全套課件·計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(第二版)1

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（第二版） 第1章 CAD概論 1.1 CAD的內(nèi)涵、功能和任務(wù) 1定義：CAD是Computer Aided Design(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))的簡(jiǎn)稱。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是將人和計(jì)算機(jī)的最佳特性結(jié)合起來，輔助進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析的一種技術(shù)，是綜合了計(jì)算機(jī)與工程設(shè)計(jì)方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科。 2CAD的功能：工程設(shè)計(jì)的過程包括設(shè)計(jì)需求分析、概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)建模、設(shè)計(jì)分析、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)表示，CAD的功能就是在工程設(shè)計(jì)的過程中起相應(yīng)的作用，如圖1-1所示。 圖1-1 CAD系統(tǒng)的功能 (1)信息提供：CAD系統(tǒng)一般都有圖形庫和數(shù)據(jù)庫，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)與其它大型信息庫相連，因此

2、，在設(shè)計(jì)需求分析階段，設(shè)計(jì)師可以借助CAD系統(tǒng)查詢所需的市場(chǎng)需求信息和各種與該產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造有關(guān)的技術(shù)信息，從而對(duì)產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟(jì)性和制造要求等方面的可行性作出科學(xué)的估計(jì)。 (2) 決策支持系統(tǒng)：在概念設(shè)計(jì)過程中，需要用到專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及創(chuàng)造性思維，應(yīng)用人工智能中的專家系統(tǒng)技術(shù)而建立的決策支持系統(tǒng)，可以很好地解決結(jié)構(gòu)方案選擇等概念設(shè)計(jì)問題。 (3)幾何造型：幾何造型是用計(jì)算機(jī)及其圖形系統(tǒng)描述物體形狀，模擬物體動(dòng)態(tài)處理過程的一種技術(shù)。這種技術(shù)的采用，可以使設(shè)計(jì)師的感覺、空間想象能力和表現(xiàn)能力都得到延伸。 (4) 工程分析：工程分析技術(shù)是CAD的基礎(chǔ)技術(shù)，它包括有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、可靠性設(shè)計(jì)

3、方法、物理特性計(jì)算（如體積、慣性矩等）、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)模擬仿真等。 (5) 評(píng)價(jià)決策：對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，判斷其設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)的要求，若不滿足設(shè)計(jì)要求，則須進(jìn)行相應(yīng)的修改或進(jìn)行再設(shè)計(jì)，直到滿足設(shè)計(jì)要求為至。 (6) 圖形和文字處理：利用圖形支撐軟件繪制工程圖，將圖形文件通過繪圖機(jī)輸出。利用文字編輯排版軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)文檔制作，如工藝指導(dǎo)文件、設(shè)計(jì)說明書和產(chǎn)品說明書等。 3CAD技術(shù)的優(yōu)越性： (1) 可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)費(fèi)用。 (2) 為產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)計(jì)提供了有效途徑和可靠保證。 (3) 便于修改設(shè)計(jì)。 (4) 利于設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。 (

4、5) 可為計(jì)算機(jī)輔助制造和檢測(cè)（CAM，CAT）提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 (6) 有利于設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性的充分發(fā)揮。 利用CAD的目的就是實(shí)現(xiàn)某種程度的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，縮設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。CAD技術(shù)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的，美國(guó)科學(xué)院工程技術(shù)委員會(huì)對(duì)1986年的統(tǒng)計(jì)分析是： （1）降低工程設(shè)計(jì)成本13%30%； （2）減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的時(shí)間30%60%； （3）產(chǎn)品質(zhì)量的量級(jí)提高25倍； （4）減少加工過程30%60%； （5）降低人力成本5%20%； （6）增加產(chǎn)品作業(yè)生產(chǎn)率40%70%； （7）增加設(shè)備的生產(chǎn)率23倍； （8）增加工程師分析問題的廣度和深度的能

5、力335倍4CAD的主要任務(wù)： (1) 完成設(shè)計(jì)信息的計(jì)算機(jī)存貯和管理。 (2) 開發(fā)工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。 (3) 建立一個(gè)專用圖形系統(tǒng)或利用一個(gè)通用圖形系統(tǒng)，完成產(chǎn)品造型和工程圖繪制等任務(wù)。 (4) 將工程數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序以及圖形系統(tǒng)等部分有機(jī)地組成為一個(gè)完整的CAD系統(tǒng)，以適應(yīng)反復(fù)建立模型、評(píng)價(jià)模型和修改模型這種設(shè)計(jì)過程的需要。 1.2 CAD技術(shù)的發(fā)展 1發(fā)展歷程： 60年代是CAD發(fā)展的起步時(shí)期。1962年美國(guó)學(xué)者Ivan Sutherland研制出了名為Sketchpad的系統(tǒng)，這是一個(gè)交互式圖形系統(tǒng)，能在屏幕上進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)與修改。從此掀起了大規(guī)模研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的熱潮，并開始出現(xiàn)C

6、AD這一術(shù)語。 70年代，CAD技術(shù)進(jìn)入廣泛使用時(shí)期。到70年代后期，CAD技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域都得到了實(shí)際應(yīng)用。 80年代，CAD技術(shù)進(jìn)入突飛猛進(jìn)時(shí)期。 90年代，CAD技術(shù)的發(fā)展更趨成熟。 2發(fā)展趨勢(shì)： 未來CAD技術(shù)的發(fā)展將趨向集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化。 (1) 集成化。為適應(yīng)設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化的要求，特別是適應(yīng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的要求，進(jìn)一步提高CAD的集成化水平是CAD技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。將CAD、CAM、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝編程）、NCP（數(shù)控編程）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)）、P

7、DM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）集成為CAE（Computer Aided Engineering，計(jì)算機(jī)輔助工程），使設(shè)計(jì)、制造、工藝、數(shù)控編程、數(shù)據(jù)管理和測(cè)試工作一體化。 (2) 智能化。傳統(tǒng)的CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中主要用于計(jì)算分析和圖形處理等方面，對(duì)于概念設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、決策及參數(shù)選擇等問題的處理卻頗為困難，因?yàn)檫@些問題的解決需要專家的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造性思維。因此將人工智能的原理和方法，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng)CAD技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化CAD系統(tǒng)是工程CAD發(fā)展的必然趨勢(shì)。 (3) 標(biāo)準(zhǔn)化。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化問題越來越顯示出其重要性。迄今已制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，例如：計(jì)算機(jī)圖形接口CGI（co

8、mputer graphics）、計(jì)算機(jī)圖形文件標(biāo)準(zhǔn)CGM（computer graphics metafile）、基于圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范IGES（initial graphics exchange specification）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范STEP（standard for the exchange of product model data）等。 (4) 網(wǎng)絡(luò)化。協(xié)同設(shè)計(jì)需要多學(xué)科專家的協(xié)同工作，而實(shí)現(xiàn)這一協(xié)作的基礎(chǔ)就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成員在設(shè)計(jì)過程中方便地進(jìn)行信息交流，而信息交換的方式可以是電子郵件和視頻會(huì)議系統(tǒng)等。 1.3 CAD技術(shù)的應(yīng)用 1.3.1

