計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CADCAM)(共42頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、 CAD/CAM概論CAD/CAM技術(shù)是一門多學(xué)科綜合性應(yīng)用技術(shù)，是20世紀(jì)制造領(lǐng)域最杰出的技術(shù)之一。11 CAD/CAM的基本概念CAD(Computer Aided Design):是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的各項(xiàng)任務(wù)，如草圖繪制、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、工程分析等；CAPP(Computer Aided Process Planning):是指工藝人員利用計(jì)算機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品制造工藝要求，交互或自動(dòng)地確定產(chǎn)品加工方法和方案，如加工方法的選擇、工藝路線和工序的設(shè)計(jì)等；CAM(Computer Aided Manufacturing):制

2、造人員借助于計(jì)算機(jī)完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造出來的過程中各個(gè)環(huán)節(jié)與活動(dòng)，如數(shù)控加工編程、制造過程控制、質(zhì)量檢測等。1.1.1 從產(chǎn)品制造的過程理解CAD/CAM傳統(tǒng)制造概念與過程 如圖1。1產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段工藝設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品生產(chǎn)階段任務(wù)規(guī)程概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析詳細(xì)設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)毛坯設(shè)計(jì)工藝路線設(shè)計(jì)工序設(shè)計(jì)工裝設(shè)計(jì)NC編程加工仿真NC加工質(zhì)量控制裝配性能測試市場需求產(chǎn)品CADCAPPCAM將三者集成CAD/CAM現(xiàn)代制造概念與過程市場需求分析產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備生產(chǎn)制造質(zhì)量控制銷售服務(wù)管理與協(xié)調(diào)利用計(jì)算機(jī)完成各個(gè)環(huán)節(jié)的工作成為CAD/CAM幾點(diǎn)說明：1、計(jì)算機(jī)技術(shù)只能解決信息的查詢與統(tǒng)計(jì)，信息的

3、管理、重復(fù)而繁瑣的工作等，而并不能代替人的工作，特別是創(chuàng)造性的工作。2、現(xiàn)代制造概念很大，本書CAD/CAM的概念只涉及到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工、車間控制與質(zhì)量控制等內(nèi)容。3、上述制造環(huán)中有三個(gè)流：物流、資金流與信息流。4、企業(yè)制造資源有人、財(cái)、物、技術(shù)與信息。1.1.2 CAD/CAM的基本功能在CAD/CAM系統(tǒng)中，人們利用計(jì)算機(jī)完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達(dá)、工程信息的傳輸與轉(zhuǎn)化、信息管理等工作。因此，CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能：1、產(chǎn)品與過程的建模如何用計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)（信息）來表達(dá)描述產(chǎn)品。如產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)的描述、產(chǎn)品加工特性的描述、如何將有限元分析所需要的網(wǎng)格及邊界

4、條件描述出來等等。2、圖形與圖象處理在CAD/CAM系統(tǒng)中，圖形圖象仍然是產(chǎn)品形狀與結(jié)構(gòu)的主要表達(dá)形式，因此，如何在計(jì)算機(jī)中表達(dá)圖形、對圖形進(jìn)行各種變換、編輯、消隱、光照等處理是CAD/CAM的基本功能。3、信息存儲與管理設(shè)計(jì)與制造過程會(huì)產(chǎn)生大量、種類繁多的數(shù)據(jù)，如設(shè)計(jì)分析數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型有圖形圖象、文字?jǐn)?shù)字、聲音、視頻等；有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)等。怎樣將CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生這些大量的電子信息存儲與管理好，是CAD/CAM的必備功能。采用工程數(shù)據(jù)庫。4、工程分析與優(yōu)化計(jì)算體積、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)計(jì)算、數(shù)值計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

5、CAE5、工程信息傳輸與交換信息交換有CAD/CAM系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息交換和同一CAD/CAM系統(tǒng)中不同功能模塊的信息交換。6、模擬與仿真為了檢察產(chǎn)品的性能，往往需要對產(chǎn)品進(jìn)行各種試驗(yàn)與測試，需要專門的設(shè)備與生產(chǎn)出樣品，并具有破壞性，時(shí)間長，成本大。通過建立產(chǎn)品或系統(tǒng)的數(shù)字化模式，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以解決這一問題。如加工軌跡仿真，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，工件、刀具和機(jī)床碰撞與干涉檢驗(yàn)等。7、人機(jī)交互數(shù)據(jù)輸入、路線與方案的選擇等，都需要人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對話。人機(jī)對話交互的方式有軟件界面與設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)等）8、信息的輸入與輸出信息的輸入與輸出有人機(jī)交互式輸入輸出與自動(dòng)輸入輸出。CAD/CAM的具體功能見

6、圖1.3 P4CAD幾何造型工程繪圖工程分析和優(yōu)化模擬與仿真CAPP工藝知識檢索工藝路線生成工藝設(shè)計(jì)CAM數(shù)控加工編程加工仿真車間管理計(jì)劃調(diào)度質(zhì)量控制工程數(shù)據(jù)庫EDBMS1.1.3 CAD/CAM系統(tǒng)的組成與工作過程如圖1.4 P51.2 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展回顧1.2.1CAD技術(shù)的發(fā)展1形成期 1950 MIT CRT(陰極射線管) 計(jì)算機(jī)能夠處理圖形 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。2. 發(fā)展期 50年代 光筆交互式會(huì)圖 60年代 屏幕菜單點(diǎn)擊、 功能鍵盤、光筆定位、圖形動(dòng)態(tài)修改。1962 美國 Ivan Sutherland 第一個(gè)交互式圖形系統(tǒng)（SketchPad） 2D系統(tǒng)3、成熟期1973 實(shí)

7、體造型技術(shù) 實(shí)體造型軟件 3D系統(tǒng)4.集成期信息分散、不能共享，不能發(fā)揮合力效益，開發(fā)專用接口，成本大，自動(dòng)化程度不高 等等 集成CAD/CAM.1.2.2 CAM技術(shù)的發(fā)展1952年數(shù)控機(jī)床1955自動(dòng)編程工具（APT） 1958自動(dòng)換刀系統(tǒng)加工中心（MC） 1962工業(yè)機(jī)器人物料搬運(yùn)自動(dòng)化，利用一臺計(jì)算機(jī)控制多臺數(shù)控設(shè)備(直接數(shù)控系統(tǒng))DNC FMS.70年代，交互式圖形編程系統(tǒng)，CAM成熟 智能化，集成化，自動(dòng)化。1.2.3 CAPP技術(shù)的發(fā)展1969年，挪威，成組技術(shù)，零件分類歸族，典型樣件與典型工藝 AutoPros1980年，英國AutoCAP. 派生式CAPP系統(tǒng)。簡單，實(shí)用，成

