1、中 国 科 学 技 术 大 学本 科 生 毕 业 论 文 题目：概念设计与基本方案库的建立系别：精密机械与精密仪器系专业：机械设计制造及其自动化学制： 五 年 姓名： 陈 永 和 学号： PB99009038 导师： 孔 凡 让 教 授 二零零三年六月中文内容摘要本文对设计过程中的概念设计，基本方案库的建立进行了一定的阐述。对概念设计的特点、主要过程进行了简要描述，介绍了概念设计中的分解问题。利用人工智能的方法解决概念设计的知识表达。并在此基础上建立了效应、材料、运动转换方法、能源、固定方法等五个基本方案库。以材料库、固定方法库为例介绍基本方案库的结构，并以材料库为例详细介绍了数据库应用系统的
2、建立过程。实现了对基本方案库的增加记录、删除记录、查询记录、更新记录等基本功能。可以进行单项查询或多项综合查询，还可以进行部分匹配模糊查询。实现了对图文并茂、不定长文件的输入与输出功能。总的来说，初步建立了基本方案库，为概念设计提供了智能化的设计工具。关键词：概念设计 基本方案库 知识库 数据库AbstractThis paper discusses the conceptual design during design process and also the establishment of the basic scheme warehouse.The paper gives a brie
3、f description of the characteristic and the main process of conceptual design. It also introduces the decomposition question of conceptual design. It solves the conceptual designs knowledge expression, using artificial intelligence method. And in this foundation, it establishes five basic scheme war
4、ehouses, which include effect, material, energy, fixed method, and movement transformation method. Take the material, the fixed method warehouses as the example, it introduces the structure of the basic scheme warehouse. And then introduces the database application systems establishment process in d
5、etail, take the material warehouse as example. It realizes the basic functions of the database system, such as add record, delete record, search record, update record and so on. Through the database application system, you can carry on single item inquiry or many syntheses inquiry, you can carry on
6、the partial matches fuzzy inquiry as well. It realize files input-output function of abundant , indefinite length document.Generally speaking, this paper has initially established the basic scheme warehouse , and provides a intellectualized design tool for the conceptual design. Keywords: Conceptual