9、 電子工業(yè) 現(xiàn)在CAD技術(shù)在電子工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到高度集成化，即集設(shè)計(jì)、制造和分析于一體的CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)，能完成設(shè)計(jì)圖紙輸入、設(shè)計(jì)驗(yàn)證分析、數(shù)控加工程序的自動(dòng)生成和自動(dòng)測(cè)試等一系列工作。 1.3 CAD技術(shù)的應(yīng)用 1.3.2 機(jī)械工業(yè) 1.機(jī)械設(shè)計(jì) 根據(jù)用戶要求確定產(chǎn)品應(yīng)該具備的功能，構(gòu)想出產(chǎn)品的工作原理、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞、結(jié)構(gòu)形狀、以及所用材料等事項(xiàng)，并轉(zhuǎn)化為具體的描述，如圖紙和設(shè)計(jì)文件等，以此作為制造、安裝、檢驗(yàn)的依據(jù)。 機(jī)械設(shè)計(jì)是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、裝配、銷售和生命周期的第一個(gè)和最重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)楫a(chǎn)品的成本 75%在設(shè)計(jì)階段決定的，產(chǎn)品的性能80%是在設(shè)計(jì)階段決

10、定的。 機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)“設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)再設(shè)計(jì)”的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程。 2.機(jī)械CAD設(shè)計(jì)方法 機(jī)械CAD就是在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域采用CAD設(shè)計(jì)方法。機(jī)械設(shè)計(jì)CAD是CAD技術(shù)應(yīng)用重要領(lǐng)域。 3.機(jī)械CAD的工作方式 CAD技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程，改變了人們的思維方式，工作方式和生產(chǎn)管理方式。原因是載體發(fā)生了變化，已不再是圖紙了。CAD工作方式體現(xiàn)在： 并行設(shè)計(jì)。進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各部門，可平行地進(jìn)行各自地工作，同時(shí)，還可共享到他人的信息，從網(wǎng)絡(luò)上獲得產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、各部門的設(shè)計(jì)結(jié)果、分析計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，并能對(duì)共同感興趣的進(jìn)行討論和協(xié)調(diào)。在設(shè)計(jì)中，這種協(xié)調(diào)是必不可少的。 在

11、設(shè)計(jì)階段就可模擬零件加工裝配，以及早發(fā)現(xiàn)加工工藝性方面的問題，甚至運(yùn)動(dòng)部件的相碰、相干涉的問題。 在設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行性能仿真，這將大幅度地減少試驗(yàn)工作量和費(fèi)用。 CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面： (1) 二維繪圖。 (2) 圖形及符號(hào)庫。 (3) 參數(shù)化設(shè)計(jì)。 (4) 三維造型。 (5) 工程分析。 (6) 生成設(shè)計(jì)文檔及報(bào)表。 1.3.3 建筑工業(yè) CAD技術(shù)在建筑領(lǐng)域也得到了充分的應(yīng)用，目前的建筑CAD系統(tǒng)可以在圖形顯示屏幕上構(gòu)畫建筑物的三維模型，進(jìn)行建筑外形、周圍環(huán)境、場(chǎng)地規(guī)劃、日照效應(yīng)等的設(shè)計(jì)，同時(shí)還可完成建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和內(nèi)部的平面布置設(shè)計(jì)以及建筑的管道設(shè)計(jì)、電氣

12、線路設(shè)計(jì)等，有些建筑CAD系統(tǒng)還包括工程概預(yù)算和工程投標(biāo)子系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)者、決策者及工程投標(biāo)提供支持。 目前CAD應(yīng)用中存在的問題： CAD系統(tǒng)僅作為繪圖工具，缺乏設(shè)計(jì)方法學(xué)的指導(dǎo)。 產(chǎn)品及零部件的標(biāo)準(zhǔn)化不足。 集成化程度不高，信息交換標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。 對(duì)數(shù)據(jù)和文檔缺乏完善的編碼和有效的分類系統(tǒng)。 缺乏完善的數(shù)據(jù)管理和過程管理系統(tǒng)。 第2章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng) 由一定的硬件和軟件組成的供輔助設(shè)計(jì)使用的系統(tǒng)稱為CAD系統(tǒng)。 2.1 CAD系統(tǒng)的硬件 CAD系統(tǒng)的硬件由主機(jī)和外圍設(shè)備組成，如圖2.1所示 圖2.1 CAD系統(tǒng)硬件的組成 一主機(jī) 中央處理器 控制器：解釋指令并控制指令的執(zhí)行順序主機(jī) 運(yùn)算器

13、：執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 內(nèi)存貯器組成。 衡量主機(jī)的指標(biāo)主要有以下三項(xiàng)： (1) 字長(zhǎng)。 (2) 運(yùn)行速度。常用以下指標(biāo)來度量主機(jī)的運(yùn)行速度：MIPS（百萬條指令/秒）、Mflops（百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒）或時(shí)鐘頻率。 (3) 內(nèi)存容量。 二外存貯器 外存貯器又稱為輔助存貯器，簡(jiǎn)稱外存，用來存放需要永久保存的或相對(duì)來說暫時(shí)不用的程序、數(shù)據(jù)等信息。 磁帶: (2) 磁盤: 軟磁盤、硬盤、移動(dòng)硬盤(3) 光盤: 只讀型光盤CD-ROM 、DVD-ROM 可寫型光盤CD-R、 DVD-R 可重寫型光盤CD-RW 、DVD-RW(4) U盤: 三輸入設(shè)備 輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)、信息的設(shè)備總稱。 (

14、1) 鍵盤 (2) 鼠標(biāo)器 鼠標(biāo)器是一種定位輸入設(shè)備，可很方便地完成定位、拾取和選擇等功能。在CAD作業(yè)中，可用它來選擇繪圖位置，拾取圖形上的目標(biāo)，選擇菜單中的選項(xiàng)等。 目前微機(jī)上最常見的是串行口鼠標(biāo)器，它通過微機(jī)上的串行接口與主機(jī)相連。(3) 數(shù)字化儀 數(shù)字化儀因制作原理不同而有多種型式，目前常用電磁感應(yīng)式數(shù)字化儀，它是一種電子圖數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，該數(shù)字化儀通常由一塊矩形臺(tái)板和一個(gè)電子感應(yīng)筆或游標(biāo)指示器組成，如圖2.2所示。(4) 掃描儀 掃描儀是一種圖像輸入設(shè)備，利用光電轉(zhuǎn)換原理，通過掃描儀光電管的移動(dòng)或原稿的移動(dòng)，把黑白或彩色的原稿信息數(shù)字化后輸入到計(jì)算機(jī)中，它還用于文字識(shí)別、圖像識(shí)別等新的領(lǐng)

