機(jī)械CAD-CAM系統(tǒng)集成

機(jī)械CAD-CAM系統(tǒng)集成第0章CAD/CAM系統(tǒng)集成第一節(jié)CAD／CAM集成概述

第二節(jié)CAD／CAM系統(tǒng)的集成方法

第三節(jié)基于PDM的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成一、CAD/CAM系統(tǒng)集成概述二、CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)三、CAD／CAM系統(tǒng)集成的支撐系統(tǒng)第一節(jié)CAD／CAM集成概述一、CAD/CAM系統(tǒng)集成概述CAD／CAM系統(tǒng)集成，就信息而言，是指設(shè)計(jì)與制造過程中CAD、CAPP和NCP三個(gè)主要環(huán)節(jié)的軟件集成，有時(shí)也叫CAD／CAPP／CAM集成。計(jì)算機(jī)輔助單元技術(shù):CAD、CAPP、CAM、CAE、CAFD。CAD／CAM的集成是制造業(yè)邁向計(jì)算機(jī)集成制造CIM的基礎(chǔ).信息集成的定義集成范圍：信息和物理集成的體系結(jié)構(gòu)集成的特點(diǎn)集成的需要的要素信息集成的定義CAD／CAM集成是指信息和物理設(shè)備兩方面的集成。從信息的角度看，所謂集成是指CAD、CAPP、CAM等各模塊之間的信息提取、交換、共享和處理的集成，即信息流的整體集成，CAD／CAM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)共享；硬件集成是通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)物理設(shè)備的互聯(lián)。圖9-1CAD／CAM集成的體系結(jié)構(gòu)CAD／CAM的集成顯著特點(diǎn)

與生產(chǎn)管理和質(zhì)量管理有機(jī)地集成在一起，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和信息流形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)CAD／CAM的集成，需要的要素

（1）CAD系統(tǒng)能夠提供完備的、統(tǒng)一的、符合某種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型，使CAPP、CAM等系統(tǒng)能夠從該模型獲取所需要的信息，并最終將CAD設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)換成制造模型。（2）CAD／CAM系統(tǒng)中各模塊間應(yīng)能順暢地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和交換，交換的方式可以是專用的數(shù)據(jù)接口、符合某種規(guī)范的格式文件或數(shù)據(jù)庫等。二、CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)(一)參數(shù)化技術(shù)（二）特征技術(shù)（三）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（四）產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(一)參數(shù)化技術(shù)參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，是研究熱點(diǎn)。設(shè)計(jì)、修改、多種方案比較和動態(tài)設(shè)計(jì)：強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動修改圖形的功能，設(shè)計(jì)效率高。（二）特征技術(shù)問題：信息中斷解決的辦法是建立CAD／CAPP／CAM范圍內(nèi)相對統(tǒng)一的、基于特征的產(chǎn)品定義模型，并以此模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CAD、CAPP、CAM間的數(shù)據(jù)交換與共享。（幾何信息、工藝和加工信息），特征，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)目前已有的CAD／CAM系統(tǒng)集成，主要通過文件，通過數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換，傳輸效率不高。解決辦法：采用工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理集成數(shù)據(jù)，使各系統(tǒng)之間直接進(jìn)行信息交換，真正實(shí)現(xiàn)CAD／CAM之間信息交換與共享。（四）產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn):（1）IGES標(biāo)準(zhǔn)（2）STEP標(biāo)準(zhǔn)（1）IGES標(biāo)準(zhǔn)

IGES標(biāo)準(zhǔn)—定義IGES標(biāo)準(zhǔn)--描述IGES標(biāo)準(zhǔn)--文件格式IGES標(biāo)準(zhǔn)--前后處理程序IGES標(biāo)準(zhǔn)--缺點(diǎn)（1）IGES標(biāo)準(zhǔn)—定義IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）是在美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的倡導(dǎo)下，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）公布的美國標(biāo)準(zhǔn)，是CAD／CAM系統(tǒng)之間圖形信息交換的一種規(guī)范。主要：幾何、繪圖、結(jié)構(gòu)和其他信息組成?？梢蕴幚鞢AD／CAM系統(tǒng)中大部分信息，是用來定義產(chǎn)品幾何形狀的現(xiàn)代交互圖形系統(tǒng)。（1）IGES標(biāo)準(zhǔn)--描述:描述:IGES用單元和單元屬性描述產(chǎn)品幾何模型.單元：是基本的信息單位，分為幾何、尺寸標(biāo)注、結(jié)構(gòu)、屬性等四種.單元組成：第一部分稱為條目目錄段，具有固定長度；第二部是參數(shù)部分，是自由格式，其長度可變。幾何單元包括點(diǎn)、線、圓、二次曲線、參數(shù)樣條、直紋面和旋轉(zhuǎn)面等。標(biāo)注尺寸單元有：字符、箭頭線段和邊界線，能標(biāo)注角度、直徑、半徑、直線等尺寸。結(jié)構(gòu)單元用來定義各單元之間的關(guān)系和意義。屬性單元是描述產(chǎn)品定義的屬性。IGES標(biāo)準(zhǔn)--文件格式GES的文件格式分為ASCⅡ格式與二進(jìn)制格式。特點(diǎn)：ASCⅡ格式便于閱讀；二進(jìn)制格式適于傳送大容量文件。