8、本低，周期短；但與企業(yè)的特性相關(guān)度高，一般不適合于其他企業(yè)。采用規(guī)則，推理，根據(jù)工藝的特性，自動(dòng)生成工藝路線，成為創(chuàng)成式CAPP，自動(dòng)化程度高，適合于多種企業(yè)。但由于工藝過程涉及的因素多，開發(fā)周期及成本高，目前仍然在研究階段。80年代中期，CAPP專家系統(tǒng)。1.2.4 CAD/CAM的集成技術(shù)CAD、CAPP、CAM技術(shù)長時(shí)間獨(dú)立發(fā)展，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、平臺等方面有很大差異。系統(tǒng)之間不能進(jìn)行自動(dòng)的數(shù)據(jù)交換，需要大量的人工參與以完成數(shù)據(jù)傳輸工作，嚴(yán)重阻礙CAD、CAPP、CAM技術(shù)的效益與發(fā)展。80年代，人們致力于CAD、CAPP、CAM技術(shù)集成研究。相繼推出了CADAM、CATIA、UG、

9、Pro/E等。1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用1.3.1CAD/CAM的應(yīng)用現(xiàn)狀機(jī)械是主要應(yīng)用領(lǐng)域2D應(yīng)用最廣我國在2D CAD系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)中自主產(chǎn)品，市場占有率較高。3D剛起步。1.3.2 CAD/CAM的應(yīng)用效益生產(chǎn)精度與產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品開發(fā)周期縮短 GM 汽車 5年3年新產(chǎn)品可靠性提高 20%60%生產(chǎn)成本下降 波音777未生產(chǎn)樣機(jī)詳細(xì)效益請見P111.4 CAD/CAM技術(shù)的新發(fā)展1.4.1 制造企業(yè)面臨的市場形式產(chǎn)品形式多樣化、個(gè)性化，生產(chǎn)方式由大批量、少品種少批量、多品種；市場響應(yīng)速度快。大吃小快吃慢產(chǎn)品的范疇：產(chǎn)品產(chǎn)品P+質(zhì)量Q+時(shí)間T+服務(wù)S (T,Q,C,S)競爭范圍：區(qū)

10、域全球核心競爭力創(chuàng)新技術(shù)與人才各種新技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，Internet上述原因，企業(yè)未來呈現(xiàn)的特點(diǎn)：1、 產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)周期短，上市快；2、 制造柔性化；3、 整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的質(zhì)量保證4、 企業(yè)組織形式，出現(xiàn)虛擬企業(yè)與企業(yè)聯(lián)盟5、 生產(chǎn)過程更為精良6、 人才素質(zhì)高7、 智能化與自動(dòng)化程度高8、 綠色制造9、 分布、并行、集成并存企業(yè)未來力呈現(xiàn)的特點(diǎn)對CAD/CAM系統(tǒng)的要求1、 集成化，2、智能話，3、網(wǎng)絡(luò)化，4、分布并行處理，5、綜合技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)，6、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，7、人機(jī)工程。1.4.2CAD/CAM新方向1、 支持TOP-Down，2、支持DFx，3、智能CA

11、D/CAM，4、CE、5、虛擬制造，6、集成制造，7、異地設(shè)計(jì)制造。二、CAD/CAM系統(tǒng)2.1 CAD/CAM系統(tǒng)組成與分類2.1.1 CAD/CAM系統(tǒng)組成CAD/CAM系統(tǒng)由硬件和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指可觸摸到的物理設(shè)備，如主機(jī)設(shè)備、終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備、輸入輸出設(shè)備，數(shù)控加工及控制設(shè)備等。軟件系統(tǒng)通常是指程序及其相關(guān)文檔的總和，軟件系統(tǒng)一般分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。具體見圖2.1 P21.2.1.1 CAD/CAM系統(tǒng)的分類從不同的角度，CAD/CAM系統(tǒng)可分為不同的類型。從硬件角度，分為兩大類。1、以大型機(jī)或小型計(jì)算機(jī)為主機(jī)的、多用戶分時(shí)系統(tǒng)。其基本結(jié)構(gòu)如2.2a圖，

12、P22.主機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：1) 外圍設(shè)備和用戶工作站與主機(jī)相連，用戶工作站中至少有一臺圖型工作站和一套圖形處理設(shè)備（如圖形終端，圖形輸入輸出設(shè)備等），圖形工作站基本結(jié)構(gòu)如2.2b圖，P22.2)優(yōu)點(diǎn)：主機(jī)功能強(qiáng)，可處理大量信息，如分析計(jì)算，模擬。使用性能取決于軟件水平。3）缺點(diǎn)：系統(tǒng)專用性強(qiáng)，比較封閉，終端過多，系統(tǒng)速度變慢，價(jià)格較高。另外，系統(tǒng)的可靠性取決于主機(jī)（主機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)都將癱瘓）。2、工程工作站或微機(jī)系統(tǒng)的單用戶系統(tǒng)。（）此系統(tǒng)特點(diǎn)：1）每一個(gè)工程工作站或微機(jī)系統(tǒng)都能獨(dú)立完成CAD/CAM系統(tǒng)所要求的各項(xiàng)任務(wù)。2）價(jià)格較低，在中小型企業(yè)得到應(yīng)用3）可靠性高已成為主流按功能劃分，

13、CAD/CAM系統(tǒng)可分為CAD、CAM、CAD/CAM。1、 CAD系統(tǒng)：專門為設(shè)計(jì)而建立的系統(tǒng)，可完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，如造型、會(huì)圖、工程分析仿真與模擬，文檔管理等。不具備數(shù)控編程、加工仿真、生產(chǎn)控制及管理等。2、 CAM系統(tǒng)：具備數(shù)控編程、加工仿真、生產(chǎn)控制及管理等功能，幾乎不具備造型、會(huì)圖、工程分析仿真與模擬等功能。3、 CAD/CAM系統(tǒng)：具備CAD與CAM的所有功能，并可進(jìn)行信息的自動(dòng)交換。已成為主流。根據(jù)是否使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，CAD/CAM系統(tǒng)又可分為單機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過通信線路連接起來的自治的計(jì)算機(jī)集合。包括三個(gè)含義（1、必須有兩臺或兩臺以上的具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相

