第6章-工程数据库

信息存储与管理基本术语及概念数据库系统VisualFoxpro数据库系统工程与工程数据管理工程数据库简介Reference1、陈玉雄,蒋孔昭译，《工程管理原理:计划、进度与控制》，湖南科学技术出版社,1986。2、朱文坚、梁丽编著，《机械设计方法学》，华南理工大学出版社1997。3、俞盘祥，沈金发编著，《数据库系统原理》，清华大学出版社,1988。4、萨师煊，王珊，《数据库系统概论》，高等教育出版社,2000。5、伯斯特拉著;裘春航译，《工程数据库》，人民交通出版社,1990。基本概念及原理数据项：描述属性的最小单位，字段或数据元素记录：是数据项的有序记录，描述一个事物的一组属性特征文件：是记录的集合，相对于记录而言关键字：用来标注一个记录的数据项的值，分为主关键字和次关键字

示意图见课本p82文件系统工程与工程管理工程的定义

所谓的工程是将理论和知识应用于实践的科学。例如计算机科学（数学）是用于构造各种模型和算法的科学，工程科学是用于制定规范设计范型、评估成本及确定权衡的科学，管理科学则用于计划、资源、质量和成本的管理。工程的分类：

1）、只限于一次的处理工程 2）、有明确的需求达成目标的工程 3）、具有不确切的技术工程过程的描述

有关工程的处理我们都可通过下面的工程过程模型进行描述：

工程过程 从管理的角度讲，工程应用是由组成工程活动的工程过程组成的。不同类型的工程所包含的工程过程（或阶段）是不同的。德国VanDenKroonenberg教授定义任何工程过程都有问题定义、设计、生产和测试构成的一个完整过程系统工程的工程过程我们上面讨论的工程过程主要从工程的设计与实施角度定义工程过程的。从系统工程的角度来看，一个工程具有图所示的三维结构：

工程管理

为加强工程过程及其相关数据的管理，我们需要制定一些工程目标，根据一定的原则，将工程过程中的各种活动有效的管理起来。这就是所谓的工程管理，如图可以看出工程管理需要通过一定的原则和方法、并合理的安排工程过程中的各种活动才能保证工程高效、高质量的完成。工程管理1、工程管理可分解成各种工程活动。根据常规的工程应用工程活动分为需求分析与定义（如产品市场定位、性能要求与功能要求等）、工程设计与建模（产品设计包括功能设计、原理设计、机构设计、结构设计、总装图设计、零部件图设计、工程图校对与审核等）、工程实现（工艺设计、生产制造、销售等）、技术支持与服务等。2、在不同的活动阶段要遵循一定的原则，采用一定的方法，如选用适宜的开发范型、采用"好"的设计方法等，为的是满足各种工程目标。3、软件工程提供了很多分析、设计与开发方法及其机制保证工程管理的质量（工程的目标），如工程的可用性、正确性、合算性（经济性）。工程数据库 工程数据的定义

工程过程的数据同工程的功能、结构和安排、工程的测试与测量、计算等有关。这些数据或者可由文献、文档和以前的工程过程得到，或者更据当前的工程需要生成。工程数据库应能容纳这些数据，与此同时，管理这些工程数据的数据库管理系统必须又能力以用户可接受的方式操纵所有这些数据，以便完整的描述和管理一个工程。

工程描述的数据必须结合应用领域。工程数据库研究的起源主要是满足CAD/CAE/CAM集成的需要，所以在考虑面向产品设计应用时，下列数据是工程应用中的典型问题：●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●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。工程数据管理

工程数据可分为以下几类：1、ContextData环境数据2、StructureData结构数据3、EventData事件数据4、InstanceData瞬间数据5、HistoryData历史数据6、StatisticData统计数据数据库与工程数据库

无论是工程数据还是管理信息，都必须以某种方式存储在某种媒体介质上面，以便于数据（信息）存储与检索。这种有组织的数据存储我们称为数据库。 工程数据库是数据库在工程领域应用的数据库。

数据库的定义

所谓的数据库是长期储存在计算机内的，有组织的，可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。换句话说数据库是由一个互相关联的数据的集合和一组用以访问这些数据的程序组成。 数据库的分类

数据库根据数据的组织模型和应用领域又分为好几种。如层次数据库、网状数据库、关系数据库、面向对象的数据库、工程数据库、分布式数据库、多媒体数据库、移动数据库等。

工程数据库的定义

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。对工程数据库系统的要求

面向工程应用的数据库管理系统应满足的要求主要是由工程的性质、工程过程决定的。需要存储什么数据以及在其上要有何种作用，支持哪些工程过程等都体现了这一观点。 -数据库方面的一般要求

-用户的要求

-来自数据的要求

-数据使用方面的要求等

数据库方面的一般要求同数据库和数据库管理系统要满足工程应用的一般性要求相同，面向工程应用的数据库管理系统也应该包括以下要求：

安全性

●保密：数据使用的规则和控制

●保险：防止人为或恶意破坏的保护措施-正确性

●准确度：数据的正确性

●完整性：数据之间无矛盾

●一致性：按确定的规则对数据存储和输出-同时性：可由多个用户或程序同时对数据库进行存取。-易管理性

●管理的概念：维护=保持干净利落

●控制的概念：掌握各种数据及数据间的关系。用户的要求工程数据库的用户可以大致分为两大类：

-第一类是最终用户，他们希望存储数据和使用存储在数据库中的数据；

-第二类是程序员和应用程序员，他们的工作是建立处理数据的程序。 这两类用户都是面向问题和面向解的。他们完全或大部分对计算机本身不感兴趣。除绝对必要的信息外，不应再使他们分心。这意味着工程应用程序必须具有最大程度的用户友好性。因为用户