15、域。 掃描儀是一種能將圖紙及文件快速輸入到計(jì)算機(jī)的高速輸入設(shè)備。 (5) 數(shù)碼相機(jī) 數(shù)碼照相機(jī)使用電荷耦合器件作為成像部件。它把進(jìn)入鏡頭照射于電荷耦合器件上的光影信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器處理成數(shù)字信息，并把數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相機(jī)內(nèi)的磁介質(zhì)中。 數(shù)碼相機(jī)可以將拍攝的圖像儲(chǔ)存在軟盤、Flash卡、PCMAIC卡等存儲(chǔ)裝置中，用戶可通過電纜線將儲(chǔ)存卡中的圖像輸入計(jì)算機(jī)，并利用軟件可對(duì)相片進(jìn)行二次處理。 掃描儀的工作原理如圖2.3所示。 圖2.3 掃描儀工作原理圖 CAD系統(tǒng)中常用的掃描儀，其輸出的是矢量化的圖形，即掃描儀掃描圖紙時(shí)，得到一個(gè)光柵文件，接著進(jìn)行矢量化處理，輸出一種格式緊湊的二

16、進(jìn)制矢量文件。對(duì)于不同的CAD 系統(tǒng)，還需對(duì)上述的二進(jìn)制矢量文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，才能變成特定的CAD系統(tǒng)可接受的圖形文件格式，如圖2.4所示。圖2.4 采用掃描儀的圖形輸入系統(tǒng)四輸出設(shè)備(1) 打印機(jī)： 撞擊式打印機(jī)：24針點(diǎn)陣打印機(jī) 打印機(jī) 激光打印機(jī) 非撞擊式打印機(jī)： 噴墨打印機(jī) (2) 繪圖機(jī)： 平板式繪圖機(jī) 筆式繪圖機(jī) 繪圖機(jī) 滾筒式繪圖機(jī) 噴墨繪圖機(jī) 非筆式繪圖機(jī) 激光繪圖機(jī) 靜電繪圖機(jī) 五圖形顯示設(shè)備 顯示器件有陰極射線管（CRT）、液晶顯示（LCD）、激光顯示、等離子體顯示等。當(dāng)前最常用的是陰極射線管顯示器和液晶顯示器。 顯示器所顯示的數(shù)字、字符和圖像是由一個(gè)個(gè)象素組成的，象素是顯

17、示屏上的最小信息，每個(gè)小點(diǎn)稱作一個(gè)象素。組成顯示網(wǎng)絡(luò)的象素多少?zèng)Q定了圖形的清晰程度，通常用分辨率表示，象素越多，分辨率越高。目前微機(jī)顯示器的分辨率通常有中分辨率（600350，640480）和高分辨率（800600，1024768，12801024）兩類。 2.2 CAD 系統(tǒng)的軟件 系統(tǒng)軟件 CAD系統(tǒng)的軟件可分為三個(gè)層次 支撐軟件 應(yīng)用軟件 一系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件指操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實(shí)用程序等，它用于計(jì)算機(jī)的管理、控制和維護(hù)。 1操作系統(tǒng)。 2編譯系統(tǒng)。 3系統(tǒng)實(shí)用程序。 二支撐軟件 1圖形處理軟件。負(fù)責(zé)CAD的繪圖。 2幾何建模軟件。Pro/E等 3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。如FoxBASE，F(xiàn)oxPR

18、O，工程數(shù)據(jù)庫等 計(jì)算方法庫：如解線性方程組。 優(yōu)化方法軟件：4工程分析及計(jì)算軟件 有限元分析軟件：如ADINA等 機(jī)構(gòu)分析及機(jī)構(gòu)綜合的軟件： 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析軟件。5文檔制作軟件。WPS，WORD2003等。 三 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是用戶為解決各類實(shí)際問題，在系統(tǒng)軟件的支持下而設(shè)計(jì)、開發(fā)的程序，或利用支撐軟件進(jìn)行二次開發(fā)形成的程序，應(yīng)用軟件的功能和質(zhì)量直接影響CAD系統(tǒng)的功能和質(zhì)量。 2.3 CAD系統(tǒng)的型式 一大（中）型機(jī)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)以大（中）型機(jī)為主機(jī)，擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和豐富的信息資源，可直接集中支持十幾個(gè)，甚至幾十個(gè)CAD終端，還可集中配備某些公用的外部設(shè)備，如圖形輸入/輸出設(shè)備等。這

19、種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是主機(jī)功能強(qiáng)，可以完成大型、復(fù)雜的CAD作業(yè)。 二工作站系統(tǒng) CAD工作站是一種適用于單用戶、使用UNIX操作系統(tǒng)、具有極高的運(yùn)算速度和強(qiáng)大的圖形處理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。工作站在性能上優(yōu)于微機(jī)，目前在我國(guó)市場(chǎng)上的國(guó)內(nèi)外工作站產(chǎn)品有HP、SUN、IBM、DEC、三星、華勝、海信等。 三微機(jī)系統(tǒng) 以32位微機(jī)作為主機(jī)，為單用戶系統(tǒng)，配備有一個(gè)圖形終端、圖形輸入設(shè)備、圖形輸出設(shè)備、外部存儲(chǔ)器等設(shè)備。微機(jī)系統(tǒng)有如下兩個(gè)特點(diǎn)： (1) 微機(jī)性能價(jià)格比高。 (2) 微機(jī)的硬件和軟件配置靈活、豐富。 四網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)型CAD系統(tǒng)是將分布于各處的多臺(tái)各類計(jì)算機(jī)以網(wǎng)絡(luò)形式連接起來。目前常用的網(wǎng)絡(luò)型C

20、AD系統(tǒng)大多采用局域網(wǎng)（LAN）。 下面介紹三種常見的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：（1）總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 由電纜形成網(wǎng)絡(luò)的主干（總線），各個(gè)節(jié)點(diǎn)直接或通過較短電纜連到這個(gè)總線上，信號(hào)沿著總線傳輸。（2）星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 是一種集中控制的主從式結(jié)構(gòu)，除中心節(jié)點(diǎn)外，任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信都要經(jīng)過中心節(jié)點(diǎn)。（3）環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 節(jié)點(diǎn)以環(huán)狀相連，信息沿著這個(gè)環(huán)按順序傳遞。如果下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是這個(gè)信息的接收者，則它就接收這個(gè)信息，否則就把這個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。 第3章 工程數(shù)據(jù)的處理 從總體上說，處理工程數(shù)據(jù)的方法有以下三種： 1程序化處理：在編程時(shí)將數(shù)據(jù)以一定的形式直接放于程序中。 特點(diǎn)：程序與數(shù)據(jù)結(jié)合在一起。 缺點(diǎn)：數(shù)