14、互連接在一起，達(dá)到資源共享的目的；2、連接在一起的計(jì)算機(jī)必須有一條信息交換的通道；3、在同一網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換，必須遵循共同的約定與規(guī)則，即協(xié)議）1、 單機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)：具備所有CAD/CAM的軟件與硬件功能。但不能與其他CAD/CAM進(jìn)行信息交換。信息不能共享。2、 網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)：將具備CAD/CAM的軟件與硬件功能的各個(gè)節(jié)點(diǎn)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信線路進(jìn)行連接就形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAM系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)資源與信息共享。已成為主流。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星型、環(huán)型、總線型和網(wǎng)絡(luò)等形式。由于總線型具有兼容性強(qiáng)，開放性和可擴(kuò)展性良好等特性，因此，總線已成為主流。2.2CAD/CAM

15、系統(tǒng)中的典型硬件2.2.1計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)由主機(jī)（包括CPU、主板和內(nèi)存）、外存（磁盤、光盤）、顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等組成。主機(jī)：包括CPU、主板和內(nèi)存主機(jī)的性能主要取決于CPU性能，CPU由控制器、運(yùn)算器及各種寄存器組成，其性能由主頻和寄存器的位數(shù)決定。內(nèi)存：內(nèi)存直接與CPU相連，并直接進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。內(nèi)存分為只讀存儲器ROM與隨機(jī)存取存儲器RAM。8位二進(jìn)制為一個(gè)字節(jié)。外存：磁盤、光盤2.2.2輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿；數(shù)字化儀（如圖2.7 P27），數(shù)字化一般用于將紙張圖轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)圖。圖形板、光筆、觸摸屏、掃描儀、數(shù)字化手套、傳感器等。2.2.3輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、繪圖儀

16、、生產(chǎn)設(shè)備。2.2.4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)器（用于提供公共服務(wù)的高性能計(jì)算機(jī)，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）、工作站。電纜：同軸電纜(500m)、光纜(1000m)、雙絞線（100m）。網(wǎng)卡中繼器：用于信號放大，使信息傳輸更遠(yuǎn)，不改變信號。網(wǎng)橋：對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分割，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。路由器：LAN與WAN的連接設(shè)備，將多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)進(jìn)行連接。實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)之間的最佳尋徑與數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關(guān)：連接不同體系網(wǎng)絡(luò)，如不同協(xié)議。Novell與Ethernet。2.3 CAD/CAM軟件系統(tǒng)軟件是一種邏輯實(shí)體，是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)技術(shù)文檔的總和。根據(jù)層次劃分，CAD/CAM軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。其層次關(guān)系如圖2.13 P35

17、系統(tǒng)軟件：面向計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的，實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的管理，提供用戶操作及管理計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的界面。是其他軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、編程語言、網(wǎng)絡(luò)通信及其管理三大部分。1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的主要功能是：處理器管理、設(shè)備管理、存儲管理、文件管理與用戶接口（界面）。按功能及其工作方式分，操作系統(tǒng)可分為單用戶、批處理、實(shí)時(shí)、分時(shí)、網(wǎng)絡(luò)和分布式六類。DOS是一個(gè)單用戶、單任務(wù)系統(tǒng)，而Unix與Windows是多用戶分時(shí)系統(tǒng)?？捎扇斯じ深A(yù)，實(shí)現(xiàn)交互式操作。實(shí)時(shí)系統(tǒng)不需要人工干預(yù)，處理速度快，可靠性高，能夠?qū)π畔⑻幚淼倪^程進(jìn)行監(jiān)控。在CAD/CAM系統(tǒng)中，常用的操作系統(tǒng)有，工作站：Unix、

18、VMS；微機(jī)：Windows、XENIX。2、計(jì)算機(jī)編程語言計(jì)算機(jī)語言有機(jī)器、匯編（低級語言）及高級語言。機(jī)器語言是計(jì)算機(jī)唯一能夠識別的語言。用匯編和高級語言編寫的程序必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言后才能運(yùn)行。低級語言依賴計(jì)算機(jī)硬件程度高，而高級語言幾乎不依賴以計(jì)算機(jī)硬件。低級語言編寫的程序比高級語言編寫的程序要快。高級語言編寫的程序必須經(jīng)過編譯和連接后才能執(zhí)行。常用的高級語言有VisualC+、Visual Basic、Java（面向?qū)ο缶幊谭椒ǎisp,ProLog用于人工智能與專家系統(tǒng)。3、網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件網(wǎng)絡(luò)通信及其管理軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)資源管理、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理與網(wǎng)

19、絡(luò)通信瀏覽工具等功能。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換時(shí)，必須遵循某種共同的約定與規(guī)則，這種約定與規(guī)則即為協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是按層次劃分的。按”開放系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模式” OSI，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為七層，即應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層。CAD/CAM流行的主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：1) MAP(Manufacturing Automation Protocol) 用于工廠自動(dòng)化2) TOP(Technicality and Office Protocol) 用于技術(shù)與辦公環(huán)境3) TCP/IP( Transmission Control Protocol / Internet

20、 Protocol) 按報(bào)文為傳輸單位。2.3.2機(jī)械CAD/CAM支撐軟件支撐軟件不為某一具體應(yīng)用而設(shè)計(jì)開發(fā)的，只為用戶提供應(yīng)用工具和開發(fā)環(huán)境。從功能上劃分，支撐軟件可分為，基本圖形資源與自動(dòng)繪圖，幾何造型、工程分析與計(jì)算、仿真與模擬、專用設(shè)備控制程序生成器、集成與管理等6大部分。1、基本圖形資源管理與自動(dòng)繪圖軟件基本圖形資源軟件是根據(jù)圖形標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范實(shí)現(xiàn)的軟件包，為用戶提供的是基本圖形及圖形操作的程序和函數(shù)庫。是其他圖形軟件的基礎(chǔ)。常用的有CGI(計(jì)算機(jī)圖形界面)，GKS（圖形軟件包）及PHIGS(程序員等級交互圖形系統(tǒng))等。自動(dòng)繪圖軟件提供了各種基本圖元與圖形基本操作等功能，用戶可采用交互

21、式方式完成繪圖工作，常用有AutoCAD，CADKey等。2、幾何建模軟件。提供完整的三維幾何形狀的描述與顯示。還具有各種圖形渲染及物性計(jì)算等功能，常用有Pro/E、UGII。3、工程分析與計(jì)算利用工程計(jì)算及分析軟件可完成運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、有限元分析等任務(wù)，常用的有Ansys、nastran等。4、仿真與模擬軟件5、工藝過程設(shè)計(jì)6、管理與集成對各種CAD/CAM軟件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，采用數(shù)據(jù)庫。常用的數(shù)據(jù)庫有Oracle、Sybase、MS SQL Server 、DB2、Informix。2.3.3應(yīng)用軟件基于系統(tǒng)軟件、支撐軟件基礎(chǔ)之上，專為某種特殊應(yīng)用開發(fā)而成應(yīng)用軟件。如機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件圖庫，

