜態(tài)的數(shù)據(jù)高度動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)第70頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2）數(shù)據(jù)的類型一般數(shù)據(jù)庫(kù):字符串和數(shù)值類型，工程數(shù)據(jù)庫(kù):字符串和數(shù)值，大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般數(shù)據(jù)庫(kù):關(guān)系模型工程數(shù)據(jù)庫(kù):多數(shù)是樹狀的繼承關(guān)系，還有復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，第71頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4）數(shù)據(jù)庫(kù)的變化一般數(shù)據(jù)庫(kù):數(shù)值多變，結(jié)構(gòu)變化緩慢的，工程數(shù)據(jù)庫(kù):設(shè)計(jì)者作為工程數(shù)據(jù)的全權(quán)使用者，必須讓其對(duì)庫(kù)的數(shù)值和結(jié)構(gòu)上都可作改動(dòng)、以滿足設(shè)計(jì)過(guò)程中的多變性。第72頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5）信息種類工程數(shù)據(jù)包含的信息種類繁多，如：（1）產(chǎn)品的圖形信息：（2）產(chǎn)品的文字?jǐn)?shù)據(jù)信息：（3）設(shè)計(jì)所需參數(shù)和分析計(jì)算數(shù)據(jù)：（4）工藝數(shù)據(jù)：加工設(shè)備、工藝規(guī)程、工序文件及加工的數(shù)控代碼等。第73頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五6）系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)一般數(shù)據(jù)庫(kù):支持事物處理功能，但商務(wù)性、管理性的事務(wù)規(guī)律性較強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)。工程數(shù)據(jù)庫(kù):涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)繁多、復(fù)雜，并需要多次的反復(fù)和修改。所以需要設(shè)計(jì)分層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，來(lái)解決工程中的長(zhǎng)事物處理問(wèn)題。系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)如圖5-7。第74頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第75頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2．工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成方法

1)改造現(xiàn)在的一般數(shù)據(jù)庫(kù)使之支持工程數(shù)據(jù)處理。

它利用一般數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)，輔之以圖形處理的手段，集成為一個(gè)工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，或以一般數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，擴(kuò)充CAD/CAM應(yīng)用所需要的若干功能模塊組成一個(gè)工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)研制的工程數(shù)據(jù)庫(kù)大多采用這種方法。

2)分析、拆解一般數(shù)據(jù)庫(kù)的源代碼，按照工程數(shù)據(jù)庫(kù)的要求修改原組織結(jié)構(gòu)、概念模式，擴(kuò)充強(qiáng)化功能。IBM公司SanJose研究實(shí)驗(yàn)室推出的“擴(kuò)充的SystemR”工程數(shù)據(jù)庫(kù)就屬于此類。第76頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3)

研制新的數(shù)據(jù)模型，開發(fā)新的工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

在現(xiàn)有的一般數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)下改造，往往很難實(shí)現(xiàn)真正的工程數(shù)據(jù)庫(kù)要求的功能。因此人們?cè)噲D開發(fā)新的數(shù)據(jù)庫(kù)模型和數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（OOEDBMS）就是這種數(shù)據(jù)庫(kù)的代表。OOEDBMS雖然已經(jīng)有人在研制開發(fā)，但未形成商品化。第77頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1）新型化：

2）智能化：

3）巨型化：

4）工具化：

5）分布式：

6）集成化：第78頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§1.4CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分類CAD系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備（包括輸入輸出設(shè)備、圖形顯示設(shè)備、外存儲(chǔ)設(shè)備等）；軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件及應(yīng)用軟件。1.4.1CAD分類：主機(jī)-終端CAD系統(tǒng)以大型機(jī)為基礎(chǔ)，具有龐大的存儲(chǔ)器和極強(qiáng)的計(jì)算功能，適于復(fù)雜和處理大量信息的設(shè)計(jì)。投資大，更新操作比較困難。工作站CAD系統(tǒng)以32位微機(jī)工作站為基礎(chǔ)，配有較大的內(nèi)外存，網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)。

個(gè)人微機(jī)系統(tǒng)價(jià)格便宜，配置方便，軟件升級(jí)、更新方便。第79頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.4.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.個(gè)人微機(jī)及局域網(wǎng)2.客戶機(jī)/服務(wù)器3.Internet/intranet1.5CAD系統(tǒng)硬件的組成

