数据库技术的应用及发展趋势

目前，文件系统还在一些模具CAD/CAM系统中采用。利用文件系统管理数据的优点是简单易行，而且可直接利用操作系统的文件管理功能，不需要额外的软件投资，也不会因为数据管理软件占用过多的内存。但是，利用文件系统管理数据存在以下问题。

1）因为文件是根据应用程序的需要而建立的，这就使得数据和应用程序需要有各自的文件。数据不能共享，因而造成数据冗余。这使得数据的修改变得十分困难，很容易造成数据的不一致，从而降低了数据的正确性。

2）由于数据的逻辑结构是适应于应用程序的，这就使得数据和应用程序相互依赖，要想对现有的数据进行一些新的应用是很困难的。一旦数据的结构需要修改，应用程序也必须相应地进行修改，反之亦然。数据缺乏对程序的独立性。

3）文件系统缺乏对数据进行控制的统一方法，使得应用程序的编制相当烦琐。另外，这种方法缺乏对数据的正确性、保密性等方面的统一有效的控制手段。

4）数据不能共享，难以适应多用户环境。

另外，CAD/CAM的目的不仅是实现某些设计过程和制造过程的自动化，而且还在于实现设计和制造之间的信息传递与共享，即实现信息集成。由于文件系统的上述问题，妨碍了CAD/CAM的集成，很难实现信息共享。

数据库技术的发展为CAD/CAM的集成创造了有利条件。实践证明，以数据库为中心的CAD/CAM系统是实现CAD/CAM集成的最佳方案。

1.数据库系统的特点

数据库技术是在文件管理的基础上迅速发展起来的，是目前最先进的数据管理技术。和文件系统相比，数据库系统具有以下一些特点。

（1）数据具有独立性 应用程序与数据结构间的互相依赖程度很小，应用程序的改变不会影响数据结构，数据结构的改变也不会影响应用程序。

（2）数据的冗余度小 数据库从整体观点看待和描述数据，数据模型是面向整个系统的，而不是面向某个应用，因此大大降低了数据的冗余度，实现了数据共享。

（3）统一的数据管理和控制 数据库系统提供统一的数据定义、删除、检查及更新手段，并统一控制数据的安全性、完整性、保密性和并发性，使数据的应用更加有效和可靠。

（4）数据的完整性控制 数据的完整性是指数据的正确性、有效性和相容性。数据库系统提供了必要的功能，保证数据在输入、修改过程中始终符合原来的定义和规定。

综上所述，数据库系统是一个通用的、综合性的、数据独立性高、冗余度小且互相联系的数据文件的集合，它按照信息的自然联系来构造数据，用各种存取方法来对数据进行操作，以满足实际需要。

以数据库为中心的模具CAD/CAM集成系统可用图2-23表示。其中，公共数据库保存着产品零件模型、模具设计结果、物料清单及设计和制造所需的其他数据。数据库中的数据可被各个子系统或模块共享，从而实现系统的集成。

2.数据库管理系统

数据库系统包括数据库和数据库管理系统两部分。数据库指的是所存储的关联数据的集合。例如，数据库中可以保存模具标准和工艺数据等内容。数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS）是管理数据库的软件。数据库系统的以上特点是由数据库管理系统保障的，因而DBMS是数据库的核心。

一般而言，数据库管理系统具有以下基本功能：

（1）定义功能 包括数据库文件的数据结构定义、存储结构定义、数据格式定义和保密定义等。

（2）管理功能 包括系统运行的监督和控制、数据管理、数据完整性和安全性检查，以及运行操作过程的记录等。

（3）建立和维护 包括各种文件的建立，数据库的更新、再组织，结构的维护、恢复等。

（4）通信功能 具备与操作系统的联机处理、分时系统及远程作业输入的相应接口。

（5）其他功能 如应用程序的开发、文件管理、存储变量、设备控制等。

数据库管理系统起着应用程序与数据库之间的接口作用。用户通过数据库管理系统对数据库中的数据进行处理，而不必了解数据库的物理结构。目前已有许多商业化的DBMS。

3.数据库的数据模型

数据库系统的一个核心问题是研究如何表示和处理数据间的联系。在数据库中，信息是按一定的数据模型存储的。数据模型是对客观事物及其联系的数据描述。(www.xing528.com)

在现行数据库系统中，常用的数据模型有以下3种。

（1）层次模型 用树形结构表示文体之间联系的模型称为层次模型，它能描述一对多的关系。在现实世界中，有许多实体之间的联系是一种很自然的层次关系，如行政机构、部队编制、家族关系等，模具与部件、零件之间的关系也可用这种模型表示。层次模型必须满足两个条件（图2-24），即：

图2-23 数据库为中心的模具CAD/CAM集成系统

图2-24 层次模型

1）只有一个根节点。

2）根以外的其他节点有且仅有一个父节点。

因为层次模型中的每个节点（根节点除外）只有一个父节点，所以任何一个叶到根的映像是唯一的，因此，对于除根以外的节点，只要指出它的父节点，就可以实现节点间的联系，这样就表示了层次模型的整体结构。

按照层次模型建立的数据库系统称为层次模型数据库系统。

（2）网状模型 如果取消层次模型中的两个限制条件，即：

1）可以有一个以上的节点无父节点。

2）至少有一个节点且多于一个的父节点，以便形成网状模型（图2-25）。

图2-25 网状模型

显然，层次模型是网状模型的特殊形式，网状模型能描述多对多的关系。由于网状模型中节点之间的联系不唯一，就不能用父节点来描述节点的联系。当同一对节点之间有多于一种联系时，要赋予不同的联系名以示区别，如图2-25c所示。

按照网状模型建立的数据库系统称为网状模型数据库系统。

（3）关系模型 这是一种用二维表结构表示实体之间联系的模型，能描述多对多的关系。一个二维表就称为一个关系。一个关系可以看做由行和列组成的矩形表，行称为记录，列称为字段或域。关系数据库的信息组织与设计手册中常用的二维数表极为相似。

作为一个“关系”的二维表，必须满足如下条件：

1）表中每一列必须是基本数据项，而不应是组合项。

2）表中每一列必须具有相同的数据类型。

3）表中的每一列必须有一个唯一的属性名。

4）表中不应有内容相同的行。

5）行与列的顺序均不影响表中所表示的信息含义。

关系模型的数据结构简单，数据独立性高，理论基础坚实，操作算法成熟、完善。关系模型的理论基础是关系代数、集合论。基于关系模型建立的数据库系统称为关系数据库系统。目前国内普遍应用的Foxbase、Foxpro、Oracle都是关系数据库系统。