22、公差標(biāo)注工具，電子元器件。2.4 CAD/CAM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則2.4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總原則在滿足需求的前提下，既要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，又要適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，還要考慮具有的人才與資金的條件。1、 實(shí)用性；2、適度的先進(jìn)性；3、系統(tǒng)性（完整性、功能與性能的配套，集成）；4、整體設(shè)計(jì)與分步實(shí)施。2.4.2系統(tǒng)硬件選用原則1、系統(tǒng)功能速度、精度、存儲能力及兼容性2、 開發(fā)性與可移植性3、 升級與擴(kuò)展性4、 性價(jià)比5、可靠性及維護(hù)性與服務(wù)2.4.3 軟件選用原則1、功能；2、性價(jià)比；3、與硬件配套；4、二次開發(fā)能力、二次工具與開發(fā)環(huán)境；5、開放性；6、可靠性與服務(wù)。三、CAD/CAM軟件開發(fā)基礎(chǔ)在CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)

23、用過程中，不僅要向系統(tǒng)輸入大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，怎樣存儲、使用、管理好這些數(shù)據(jù)是使用好CAD/CAM系統(tǒng)的重要任務(wù)，也是開發(fā)CAD/CAM軟件的基礎(chǔ)。3.1工程數(shù)據(jù)的程序化在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中，會(huì)遇見很多格式數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)，首先要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)化或程序化。3.1.1 數(shù)值程序化1、數(shù)組形式對于一組單一、精確、而數(shù)據(jù)之間又無規(guī)律的數(shù)列，可定義數(shù)組進(jìn)行存放處理。如齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，見P43 表3.1可定義一個(gè)一維數(shù)組加以存放與處理。2、公式化對于一組單一、精確、而數(shù)據(jù)之間又規(guī)律的數(shù)列可采用公式表達(dá)。如60、70、80、90、100、110、120這一標(biāo)準(zhǔn)的直徑

24、序列，可采用下列公式（表達(dá)式進(jìn)行處理）D=int(Dc/10.02)*10+10 其中Dc是根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算所得到的直徑。3.1.2數(shù)表程序化1、屏幕直觀交互式輸入法如果數(shù)表中的數(shù)據(jù)量不大，可在有限的屏幕中放置，且數(shù)據(jù)為有限個(gè)離散值，在使用時(shí)是根據(jù)綜合考慮選用中間值，此時(shí)可這些數(shù)據(jù)用屏幕輸出語句輸?shù)狡聊簧瞎┦褂谜咧庇^交互式地選用。如齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算中的系數(shù)Kv，此系數(shù)是根據(jù)原動(dòng)機(jī)工作特性和工作載荷特性等進(jìn)行綜合，在表3.2中進(jìn)行選值（可選中間值）。表中數(shù)據(jù)量少，可在有限的屏幕中放置。2、數(shù)組化數(shù)據(jù)量較大，精確且無規(guī)律的數(shù)表可采用數(shù)組進(jìn)行存儲與處理。如平鍵和鍵槽與軸徑的尺寸關(guān)系數(shù)表3.3 P45。注

25、：只能選用數(shù)表中數(shù)據(jù)，不能取中間值。3、公式化如果數(shù)表中只有兩個(gè)參數(shù)，設(shè)Pi、fi，且這兩個(gè)參數(shù)存在一一對應(yīng)關(guān)系，即已知一個(gè)在數(shù)表中找得到的Pi值、數(shù)表中有一個(gè)fi值與其對應(yīng)，且若已知一個(gè)在數(shù)表中找不到的Pi值，有一個(gè)近似非數(shù)表中的fi值與之對應(yīng)，Pi與fi存在函數(shù)關(guān)系，則此數(shù)表可進(jìn)行公式化。如表3.4 （ P47 ）中蝸輪當(dāng)量齒數(shù)與齒形系數(shù)的關(guān)系表。工程上常采用插值法和擬合法對這種數(shù)表可進(jìn)行公式化。插值法原理：設(shè)有離散點(diǎn)序列（x1,y1）、（x2,y2）、（xi,yi）、（xn,yn），若有一函數(shù)y=f(x)，且yi=f(xi)，則稱y=f(x)為（x1,y1）、（x2,y2）、（xi,yi

26、）、（xn,yn）序列插值函數(shù)。常用的插值方法有線性插值和拉格朗日插值法。1）線性插值(兩點(diǎn)插值)已知兩點(diǎn)，（x1,y1）、（x2,y2），并近似地認(rèn)為其它數(shù)據(jù)在這兩點(diǎn)區(qū)間成線性關(guān)系，則可采用線性插值。插值函數(shù)為=y=y1+(x-x1)如果有多點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)用直線段連接，則每段線性插值的一般形式為：y=yi+(x-xi-1) 例如：如表3.4 （ P47 ）中蝸輪當(dāng)量齒數(shù)與齒形系數(shù)的關(guān)系表，當(dāng)zv=25.6(即x=25.6) ( xi-1=24, yi-1=1.88)；( xi=26, yi=1.85)，求YF2）拉格朗日插值當(dāng)線性插值誤差較大，可采用高次插值（二次和二次以上）通過整理線性插值表

27、達(dá)式得：f(x)=y=y1·+ y2·二次插值f(x)=y=y1·+ y2·+ y3·對于n個(gè)節(jié)點(diǎn)的n-1次拉格朗日插值的一般式子有：f(x)=y=yi·Ai 其中Ai=4、交互式分級描述法將復(fù)雜的多元函數(shù)表按一定的原則分解成多個(gè)子表，用程序描述各子表之間的關(guān)系，通過人機(jī)交互式的方式逐步選值。如表3-5齒輪常用材料及力學(xué)性能 , P48。3.1.3線圖程序化在工程中有許多線圖，這些線圖有的是通過計(jì)算公式所計(jì)算數(shù)據(jù)而來，有的是通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而來。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由于實(shí)際情況的復(fù)雜性，很難用公式精確描述，一般采用某種近似曲線公式來加以描述，這種