7、 design, Basic scheme warehouse, Knowledge library, Database第 1 章 概 述1.1 设计与设计方法学1.1.1 设计的基本概念任何产品从无到有，都始于设计。设计是人类征服自然改造世界的基本活动之一。人们根据生产和生活的多种需要，通过设计对目标系统进行构思、分析，把设思变为现实。设计是创造性的劳动，设计的本质是创新。设计中必须突出创新的原则，通过直觉、推理、组合等途径，探求创新的原理方案和结构，做到有所发明，有所创新，有所前进。仿制一台机器，虽然结构复杂，零件成百上千，但没有任何创新，不能算是设计；而突破过去割草模式的一台小小的割草机
8、，用高速回转的两根尼龙丝有效地抽割青草，零件不过数个，结构也很简单，其开发过程确可称为设计。设计是建立技术系统的重要环节，对产品的技术和经济效果起决定性的作用。1965 年周思来总理在听取“机械产品设计革命化会议”汇报时曾指出：设计是“生产技术中的第一道工序” ，强调了设计的重要性。中国机械工程学会理事长沈鸿说：“设计质量高低是决定产品一系列技术经济效果的问题，在这道工序上下功夫愈多和愈客观，则效果愈高，我们许多机械的质量问题，大都由于设计不周所引起，给国家造成很大的损失。 ”现代产品设计必须满足功能要求和形式要求。功能是产品的用途或技术系统能完成的任务，设计最重要的目的是保证系统的功能，建立
9、性能好、成本低、价值高、优化的系统。形式是产品的结构、外形、品牌及包装，设计的任务之一是使产品具有合理地结构、舒适宜人的外形和包装，达到“物美” 。在现代社会，品牌是一个重要的概念，一个好的品牌所带来的效益往往大大超过其本身的价值。如前所述，设计的本质是创新，在现代设计过程中，除了要考虑从功能、形式两方面创新外，还可以也应该服务方面的创新。服务是现代社会生产生活的一项基本内容，包括技术服务、送货服务、售后服务等等。为产品使用者提供便利的服务能增强生产者的竞争能力，而这点对生产者来说是至关重要的。综合而言，设计是创造性地建立满足功能要求的最佳系统的过程，是把各种先进技术成果转化为生产力的活动，是
10、人类改造世界、创造美好世界的重要手段。1.1.2 设计方法学初步方法是人类思维的宝贵财富，是探索科学真理的钥匙。认识事物、解决问题都需要正确的方法。培根(F.Bacon) 说过：“没有一个正确的方法，就如在黑暗中摸索行走。 ”巴甫洛夫也曾指出；“好的方法将为人们开展更广阔的图景，使人们认识更深层次的规律，从而更有效地改造世界。 ”在产品设计的过程中，科学的设计方法起着重要的作用。一种好而合适的设计方法所带来的效益将不可估量。近 30 年来，在工业发达国家中设计方法的研究迅速发展起来。德国的学者和工程技术人员比较着重研究设计的进程、步骤和规律，进行系统化的逻辑分析，并将成熟的设计模式，解法等编成
11、规范和资料供设计人员参考。英美学派偏重分析创造性开发和计算机在设计中的应用。日本则充分利用国内电子技术和计算机的优势，在创造工程学、自动设计、价值工程方面做了不少工作。前苏联和东欧等国家也在宏观设计的基础上提出了“新设计方法” 。各国研究的设计方法在内容上虽各有侧氦但共同的特点都是总结设计规律，启发创造性，采用现代化的先进技术和理论方法，使设计过程自动化、合理化，其目的是设计出更多质高价廉的工程技术产品，以满足人民的需求和适应日趋尖锐的市场竞争形势的需要。在设计方法的研究过程中发展了“设计方法学”(Design Methodology)。 “设计方法学”是研究产品设计的程序、规律及设计中思维和
12、工作方法的一门新型综合性学科。设计方法学的研究内容包括：（1）研究设计过程，各阶段的任务与特点，寻求符合设计规律的设计程序。（2）研究设计中解决问题的合理逻辑步骤和应遵循的工作原则。（3）分析设计中的思维规律，研究设计人员科学的创造性的思维方法和技术。 （4）研究各种类型设计(如开发型设计、变型设计、反求设计等)的特点以及系统工程、创造工程、价值工程、优化工程、可靠性工程、相似工程、人机工程、工业美学等现代设计理论与方法在设计中的应用。（5）研究设计信息库(设计目录)的建立和应用(如各种知识、科学技术原理、技术成果专利等信息的表达与储存知识库。各种操作、程序、技法、方法的合理表达与储存方法库等
13、)。（6）研究设计步骤、理论、方法如何结合计算机等先进工具的运用，进一步促进设计自动化的实现。由以上分析可知，设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础上，以系统论的观点研究设计进程(战略问题)和具体设计方法(战术问题)的科学。设计方法学研究现代设计理论与方法在设计领域中的应用，本身也构成现代科技发展的一个组成都分。设计方法学的研究在总结规律性，启发创造性的基础上促进设计中的科学理论、合理方法、先进手段的综合运用。设计方法学的研究在提高设计人员素质、改善设计质量、减少设计失误、加快设计进度等方面也发挥着重大作用。1.1.3 现代设计方法学的特点为了更好地满足国民经济和市场竞争的需要，必须使设计工
