第章CADCAM軟件開發(fā)基礎計算機輔助設計與制造VIP

1、第第3章章 CAD/CAMCAD/CAM軟件開發(fā)基礎軟件開發(fā)基礎 軟件開發(fā)與軟件工程軟件開發(fā)與軟件工程 數據結構數據結構 數據資料的程序化處理數據資料的程序化處理 數據庫的基本原理與應用數據庫的基本原理與應用第一節(jié)第一節(jié) 軟件開發(fā)與軟件工程軟件開發(fā)與軟件工程 一、軟件開發(fā)的演化過程軟件開發(fā)的演化過程 個人編程時代個人編程時代 （1946年年50年代末）年代末） 軟件作坊時代（軟件作坊時代（60年代初年代初 60年代末）年代末） 軟件工程時代（軟件工程時代（70年代以后）年代以后）軟件開發(fā)的演化過程軟件開發(fā)的演化過程 這一階段的程序設計是一種個體化的行為，且由于硬件容量小，速度低，機時昂貴，使得

2、程序設計的目標確定在節(jié)省資源和縮短機時上，根本談不上系統化的軟件開發(fā)方法，編制出的程序也不作為商品出售。 軟件開發(fā)成為一種新型的社會職業(yè)。但由于軟件作坊的開發(fā)方式沒有改變，依然是個體的或小組的思維方式，使得軟件的任務延誤，質量不可靠，甚至無法維護，軟件的發(fā)展遠遠落后于硬件的發(fā)展，極大地限制了計算機的功能發(fā)揮和實際應用，“軟件危機”產生了。 為了擺脫軟件生產的落后的“手工方式”，大幅度改進軟件產品質量，提高軟件生產率，軟件行業(yè)又在80年代明確提出“軟件工程支撐環(huán)境”的基本思想，力圖把軟件工程領域的各種方法技術都形成支撐系統和工具，即程序設計不再要求程序員從頭到尾，逐字逐句的編寫，而是可以直接從支

3、撐環(huán)境中調用各個所需的“組件”。軟件工程軟件工程 指借鑒從事工程項目所積累的行之有效的原理、概念、技指借鑒從事工程項目所積累的行之有效的原理、概念、技術和方法來開發(fā)和維護軟件，把正確的管理和科學的技術結術和方法來開發(fā)和維護軟件，把正確的管理和科學的技術結合起來。這是一門指導計算機軟件開發(fā)和維護的工程學科。合起來。這是一門指導計算機軟件開發(fā)和維護的工程學科。軟件的生存周期軟件的生存周期 軟件從形成概念開始，經過開發(fā)、使用和不斷補增修正，軟件從形成概念開始，經過開發(fā)、使用和不斷補增修正，直到最終被淘汰的整個過程。直到最終被淘汰的整個過程。 軟件工程強調使用生存周期方法學，即將生存周期分為若軟件工程

4、強調使用生存周期方法學，即將生存周期分為若干個既相互區(qū)別又相互聯系的階段：干個既相互區(qū)別又相互聯系的階段： 二、軟件工程軟件工程 可行性研究與計劃階段可行性研究與計劃階段要做什么 需求分析階段需求分析階段必須做什么-5% 設計階段設計階段確定設計方案（概要設計、詳細設計）-10% 實現階段實現階段 完成源程序編碼、編譯和無語法錯誤的程序 測試階段測試階段總裝測試和確認測試，檢查審閱文檔，成果評價10% 運行與維護階段運行與維護階段擴充、修改（改正性。適應性、完善性、預防性）67% 三、軟件工程規(guī)范國家標準三、軟件工程規(guī)范國家標準 規(guī)范規(guī)范說明說明計算機軟件開發(fā)規(guī)范（GB8566-88） 詳細規(guī)

5、定軟件開發(fā)過程的各個階段即每一階段的任務、實施步驟、實施要求、完成指標及交付文檔。計算機軟件產品開發(fā)文件編制指南（GB8567-88） 詳細規(guī)定軟件開發(fā)過程中應該產生的文檔種類、數目和文檔的編制形式、編制內容。計算機軟件需求說明編制指南（GB9385-88） 詳細規(guī)定軟件需求說明的內容和質量。編寫所需的背景和表達方式，列出編制大綱。計算機軟件測試文件編制規(guī)范（GB9386-88） 詳細規(guī)定一組測試文件的種類、數目、書寫格式、內容及各自作用。計算機軟件質量保證計劃規(guī)范（GB/T 12504-90） 詳細規(guī)定在制定軟件質量保證計劃時應遵循的基本要求，列出了編制大綱。計算機軟件配置管理計劃規(guī)范（GB