28、曲線公式就稱為經(jīng)驗(yàn)公式，建立經(jīng)驗(yàn)公式的過程稱為曲線擬合。擬合與插值的區(qū)別是，插值是必須過插值節(jié)點(diǎn)，而擬合是不一定需要過節(jié)點(diǎn)的。1、擬合原理曲線擬合的方法很多，常用的是最小二乘法。1）線性方程擬合 有n組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi），設(shè)線性方程的形式：y=a+bx最小二乘法：為了達(dá)到最好的擬合，應(yīng)使各節(jié)點(diǎn)的偏差平方最小，即使。S(a，b)=最小。S(a，b)有兩個(gè)參數(shù) a與b。采用偏導(dǎo)求出最大值。2）對數(shù)方程擬合 有n組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi），設(shè)對數(shù)方程的形式：y=a+blnx設(shè)X=lnx，則對數(shù)方程的形式為y=a+bX。注意：在利用3.9和3.10式求a，b時(shí)，應(yīng)將lnxi代入。3）指數(shù)方程擬合有n

29、組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi），設(shè)指數(shù)方程的形式：y=axb對兩邊取對數(shù)。得lny=lna+blnx。設(shè)Y=lny，X=lnx，A=lna，則有 Y=A+bX與線性方程擬合一樣求解。4）對數(shù)指數(shù)方程擬合（略）5）二次方程及多次方程擬合（略）3.2CAD/CAM中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在CAD/CAM中存在大量的數(shù)據(jù)，如性能參數(shù)，工藝數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)不是孤立的，他們之間存在作關(guān)系。怎樣將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理與存儲，表達(dá)和定義好他們的結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)。這就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。3.2.1基本概念與術(shù)語數(shù)據(jù)：是現(xiàn)實(shí)世界客觀存在的實(shí)體或事物的屬性值，即人們感知到的景象。數(shù)據(jù)可以是數(shù)值、字符、文字，也可以是聲音、圖形圖象

30、等。信息：是含有一定意義的數(shù)據(jù)稱為信息數(shù)據(jù)處理信息存儲信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系是：1） 信息是有一定含義的數(shù)據(jù)2） 信息是經(jīng)過加工處理后的數(shù)據(jù)3） 信息是對決策有價(jià)值的數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)世界（數(shù)據(jù)）、信息與計(jì)算機(jī)之間的關(guān)系如圖3.8 P56實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。屬性：實(shí)體特性屬性值：每一個(gè)實(shí)體屬性所能測量或記錄的值。數(shù)據(jù)（屬性）域：屬性取值范圍數(shù)據(jù)按組成的內(nèi)容可分成若干層次1）字符 是組成數(shù)據(jù)的最小單位。包括數(shù)字、字母、特殊符號等2）數(shù)據(jù)項(xiàng) 是數(shù)據(jù)中最基本的、不可分的、并有命名的數(shù)據(jù)單位，由字符組成，代表某一數(shù)據(jù)量。如軸承性能表 3.9 P57 中的軸承代號、尺寸、載荷等。3）組合項(xiàng) 由一個(gè)或多個(gè)數(shù)

31、據(jù)項(xiàng)組成。如尺寸由四個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。4）記錄：相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)或組合項(xiàng)構(gòu)成的集合稱為一條記錄，他描述了一個(gè)實(shí)體。如代號為6202軸承對應(yīng)一行中的各數(shù)據(jù)項(xiàng)共同描述的某一型號的軸承。記錄又稱為數(shù)據(jù)元素。5）文件 相同性質(zhì)的記錄的集合就是文件。表 3.9 中記錄全體構(gòu)成了一個(gè)文件6）數(shù)據(jù)庫 非單純性（即有一定的特點(diǎn)與要求）、具有結(jié)構(gòu)文件的集合。3.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元素（記錄）不是孤立的，而是相互有關(guān)聯(lián)的。多個(gè)數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又可能是另一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素。即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是可嵌套的。如圖3.9中的車床結(jié)構(gòu)圖。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)之分。1、邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)描述的是數(shù)據(jù)之

32、間的邏輯關(guān)系，它是從客觀的角度去組織和表達(dá)數(shù)據(jù)。根據(jù)關(guān)系特點(diǎn)，邏輯結(jié)構(gòu)分為線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)。1）線性結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系只有順序排列的位置關(guān)系，這種順序位置關(guān)系是線性的。因此這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為線性結(jié)構(gòu)，也稱為線性表結(jié)構(gòu)。數(shù)組就是一種線性結(jié)構(gòu)。在線性結(jié)構(gòu)中，每一數(shù)據(jù)元素（節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)域）只有一個(gè)前趨節(jié)點(diǎn)和一個(gè)后趨節(jié)點(diǎn)。2）非線性結(jié)構(gòu)當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的某數(shù)據(jù)元素有兩個(gè)或兩個(gè)以上的前趨或后趨節(jié)點(diǎn)，則這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系是非線性的，因此此種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如圖3-9 車床零部件關(guān)系（樹狀結(jié)構(gòu)）和圖3-10 工藝路線方案（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)） P58圖3-11表示的是一個(gè)幾何圖形及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，

33、在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，樹狀結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)共存。樹狀結(jié)構(gòu)：當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素有多個(gè)前趨，只有一個(gè)后趨。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素有多個(gè)前趨和多個(gè)后趨。2、物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲方式，是從物理存儲的角度描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。常用的物理結(jié)構(gòu)有順序存儲結(jié)構(gòu)與鏈接存儲結(jié)構(gòu)兩種。1）順序存儲結(jié)構(gòu)：用一組連續(xù)的存儲單元依次存放各數(shù)據(jù)元素。特點(diǎn)：存儲順序與邏輯順序一致，只需要存放第一個(gè)數(shù)據(jù)元素的地址，其他元素的地址是第一個(gè)元素地址加上一個(gè)相對地址，因此占用存儲單元少，簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。但缺乏柔性，當(dāng)要進(jìn)行增刪操作時(shí)，必須重新分配存儲單元。費(fèi)時(shí)。如數(shù)組。2）鏈接存儲結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)元素中，

34、除存放數(shù)據(jù)外，還存放其他數(shù)據(jù)的存放地址。這樣，在得到第一個(gè)元素得地址后，就可以根據(jù)第一個(gè)數(shù)據(jù)元素中地址檢索出其下一個(gè)數(shù)據(jù)元素的存放地，以此類推。這種物理存儲方式稱為鏈接存儲結(jié)構(gòu)。在鏈接存儲結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)數(shù)據(jù)元素有數(shù)據(jù)和地址（或指針）兩種域組成。根據(jù)指針域的個(gè)數(shù)，鏈接存儲結(jié)構(gòu)可大致分為三類。（1）單向鏈結(jié)構(gòu) 在每一個(gè)數(shù)據(jù)元素中，只有一個(gè)指向下（或上）一個(gè)數(shù)據(jù)元素指針域。如圖3-14a如果指針?biāo)傅姆较蚺c邏輯順序相同，則稱正向鏈；如圖3-14a如果指針?biāo)傅姆较蚺c邏輯順序相反，則稱為反向鏈；如圖3-14b如果在最后一個(gè)數(shù)據(jù)元素中，有指向第一個(gè)數(shù)據(jù)元素的指針，則此鏈接結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)環(huán)鏈；如圖3-14