14、作推向新水平。随着系统工程、创造工程、价值工程、优化工程、可靠性工程、相似工程、人机工程、工业美学等现代设计理论的发展及计算机技术的普遍应用，设计工作也进入新的阶段。现代设计方法具有以下特点：1程式性 现代设计方法研究设计的全过程，要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到试制进行全面考虑，按步骤有计划地进行设计。强调设计、生产与销售一体化。设计不是单纯的科学技术问题，要把市场需求、社会效益、经济成本、加工工艺、生产管理、环境因素等问题统一考虑，最终反映到质高价廉的产品上。2创造性 现代设计突出人的创造性，发挥集体智慧，运用各种创造技法，通过直觉想象和推理思维，力求探寻更多突破性方案
15、，开发创新产品。3系统性 现代设计强调用系统工程方法处理技术系统问题，设计时分析各部分的有机联系，力求系统整体优化，同时考虑技术系统与外界的联系，即人机环境三者之间的相互协调关系。在设计过程中对于功能，评价目标等较复杂的具体问题，都可视作系统按先分解后组合的方法使问题化繁为简，解法由少变多，进而从中选取较合理的解。4优化性 设计的目的是得到功能全、性能好、成本低、价值优的产品，现代设计通过优化理论与方法运用计算机工具进行方案优选、参数优化、结构优化等，争取产品技术系统的整体最优。5综合性 现代设计突破传统、经验、类比的设计，采用逻辑、理论、系统的设计方法，在静态分析的基础上考虑载荷谱等随机参量
16、进行更合理全面的动态分桥。在强度设计时不是一味加大安全系数，而是从概率论和统计学出发考虑载荷和应力的离散性进行可靠性设计。现代设计在系统工程、创造工程基础上运用信息论、相似论、模糊论、可靠性、有限元、人机工程学等自然科学理论及价值工程、决策论、预测论等社会科学理论，同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和电子计算机技术更科学地解决设计问题。6计算机辅助设计(CAD) 计算机全面的引入设计，通过设计者和计算机的密切配合，采用先进设计方法，提高设计质量和速度。随着人工智能技术的发展，专家系统的开发和知识库的建立将使设计的复杂繁重程度大为减轻。设计者只要将设计的约束条件输入计算机，利用专家系统及知识库便
17、迅速可得到初步解。计算机辅助设计已不仅仅用于计算和绘图，在信息储存、预测、评价决策、动态模拟等方面，发挥着更大作用。1.2 创新设计方法简介现代设计方法的一个本质特征在于它的创新性。创新设计方法是产品设计方法的重要组成部分，它贯穿于产品设计的全过程之中。随着现代科技的发展，以及国际间经济竞争的日趋激烈，在产品设计和生产中，大力倡导并推广创新设计方法，显得尤为重要，同时也是提高产品设计水平，增强产品竞争能力的根本措施和手段。1.2.1 创新方法的过程产品创新设计的过程主要由综合过程、选择过程和分析过程组成。综合过程是实现产品创新的关键步骤，主要由：功能结构综合、原理综合、构型综合和尺度综合四部分
18、组成。功能结构综合又称为设计任务的分解，原理综合与构型综合统称为概念设计。尺度综合将抽象的概念设计转化为具体的结构设计。在综合设计过程中，每综合一步，都会为某个研究目标提供几个解。因此，每综合一步之后，接着便是一个选择过程，以便尽可能把大量的解减少到一个唯一的最佳解。选择过程又称之方案筛选过程，是下述每综合一步之后都要重复的工作。(1)检查设计提出的全部要求(要求明细表)是否能通过该解得到满足，删除那些不能满足特定要求必达要求)的解。(2)搞清一个解能在什么程度上满足要求明细表中的“愿望” 。(3)评价每个要求，并且确定解的总值(经济值和技术值)。(4)比较并选出最适宜的解。(5)必要的时候搞
19、清最适宜解的薄弱环节。(6)消除解的薄弱环节，并且用综合的方法改进解。分析过程是在产品完成定型设计之后，当必须弄清要开发的系统的噪声情况、磨损情况、动力状态等问题时，就需要分析过程。这些问题只有通过实验研究才能搞得清楚。可以这样讲，分析过程是检验创新设计产品性能优劣的环节。1.2.2 常用创新设计方法据统计，目前的创新设计方法多达 300 余种。但是归纳之后，主要有以下几种：1智力激励法（集思广益法） 包括智暴法和集智慧法。智暴法指抓住瞬时的灵感意识流而得到一些新想法的方法。集智慧法是指集合数人的创造力，多人相互启发的方法。2提问追溯法 通过对问题进行分析，加以推理以扩展思路，或把复杂问题进行
