第二章工程數據的計算機處理ComputerProcessingofEngineeringData2.1工程數據的程序化處理2.2工程數據的文件化處理2.3工程數據的解析化處理2.4工程數據的數據庫管理引例機械設計過程中，常常需要引用各種工程設計手冊或設計規范中的數據資料。工程數據一般多為表格、線圖、經驗公式等。

傳統設計---數據通過人工查尋獲取。

計算機處理---首先將數據轉換為計算機能夠處理的形式，以便使用過程中通過應用程序進行檢索、查尋和調用。常用的工程數據計算機處理方法有程序化處理、文件化處理和解析化處理等，而對于大量復雜的工程數據則需采用數據庫技術進行存儲和管理。引例2.1工程數據的程序化處理工程數據的程序化處理是指在應用程序內部對數表、線圖等進行查尋、處理和計算。利用該方法，可以將數據直接寫入程序內，程序運行時自動完成程序化處理。程序化適合于需要經常使用而共享度要求又不是很高的情況，例如，工程數據中的數表、有公式的線圖以及經驗公式等。2.1.1數表的程序化處理數表的程序化就是用程序完整、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。2.1工程數據的程序化處理【例2.1】將表2-1中的外螺紋最小牙底半徑進行程序化處理2.1工程數據的程序化處理一維數表，有螺距和最小牙底半徑兩個參數，對應每一種螺距(自變量)，有一個唯一確定的最小牙底半徑(因變量)，二者之間為一對一關系。對于一維數表，其數據在程序化時常采用一維數組來標志。對于本例，定義數組Pi和Ri(下標i的范圍從0～11)，數組Pi和Ri分別用來存放螺距P(i)和最小牙底半徑R(i)。若已知螺距尺寸Pi，就可相應地檢索出最小牙底半徑尺寸Ri。#include"stdio.h"#include"conio.h"main(){ FILE*fp; fp=fopen(“dd.dat”,”w”);

fprintf(fp,"\n當Z=%d時，K=%6.2f\n",Z[ip],K[ip]); fcolse(fp);}2.1工程數據的程序化處理【例2.2】在設計沖裁模凹模時，凹模刃口與邊緣及刃口與刃口之間必須有足夠的距離，如表2-2所示，試對該表進行程序化處理。2.1工程數據的程序化處理從表2-2可以看出，決定凹模刃口與邊緣、刃口與刃口之間距離的自變量有兩個，即料厚和料寬，這可以歸結為一個二維數表問題。在對該類數表進行程序化處理時，可將表中的刃口與邊緣、刃口與刃口之間的距離值記錄在一個二維數組中Distance[6][4]，將兩個自變量料寬和料厚分別定義為一個一維數組Thick[6]、Width[4]，通過下標引用的方式實現查尋。程序參見教材。2.1工程數據的程序化處理2.1.2線圖的程序化處理工程設計中，一些設計數據是用直線、折線或各種曲線構成的線圖線圖本身不能被計算機直接引用，參與設計的是對線圖進行處理后獲得的相應數據。常用方法：將線圖離散化為數表，然后將數表進行程序化處理。【例2.4】在進行圓錐齒輪傳動的疲勞強度校核計算時，需要用到結點區域系數ZH，結點區域系數可從圖2.1所示的線圖中查取。試對該圖進行程序化處理。2.1工程數據的程序化處理將此例圖轉換成數表關系，然后進行程序化處理。為轉換成相應數表，可將曲線分割離散(即離散化處理)：首先由給出的已知自變量在曲線上找到對應的因變量ZH，形成一組結點，然后用這些分割離散點的坐標值列成一張如表2-4所示的數表。一維數表，就可以采用前述方法進行數表的程序化處理。2.1工程數據的程序化處理【例2.4】在進行圓錐齒輪傳動的疲勞強度校核計算時，需要用到結點區域系數ZH，結點區域系數可從圖2.1所示的線圖中查取。試對該圖進行程序化處理。2.2工程數據的文件化處理工程數據的文件化處理是指將工程數據以一定的格式存放于文件中，在使用時程序打開文件并進行查詢等操作。工程數據文件通常采用兩種類型的文件：文本文件和數據文件。

文本文件：用于存儲行文檔案資料，如技術報告、專題分析和論證材料等，可利用任何一種計算機文字處理工具軟件建立。

數據文件：則有自己的固定的存取格式，用于存儲數值、短字符串數據，如切削參數、零件尺寸等，可利用字表處理軟件建立【例2.5】在進行圓錐齒輪傳動的疲勞強度校核計算時，需要用到結點區域系數ZH，結點區域系數可從圖2.1所示的線圖中查取。試對該圖進行程序化處理。2.2工程數據的文件化處理將表