21、據(jù)無法共享，增大程序的長(zhǎng)度。 2文件化處理：將數(shù)據(jù)放于擴(kuò)展名為.DAT的數(shù)據(jù)文件中，需要數(shù)據(jù)時(shí)，由程序來打開文件并讀取數(shù)據(jù)。 特點(diǎn)：數(shù)據(jù)與程序作了初步的分離，實(shí)現(xiàn)了有條件的數(shù)據(jù)共享。 缺點(diǎn)：（1）文件只能表示事物而不能表示事物之間 的聯(lián)系。 （2）文件較長(zhǎng)。 （3）數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間仍有依賴關(guān)系。 （4）安全性和保密性差。 3數(shù)據(jù)庫管理：將工程數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫中，可以克服文件化處理的不足。特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)共享。 （2）數(shù)據(jù)集中。 （3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，既表示了事物，又表示了事物之間的聯(lián)系。 （4）數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序無關(guān)。 （5）安全性和保密性好。 由于CAD作業(yè)的性質(zhì)以及數(shù)據(jù)處理的規(guī)模大小的不同，因而

22、必須根據(jù)實(shí)際情況選用上述三種數(shù)據(jù)處理方式的其中一種。方式的選擇原則是：有利于提高CAD作業(yè)的效率，降低開發(fā)的成本。 3.1 數(shù)表的程序化處理 3.1.1 一維數(shù)表的處理 定義：只由一個(gè)已知變量查取所需數(shù)據(jù)的表格，稱為一維數(shù)表。 例：表3-1為由小鏈輪齒數(shù)Z查取齒數(shù)系數(shù)K的一維數(shù)表，試對(duì)其進(jìn)行程序化處理。 表3-1 Z 9111315171921 K0.4460.5550.6670.7750.8931.001.12 Z23252729313335 K1.231.351.461.581.701.811.94用Turbo C語言編程如下(yyyy1.c)：main() int i,Z1,ip=20;

23、 int Z14=9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35; float K14=0.446,0.555,0.667,0.775,0.893,1.00,1.12,1.23, 1.35 , 1.46,1.58,1.70,1.81,1.94; printf(“請(qǐng)輸入鏈輪齒數(shù)Z1：”); scanf(“%d”, &Z1); for(i=0;i14;i+) if(Zi=Z1) ip=i; i=15; if(ip20) printf(“n當(dāng)Z=%d時(shí)，K=%f”, Zip,Kip); else printf(“n輸入錯(cuò)誤！”); 3.1.2 二維數(shù)表的處理 定義：

24、需由二個(gè)已知條件才能確定一個(gè)未知數(shù)據(jù)的表格，稱為二維數(shù)表。 例：表3-2用于鏈輪設(shè)計(jì)中，由節(jié)距t和鏈輪齒數(shù)z查取鏈輪軸孔最大直經(jīng)dkmax和齒側(cè)凸緣最大直經(jīng)dh，試對(duì)其進(jìn)行程序化處理。 表3-2節(jié)距t9.52512.7015.87519.0525.40齒數(shù)zdhdkdhdkdhdkdhdkdhdk1122113018372245276038132815382248305736775115352046285837704693611741245434684582531107419472963417951946212684215333714789591077214295235937795199651

25、198015910925654287571097313188175120取變量： 齒數(shù)zZi i=1,2,3,8 節(jié)距t Ti i=1,2,3,10 dhDHi,j i=1,2,3,8 j=1,2,3,10 dkDKi,j i=1,2,3,8 j=1,2,3,10 節(jié)距t31.7538.1044.4550.863.50齒數(shù)zdhdkdhdkdhdkdhdkdhdk117650916010671121801521031396641167913591155105193132151178014095164111187129235163171379316511219313222015227519319

26、158108189129221153253177316224211781222141482501752852003572542319913723816527819731822439827825219152263184307217335249438310用Turbo C語言編程如下(yyyy2.c)：main()int i,j,Z1,ip=20,jp=20; float T1; int Z8=11,13,15,17,19,21,23,25; float T10=9.525,12.7,15.875,19.05,25.4,31.75,38.1,44.45, 50.8,63.5; int DH810=

27、22,30,37,45,60,76,91,106,121,152, 28,38,48, 57,77, 96,116,135,155,193,35,46,58,70,93,117,140,164, 187, 235,41,54,68,82,110,137,165,193,220,275, 47, 63,79, 94,126,158,189,221,253,316, 53,71,89,107, 142,178, 214,250,285,357, 59,79,99,119,159,199, 238,278,318, 398,65,87,109,131,175,219,263,307,315,438,

28、; int DK810=11,18,22,27,38,50,60,71,80,103, 15,22,30,36,51,64, 79,91,105,132, 20,28,37,46,61,80,95,111,129, 163, 24,34,45, 53,74,93,112,132,152,193,29,41,51,62,84,108,129,153,177, 224,33,47,59,72,95,122,148,175,200,254, 37,51,65,80,109, 137,165,196,224,278, 42,57,73,88,120,152,184,217,249,310; print

29、f(“請(qǐng)輸入鏈輪齒數(shù)Z1：”);scanf(“%d”, &Z1);for(i=0;i8;i+) if(Zi=Z1) ip=i; i=9; printf(“請(qǐng)輸入節(jié)距T1：”);scanf(“%f”, &T1);for(j=0;j10;j+) if(Tj=T1) jp=j; j=11; if(ip20 & jp20) printf(“n當(dāng)z=%d, t=%f時(shí)，dh=%d, dkmax=%d”, Zip,Tjp), DHipjp,DHipjp); else printf(“n輸入錯(cuò)誤！”); 3.2 數(shù)表的文件化處理 1用編輯軟件產(chǎn)生順序文件 2用程序生成順序文件main() int i; in

30、t a10=1,2,3,4,5,60,70,80,90,100; FILE *fp; fp=fopen(“AA.DAT”, “w”); for(i=0;i5;i+) fprintf(fp, “%d ”; ai); fprintf(fp, “n”); for(i=5;i10;i+) fprintf(fp, “%d ”; ai); fclose(fp); 3文件的讀取和檢索 以表3-1由小鏈輪齒數(shù)Z查齒數(shù)系數(shù)K的文件化處理為例： 建立數(shù)據(jù)文件ZK.DAT如下： 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 38 0.446 0.555 0.667 0.775 0

31、.893 1.0 1.12 1.23 1.35 1.46 1.58 1.70 1.81 1.94 2.12 用Turbo C語言編程如下(yyyy3.c)： main() int i,z1,z15,jp=20; float k15; FILE *fp; fp=fopen(“ZK.DAT”, “r”); for(i=0;i15;i+) fscanf(fp, “%d”, &zi); for(i=0;i15;i+) fscanf(fp, “%f”, &ki); fclose(fp); printf(“請(qǐng)輸入鏈輪齒數(shù)z1：”); scanf(“%d”, &z1); for(i=0;i15;i+) if