20、分解，找出各种影响因素，再进行分析推理，从而寻求问题解答的一种创新技法。这里又分为：提问法、反向探求法、缺点列举法、向前推演法。3联想类推法 通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法以解决问题。又包括：相似联想法、抽象类比法、借用法、仿生法。相似联想法指通过相似联想进行推理，寻求创造性解法。抽象类比法指用抽象反映问题实质的类比方法来扩大思路，寻求新解法。借用法是指从各个领域借用一切有用的信息诱发新的设想，把无关的要素结合起来找出相似的地方，以寻求求解方案。仿生法是通过对生物的某些特性进行分析和类比，启发出新的想法或创造性方案的一种方法。它是现代发展新技术的重要途径之一。4组合创新法 利用事物
21、间的内在联系，用已有的知识和成果进行新的组合而产生新的方案。又包括组合法和综摄法。组合法是把现有的技术或产品通过功能、原理、机构等的组合变化，形成新的技术思想或新的产品。组合的类型包括功能组合、系统组合等。综摄法是通过已知的东西作媒介，把毫无关联的、不相同的知识要素结合起来，摄取各种产品的长处将其综合在一起，制造出新产品的一种创新技法。它具有综合摄取的组合持点。5系统搜索法 对于技术系统，可以根据其组成或影响性能的全部参数，系统地依次分析搜索，以探寻更多的解决问题的途径。这种方法称为系统搜索法。又可将其分为机构系统搜索法和逻辑积木法。机构系统搜索法是针对设计要求，先系统地找出各种可能的机构，然
22、后进行评价择优。逻辑积木法是将机械系统的输出要求分解成基本功能，然后根据整个设计综合的约束条件认真构思简单的组件(零件、机构、部件、分系统等)，再将这些组织(即积木)按一定的相互关系，用最简单的形式将输入与输出连接起来。1.3 总体设计的一般过程在现代设计过程中，按照时间先后一般可以把总体设计划分为四个阶段，即：目标设计、概念设计、参数设计和优化设计。这四个阶段并不是严格分离，即可能会有交叉。但是对一般的设计过程，大致的时间先后是按照这个顺序。1.3.1 目标设计目标设计是整个设计过程的第一个环节。其任务是确立设计目标，形成设计目标说明书。简单地说，就是发现需要，并且对需要进行正确阐述。它属于
23、高层次地决策活动。目标设计是在获得一定信息的基础上进行战略决策的过程。目标设计对于后面的设计过程具有指导作用，因为在这个阶段需要收集足够的信息，产生设计目标说明书。设计目标说明书明确阐述对所设计产品的各种要求及约束条件，而这些要求与约束条件都是后续的设计工作所要满足和遵循的。目标设计首先要发现设计目标，那么如何才能发现设计目标呢？可以有很多方法，如查找专利、阅读文献、 （对现有产品）寻找缺点、社会调查、关注环境、遭遇困难、听取抱怨等等。而前面三种是较为常用的。在发现了设计目标之后，就要广泛收集目标信息，实现对目标的具体描述。目标信息包括多方面的，有市场信息、技术信息、产品信息等。具体的信息应包
24、括：确定问题存在的领域，环境条件；确定市场、消费者的要求，产品的欠缺；确认现有技术的可能性；性能方法的概述等。在收集了大量的目标信息之后，还需要对这些信息进行分析综合，找出必要的，剔除多余的，形成对目标的系统性性认识，然后进行可行性判断，如确定其成本高低、是否在法律许可范围之内，由此来筛选设计目标。当确认目标可行时，即可进一步形成设计目标说明书，完成目标设计，否则就得进行调整，甚至推倒重来。图 11 所示为目标设计的主要过程。在完成目标设计之后，便进入概念设计阶段。1.3.2 概念设计概念设计阶段主要对设计目标进行功能结构分析，寻求适当的作用原理及其组合等，建立基本框架，确定出解决问题的基本途
25、径，得出初步的求解方案。概搜索目标发现目标收集目标信息采用适当方法信息的分析综合1. 市场信息2. 技术信息3. 产品信息分析比较综合可行性判断设计目标说明书可行1. 对目标的描述2. 必须满足的约束条件3. 现有资源条件图 1 1 目标设计的主要过程不可行念设计要考虑多种因子，如效应、能源、材料、固定连接方法、传递运动方法等。概念设计阶段所得到的求解方案可能有多种。因此还应进行必要的筛选，排除较差的方案。在第二章中将对概念设计进行进一步探讨。1.3.3 参数设计参数设计阶段将对概念设计阶段所得到的某一基本求解方案进行具体求解。这一阶段将构思确定产品的具体结构。在确定了具体结构之后，也就确定了