6、/T 12505-90） 詳細規(guī)定軟件配置管理計劃的目次、章節(jié)內容等統一要求。軟件工程術語（GB/T 11457） 詳細列舉了軟件工程中的常用術語定義、說明、英文譯名等信息。軟件文檔軟件文檔 按照計算機軟件產品開發(fā)文件編制指南（GB8567-88）規(guī)定，整個軟件生存周期應該提供十四種標準文檔。 軟件生存周期各階段中的文檔編制如下： 可行性研究與計劃開發(fā)階段需求分析階段設計階段實現階段測試階段運行與維護階段可行性研究報告- 項目開發(fā)計劃- 軟件需求說明書 - 數據要求說明書 - 測試計劃 - 概要設計說明書 - 詳細設計說明書 - 數據庫設計說明書 - 模塊開發(fā)卷宗 - 用戶手冊 - 操作手冊

7、- 測試分析報告 - 開發(fā)進度月報- 項目開發(fā)總結 - 小型軟件所需的五種文檔小型軟件所需的五種文檔 軟件需求與開發(fā)計劃 /軟件設計說明書 /使用說明書 /測試分析報告 /項目開發(fā)總結 四、軟件開發(fā)方法四、軟件開發(fā)方法 對軟件的基本要求對軟件的基本要求要要 求求說說 明明正確性滿足用戶提出的應用需求，實現規(guī)劃的全部功能，性能優(yōu)越，結果正確?？煽啃猿鲥e概率小于預定指標，運行正常，容錯性好。完整性提供完整的有效運行程序和文檔資料以及必要的培訓服務。實用性具有良好的人機界面，操作簡便，有適用范圍，能解決實際問題?？删S護性便于糾正軟件錯誤，擴充系統功能，實現各類維護活動。 瀑布型瀑布型 這是一種按軟件

8、生存階段而順序工作的單項、單鏈的開發(fā)方法。 快速原型及螺旋型快速原型及螺旋型 盡快向用戶提供原型系統，試通原理和路子，讓用戶使用，得到反饋信息，再按實用性、經濟性、可靠性要求進一步修改設計，解決原型系統暴露出來的問題。 平行進程型平行進程型 該方法認為軟件開發(fā)是三個進程組相互平行，相輔相成，齊頭并進的團隊行為。 第二節(jié)第二節(jié) 數據結構數據結構 一、基本概念與術語基本概念與術語 在數據處理中，首先應將現實世界轉化為信息在數據處理中，首先應將現實世界轉化為信息世界，然后將信息世界轉化為數據世界。這就包世界，然后將信息世界轉化為數據世界。這就包含幾個層次概念：含幾個層次概念： 二、數據結構二、數據結

9、構 數據結構指的是數據之間的結構關系。數據元素不是孤立的。數據結構理論研究數據元素之間的抽象化關系，并不涉及數據元素的具體內容。以車床為例： 數據結構包括數據的邏輯結構和數據的物理結構1、數據的邏輯結構線性結構線性結構 在這種結構中，每一個數據元素僅與它前面的一個和后面的一個數據元素相聯系，因而只能表達數據間的簡單順序關系。下圖就表示了一個線性結構 包括樹狀結構樹狀結構和網狀結構網狀結構等。如下面的工藝路線方案圖即是一種網狀結構： 非線性結構非線性結構 三、常見的數據結構三、常見的數據結構 （自學）線性表棧與隊列數組串樹與二叉樹2、數據的物理結構順序存貯結構鏈接存貯結構 單向鏈結構 雙向鏈結構

10、 多向鏈結構四、文件四、文件 （自學） 文件是數據管理的一種形式，文件常常作為管理數據、交換數據而廣泛應用。1、常見的文件組織方法順序文件索引文件直接存取文件2、文件的操作查找順序查找法、折半查找法和分塊查找法排序選擇排序、冒泡排序、插入排序第三節(jié)第三節(jié) 數據資料的程序化處理數據資料的程序化處理 在CAD/CAM中，需要將相關資料先期以數據庫或文件的形式加以管理，以便在設計時由計算機按要求自動檢索和調用；或在程序編制過程中融于其中，將其程序化，隨著程序的運行自動選擇，加工處理。一、數值程序化一、數值程序化 數值程序化是將要使用的各個參數及其函數關系，用一種合理編制的程序存入計算機，以便運行使用