32、(zi=z1) ip=i; i=16; if(ip20) printf(“n當(dāng)z=%d時(shí)，k=%f”, zip,kip); else printf(“n輸入錯(cuò)誤！”); 3.3 一維數(shù)表的插值處理 由于一維數(shù)表只給出了結(jié)點(diǎn)X1，X2，Xn對(duì)應(yīng)的函數(shù)值Y1，Y2，Yn，而對(duì)于非結(jié)點(diǎn)上的函數(shù)值，如對(duì)表3-1，欲取非結(jié)點(diǎn)Z1=18或Z1=24時(shí)的K值，則必須用插值法解決。 1線性插值法： 已知：兩點(diǎn)（X1，Y1），（X2，Y2） 求： 位于X1，X2之間的X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的Y 可用如下的線性插值公式： Y=Y1+(Y2-Y1)(X-X1)/(X2-X1) 仍以小鏈輪齒數(shù)Z查齒數(shù)系數(shù)K為例，具有線性插值功能

33、的文件化處理程序如下(yyyy4.c)：main () int i,z1,z15,x1,x2,ip=20,key1=0; float y1,y2,kz,k15; FILE *fp; fp=fopen(zk.dat, r); for(i=0;i15;i+) fscanf(fp, %d, &zi); for(i=0;i15;i+) fscanf(fp, %f, &ki); fclose(fp); printf(Input z1: ); scanf(%d, &z1); for(i=0;i15;i+) if(zi=z1) kz=ki; key1=1; i=16; if(key1=0) for(i=0;

34、i15;i+) if(ziz1) x1=zi-1; y1=ki-1; x2=zi; y2=ki; kz=y1+(y2-y1)*(z1-x1)/(x2-x1); printf(n z=%d, k=%f, z1, kz); 2拉格朗日二次插值（拋物線插值）： 已知：三點(diǎn)（X1，Y1），（X2，Y2），（X3，Y3） 求：位于X1，X2之間或X2，X3之間的X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的Y可用如下的拋物線插值公式： Y=(X-X2)(X-X3)/(X1-X2)(X1-X3)*Y1+(X-X1)(X- X3)/(X2-X1)(X2-X3) *Y2+(X-X1)(X-X2)/(X3- X1)(X3-X2)*Y3 拋物線插

35、值的C語言函數(shù)如下：float larg(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x0)int x1,x2,x3,x0; float y1,y2,y3; int i,j,x3; float p,y0,y3; x0=x1; y0=y1; x1=x2; y1=y2; x2=x3; y2=y3; y0=0.0; for(i=0;i3;i+) p=1.0; for(j=0;j3;j+) if(i!=j) p=p*(x0-xj)/(xi-xj); y0=y0+p*yi; return(y0); 3.4 線圖的處理 線圖的處理方法有兩種，一種是將其轉(zhuǎn)換成表格，對(duì)非表格節(jié)點(diǎn)采用插值法求得；另一種方法是將其寫成公

36、式表示。3.4.1 線圖的表格化處理 如果能把線圖轉(zhuǎn)換成表格，那么就可以使用數(shù)表的處理方法對(duì)其進(jìn)行處理?，F(xiàn)有圖3.1所示線圖，下面對(duì)其進(jìn)行表格化處理： 在圖3.1所示線圖上取n個(gè)節(jié)點(diǎn)（X1，Y1）（X2，Y2）（Xn,Yn），將其制成表格如表3-3所示。節(jié)點(diǎn)數(shù)取得越多，精度就越高。節(jié)點(diǎn)的選取原則是使各節(jié)點(diǎn)的函數(shù)值不致相差很大。 圖3.1 線圖 X1 X2 X3 . Xn Y1 Y2 Y3 Yn 將線圖表格化后，再參照數(shù)表處理方法，用程序化或文件化處理方法進(jìn)行處理。 3.4.2 線圖的公式化處理 上述線圖的表格化處理方法，不僅工作量較大，而且還需占用大量的存儲(chǔ)空間。因此，理想的線圖處理方法是對(duì)線

37、圖進(jìn)行公式化處理。 線圖的公式化處理有兩種方法。一種是找到線圖原來的公式，另一種是用曲線擬合的方法求出描述線圖的經(jīng)驗(yàn)公式。曲線擬合的方法很多，常用的是最小二乘法。下面介紹曲線擬合的最小二乘法。 表3-3 1最小二乘法擬合的基本原理已知：線圖曲線I求：多項(xiàng)式y(tǒng)=Pm(x)，它表示的曲線為II圖3-2 數(shù)據(jù)的曲線擬合在曲線I上取n個(gè)點(diǎn)（xi，yi） i=1，2，3，n設(shè)擬合公式為因此每一結(jié)點(diǎn)處的偏差為偏差的平方和為2最小二乘法的多項(xiàng)式擬合 設(shè)擬合的m次多項(xiàng)式為 則結(jié)點(diǎn)偏差的平方和為 因?yàn)槭且阎囊唤M數(shù)，它們?cè)谑街锌煽醋鞒?shù)，因此可以看作是的函數(shù)，即求出為極小時(shí)的的值，并將它們代入式（3-1）中，所

38、得的多項(xiàng)式即為所求的擬合曲線方程式。此時(shí)的問題是求偏差平方和的極值，欲使為極小，必須使 于是 的條件也就為 即 3.5 工程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理 3.5.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及管理 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一種能夠“管理大量的、持久的、可靠的、共享的數(shù)據(jù)的工具”，通俗地講，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可把諸如表格、卡片、設(shè)備及零部件等數(shù)據(jù)有組織地集合在一起，輸入到計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)處理，再按一定要求輸出結(jié)果。 雖然數(shù)據(jù)庫也是以文件方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但它是數(shù)據(jù)的一種高級(jí)組織形式。在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間，有一個(gè)新的數(shù)據(jù)管理軟件DBMS（DataBase Management System），即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一組專門處理

39、、訪問數(shù)據(jù)庫的程序，它可完成數(shù)據(jù)庫的定義、管理、建立、維護(hù)等操作，是用戶與數(shù)據(jù)庫之間的接口。 每一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。數(shù)據(jù)模型是指數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)的組織方式，描述了數(shù)據(jù)之間的各種聯(lián)系?，F(xiàn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，常用的數(shù)據(jù)模型有以下三種： 1層次模型 用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為層次模型，它能描述一對(duì)多的關(guān)系。 2網(wǎng)狀模型 這種模型是用網(wǎng)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述數(shù)據(jù)庫的總體邏輯結(jié)構(gòu)，它體現(xiàn)了事物之間“多對(duì)多”的關(guān)系。 3關(guān)系模型 上述兩種模型都是結(jié)構(gòu)化模型，使用時(shí)，事先均需根據(jù)應(yīng)用的需要，將數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系固定下來，所以缺乏柔性。 關(guān)系模型把實(shí)體與實(shí)體間的聯(lián)系歸結(jié)為二維表的組織結(jié)構(gòu)，