26、有待于设计的参数，接着就可以对这些参数进行具体的计算设计。在确定了各项参数之后，还需进行参数测评及整体评价，看其各项指标能否得到满足以及总体功能能否较好的实现。整体评价是必要的，因为整体不等于局部的简单加和，局部都满足要求不等于整体一定满足要求。一旦测评无法通过，就必须进行参数调整或重新设计，直到满足要求。如果始终无法满足要求，就要考虑放弃该方案，采用其它方案重新进行设计。1.3.4 优化设计参数设计完成后，将得到产品的各类具体参数指标。从理论上讲，在参数设计完成之后，产品已经可以进行试制。但是参数设计阶段所得到的参数指标并非最优解。优化设计的目的就是使所设计的产品在满足约束条件的前提下达到最
27、佳指标。它利用数学的方法来达到这一目的。在优化设计阶段，首先建立一个目标函数，然后采用变尺度法、牛顿法等数学方法来进行搜索，得到优化解。优化设计中有无约束问题和约束问题。对于无约束问题，常见的优化方法有：黄金分割法，二次插值法、坐标轮换法、Powell 法、梯度法、共轭梯度法、牛顿法、变尺度法等。对于约束问题，常见的优化方法有：约束随机方向搜索法、复合形法、梯度投影法、内点惩罚函数法、外点惩罚函数法、混合惩罚函数法、增广拉格朗日乘子法等。此外还有多目标问题的优化设计，这时可采用协调曲线法、统一目标函数法（包括目标规划法、乘除法、加权线性组合法等） 、系列单目标法、功效系数法等。1.4 数据库开
28、发概述所谓数据库应用程序，就是能够从数据库管理系统（DataBase Management System,DBMS）中获取并操作数据的程序。它是目前最流行的计算机程序之一，其应用范围几乎覆盖了所有领域。从简单的数据输入、数据浏览和数据批处理程序到复杂的客户/服务器应用程序都属于数据库应用程序的范畴。不仅如此，各种类型的应用程序都有可能使用数据库，而不仅仅是进行磁盘文件输入/输出4。1.4.1 数据库基本知识这里主要介绍几个基本概念：1数据数据(Data)是关于人、地点、行为或事件的事实。数据的种类很多，如文字、图形图像、声音、语言等，这些都是数据。因此，也有人把数据定义为描述事物的符号记录。
29、数据的形式有时还不能完全表达其内容，需要经过解释。因而数据与数据的解释是不可分的，数据的解释是指对数据含义的说明，数据的含义定义为数据语义。2信息信息(Information)通常定义为经过加工处理后的数据。信息与原始资料同样重要，原始资料需要加工处理才能成为有用的信息。由于信息在决策过程中具有决定性作用，因而它的产生、使用和管理需要一个精心建造的环境，这个环境就是信息系统，由人、硬件、软件组成。信息是构成一定含义的一组数据，所以，数据和信息都是客观事物的反映，反映了人们对事物的认识。数据是信息的载体，信息则是数据加工的结果，是对数据的解释。信息与数据间的关系如图 12 所示。数据 处理 信息
30、存储图 12 信息与数据的关系3.数据库数据库(DataBase，简称 DB)是长期存储在计算机外存上的、有结构的、可共享的数据集合。也可以说数据库是按一定的结构和规则组织起来的相关数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型描述、组织和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可为各种用户共享。4.数据库管理系统数据库管理系统是科学地组织和存储数据、有效地获取和维护数据的系统软件。它是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，其主要功能包括以下几个方面：（1）数据定义功能DBMS 提供数据定义语言(Data Definition Language，简称 DDL)，用户可用 DDL 对
31、数据库中的数据对象进行定义。（2）数据操纵功能一DBMS 提供数据操纵语言(Data Manipulation Language，简称 DML)，以供用户实现对数掂库的基本操作，如查询、插入、删除和修改等。（3）数据库的运行管理功能为了保证数据的安全件、完整性、多用户对数据的并发使用等，数据库的建立、运行与维护必须在 DBMS 的统一管理和统一控制下进行。（4）数据库的建立与维护功能包括初始数据的输入与转换功能，数据库的转存与恢复功能；数据库的重组织功能和性能监视与分析功能等。数据库管理系统的主要成份如图 13 所示。图 13 数据库管理系统的主要成份5数据库系统数据库系统(DataBase