11、。 1 1 用數組形式存貯數據用數組形式存貯數據 當要使用的數據是單一、嚴格、無規(guī)律可循的數列，通常的方法是用數組形式存儲數據，程序運行時，直接檢索使用。例:將表中的齒輪標準模數值編入程序。要求程序運行時，輸入模數計算值后，能輸出適合的標準模數值。 2 2、用數學公式計算數據、用數學公式計算數據 當使用的數據是一組單一、嚴格、但能找到某種規(guī)律的數列，則不必定義數組逐項賦值，將反映這種規(guī)律的數學公式編入程序，通過計算即可快速、準確地達到目的。 例：將60，70，80，90，100，110，120這一標準直徑系列編入程序。 解題分析：解題分析：這組數值是按10遞增的，導出數學公式，問題就迎刃而解了

12、。 公式：D=INT（Dc/10.02）*10+10 其中Dc為計算所得直徑；D為所選標準直徑 二、數表程序化二、數表程序化 數表程序化是用程序完整準確地描述不同函數關系的數表，以便在運行過程中迅速有效地檢索和使用數表中的數據。 1 1、屏幕直觀輸出法、屏幕直觀輸出法 例: 將齒輪傳動強度計算中的使用系數KA數表程序化。要求根據原動機工作特性和工作載荷特性確定適宜的使用系數KA。解題分析解題分析 縱觀表格，雖然幅面不大、數據有限，但因KA是經驗值，實際應用允許根據情況綜合考慮，選取中間數值，僅憑程序中的簡單的條件判斷難以正確選取。此時，可采用屏幕直觀顯示整個數表的方法，讓用戶憑經驗自行選取KA

13、。 2 2、數組存儲法：、數組存儲法： 例：將平鍵和鍵槽與軸徑的尺寸關系表程序化。要求輸入軸徑后，能輸出相應的鍵和鍵槽的剖面尺寸。 注：在滿足傳遞所需轉矩條件下，允許用較小剖面的鍵，但應使鍵側與軸槽及輪槽接觸高度各為h/2。解題分析：解題分析：表中數據有如下特點： 項目多、確定而無規(guī)律。 每組鍵槽尺寸要適應一定范圍尺寸的軸徑使用。 標準附注功能應在程序中予以體現。為此，編程前需推導出鍵的剖面尺寸b、h與軸徑d的幾何關系式，從中算出t和t1。 3 3、公式計算法、公式計算法（1）插值法 設法構造某個簡單的函數Y=P(x)作為列表函數f(x)的近似表達式，然后，計算P(x)值以得到f(x)的近似值

14、。并且使f(x)=P(xi) i=1，2，3.，n成立。P(xi)就稱為f(x)的插值函數，點x1,x2,x3.,xn稱為插值節(jié)點。線性插值線性插值 即兩點插值。已知插值點即兩點插值。已知插值點P的相鄰兩點：的相鄰兩點：y1=f(x1)，y2=f(x2)，如圖所示。近似認為在此區(qū)域，函數呈線性，如圖所示。近似認為在此區(qū)域，函數呈線性變化，根據幾何關系可求的插值點變化，根據幾何關系可求的插值點P對應于對應于x的函數值。的函數值。 線性插值舉例線性插值舉例 拉格朗日插值拉格朗日插值 從幾何示意圖顯示，線性插值的誤差比較大，需要的情況下，可采用多次插值公式，提高插值精度。 原理：將線性插值公式整理得

15、 工程手冊中的線圖可能來源于某已知的復雜理論公式，也可以根據經驗數據制作出來，對于前者，查閱其原始公式編程即可。對于后者，可采用經驗公式處理，建立這種經驗公式的過程稱為曲線擬合。 曲線擬合的方法 常用的典型方法是最小二乘法。 線性方程擬合 對數方程擬合 指數方程擬合 對數指數方程擬合 多項式擬合 三、線圖程序化三、線圖程序化 線圖程序化的步驟：線圖程序化的步驟： （1）線圖數表化。要注意：弄清線圖坐標的含義，確切掌握坐標的比例性質、大小和量綱；讀準數值，尤其是特征點-起點、終點、峰點、谷點、轉折點、中點等。 （2）確定合理的精度，控制誤差在允許的范圍之內。 （3）正確運用分段原則。按曲線走向，

16、相似部分作為一段，分段擬合，使方程簡化并且可提高精度。 （4）選擇合適的擬合方程。采用多種方程分別擬合，從中選出最佳方案。 （5）根據建立的擬合方程編程。 數據資料文件化數據資料文件化 數據資料文件化通常采用兩種類型文件數據資料文件化通常采用兩種類型文件 文本文件 文本文件用于存儲行文檔案資料，如技術報告、專題分析、論證材料等，可利用任何一種計算機文字處理工具軟件建立。數據文件 是記錄的集合，有自己固定的存取格式，用于存儲數據、短字符串數據，如零件編碼、切削參數、標準零件尺寸等。數據資料文件化要注意的幾個問題數據資料文件化要注意的幾個問題 數據資料的正確組織。 選擇適宜的文件組織方法，根據要存