2-5

中的平鍵和鍵槽尺寸建立數據文件，然后利用所建數據文件，通過設計所給出的軸徑尺寸檢索所需的平鍵尺寸和鍵槽尺寸。基本過程：按記錄將表中的平鍵尺寸和鍵槽尺寸建立數據文件，一行一個記錄。平鍵和鍵槽尺寸的檢索是根據軸徑進行的，而此表中的軸徑給出了一個下限和上限范圍，可將該下限和上限軸徑數據連同平鍵和鍵槽尺寸一起存儲在數據文件中，這樣一個記錄將包含有軸徑下限值d1、軸徑上限值d2、鍵寬b、鍵高h、軸槽深t、轂槽深t1共6個數據項。2.2工程數據的文件化處理2.3工程數據的解析化處理工程數據的解析化處理是指將那些數據間有某種聯系或函數關系的列表或線圖，采用公式化的方式進行描述，從而實現非離散數據的查尋。2.3.1函數插值函數插值的基本思想是在插值點附近選取若干個合適的連續結點，通過這些結點設法構造一個函數g(x)以代替原未知函數f

(x)，插值點的g(x)值就作為原函數的近似值。

線性插值、拋物線插值和拉格朗日插值2.3.2函數擬合工程中常采用數據的函數擬和方法(又稱曲線擬合)，所擬合的曲線不要求嚴格通過所有的結點，而是盡量反映數據的變化趨勢。

1．線性插值2.3工程數據的解析化處理2．拋物線插值

線性插值只利用兩個結點的信息，精度很低。若給定三個結點xi-1、xi與xi＋1，同樣簡化為x1、x2、x3，其對應函數值為y1、y2、y3，：2.3工程數據的解析化處理實際上，它是通過三個結點(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)的一條拋物線y=f

(x)，二次插值又稱三點插值、拋物線插值。3．拉格朗日插值

若插值曲線通過(x1,y1)、(x2,y2)、…，(xn,yn)n個結點，則可構建出n個結點的(n-1)階插值多項式：拉格朗日插值多項式

2.3工程數據的解析化處理2.3.2函數擬合工程中常采用數據的函數擬和方法(又稱曲線擬合)，所擬合的曲線不要求嚴格通過所有的結點，而是盡量反映數據的變化趨勢。

函數擬合有多種方法，最常用的是最小二乘法最小二乘法：使誤差的平方和最小(1)在坐標紙上標出列表函數各結點數據，并根據其趨勢繪出大致曲線；(2)根據曲線確定近似的擬合函數類型，擬合函數可分為代數多項式、對數函數、指數函數等；(3)用最小二乘法原理確定函數中的待定系數。2.3工程數據的解析化處理1.通過機理分析建立數學模型來確定f(x)；++++++++++++++++++++++++++++++f=a1+a2xf=a1+a2x+a3x2f=a1+a2x+a3x2f=a1+a2/xf=aebxf=ae-bx

2.將數據(xi,yi)i=1,…n作圖，通過直觀判斷確定f(x)：2.3工程數據的解析化處理最簡單的最小二乘法直線擬合擬合函數：誤差：誤差平方和:誤差平方和最小，則需其偏導值=0：+++++yx2.3工程數據的解析化處理2.4工程數據的數據庫管理對于規模較小的工程設計任務，采用程序化、文件化管理是可行的。但若數據量十分龐大、結構復雜，并且操作要求高，采用數據庫管理方式則更為有效。

2.4.1數據庫技術的特點數據模型的復雜性和結構化數據的共享性數據的獨立性數據的安全性和完整性2.4工程數據的數據庫管理2.4.2工程數據庫工程數據庫是一種能滿足工程設計、制造、生產管理和經營決策支持環境的數據庫系統。通用基礎數據1．工程數據類型設計產品數據

工藝加工數據

管理信息數據2.4工程數據的數據庫管理支持復雜的數據類型，反映復雜的數據結構。支持反復建立、評價、修改并完善模型的設計過程，滿足數值及數據結構經常變動的需要。支持多用戶的工作環境并保證在這種環境下各種數據語義的一致性。具有良好的用戶界面。

2．對工程數據庫系統的要求

2.4工程數據的數據庫管理2.4.3產品數據管理技術

產品數據管理(ProductionDataManagement，PDM)技術