32、System，简称 DBS)是由数据库、数据库管理系统、应用系统数据库管理员和用户构成的人机系统。数据库管理员(DataBase Administrator，简称 DBA)是专门从事数据库建立、使用和维护的工作人员。与人工管理和文件管理相比，数据库系统具有下列一些特点；（1）面向企业或部门，以数据为中心组织数据，形成综合性的数据库为各应用共享。（2）使用复杂的数据模型表示结构。在数据库系统中，数据模型不仅描述数据本身的特征，而且还要描述数据之间的联系。这种联系通过存取路径来实现。通过所有存取路径表示自然的数据联系是数据库系统与传统的文件系统间的本质差别。这样，所要管理的数据不再面向特定的某个或
33、某些应用，而是面向整个应用系统，因此大大降低了数据冗余度，实现了数据共享。（3）程序和数据具有较高的独立性。数据库系统通过提供两个层次的映像功能，使数据的物理结构独立于全局逻辑结构。使数据的全局逻辑结构独立于应用程序。当数据的物理组织或存储设备改变时，不影响全局逻辑结构，而当数据的全局逻辑结构改变时，有可能不用改变应用程序。（4）为用户提供了方便的接口。在数据库系统中，用户可以非常方便地使用查询语言，如 SQL，以实用程序命令操作数据库中的数据，也可以使用编程方式，如在高级程序设计语言中嵌入查询语言，操作数据库。（5）提供了完整的数据管理与控制功能。这些功能包括并发性、完整性、可恢复性、安全性
34、和审计性等。并发性就是允许多个用户或应用程序同时操作数据库中的数据，而数据库依然保证为这些用户或应用程序提供正确的数据。完整性就是始终包含正确的数据，例如，通过完成完整性的规则可以使数据值限制在指定的范围内。可恢复性是指在数据库遭到破坏后，系统有能力把数据库恢复到最近某个时刻的正确状态。安全性是指只有指定的用户才能使用数据库中的数据和执行允许的操作。审计性是指系统可以自动记录所有对数据库和数据的操作，以便跟踪和审计数据库系统的所有操作。（6）提高了系统的灵活性。对数据库中数据的操作既可以以记录为单位，也可以以记录中的数据项为单位。例如在 SQL 语言中可以使用 SELECT 语句指定记录或记录
35、中的数据项。数据库系统的出现使得信息系统从以加工数据的程序为中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。这样既有利于数据的集中管理，又有利于应用程序的开发与维护，从而提高了数据的利用率与相容性，提高了决策的可靠性。目前，数据库已经成为现代信息系统不可分离的重要组成部分。具有数以百万甚至数百亿字节信息的数据库已经普遍存在于科学技术、工业、农业、商业、服务业和政府部门的信息系统中。1.4.2 SQL 简介SQL 是结构化查询语言(Structured Query Language)的简称。在 SQL 问世之前，每种数据库系统都有它自己的编程接口，当想以不向的方式查看数据库中的数据时，必须进行相当复杂的
36、数据之间的转换。而 SQL 诞生之后，这种工作就被大大地简化了。这种语言允许用户用简单的语句定义查询，以用户自己最需要的方式来查询和修改数据库中的数据。虽然 SQL 语言使用起来比较简单，但是它的功能是非常强大的，这足以使用户可以完成数据库操作的各种任务。因此，它已经成为了数据库编程时所必不可少的一种语言，许多不同的数据库系统都支持 SQL 语言。SQL 语言有 3 种基本形式：数据定义语言(DDL)，它用来记录和删除数据库结构；数据控制语言(DCL)，它用于处理用户对某个对象的允许权限；数据处理语言(DML)，它是 SQL 中最重要的一种语句，用于进行对数据源中数据的增加、删除、修改或者查询
37、等操作。具体内容请参考有关文献。1.4.3 ODBC 简介ODBC 是开放数据库互连(Open Database Connectivity)的简称，它是一个用于访问数据库(主要是关系型的数掂库)的统一界面标准。在 ODBC 问世之前，对数据库进行访问和操作是一个很复杂和专业性很强的事情，这是因为各个不同的数据库在其组成和操作方法上有较大的差异，因此虽然你可能对某一个数据库使用得非常熟练，但是一旦转向对另一个数据库的操作时，你也必须得切从头开始。而 ODBC 的出现在很大的程度上解决了这个问题。它可以对不同的数据库进行访问，并且提供一个统一的界面，使编程者可以尽可能少的关心数据库操作底层的细节问