17、儲數據的使用情況、數量大小選擇建立順序、索引或直接存取文件。 正確錄入數據，這是系統正確運行的前提。 注意保存、備份數據文件。數據庫數據庫是一種能較好地解決共享問題的數據處理方法。 一、數據庫的特點一、數據庫的特點 數據庫技術是在人工管理，文件管理文件管理技術上發(fā)展起來的數據管理技術。 特特 點點說說 明明復雜的數據模型 即在描述數據的同時，也描述數據之間的聯系，即數據結構化。數據共享性好，冗余度低 數據庫從整體觀點處理數據，面向系統，因而彈性大，使用靈活，實現了數據共享。數據具有獨立性 數據可獨立于程序存在，應用程序也不必隨數據結構的變化而修改。數據具有安全性和完整性 數據庫系統提供數據的控

18、制功能，保護數據，防止不合理使用；保證數據的確定性、有效性和相容性，即數據的完整性。第四節(jié)第四節(jié) 數據庫的基本原理與應用數據庫的基本原理與應用二、數據庫管理系統二、數據庫管理系統 數據庫的特點是由數據庫管理系統DBMS（Data Base Management System）來保障的，因而DBMS是數據庫軟件系統的核心。 組成部分組成部分功能功能硬件 支持數據庫管理系統、應用程序運行的設備環(huán)境。軟件 支持數據庫管理系統運行的軟件環(huán)境。包括支持DBMS的操作系統、宿主語言系統、數據庫管理系統以及應用程序。（數據庫軟件系統層次如下圖）數據庫管理員（Data Base Administrator，簡

19、稱DBA） 負責數據庫系統的建成，維護和協調工作的專門人員。數據庫 是由DBMS建立、運用、管理及維護的通用化的、綜合性的數據集合。1、數據庫系統構成、數據庫系統構成整理ppt2、數據庫管理系統的功能、數據庫管理系統的功能 功能功能說明說明數據庫定義功能實現全局邏輯結構、局部邏輯結構和物理結構定義，權限定義等。數據庫管理功能提供對數據進行各種應用操作，例如：檢索、排序、統計、輸入、輸出的功能。數據庫的建立和維護功能即建立、更新、再組織數據庫等結構維護功能。通信功能具備與操作系統的聯機處理功能分時系統及遠程作業(yè)輸入的相應接口。其他功能如應用程序的開發(fā)、文件管理、存儲變量、設備控制等。3、數據庫管

20、理系統的抽象層次、數據庫管理系統的抽象層次 在數據庫系統中，用戶看到的數據與計算機中存放的數據在數據庫系統中，用戶看到的數據與計算機中存放的數據并不是一一映像的關系，而是存在著三個層次：并不是一一映像的關系，而是存在著三個層次：層層 次次說說 明明外模型 用戶使用的數據視圖。這是一種局部的邏輯數據視圖，它表示用戶所理解的實體、實體屬性和實體間的聯系。外模型有多個，處于系統的外部。概念模型 數據庫系統的全局邏輯視圖。它代表了整個系統的抽象實體、實體屬性和實體間的聯系。概念模型只有一個，屬于系統的概念層。內模型 物理數據存儲的模型。亦只有一個，處于系統的內層，也是最低層 。 4、數據模式數據模式

21、對于不同層次的模型，也有相應的模式：外模式（子模式）對于不同層次的模型，也有相應的模式：外模式（子模式）；概念模式（模式）；內模式（物理模式）；概念模式（模式）；內模式（物理模式） 1、層次模型、層次模型 用樹形結構表示實體之間聯系的模型稱為層次模型，它用樹形結構表示實體之間聯系的模型稱為層次模型，它能描述一對多的關系。能描述一對多的關系。 層次模型必須滿足兩個條件： 只有一個根結點。 根以外的其他節(jié)點有且只有一個父節(jié)點。 三、數據庫的數據模型三、數據庫的數據模型2 2、網狀模型、網狀模型網狀模型必須滿足兩個條件： 可以有兩個以上結點無父點。 至少有一個結點有多于一個父結點。 3、關系模型、關

