Файл: Учебное пособие в оронеж 2015 фгбоу во Воронежский государственный технический университет.doc

С.Л. Новокщенов М.В. Кондратьев В.И. Корнеев

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Учебное пособие



Воронеж 2015

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

С.Л. Новокщенов В.М. Кондратьев В.И. Корнеев


СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ

В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия


Воронеж 2015

УДК 621.882

Новокщенов С.Л. Современные системы управления базами данных в автоматизированном производстве [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,9 Мб) / С.Л. Новокщенов, М.В. Кондратьев, В.И. Корнеев. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; MS Word 2007 или более поздняя версия; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.
В учебном пособии представлены материалы по созданию и применению баз данных при проектировании технологического оборудования машиностроительного производства. По каждому из разделов дается информация, необходимая и достаточная для освоения данного курса, которую студент должен знать и владеть в совершенстве. Приводятся необходимые иллюстрации и справочный материал.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 150700.62 «Машиностроение» (профиль подготовки «Технологии, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»), дисциплине «Современные системы управления базами данных в автоматизированном производстве».
Табл. 1. Ил. 25. Библиогр.: 39 назв.
Рецензенты: кафедра теоретической и прикладной

механики Воронежского филиала

Московского государственного университета

путей сообщений

(д-р техн. наук, проф. В.С. Семеноженков);

д-р техн. наук, проф. Ю.С. Ткаченко

© Новокщенов С.Л., Кондратьев М.В.,

Корнеев В.И., 2015

© Оформление. ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный

технический университет», 2015

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня значительные усилия прилагаются для реализации алгоритмов решения задач проектирования технологических процессов и технологического оборудования на основе совокупности множества инженерных данных, среди которых особо выделяются знания о технологических процессах.

Традиционный метод преобразования данных в знания основывается на ручном анализе и интерпретации данных. На основе полученных в результате анализа данных предлагается методология формирования знаний при помощи информации из базы данных технологического назначения.

Но с начала этапа внедрения систем автоматизированного проектирования (САПР) в производство возникла необходимость разработки баз инженерных данных и систем управления ими. При этом к настоящему времени наибольшее распространение получили следующие САПР:

Наиболее часто на современных предприятиях можно встретить следующие САПР:

1. 
   AutoCAD (рис. 1) — 2-х и 3-х мерная система автоматизированного проектирования и черчения компании Autodesk. Семейство продуктов AutoCAD является одним из наиболее распространённых САПР в мире.
   

Компания Autodesk занимается разработкой системы автоматизированного проектирования AutoCAD более 20-ти лет. За это время были созданы тысячи дополнений и специализированные решения от сторонних фирм и самой компании Autodesk;

Рис. 1. Интерфейс САПР AutoCAD

2. 
   SolidWorks (рис. 2) — продукт компании SolidWorks Corporation, программа предназначенная для трехмерного проектирования САПР и работает под управлением Microsoft Windows.
   

Рис. 2. Интерфейс САПР SolidWorks

Разработана как альтернатива для двухмерных программ САПР. Приобрела популярность благодаря простому интерфейсу. Программа появилась в 1993 году и составила конкуренцию таким продуктам как AutoCAD и Autodesk Mechanical Desktop, SDRC I-DEAS (сегодня Unigraphics NX) и Pro/ENGINEER. Главная задача программы — предоставить пользователю мощность трехмерной САПР системы по цене системы двухмерного САПР;

3. 
   Система КОМПАС (рис. 3) разработана российской компанией АСКОН. Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, соответственно предназначенных для плоского черчения и трехмерного проектирования.
   

Рис. 3. Интерфейс САПР КОМПАС

КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2D-проектирования и выпуска документации.

Система ориентирована на полную поддержку стандартов ЕСКД. КОМПАС-График автоматически генерирует ассоциативные виды трехмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом).

Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже. Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи. Данные в основной надписи чертежа (обозначение, наименование, масса) синхронизируются с данными из трехмерной модели. Существует большое количество дополнительных библиотек к системе КОМПАС, автоматизирующих различные специализированные задачи.

APM WinMachine (рис. 4) - CAD/CAE система автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций. В системе APM WinMachine, проводятся проверочные расчеты: зубчатых колес, червячных передач, подшипников. А так же выполняется расчет критических частот вала. Имеющиеся в системе APM WinMachine возможности инструментального обеспечения позволяют решать обширный круг прикладных задач:

• Проектировать механическое оборудование и его элементы с использованием инженерных методик;

Рис. 4. Интерфейс APM WinMachine
• Проводить анализ напряженно-деформированного состояния (с использованием метода конечных элементов) трехмерных объектов любой сложности при произвольном закреплении, статическом или динамическом нагружении;

• Создавать конструкторскую документацию в соответствии с ЕСКД;

• Использовать при проектировании поставляемые базы данных стандартных изделий и материалов, а также создавать свои собственные базы под конкретные направления деятельности предприятия.

4. 
   Продукт T-FLEX CAD (рис. 5) — полнофункциональная система автоматизированного проектирования, обладающая современными средствами разработки проектов любой сложности. Система объединяет параметрические возможности трехмерного моделирования со средствами создания и оформления конструкторской документации. T-FLEX CAD разработан российской компанией Топ Системы.
   