38、题，从而给数据库编程工作带来了极大的方便。目前 ODBC 可以对现存的大多数数据库进行访问，不论是像Oracle、Sybase、Informix 这样的一些大型的数据库，还是像 FoxPro、MS Access 等一些较小型的数据库。特别是当它形成一个国际公认的标准以后，众多的数据库生产厂商都遵循 ODBC 来进行数据库的生产，这使得 ODBC 已经成为当前数据库生产和数据库应用程序编制过程中都必不可少的基础。ODBC 之所以能够操纵如此众多的数据库是由于当前绝大多数的数据库都全部或者部分地遵循 E.F.Codd 所提出的关系数据库模型。ODBC 正是因此才能实现向不同的关系数据库提供一个统一
39、的接口。ODBC 实际上是个数据库的访问库，它提供了组 ODBC API 函数可以供编程者使用。对于程序设计人员来说，ODBC API 函数集实际上是一个动态链接库(DLL)集，可以在应用程序中直接使用它们。ODBC 的体系结构会随着操作系统的不同而变化，一般来说它有可以装载的数据库驱动程序(Driver)和一个驱动程序管理器(Driver Manager)。ODBC 是一个分层的体系结构，图 1-4 描述了具备 ODBC 功能的应用程序与 ODBC 结构部件之间的关系。ODBC 应用程序ODBC 驱动程序以及驱动程序管理器数据库驱动程序数据源图 14 ODBC 组成示意图从图 1-4 可以看
40、出，0DDC 是介于用户应用程序与不同的数据库驱动程序之间的一个中介。在该结构中除了用户的应用程序以及所要操作的数据源及其驱动程序之外，还有两个非常重要的部分：ODBC 驱动程序以及 0DBC 驱动程序管理器。在使用 0DBC 技术编写的应用程序中，用户的应用程序不能对数据库直接进行存取操作，而必须由 0DBC 驱动程序来完成。ODBC 驱动程序负责将应用程序的 SQL 语句调用以及其他信息传递给特定数据库的驱动程序，同时它也负责将从驱动程序返回的结果传递给应用程序5。1.4.4 使用 Visual C+6.0 开发数据库的优势目前用于数据库开发的前端工具的开发环境有很多，例如：Delphi、
41、Visual FoxPro、Visual Basic、PowerBuilder 以及 SQL Server 等。随着 Visual C+的数据库开发功能的不断增强，它作为一种方便易用的前端开发工具在实际开发中被广泛使用。使用 Visual C+已经可以开发出功能强大、访问速度快、应用广泛、占用资源较少的数据库应用程序。Visual C+中包含了开发数据库应用的全方位的支持。最为一种开发环境，Visual C+对数据库的支持已经可以与 Visual Basic、Access、Delphi、Foxpro、Paradox 等相媲美，在对某些特性的支持上还超过了这些技术。Visual C+中提供了多种
42、多样的访问技术，例如ODBC、MFC ODBC、DAO、OLE DB 和 ADO 等。这些技术各有特点，共同组成了强大的开发 Visual C+数据库应用的集成开发环境。Visual C+6.0 进行数据库开发的优势集中在以下几个方面：1简化的开发过程Visual C+6.0 中提供了 MFC 类、模板类等一系列的向导用于产生应用程序，这些特点大大简化了应用程序的设计。而且 Visual C+6.0 的集成开发环境中还提供了各种支持数据库开发的工具。使用这些工具可以帮组开发者有效地管理开发过程。2灵活多变地开发方式Visual C+6.0 中提供了强大的开发环境可以使开发者根据自己的需要设计应
43、用程序的界面和功能，而无需受开发环境的限制。这主要是因为 Visual C+中提供了丰富的类和方法。3更快捷的数据库访问Visual C+6.0 中引入了新的访问技术OLE DB 和 ADO。OLE DB 和 ADO都是基于 COM 接口的技术，使用这些技术可以直接对数据库的驱动程序进行访问，这大大提高了访问速度。4更强的扩展性Visual C+6.0 中提供了 OLE 技术和 ActiveX 技术，这些技术可以增强开发应用程序的能力。使用 OLE 技术和 ActiveX 技术可以使开发者利用 Visual C+中提供的各种组件、控件及第三方提供的组件来扩展自己的应用程序，从而使应用程序组件化