22、系模型 這是一種用二維表結構表示實體之間聯系的模型，能描述多對多的關系。一個二維表就成為一個關系： 材料材料屈服極限屈服極限s/MPas/MPa10 210Q215 220Q235 24035 32045 360 作為一個“關系”的二維表，必須滿足如下條件： 表中每一列必須是基本數據項，而不是組合項。 表中每一列必須具有相同的數據類型。 表中的每一列必須有一個唯一的屬性名。表中不應有內容相同的行。 行與列的順序均不影響表中所表示的信息含義。1、工程數據庫管理系統、工程數據庫管理系統 簡稱EDBMS(Engineering Data Base Management System)，其功能是針對工

23、程數據的特點而設置的。 工程數據庫管理系統功能特點工程數據庫管理系統功能特點 能描述復雜的數據模型，保存相關語義信息。 支持模式的動態(tài)定義和修改，不需重新編譯和數據重載。支持工程長事務的處理。能存儲和管理各種類型數據，并支持圖形標準件的相互轉化，具有多庫協調管理能力。具有版本管理功能。支持程序控制和交互操作兩種工作方式。具有分布式數據庫處理能力，支持多用戶工作環(huán)境。四、工程數據庫四、工程數據庫2、工程數據庫管理系統的開發(fā)方法、工程數據庫管理系統的開發(fā)方法 以商用DBMS為底層支撐環(huán)境，使用數據操縱語言嵌入宿主語言，建立更加簡潔、良好的人機界面和外圍管理結構，擴充所需的各種功能，從而達到適用于C

24、AD/CAM工程環(huán)境的目的。 分析、拆解商用DBMS原代碼，按EDBMS要求修改原組織結構、概念模式、擴充強化功能。 開發(fā)通用的工程數據庫管理系統，按EDBMS的規(guī)范化設計標準，將工程應用的特殊需求融于DBMS內部，從無到有地開發(fā)EDBMS。3、工程數據庫的發(fā)展趨勢、工程數據庫的發(fā)展趨勢 新型化新型化 智能化智能化 巨型化巨型化 工具化工具化 分布式分布式 集成化集成化 新一代數據庫技術新一代數據庫技術 1、分布式數據庫 數據庫技術與分布處理技術相結合產生了分布式數據庫（數據庫技術與分布處理技術相結合產生了分布式數據庫（Distribute Distribute DatabaseDatabas

25、e）。它是由一組分布在不同場地計算機中的數據組成，這組數據）。它是由一組分布在不同場地計算機中的數據組成，這組數據具有物理分布性、邏輯整體性、分布獨立性和場地自制能力。具有物理分布性、邏輯整體性、分布獨立性和場地自制能力。 所謂物理分布性，即數據庫中的數據分布在計算機網絡的不同場地計所謂物理分布性，即數據庫中的數據分布在計算機網絡的不同場地計算機上。所謂邏輯整體性，即數據庫中的數據雖然物理分布，但邏輯相關算機上。所謂邏輯整體性，即數據庫中的數據雖然物理分布，但邏輯相關，是相互聯系的整體。所謂獨立分布，即分布透明性，在用戶來看，整個，是相互聯系的整體。所謂獨立分布，即分布透明性，在用戶來看，整個

26、數據庫系統仍是一個集中的數據庫，不關心數據物理位置分布的細節(jié)，分數據庫系統仍是一個集中的數據庫，不關心數據物理位置分布的細節(jié)，分布的實現完全由系統完成。所謂場地自制能力，即系統網絡中的每個節(jié)點布的實現完全由系統完成。所謂場地自制能力，即系統網絡中的每個節(jié)點具有獨立處理能力，可以執(zhí)行局部應用，同時也能通過網絡執(zhí)行全局應用具有獨立處理能力，可以執(zhí)行局部應用，同時也能通過網絡執(zhí)行全局應用。 分布式數據庫能夠適應部門分布的組織結構，降低通信代價，提高響分布式數據庫能夠適應部門分布的組織結構，降低通信代價，提高響應速度；能提高系統的可靠性和可用性，一個場地的故障不會引起整個系應速度；能提高系統的可靠性和可用性，一個場地的故障不會引起整個系統崩潰；有利于充分利用數據庫資源，提高現有集中式數據庫的利用率；統崩潰；有利于充分利用數據庫資源，提高現有集中式數據庫的利用率；便于擴展處理能力和系統規(guī)模。便于擴展處理能力和系統規(guī)模。 2、主動數據庫 數據庫技術和人工智能技術相結合產生了主動數據庫（Active Database）。它是相對傳統數據庫的被動性而言的，能根據應用系統的當前狀況，主動適時地作出反應，執(zhí)行某些操作向用戶提供相關信息。 主動數據庫強調主動性、快速性和智能