●对系统的内部结构不感兴趣；

●希望计算机成为使他们自己能迅速地从事工作的快速工具；

●希望在输入后尽快看到反应，即使这种反应仅仅是表明计算机在工作； ●不关心计算机或其它设备的利用率； ●希望对自己的行为而引起的潜在的灾难性后果得到警告；

●希望（和必须）给于他们保护自己以防不测的能力；

●当他们逐渐熟悉系统时，希望能精化对系统的使用方法；

●讨厌手册，不易理解错误信息的含义；

●希望作很少的准备即能随时使用系统；

●只关心涉及其功能层次这一级别上的细节。

传统的数据库管理系统对用户的要求很高，对工程应用的支持不多，需要通过工程技术人员的二次开发，才能满足各种应用系统的要求，因此工程技术开发人员希望数据库系统能提供一些工程应用的功能，用户界面应该友好，能进行自动学习和优化产品设计 传统的计算机辅助设计理解为围绕产品图纸和有关文件的一系列工作。虽然后来出现了计算机辅助分析（CAE）等，但有关产品设计准备阶段和有关产品的功能设计（即核心产品）没有有效的工具进行支持（也就是说没有合适的数据模型支持核心产品的建模），这是工程数据库产生的主要理由之一。为此我们需要理解产品设计的概念。产品的概念

产品最一般的概念是劳动创造出来的物质财富或物品。 所以对产品的分析可以划分为三个层次：1、形式产品2、核心产品3、延伸产品什么是设计？1、从产品的定义可以看出，设计是根据客观需求，通过人们的创造性思维，经过判断、决策、并用各种设计模型使之定量化，将提供的资源转化为技术装置或系统以满足人类与社会的功能要求的过程。2、从过程的定义看，产品设计是指从确定产品设计任务书起到确定产品结构为止的一系列技术工作的准备和管理，是产品开发的重要环节，是产品生产过程的开始。

传统的设计主要指产品设计。设计的需要来源于：市场的刺激环境的刺激企业内部刺激产品设计过程 产品设计过程是与生产力发展水平和设计习惯有关的。在参考国内外设计步骤，并结合我国的具体情况，产品设计主要包括以下5个步骤：1、计划阶段2、设计阶段3、试制阶段4、批量生产阶段5、销售阶段见图片产品设计的分类 根据设计对象不同，产品设计分为：1、开发性设计2、改进性设计3、系列化设计4、测绘与仿制设计过程中的注意事项：具体的设计步骤要根据设计工作类型，考虑设计人员的素质及有关影响因素来确定，要尽量简单、明了、便于有关人员协调工作。设计过程要有全局观点，不能只考虑设计对象本身的问题，还应考虑到整个企业的效益，注意对社会的影响。

3)应注意避免在未彻底研究问题之前就得出结论。4)要时刻注意求取多个解决解答方案，避免解答的局限性。要注意抽象化，注意创造性方法的运用。

5)要注意各阶段的评价和优选。评价中要注意减少主观因素的影响，注意通过模拟及实验进行评价，以求出既满足要求又有最大实现可能的方案。6)各阶段应有明确目标，在各阶段终了时应有具体成果可供检查7)要注意反馈及必要的工作循环。解决问题要由抽象到具体，由局部到全面，由不确定到确定。产品设计与制造 从前面产品设计章节的讨论我们可以看出，产品的设计不是一个简单的绘图过程，它还包括分析、优化，用到很多领域的知识。所以广义上说，CAD技术应包括二维工程绘图、三维几何造型、有限元分析、数控(NC)加工、产品数据管理及其集成技术等。也就是说，为支持产品的设计，CAD技术还应该包括计算机辅助分析、辅助制造等覆盖产品设计过程的五个阶段。CAD/CAM的集成技术1、CAD/CAM集成的内容 通常所说的集成，是就信息数据而言。也就是指设计和制造过程中三个主要环节的软件集成（数据集成）即：CAD，CAPP，NCP。2、CAD/CAM集成的概念 从信息集成的角度来看，所谓集成就是指在CAD、CAPP、NCP各个模块见信息数据的提取，交换、共享和处理的集成，实现这种集成需要两个基本要素： 1、CAD系统可以提供完整、统一、复合某种标准的产品信息模型。 2、CAD/CAM各模块间能通畅的进行数据传递和交换，交换可以通过数据接口，文件或者数据库进行。对集成的量化可以使用集成度。见教材表格。CAPP计算机辅助工艺

CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)是计算机辅助工艺设计的简称。工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作。

从60年代末CAPP的研究开始，先后出现了在设计方式上不同的两类系统，即派生式系统和创成式系统。派生式(Variant)系统已从单纯的检索式发展成为今天具有不同程度的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分创成式的原则和方法。创成式(Generative)系统的研究与开发始于70年代中期，而且很快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。

CAD/CAPP的集成

CAD/CAPP集成化的CAPP系统能直接接收CAD的零件信息，工艺规划，生成有关工艺文件(必要时还可向CAD系统反馈有关工艺评价信息)，并以工艺设计结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成数控加工NC程序，从而实现CAD/CAPP/CAM的集成。

CAD/CAPP集成的关键问题是现有CAD系统输出信息不能满足CAPP所需要的特征参数。所以需要补充公差等非几何信息。这样集成度较低。可能的解决办法：1、开发新一代的特征造型系统2、在现有实体造型系统基础上，加入特征信息或者二次开发。CAD/CAM发展1