1.主機(jī)

2.外存設(shè)備包括：磁盤、移動(dòng)硬盤、U盤、光盤等。

3.圖形輸入設(shè)備包括：鍵盤、鼠標(biāo)和跟蹤球、掃描儀等

4.圖形輸出設(shè)備包括：繪圖儀、打印機(jī)

5.圖形顯示設(shè)備如顯示器第80頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五CAD/CAM系統(tǒng)硬件選型原則從應(yīng)用的觀點(diǎn)出發(fā)，在選擇硬件系統(tǒng)時(shí)應(yīng)特別考慮下述幾點(diǎn)：①工作能力②經(jīng)濟(jì)性③使用方便性④工作可靠性⑤維修方便性⑥標(biāo)準(zhǔn)化程度及可擴(kuò)充性⑦工作環(huán)境⑧響應(yīng)時(shí)間及處理速度⑨采用的語(yǔ)言⑩磁盤容量等第81頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.6CAD系統(tǒng)軟件的組成

1.系統(tǒng)軟件

2.支撐軟件支撐軟件主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)幾何建模、繪圖、工程設(shè)計(jì)計(jì)算和分析等功能。根據(jù)其應(yīng)用可分以下幾類：第82頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、計(jì)算機(jī)分析軟件（輔助工程軟件）這類軟件主要用于工程設(shè)計(jì)中的各種數(shù)值計(jì)算和分析。以現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行工程分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其主要包括有限元分析法、邊界法等方法。計(jì)算機(jī)分析軟件很多，如ANSYS、ADAMS、CSA/Nastran、FLDAP、LS-NLKE3D等。一些軟件還具有較強(qiáng)的前后置處理能力。第83頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)這些軟件支持二維和三維圖形方式下進(jìn)行產(chǎn)品及零件的定義。

1）SDRC公司的I-DEAS軟件是一個(gè)綜合的集成化CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。除了CAD、CAE、CAM功能外，還具有測(cè)試數(shù)據(jù)分析、仿真項(xiàng)目管理、開放結(jié)構(gòu)等功能。

2）PTC公司的Pro/Engineer軟件是一個(gè)全參數(shù)化和基于特征的CAD/CAM系統(tǒng)。第84頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3）EDS/Unigraphics公司的Unigraphics（UGⅡ）系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)、分析、制造一體化集成系統(tǒng)。除了CAD/CAE/CAM功能外，還具有CAQ（計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）等功能。4）Autodask公司的AutoCAD

目前的版本是AutoCAD，是目前微機(jī)上應(yīng)用最為廣泛的通用的交互式計(jì)算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計(jì)軟件包。第85頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）目前有許多商品化的軟件，有微機(jī)方式下簡(jiǎn)單的DBMS：如FoxBase，F(xiàn)oxpro，AccEss等；分時(shí)系統(tǒng)環(huán)境下，集中式數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)：如ORACLE等；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的客戶／服務(wù)體系結(jié)構(gòu)：如Client/Server等。這些DBMS大都屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，常用于商業(yè)事務(wù)管理。這些數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)過(guò)改造使之支持工程數(shù)據(jù)處理，但很難實(shí)現(xiàn)真正的工程數(shù)據(jù)庫(kù)所要求的功能。第86頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件數(shù)據(jù)交換和共享是當(dāng)今CAD必不可少的手段，如企業(yè)內(nèi)部各部門間的數(shù)據(jù)共享與傳遞、企業(yè)與企業(yè)之間的信息交流等。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件為這些系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸和共享數(shù)據(jù)提供了條件。第87頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.7機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ◆集成化◆網(wǎng)絡(luò)化 ◆智能化 ◆標(biāo)準(zhǔn)化

第88頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、集成化

為了適應(yīng)設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化的要求，特別是近幾年來(lái)出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的需求，進(jìn)一步提高集成水平是CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。因此，必須做好以下幾個(gè)方面：

1)數(shù)字化產(chǎn)品建模。建立包括幾何信息在內(nèi)的完整的產(chǎn)品信息模型（包括幾何、工藝、加工、管理等信息），創(chuàng)造CAD、CAPP、數(shù)控編程集成的必要條件。第89頁(yè)，共99頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換。

解決好不同CAD系統(tǒng)間產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換