40、每一張二維表稱為一個(gè)關(guān)系，其中表中的每行為一個(gè)記錄，每列為數(shù)據(jù)項(xiàng)（稱為字段）。 關(guān)系模型的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但能夠處理復(fù)雜的實(shí)體之間的聯(lián)系，因此得到廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的FoxBASE，F(xiàn)oxPro都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 3.5.2 FoxPro關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 1FoxPro系統(tǒng)簡(jiǎn)介 (1) 命令。在FoxPro語言中，對(duì)數(shù)據(jù)的操作都是由命令來完成的。命令相當(dāng)于一般高級(jí)語言中的語句，但更精煉。FoxPro操作命令的一般形式為： 命令動(dòng)詞FORWHILE (2) 函數(shù)。在FoxPro中提供了大量的內(nèi)部函數(shù)，每個(gè)函數(shù)都有函數(shù)名。FoxPro提供了七大類函數(shù)，包括字符處理函數(shù)、數(shù)值函數(shù)、邏輯

41、函數(shù)、日期和時(shí)間函數(shù)、數(shù)據(jù)庫操作函數(shù)、系統(tǒng)函數(shù)和其他函數(shù)。 (3) 文件。FoxPro有多種文件類型，以擴(kuò)展名不同來區(qū)分。 (4) 操作符。FoxPro提供了四種類型的運(yùn)算，因而有四種操作符： 算術(shù)操作符 : +、-、*、/、*、（）、% 關(guān)系操作符 : 、=、=、=、 or # 邏輯操作符 : AND、OR、NOT or ！ 字符串操作符: +、- (5) 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。對(duì)數(shù)據(jù)庫中每個(gè)字段的定義建立了數(shù)據(jù)庫文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。字段定義由三項(xiàng)組成： 字段名:字段名可達(dá)10個(gè)字符長(zhǎng)，必須用一個(gè)字母打頭 字段類型 : FoxPro針對(duì)字段變量定義了五種數(shù)據(jù)類型： C字符型 N數(shù)字型 D日期型（月/日/年

42、） L邏輯型 M明細(xì)型 字段寬度 :指在字段中含有字符或數(shù)字的最大個(gè)數(shù)。 2FoxPro常用命令 FoxPro數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了100多種操作命令，包括數(shù)據(jù)庫文件的建立、編輯、使用、檢索、統(tǒng)計(jì)、多重?cái)?shù)據(jù)庫操作、報(bào)表輸出及其他輔助功能等。下面介紹一些FoxPro的常用命令。 (1) CREATE命令 CREATE為建立數(shù)據(jù)庫文件基本結(jié)構(gòu)的命令，其一般格式為： CREATE 該命令將建立一個(gè)用戶給定的數(shù)據(jù)庫文件，默認(rèn)擴(kuò)展名為.DBF。 (2) APPEND命令 APPEND命令用于向數(shù)據(jù)庫“追加”數(shù)據(jù)記錄。 (3) USE命令 USE命令用于打開數(shù)據(jù)庫文件，其一般格式為： USE (4) LIST命

43、令 LIST命令常被用來顯示數(shù)據(jù)庫文件中的所有記錄或顯示數(shù)據(jù)庫文件的結(jié)構(gòu)。 (5) DISPLAY命令 DISPLAY命令與LIST命令的功能相似，但當(dāng)沒有指定范圍時(shí)，DISPLAY命令只顯示當(dāng)前一條記錄。 (6) GOTO命令 GOTO命令是將記錄指針直接定位到指定的記錄上 (7) SKIP命令 SKIP命令的一般格式為： SKIP 該命令用于將記錄指針從當(dāng)前位置向前或向后移動(dòng)，移動(dòng)的記錄數(shù)等于的值。 (8) EDIT命令 EDIT命令用于從當(dāng)前記錄開始順序修改記錄。 (9) LOCATE命令 LOCATE命令用來在無索引的數(shù)據(jù)庫文件中查找滿足條件的記錄，它的一般格式為： LOCATE FO

44、R WHILE (10) SUM命令 SUM命令用來對(duì)有關(guān)數(shù)字型字段的表達(dá)式求和，它的一般格式為: SUM FOR WHILE 3FoxPro常用函數(shù)： 在FoxPro中提供了大量的內(nèi)部函數(shù),以滿足用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編程的需要。下面分類介紹FoxPro中的常用函數(shù)。 (1) 數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù) * 取絕對(duì)值函數(shù)ABS( ) * 指數(shù)函數(shù)EXP( ) * 取整函數(shù)INT( ) * 自然對(duì)數(shù)函數(shù)LOG( ) * 平方根函數(shù)SQRT( ) * 最大值函數(shù)MAX( ) (2) 字符函數(shù) 這里只介紹求子串函數(shù)SUBSTR( )，調(diào)用該函數(shù)的一般格式為：SUBSTR（， ，） (3) 轉(zhuǎn)換函數(shù) * 小寫轉(zhuǎn)換大寫函數(shù)

45、UPPER( ) * 大寫轉(zhuǎn)換小寫函數(shù)LOWER( ) * 數(shù)字型轉(zhuǎn)換成字符型函數(shù)STR( ) * 字符型轉(zhuǎn)換成數(shù)字型函數(shù)VAL( ) (4) 測(cè)試函數(shù) * 數(shù)據(jù)類型測(cè)試函數(shù)TYPE( ) * 字符串長(zhǎng)度測(cè)試函數(shù)LEN( ) * 光標(biāo)行坐標(biāo)測(cè)試函數(shù)ROW( ) * 光標(biāo)列坐標(biāo)測(cè)試函數(shù)COL( ) * 文件結(jié)束測(cè)試函數(shù)EOF( ) 4建立數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)錄入 數(shù)據(jù)庫文件的建立包括兩個(gè)步驟：首先是定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，也就是要把數(shù)據(jù)庫含有多少個(gè)字段，每個(gè)字段的特征（字段名、數(shù)據(jù)類型、字段寬度、小數(shù)點(diǎn)位數(shù)）告訴系統(tǒng)。其次是按照定義好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)輸入每條記錄的數(shù)據(jù)內(nèi)容。 (1) 定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)： 可用定義數(shù)據(jù)庫

46、結(jié)構(gòu)的命令CREATE或利用FoxPro菜單系統(tǒng)定義一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫。 (2) 數(shù)據(jù)的輸入： FoxPro有多種數(shù)據(jù)輸入方式，最常用的有以下三種： * 立即方式輸入數(shù)據(jù) * 擴(kuò)充方式追加新記錄 * 使用BROWSE命令增加數(shù)據(jù) 5程序設(shè)計(jì) FoxPro不僅提供了單命令的工作方式，還允許用戶編寫程序執(zhí)行預(yù)定的操作，即可將FoxPro提供的命令、函數(shù)和程序控制語句組織成為有序的集合，并以文件的形式存放在磁盤上，這個(gè)有序的集合稱之為FoxPro源程序，這個(gè)文件稱之為源程序文件。在FoxPro中，源程序的擴(kuò)展名為.PRG，程序文件可用任何一種編輯軟件建立和修改。程序設(shè)計(jì)功能為用戶在FoxPro系統(tǒng)的基礎(chǔ)