35、c（2）雙向鏈結(jié)構(gòu) 在每一個(gè)數(shù)據(jù)元素中，有兩個(gè)指針，一個(gè)指向下一個(gè)數(shù)據(jù)元素，而另一個(gè)指向上一個(gè)數(shù)據(jù)元素。雙向鏈也可以構(gòu)成環(huán)鏈。如圖3-14d和如圖3-14e環(huán)鏈的最大特點(diǎn)是任何一個(gè)數(shù)據(jù)元素都可以是數(shù)據(jù)存取的入口點(diǎn)，存取效率高。（3）多向鏈結(jié)構(gòu) 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，某些數(shù)據(jù)元素有兩個(gè)以上的指向其他數(shù)據(jù)元素的指針域。多向鏈結(jié)構(gòu)一般用于矩 、樹狀等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲。如圖3-14f3.2.3 常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、線性表線性表是一個(gè)由n（n>=0）個(gè)數(shù)據(jù)元素（a1，a2，an）組成的有限序列，表中的每一個(gè)數(shù)據(jù)元素，除第一個(gè)和最后一個(gè)外，僅有一個(gè)直接前驅(qū)和一個(gè)直接后繼。當(dāng)n=0時(shí)，稱為空表。線性表的邏輯表示可為

36、：（a1，a2，an），如軸徑序列值（3，6，10，14，18，24，30，40，50，65，.）線性表的物理存儲結(jié)構(gòu)既可以采用順序存儲，也可以采用鏈接存儲結(jié)構(gòu)。2、棧與隊(duì)列1）棧 當(dāng)對線性表的刪除與插入操作只能在表的一端進(jìn)行時(shí)，線性表就變成了棧。在棧中，允許插入與刪除的端稱為棧頂，而另一端稱為棧底。棧的操作是按后進(jìn)先出的原則進(jìn)行的，因此棧也稱為后進(jìn)先出表（LIFO）。實(shí)際生活中，棧的例子很多。如穿衣服，火車換道。棧的示意圖如圖3-16。舉例 2 5 3 4 按順序入棧，出棧有幾種順序？棧的物理存儲結(jié)構(gòu)可以是順序，也可以是鏈接。在順序棧中，要有一個(gè)棧頂指示器和一個(gè)棧頂界限（限制棧的空間）。2）

37、隊(duì)列 當(dāng)對線性表的刪除與插入操作限制只在一端插入，在另一端刪除時(shí)，線性表就變成了隊(duì)。允許插入的一端稱為隊(duì)尾，而允許刪除的一端稱為隊(duì)頭。棧的操作是按先進(jìn)先出的原則進(jìn)行的，因此隊(duì)也稱為先進(jìn)先出表（LIFO）。實(shí)際生活中，隊(duì)的例子很多。如排隊(duì)買東西，如圖3-18。隊(duì)的物理存儲結(jié)構(gòu)可以是順序，也可以是鏈接。在順序隊(duì)中，要分別設(shè)置隊(duì)頭指針和隊(duì)尾指針以及一個(gè)隊(duì)尾界限（限制隊(duì)的空間）。隊(duì)“溢出”與“假溢出”，參見P 62.采用循環(huán)隊(duì)解決“假溢出”問題。3、數(shù)組數(shù)組是一種按順序排列與存儲、并且每個(gè)數(shù)據(jù)元素具有相同的數(shù)據(jù)類型的特殊線性表。4、串是一種特殊的數(shù)組，其數(shù)據(jù)元素中數(shù)據(jù)為字符類型。5、樹與二叉樹1）樹棧

38、、隊(duì)、數(shù)組與串都是線性結(jié)構(gòu)，不能解決實(shí)際中非線性問題，如行政單位結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等問題。這就需要各種非線性結(jié)構(gòu)。樹是一種常用的非線性結(jié)構(gòu)，其定義為當(dāng)數(shù)據(jù)元素集合中的每一個(gè)數(shù)據(jù)元素都一個(gè)或多個(gè)后繼，而只有一個(gè)前驅(qū)，并且處于最高層的那個(gè)數(shù)據(jù)元素沒有前驅(qū)。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為樹。沒有前驅(qū)的最高層的那個(gè)數(shù)據(jù)元素（節(jié)點(diǎn)）稱為樹根；樹的最大層次稱為樹的深度；節(jié)點(diǎn)的后繼（子樹）個(gè)數(shù)稱為度；度數(shù)（或后繼）為零的節(jié)點(diǎn)稱為樹葉。用例子圖3-21說明這些概念。P63樹的物理結(jié)構(gòu)可以是順序、也可以是鏈接。2）二叉樹當(dāng)樹具有以下特點(diǎn)時(shí)，就稱其為而叉樹。（1） 可以沒有任何數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，即為空。樹必須具有至少一個(gè)根節(jié)點(diǎn)。（2）

39、每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度不能超過2。樹則無限制；（3） 二叉樹的子樹有左右之分，不能顛倒。樹的子樹無左右之分，可以交換位置。二叉樹的物理存儲結(jié)構(gòu)常采用鏈接結(jié)構(gòu)，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)左指針域和一個(gè)右指針域。這種結(jié)構(gòu)與二叉樹的邏輯結(jié)構(gòu)一致。3）二叉樹的遍歷按一定規(guī)律，不重復(fù)地訪問樹中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這種操作稱為遍歷。對于二叉樹，有三中遍歷方式，即前序、中序和后序。具體算法見P64。舉例說明三種遍歷方法的算法。參見圖3-24 P656、圖與網(wǎng)在一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（數(shù)據(jù)元素）可以有多個(gè)直接的前驅(qū)和后繼時(shí)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為圖。圖由頂點(diǎn)與邊組成，見圖3-25 P65設(shè)V是頂點(diǎn)集合，E是邊的集合，則圖G可用下式表示