44、。使用这些技术可以使应用程序具有良好的可扩展性。在 Visual C+中提供了 MFC ODBC 类，在类中封装了 ODBC API，提供了面向对象的数据库类。这样避免了直接使用 ODBC API 创建应用程序需要编制大量代码的确点，使创建数据库应用程序的过程大大简化。第 2 章 概念设计2.1 概念设计的基本知识概念设计是总体设计的第二个阶段。简单的说，概念设计首先是要弄清设计要求和条件,然后生成框架式的广泛意义上的解。扩展开来，概念设计是根据产品生命周期各个阶段的要求,进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计;进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体
45、方案的构思和系统化设计。概念设计的过程是一个发散思维和创新设计的过程,是一个求解各种实现功能的,满足各种技术和经济指标的,可能存在的方案的过程。在概念设计的过程中,要求设计人员掌握现代设计方法、先进制造技术、专业理论、商用运作等方面知识。2.1.1 概念设计的特性概念设计具有以下特性：（1）创新性 创新是设计的本质，是概念设计的灵魂。只有创新才有可能得到结构新颖、性能优良、价格低廉的富有竞争力的机械产品。如同1.1.1 中所述，创新可以是多层次的,如从结构修改、结构替换的低层次创新工作到工作原理更换、功能修改和增加等高层次的创新活动都属于概念设计的范畴。在众多设计路径所产生的设计结果中,将产生
46、一组可行的“新”方案。（2）层次性 概念设计的层次性体现在两方面。一方面,概念设计分别作用于功能层和载体结构层,并完成由功能层向结构层的映射。如功能定义、功能分解作用于功能层上,而结构修改、结构变异则作用于结构层,由映射关系将两层连接起来。另一方面,在功能层和结构层中也有自身的层次关系。例如功能分解就是将功能从一个层次向下一层次推进。功能的层次性也就决定了结构的层次性,不同层次的功能对应不同层次的结构。（3）多样性 概念设计的多样性主要体现在其设计路径的多样化和设计结果的多样化。不同的功能定义、功能分解和工作原理等,会产生完全不同的设计思路和设计方法,从而在功能载体的设计上产生完全不同的解决方
47、案。（4）多目标性 设计是在多种因素的限制和约束下进行的,其中包括科学、技术、经济等发展状况和水平的限制,也包括生产厂家所提出的特定的要求和条件,同时还涉及环境、社会等因素。这些限制和要求构成了一组边界条件,形成了设计师进行谋划和构思的“设计空间” 。只有满足了这些约束目标,才可能得到可行解。（5）不良结构性 概念设计信息的不完整、不一致、不精确甚至是模糊的特性,使得难以对该阶段进行准确、定量的描述,导致了从问题空间到解空间映射求解的过程变成了不良结构问题。（6）反复迭代性 在方案求解的每个过程中都是由多个子循环综合、分析和评价组成,各个子循环多次迭代的结果得到一个全局满意解。2.1.2 概念
48、设计的主要过程在概念设计阶段，首先要进行技术问题分解，得到技术子问题，如效应问题、能源问题、传动问题、材料问题等等，然后对这些子问题分别进行求解（称之为基元解） 。在求解的过程中应注意，这些子问题之间是互相联系的，并不是完全各自独立的。求解应当首先确定效应（原理） ，如果没有相应的效应存在，也就是效应子问题无解，那么整个问题便无解。因为没有相应的效应原理，功能就不可能实现，那么再求解其它子问题也就没有意义了。例如永动机的构想，这个想法不可谓不好，但是实际中不存在实现这个想法的原理，所以它就永远实现不了，那么再去研究到底是用钢还是用铝合金来造也就失去了意义。在对各个子问题进行求解时，如果存在某个
49、子问题无解，那么总体问题就无解，因为总体方案的解是各基元解相与的结果。如果子问题有多个解，那么总体问题就可能有多个解，因为对同一个问题，解与解之间是相或的关系。子问题求解结束后，应对基元解进行评价与综合。评价是检验基元解或总体方案除了满足技术上的要求之外，是否能满足其它方面的要求，或是满足要求的程度。比如说经济上，在其它条件相同的情况下，成本低的方案其产品设计方案的价值高，或者说方案受益大。或者在成本相同的情况下，称产出功能强的产品方案受益大。所以产品设计方案的价值可以表示为： CFV其中：V产品方案的价值；F产品方案的功能；C产品方案的成本。可采用定性描述的方式来描述评价结果，如表 2-1 所示：表 2-1 根据定性描述的评价标准定性描述 不满意（不能用）勉强能用（勉强）可用（可以）良（尚满意）优（满意）理想（很满意）评价值 0 1 2 3 4 5综合是使基元解在一定约束条件的基础上形成总体方案，以得出初步优化方案。总体方案不是基元解的简单相与，而是在一定约束条件下的组合。约束条件可以是在目标设计时已确定，也可以在设计时根据实际情况增加。增加约束是为了从多种方案中寻优。综上，我们可以用图 2-1 来简单地表示概