47、上開發(fā)各自所需的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件提供了保證。 3.5.3 數(shù)表的數(shù)據(jù)庫處理 我們可以用FoxPro數(shù)據(jù)庫來處理表格數(shù)據(jù)。下面以表3-2二維數(shù)表為例來介紹數(shù)表的數(shù)據(jù)庫處理方法： 1建立數(shù)據(jù)庫文件： 確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 字段名 類型 寬度 小數(shù) 1 齒數(shù)Z N 2 0 2 節(jié)距T N 6 3 3 凸緣直徑DH N 6 1 4 軸孔直徑DK N 6 1建立TABP.DBF庫文件，并輸入記錄的內(nèi)容：記錄號(hào) 齒數(shù)Z 節(jié)距T 凸緣直徑DH 軸孔直徑DK 1 11 9.525 22 11 2 13 9.525 28 15 3 15 9.525 35 20 . . . . . . . . . . . . . . .

48、 8 25 9.525 65 42 9 11 12.70 30 18 10 13 12.70 38 22 . . . . . . . . . . . . . . . 80 25 63.50 438 310共有80個(gè)記錄 2數(shù)據(jù)庫檢索： 建立后綴為.PRG的數(shù)據(jù)庫命令組文件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫檢索。現(xiàn)編寫數(shù)據(jù)庫程序（取名TABP.PRG）如下：SET HEADING OFF （不顯示欄標(biāo)題）SET SAFETY OFF （不顯示提示信息來詢問已存在的 文件是否重寫）USE TABPCLEARSET TALK OFF （不顯示命令的執(zhí)行信息）SET DEVICE TO SCREEN （或 PRINT）STO

49、RE 1 TO ZZ6,2 SAY 請(qǐng)輸入齒數(shù)： GET ZZ PICT 99 READ STORE 1.0 TO TT8,2 SAY 請(qǐng)輸入節(jié)距： GET TT PICT 99.999READDO WHILE .NOT. EOF() IF 齒數(shù)Z=ZZ .AND. 節(jié)距T=TT CLEAR DISPLAY GOTO BOTTOM SKIP 1 ENDIF SKIPENDDOSET TALK ONRETURN程序文件建好后，可在FoxPro命令窗口使用DO命令執(zhí)行如下： DO TABP 3.5.4 FoxPro與高級(jí)語言的接口 FoxPro與高級(jí)語言之間的數(shù)據(jù)通信是以文本文件為媒介的，其過程如

50、圖3.10所示。 圖3.10 FoxPro與高級(jí)語言之間的數(shù)據(jù)通信 1FoxPro向高級(jí)語言傳送數(shù)據(jù) FoxPro與高級(jí)語言交換數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式文件（SDF）和通用格式文件實(shí)現(xiàn)。FoxPro建立文本文件（擴(kuò)展名為.TXT）的命令為： COPY TO TYPE 該命令是由當(dāng)前打開的數(shù)據(jù)庫文件生成指定的文本格式文件，而生成文件的類型由指定。文件類型可以為： SDF系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式文件，又稱標(biāo)準(zhǔn)格式文件。 DELIMITED通用格式文件,也稱帶定界符的格 式文件。 2FoxPro接收由高級(jí)語言傳遞的文本文件的數(shù)據(jù) 如果高級(jí)語言按照系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式文件和通用格式文件的格式生成文本文件，就可將數(shù)據(jù)追加到

51、數(shù)據(jù)庫文件中去。APPEND FROM TYPE命令是將已有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式文件和通用格式文件追加到當(dāng)前打開的數(shù)據(jù)庫文件中，該命令的一般格式為： APPEND FROM TYPE 其中為文本格式文件名，為SDF或DELIMITED。 3.5.5 工程數(shù)據(jù)庫簡(jiǎn)介 CAD是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，具有十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型和聯(lián)系以及大量的工程數(shù)據(jù)。采用一般的事物管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并不能完全滿足CAD作業(yè)的需要，因而出現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)EDBMS（Engineering Data Base Management System）。 1工程設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù) 在事物型管理領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)類型較單一，主要是文字型。而在工程領(lǐng)

52、域中，數(shù)據(jù)種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工程設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)類型主要有以下4種： (1) 管理型數(shù)據(jù)。主要包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中所用到的數(shù)據(jù)資料，如標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、材料、產(chǎn)品目錄等。 (2) 設(shè)計(jì)型數(shù)據(jù)。指在工程設(shè)計(jì)與制造中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、中間變量以及各子系統(tǒng)間信息交流的數(shù)據(jù)等。 (3) 圖形數(shù)據(jù)。包括各種工程圖表、二維工程圖形、三維幾何造型等數(shù)據(jù)。 (4) 各種軟件包。進(jìn)行工程計(jì)算及圖形處理的軟件，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、動(dòng)力分析、三維圖形顯示等。 2對(duì)工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的要求 (1)支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，反映復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (2) 支持反復(fù)建立、評(píng)價(jià)、修改并完善模型的設(shè)計(jì)過程。 (3)

53、工程數(shù)據(jù)模型必須支持層次性的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 (4) 支持多用戶的工作環(huán)境并保證在這種環(huán)境下各類數(shù)據(jù) 語義的一致性。 (5) 具有良好的用戶界面。 第4章 圖形坐標(biāo)變換與裁剪4.1 二維圖形的坐標(biāo)變換 在圖形顯示過程中，用戶需對(duì)圖形進(jìn)行平移、放大、旋轉(zhuǎn)等基本的幾何變換操作。圖形的平移、放大、旋轉(zhuǎn)從數(shù)學(xué)上看都是幾何性質(zhì)的“變換”，故又稱為圖形的幾何變換 對(duì)二維圖形的坐標(biāo)變換，就是指在不改變圖形連線次序的情況下，對(duì)一個(gè)平面點(diǎn)集進(jìn)行線性變換。 1二維圖形坐標(biāo)變換的基本原理： (1) 平移變換：一個(gè)點(diǎn)P(x,y) 平移到P*(x*,y*)，平移后產(chǎn)生的新坐標(biāo)如下 x*=x+Dx y*=y+Dy (2) 變比