40、：G=(V,E)若頂點(diǎn)之間是有序的，則邊是有方向的，如圖3-25 G3 P65，這種圖稱為有向圖。否則稱為無向圖。樹與圖的關(guān)系：樹是一種特殊的圖。圖3-25中的圖G2，即是圖，也是樹。 P65通常用n階鄰接方陣來表示n個(gè)頂點(diǎn)的圖的邏輯結(jié)構(gòu)。鄰接矩陣中每個(gè)元素定義如下：1 若Vi與Vj相連0 若Vi與Vj不相連V(i,j)=參見圖3-26說明圖及其鄰接矩陣。當(dāng)圖的邊有權(quán)重時(shí)，圖的鄰接變?yōu)閃ij 若Vi與Vj相連0 若Vi與Vj不相連V(i,j)=此時(shí)圖稱為網(wǎng)。參見圖3-27說明網(wǎng)及其鄰接矩陣。3.3數(shù)據(jù)文件文件是數(shù)據(jù)管理的一種形式，它能獨(dú)立于應(yīng)用程序單獨(dú)存儲。文件用于數(shù)據(jù)的管理、交換等。文件是記

41、錄的集合，文件記錄中唯一能夠記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的稱為關(guān)鍵字。如表3-10 齒輪參數(shù)表（P67）中的零件編號就是齒輪參數(shù)文件的關(guān)鍵字。1、常用的文件組織方法1）順序文件 物理存儲順序與其邏輯順序一致。其存儲是連續(xù)的，結(jié)構(gòu)緊湊簡單，但增刪、查詢算法較為復(fù)雜，時(shí)間度與空間度較大。有一些存儲設(shè)備只能存儲順序文件，如磁帶。2）索引文件 帶有一個(gè)包括關(guān)鍵字與記錄存放地址索引表的文件稱為索引文件。索引文件查詢方法是：先按關(guān)鍵字到索引文件中查到該關(guān)鍵字所對應(yīng)的記錄存放地址，在根據(jù)地址到數(shù)據(jù)文件中去查找記錄。索引文件的索引表必須按關(guān)鍵字按順序排序。而文件本身可以排序或不排序。若文件本身排序稱為索引順序文件，否則稱為索

42、引非順序文件。3）直接存取文件 又稱為隨機(jī)文件。采用一種算法將記錄的關(guān)鍵字轉(zhuǎn)換為一個(gè)隨機(jī)數(shù)，根據(jù)這個(gè)隨機(jī)數(shù)確定記錄在存儲器中存放的位置。2、文件的操作文件的操作主要是查詢與排序。1）查詢 即查找關(guān)鍵字為某值的記錄常用的查找方法有順序、折半和分塊等三種查找方法。（1）順序查找法 從第一條記錄開始，逐條查找，若查找到欲查數(shù)值則查找結(jié)束。此方法最為簡單，但效率低。（2）折半查找法 也叫二分查找法原理是：先將文件記錄按關(guān)鍵字大小順序排序，再將位置為中間的記錄的關(guān)鍵字值Km與欲查值K進(jìn)行比較，比較結(jié)果有三種，KmK、KmK KmK。若KmK，則欲查記錄在文件前半?yún)^(qū)；若KmK，則欲查記錄在文件后半?yún)^(qū)；若K

43、m=K，則查到欲查記錄，查找結(jié)束。如果為前兩種情況，則在前半?yún)^(qū)或后半?yún)^(qū)繼續(xù)進(jìn)行。（3）分塊查找 原理與折半法類似，不同是將按關(guān)鍵字排好序的文件分成大于2的若干塊；再將欲查關(guān)鍵字依次與各塊的最大關(guān)鍵字值進(jìn)行比較，確定查找范圍；然后在確定的那一塊進(jìn)行順序查找。舉例 設(shè)有一零件記錄，其關(guān)鍵字分別為4、7、16、31、39、41、47、55、61、77、80、83，以升序排序，要查找關(guān)鍵字為80的記錄。查找步驟：1、將記錄分成三塊（4、7、16、31）、（39、41、47、55）、）61、77、80、83）2、將欲查值80與各塊的最大值（31、55、83）進(jìn)行比較，確定欲查記錄在第三塊3、在第三塊中進(jìn)

44、行順序查找2）、排序?qū)ξ募杏涗浀年P(guān)鍵字按遞增或遞減的順序進(jìn)行重新排列稱為排序。排序的方法有很多，常用的有（1）選擇排序在記錄文件中找出關(guān)鍵字最小的記錄，將其與第一條記錄進(jìn)行位置交換，然后從第二條記錄開始到最后一條記錄重復(fù)上述操作。舉例 P69(2) 冒泡法順序比較相鄰記錄的關(guān)鍵字，若后者比前者小，則交換位置，否則位置不變。經(jīng)過不斷的比較與位置交換，小值往前移，大值往后移，如水中的氣泡。舉例 P 69 （3）插入法首先假定第一條記錄的位置是合適的，然后取出第二條記錄與第一條記錄進(jìn)行關(guān)鍵字比較，若小于，則將第二條記錄插入到第一條記錄的前面，再取第三條記錄與前面各條記錄進(jìn)行關(guān)鍵字比較；依次操作。

45、舉例 P703.3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要解決CAD/CAM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息交換問題，首先是解決數(shù)據(jù)信息集成與共享問題。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)集成與共享的最佳技術(shù)。1、數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段，即人工管理、文件管理與數(shù)據(jù)庫管理。人工管理：程序中所用到的數(shù)據(jù)及其相關(guān)操作（如存儲、查詢等）都必須由程序員自己編程完成。數(shù)據(jù)與程序依賴度高，程序中存在大量的重復(fù)數(shù)據(jù)（冗余），數(shù)據(jù)不能共享。數(shù)據(jù)與程序一一對應(yīng)。如圖 3-30 P70文件管理：數(shù)據(jù)按統(tǒng)一格式，以文件形式長期保存在計(jì)算機(jī)外存儲器中，數(shù)據(jù)與程序之間相對獨(dú)立。但數(shù)據(jù)文件之間彼此孤立，文件內(nèi)部又無結(jié)構(gòu)信息，因此數(shù)據(jù)的冗余度較大，共享范圍有限，且

46、文件管理系統(tǒng)缺乏對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理與控制，數(shù)據(jù)的操作仍然離不開程序員，數(shù)據(jù)與程序不能完全獨(dú)立。 數(shù)據(jù)文件與程序之間的關(guān)系見圖3-31 P71數(shù)據(jù)管理：其特點(diǎn)如下：1）數(shù)據(jù)模型復(fù)雜 在描述數(shù)據(jù)的同時(shí)，也描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化強(qiáng)。2）數(shù)據(jù)的共享性好、冗余度低 3）數(shù)據(jù)具有獨(dú)立性 數(shù)據(jù)可獨(dú)立于程序存在，應(yīng)用程序不必隨著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化而修改。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身具有很強(qiáng)數(shù)據(jù)操作功能，不需要程序進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)文件與程序之間的關(guān)系見圖3-32 P714)數(shù)據(jù)具有安全性、完整性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了對數(shù)據(jù)控制的功能，數(shù)據(jù)能夠得到保護(hù)；數(shù)據(jù)的正確性、有效性、相容性，即完整性能得到保證。任何一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系