Рис. 5. Интерфейс САПР T-FLEX CAD
Недостатком такого положения, когда на предприятии может приняться несколько САПР является то, что каждая из названных САПР использует собственные встроенные базы данных. При этом всегда существует опасность того, что часть информации об изделии не передается из системы в систему при прохождении электронных документов (моделей, спецификаций, чертежей, карт и т.п.) в системах документооборота.

К настоящему времени были найдены решения, позволяющие интегрировать базу данных с любыми производственными системами, предназначенными как для проектирования изделия, так и для финансово-экономических расчетов, что будет рассмотрено в настоящем учебном пособии.

---

ГЛАВА 1 Понятие базы данных

1.1. Базы данных

База данных - набор сведений, хранящихся некоторым упорядоченным способом. Можно сравнить базу данных со шкафом, в котором хранятся документы. Иными словами, база данных - это хранилище данных. Сами по себе базы данных не представляли бы интереса, если бы не было систем управления базами данных (СУБД).

Система управления базами данных - это совокупность языковых и программных средств, которая осуществляет доступ к данным, позволяет их создавать, менять и удалять, обеспечивает безопасность данных и т.д. В общем СУБД - это система, позволяющая создавать базы данных и манипулировать сведениями из них. А осуществляет этот доступ к данным СУБД посредством специального языка - SQL.

SQL - язык структурированных запросов, основной задачей которого является предоставление простого способа считывания и записи информации в базу данных.

Простейшая схема работы с базой данных выглядит примерно так:

Рис. 6. Схема работы с базой данных

По характеру использования СУБД делят на однопользовательские (предназначенные для создания и использования БД на персональном компьютере) и многопользовательские (предназначенные для работы с единой БД нескольких компьютеров, объединенных в локальные сети). Вообще деление по характеру использования можно представить следующей схемой:

Рис. 7. – Классификация СУБД по характеру использования
Отметим, что на сегодняшний день число используемых СУБД исчисляется десятками. Наиболее известные однопользовательские СУБД - Microsoft Visual FoxPro и Access, многопользовательские - MS SQL Server, Oracle и MySQL.

Проектирование баз данных — процесс создания схемы базы данных и определения необходимых ограничений целостности.

Основными задачами проектирования базы данных являются:

---

1. 
   Обеспечение хранения в БД всей необходимой информации.
   
2. 
   Обеспечение возможности получения данных по всем необходимым запросам.
   
3. 
   Сокращение избыточности и дублирования данных.
   
4. 
   Обеспечение целостности базы данных.
   

При создании новой базы данных выделяют следующие три основных этапа:

Концептуальное (инфологическое) проектирование — построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных.

Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова «модель базы данных» и «модель предметной области» (например, «концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

1. 
   описание информационных объектов или понятий предметной области и связей между ними.
   
2. 
   описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.
   

Логическое (даталогическое) проектирование — создание схемы базы данных на основе конкретной модели данных, например, реляционной модели данных. Для реляционной модели данных даталогическая модель — набор схем отношений, обычно с указанием первичных ключей, а также «связей» между отношениями, представляющих собой внешние ключи.

Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам. Этот этап может быть в значительной степени автоматизирован.

На этапе логического проектирования учитывается специфика конкретной модели данных, но может не учитываться специфика конкретной СУБД.

---

Физическое проектирование — создание схемы базы данных для конкретной СУБД. Специфика конкретной СУБД может включать в себя ограничения на именование объектов базы данных, ограничения на поддерживаемые типы данных и т.п.

Кроме того, специфика конкретной СУБД при физическом проектировании включает выбор решений, связанных с физической средой хранения данных (выбор методов управления дисковой памятью, разделение БД по файлам и устройствам, методов доступа к данным), создание индексов и т.д.

---

1.2. Структура базы данных

Создавая базу данных, стремятся упорядочить информацию по различным признакам для того, чтобы потом извлекать из нее необходимые нам данные в любом сочетании. Сделать это возможно, только если данные структурированы.

Структурирование - это набор соглашений о способах представления данных. Понятно, что структурировать информацию можно по-разному.

В зависимости от структуры различают иерархическую, сетевую, реляционную, объектно-ориентированную и гибридную модели баз данных.

Самой популярной на сегодняшний день является реляционная структура, поэтому об остальных упомянем лишь вскользь.
Иерархическая структура базы данных
Это древовидная структура представления информации. Ее особенность в том, что каждый узел на более низком уровне имеет связь только с одним узлом на более высоком уровне.
Сетевая структура базы данных
По сути, это расширение иерархической структуры. Все то же самое, но существует связь "многие ко многим". Сетевая структура базы данных позволяет нам добавить группы в наш пример. Недостатком сетевой модели является сложность разработки серьезных приложений.
Реляционная структура базы данных
Все данные представлены в виде простых таблиц, разбитых на строки и столбцы, на пересечении которых расположены данные. Подробно об этом мы будем говорить в следующих уроках, здесь же хочется отметить, что эта структура стала настоящим прорывом в развитии баз данных.
Объектно-ориентированные и гибридные базы данных
В объектно-ориентированных базах данных данные хранятся в виде объектов, что очень удобно. Но на сегодняшний день такие БД еще распространенны, т.к. уступают в производительности реляционным.

Гибридные БД совмещают в себе возможности реляционных и объектно-ориентированных

---