54、例變換： X*=SxX Y*=SyY 對(duì)一個(gè)三角形進(jìn)行變比例變換，同樣僅需將該三角形的三個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行變比例變換。然后在變換后的三頂點(diǎn)間按A、B、C次序連線，就可得到變比例變換后的三角形，如圖所示。(3) 旋轉(zhuǎn)變換： X*=Xcos-Ysin Y*=Xsin+Ycos2坐標(biāo)變換的矩陣表示形式：前面已介紹，對(duì)二維圖形的坐標(biāo)變換，實(shí)際上是對(duì)一個(gè)平面點(diǎn)集進(jìn)行線性變換。由于點(diǎn)集可用矩陣的方式來表達(dá)，因此對(duì)點(diǎn)的變換可以通過相應(yīng)的矩陣運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，即：一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)可以用矩陣形式x y 或 表示，坐標(biāo)變換的矩陣表示形式為： X* Y*=X Y =aX+cY bX+dY 其中：T= 為變換矩陣。 當(dāng)T矩陣各元素取不

55、同值時(shí)，便可得到不同的變換結(jié)果 注意，不論變換矩陣中的元素a、b、c、d為何值時(shí)，都不能使圖形產(chǎn)生平移變換，即用2行2列的變換矩陣不能實(shí)現(xiàn)圖形的平移變換。這就需要使用圖形的另一種表示方法齊次坐標(biāo)。 3齊次坐標(biāo)與齊次變換矩陣： 為了進(jìn)行平移變換，要給二維點(diǎn)的位置矢量增加一個(gè)附加坐標(biāo)，使之成為三維行向量x y l，即用點(diǎn)的齊次坐標(biāo)表示，這樣便可進(jìn)行運(yùn)算了。 (1) 齊次坐標(biāo)： 齊次坐標(biāo)是將一個(gè)n維空間的點(diǎn)用n+1維坐標(biāo)來表示。如在直角坐標(biāo)系中，二維點(diǎn)x y的齊次坐標(biāo)通常用三維坐標(biāo)Hx Hy H表示，一個(gè)三維點(diǎn)x y z 的齊次坐標(biāo)通常用四維坐標(biāo)Hx Hy Hz H表示。在齊次坐標(biāo)系中，最后一維坐標(biāo)

56、H稱為比例因子。 三維直角坐標(biāo)與其齊次坐標(biāo)的關(guān)系是： x=Hx/H y=Hy/H z=Hz/H 由于H的取值是任意的，所以任一點(diǎn)可用多組齊次坐標(biāo)表示。在一般使用中，總是將H設(shè)為“1”，以保持兩種坐標(biāo)的一致。 (2) 齊次變換矩陣： 對(duì)于二維坐標(biāo)系上的點(diǎn)，齊次坐標(biāo)為Hx Hy H,而齊次坐標(biāo)變換矩陣的形式是： T= 可將該矩陣分為四部分，其作用 分別為： 的作用是對(duì)被變換點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行放大、縮小和旋轉(zhuǎn)變換； m n的作用是對(duì)變換點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行平移變換； 的作用是對(duì)變換點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行投影變換； s是整個(gè)變換中的比例系數(shù)。 下面分別介紹利用齊次變換矩陣進(jìn)行平移變換、變比例變換和旋轉(zhuǎn)變換：(a) 當(dāng) T=

57、時(shí) XH YH H=X Y 1 =X+m Y+n 1 X*=XH/H=X+mY*=YH/H=Y+n這時(shí)為平移變換 4二維復(fù)合變換： 實(shí)際上，上述介紹的幾種基本變換一般不單獨(dú)出現(xiàn)，通常出現(xiàn)的都是復(fù)合變換。有的圖形須經(jīng)過多次基本變換才能完成，這種由兩個(gè)以上基本變換構(gòu)成的變換稱為復(fù)合變換。設(shè)各次變換的變換矩陣分別為T1，T2，Tn，則復(fù)合變換矩陣是各次變換矩陣的乘積。 例：當(dāng)圖形要對(duì)畫面中的某一點(diǎn)(x0,y0)作放大時(shí)，可通過如下三種基本變換復(fù)合而成： (1) 首先將坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）平移至（x0，y0），變換矩陣為： T1= (2) 然后圖形以（x0，y0）為中心作放大，變換矩陣為： (3)最后將

58、坐標(biāo)原點(diǎn)自（x0，y0）的位置移回原處（0，0） 變換矩陣為： T2= T3= 則以點(diǎn)（x0，y0）為中心，放大系數(shù)分別為Sx、Sy的復(fù)合變換矩陣為： T=T1T2T3= 同理，當(dāng)圖形繞坐標(biāo)原點(diǎn)以外的任意點(diǎn)（x0，y0）作旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可以通過三種基本變換復(fù)合而成，即將旋轉(zhuǎn)中心平移到坐標(biāo)原點(diǎn)，其變換矩陣為T1；然后使圖形繞坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角，變換矩陣為T2；最后將旋轉(zhuǎn)中心平移回原來的位置，其變換矩陣為T3。則繞坐標(biāo)原點(diǎn)以外的任意點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角的復(fù)合變換矩陣為： T=T1T2T3= 4.2 三維圖形的坐標(biāo)變換 三維圖形的坐標(biāo)變換是二維圖形坐標(biāo)變換的簡(jiǎn)單擴(kuò)展。三維齊次坐標(biāo)變換矩陣的形式是： T = 產(chǎn)生變比例變

59、換、旋轉(zhuǎn)變換、反射（對(duì)稱）變換等 l m n 產(chǎn)生沿x、y、z三個(gè)方向的平移變換。 s 產(chǎn)生全比例變換 產(chǎn)生透視變換 4.2.1 三維基本變換 1比例變換： 2反射（對(duì)稱）變換： (1)對(duì)xoy平面的反射變換 (2) 對(duì)xoz平面的反射變換 T= T= T= (3) 對(duì)yoz平面的反射變換3平移變換： 平移變換是指立體在空間沿x、y、z三個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)位置，而立體本身的大小和形狀并不改變。齊次變換矩陣為：T= 空間一點(diǎn)（X，Y，Z）的平移變化結(jié)果為：X Y Z 1 = X+l Y+m Z+n 1 = X* Y* Z* 1 4旋轉(zhuǎn)變換： (1) 繞X軸旋轉(zhuǎn)角: (2) 繞Y軸旋轉(zhuǎn)角: (3) 繞

60、Z軸旋轉(zhuǎn)角: Tz= Tx= Ty= 例：已知某長(zhǎng)方體各頂點(diǎn)坐標(biāo)為A（3，2，1.5）、B（1，2，1.5）、C（1，2，2.5）、D(3，2，2.5)、E（3，1，1.5）、F（1，1，1.5）、G（1，1，2.5）、H（3，1，2.5），將該長(zhǎng)方體對(duì)yoz平面進(jìn)行反射變換，試求變換結(jié)果。解：將長(zhǎng)方體各頂點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行反射變換如下： A 3 2 1.5 1 -3 2 1.5 1 A* B 1 2 .5 1 -1 2 1.5 1 B* C 1 2 2.5 1 -1 0 0 0 -1 2 2.5 1 C* D 3 2 2.5 1 0 1 0 0 = -3 2 2.5 1 D* E 3 1 1.5 1