47、統(tǒng)DBMS（Data Base Management System）,都會(huì)提供上述特點(diǎn)和功能。DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。盡管數(shù)據(jù)庫管理有許多優(yōu)點(diǎn)，但必須根據(jù)具體情況選用數(shù)據(jù)的管理方法。2、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由相應(yīng)的硬件、軟件和專職管理人員及數(shù)據(jù)構(gòu)成。（1） 硬件（2） 軟件 數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)層次見圖3-33 P72（3） 數(shù)據(jù)庫管理人員 （Data Base Administrator）DBA。決定數(shù)據(jù)庫的信息內(nèi)容與存儲結(jié)構(gòu)，定義和存儲數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；監(jiān)督與控制對數(shù)據(jù)庫的使用與運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)的完整性；定義用戶權(quán)限；維護(hù)和改進(jìn)數(shù)據(jù)庫。（4） 數(shù)據(jù)庫 由DBMS建立、運(yùn)行、管

48、理及維護(hù)的通用化的、綜合性的數(shù)據(jù)集合。2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能（1）數(shù)據(jù)庫定義功能 實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)、局部邏輯結(jié)構(gòu)、物理存儲結(jié)構(gòu)及權(quán)限等定義。（2）數(shù)據(jù)庫管理功能 提供對數(shù)據(jù)各種應(yīng)用操作，如增刪、排序、查找、統(tǒng)計(jì)、輸入輸出、修改等。（3）數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)功能 建立、更新、再組織、恢復(fù)等功能。（4）通信功能 與操作系統(tǒng)通信、與應(yīng)用程序的通信（5） 其他功能 文件管理、應(yīng)用開發(fā)、存儲管理、設(shè)備管理等3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成（1）、數(shù)據(jù)描述語言（Data Description language ,DDL）及其翻譯程序，用于描述數(shù)據(jù)及其之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的定義。（2）數(shù)據(jù)庫操縱語言（

49、Data Manipulation language ,DML）及其編譯程序，用于存儲、檢索、編輯數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)庫管理例行程序（Data Base Management Routiness ,DBMR），一般包括系統(tǒng)運(yùn)行控制程序、語言翻譯程序和DBMS的公用程序4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的抽象層次用戶所看到的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)中存儲的數(shù)據(jù)之間有一種映射關(guān)系，這種映射關(guān)系通過數(shù)據(jù)庫的三個(gè)模型層實(shí)現(xiàn)的。（1）外模型 用戶使用的數(shù)據(jù)視圖，是局部的邏輯視圖。表示用戶理解的實(shí)體、實(shí)體屬性、實(shí)體之間的關(guān)系。外模型有多個(gè)，處理系統(tǒng)的外層。（2）概念模型 數(shù)據(jù)庫的全局邏輯視圖。表示整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)體、實(shí)體屬性、實(shí)體之間

50、的關(guān)系。概念模型只有一個(gè)，屬于系統(tǒng)的概念層。（3）內(nèi)模型 數(shù)據(jù)庫的物理存儲模型。只有一個(gè)，最底層。在DBMS中用DDL精確描述上述三種模型，就得到相應(yīng)的模式。即外模式（子模式）、概念模式（模式）、內(nèi)模式（物理模式）。以內(nèi)模式（物理模式）為框架的數(shù)據(jù)庫為物理數(shù)據(jù)庫。以概念模式（模式）為框架的數(shù)據(jù)庫為概念數(shù)據(jù)庫。概念數(shù)據(jù)庫是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者在物理數(shù)據(jù)庫之上構(gòu)造出來的。以外模式（子模式）為框架的數(shù)據(jù)庫為用戶數(shù)據(jù)庫。從內(nèi)模式到外模式需要經(jīng)過物理模式模式子模式的兩級轉(zhuǎn)換。參見圖3-34和3-35 P743、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型表示實(shí)體與實(shí)體之間的關(guān)系的模型稱為實(shí)體模型。常見的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系

51、模型。1）層次模型 用樹結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系的模型。層次模型必須滿足兩個(gè)條件，即只有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)以外的其他節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)前驅(qū)。 如圖 3-36 P752) 網(wǎng)狀模型 取消層次模型的兩個(gè)要求，就可得到網(wǎng)狀模型 如圖 3-37 P753）關(guān)系模型 用二維表結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系的模型。一張二維表就是一個(gè)關(guān)系。參見表3-11 P76關(guān)系二維表必須滿足下列條件：（1） 表中的每一列必須是基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能是組合項(xiàng)（2） 每一列必須具有相同的數(shù)據(jù)類型（3） 每一列必須有一個(gè)唯一的屬性名（4） 不能有兩條相同數(shù)據(jù)的行（5） 列與行的順序不受限制基于關(guān)系模型建立的數(shù)據(jù)系統(tǒng)稱為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

52、系統(tǒng)。4、工程數(shù)據(jù)庫目前，商用數(shù)據(jù)庫（即關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）發(fā)展已較為成熟，但仍然不能滿足對工程數(shù)據(jù)的管理。這是因?yàn)?，工程?shù)據(jù)具有如下特點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)形態(tài)多樣性 靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)、定期改變的結(jié)果數(shù)據(jù)。2）數(shù)據(jù)類型的多3）數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜 有網(wǎng)狀數(shù)據(jù)、多層、多嵌套，還有不定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)4）數(shù)據(jù)修改頻繁 數(shù)據(jù)需要進(jìn)行不斷的交流、反饋、反復(fù)修改等。工程數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備的功能特點(diǎn)：1） 能夠描述復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型2） 支持模式動(dòng)態(tài)定義與修改3） 支持工程長事務(wù)的處理4） 具備版本管理、圖形標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換等工程數(shù)據(jù)庫開發(fā)方法1） 以商用數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，擴(kuò)充其功能2） 分析、拆解商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的代碼，按工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的要求，重新組織其結(jié)構(gòu)、模式等3） 根據(jù)EDBMS的要求，重新開發(fā)新一代數(shù)據(jù)庫技術(shù)1） 分布式數(shù)據(jù)庫 物理分布、邏輯整體、分布獨(dú)立和場地自治性。