ASCⅡ格式的分類ASCⅡ格式分為定長和壓縮兩種形式。固定行長的格式中，每行為80個(gè)字符，由若干行組成一個(gè)文件。文件分成開始段、全局參數(shù)段、條目目錄段、參數(shù)數(shù)據(jù)段、結(jié)束段、標(biāo)志段。第1行的第73列，如果是B，則是二進(jìn)制文件，如果是C，則是壓縮二進(jìn)制文件。IGES標(biāo)準(zhǔn)--前后處理程序IGES是一種中性文件。將某種CAD／CAM系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)成IGES文件時(shí)，需經(jīng)前置處理程序處理。IGES文件傳至另一種CAD／CAM系統(tǒng)時(shí)，則需經(jīng)過后置處理程序處理。因此要求各種應(yīng)用系統(tǒng)必須具備相應(yīng)的前后置處理程序，以便利用IGES文件傳遞產(chǎn)品的信息。IGES標(biāo)準(zhǔn)--缺點(diǎn)A、IGES中定義的實(shí)體主要是幾何圖形方面的信息，而不是產(chǎn)品定義的全面信息。B、IGES對數(shù)據(jù)傳輸不可靠，往往一個(gè)CAD系統(tǒng)只有一部分?jǐn)?shù)據(jù)能轉(zhuǎn)換成IGES數(shù)據(jù)，在讀入IGES數(shù)據(jù)時(shí)，也經(jīng)常有部分?jǐn)?shù)據(jù)被丟失。C、IGES文件的一些語法結(jié)構(gòu)有二義性，不同的系統(tǒng)會對同一個(gè)IGES文件給出不同的解釋，這可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換的失敗。D、它的交換文件所占的存儲空間大，影響數(shù)據(jù)文件的處理速度和傳輸效率。（2）STEP標(biāo)準(zhǔn)STEP（StandardforExchengeofProductModel）標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可理解的表示和交換國際標(biāo)準(zhǔn)。其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。特點(diǎn):不僅適合于中性文件轉(zhuǎn)換，而且是實(shí)現(xiàn)和共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)信息的表達(dá)和數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)方法分開STEP標(biāo)準(zhǔn)包括以下五個(gè)方面的內(nèi)容①標(biāo)準(zhǔn)的描述方法②集成資源③應(yīng)用協(xié)議④實(shí)現(xiàn)形式⑤一致性測試和抽象測試①標(biāo)準(zhǔn)的描述方法STEP的體系結(jié)構(gòu)由應(yīng)用層、邏輯層、物理層三個(gè)層次構(gòu)成.最上層是應(yīng)用層，包括應(yīng)用協(xié)議及對象的抽象測試集，這是面向具體應(yīng)用的一個(gè)層次。第二層是邏輯層，包括集成通用資源和集成應(yīng)用資源及由這些資源建造的一個(gè)完整的產(chǎn)品模型。它從實(shí)際應(yīng)用中抽象出來，并與具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)。最低層是物理層，包括實(shí)現(xiàn)方法，給出具體在計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)形式。①標(biāo)準(zhǔn)的描述方法STEP采用參照模型和形式定義語言進(jìn)行模型的描述。EXPRESS語言是IPO（IGES／PDESOrganization）專門開發(fā)的形式定義語言。采用形式化數(shù)據(jù)規(guī)范語言的目的是保證產(chǎn)品描述的一致性和無二義性，同時(shí)也要求它具有可讀性及能被計(jì)算機(jī)所理解。EXPRESS語言就是根據(jù)這些要求制訂的，它是一種信息建模語言，提供了對集成資源和應(yīng)用協(xié)議中產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)描述的機(jī)制。②集成資源集成資源:STEP邏輯層統(tǒng)一的概念模型為集成的產(chǎn)品信息模型.集成資源分為通用資源和應(yīng)用資源兩類通用資源部分有產(chǎn)品描述與支持的原理、幾何與拓?fù)浔硎?、結(jié)構(gòu)表示、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置、材料、視圖描繪、公差和形狀特征等。應(yīng)用資源部分有制圖、船舶結(jié)構(gòu)和有限元分析等。③應(yīng)用協(xié)議所謂應(yīng)用協(xié)議是一份文件，用以說明如何用標(biāo)準(zhǔn)的STEP集成資源來解釋產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型文本，以滿足工業(yè)需要。也就是說，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需要，確定標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)內(nèi)容，或加上必須補(bǔ)充的信息，強(qiáng)制要求各應(yīng)用系統(tǒng)在交換、傳輸和存儲產(chǎn)品數(shù)據(jù)時(shí)符合應(yīng)用協(xié)議的規(guī)定。④實(shí)現(xiàn)形式STEP標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)形式分為四級：第一級為文件交換；第二級為工作格式（Workingform）交換；第三級為數(shù)據(jù)庫交換；第四級為庫交換。對于不同的CAD／CAM系統(tǒng)，可以根據(jù)對數(shù)據(jù)交換的要求和技術(shù)條件選取一種或多種形式。⑤一致性測試和抽象測試即使資源模型定義得非常完善，一旦經(jīng)過應(yīng)用協(xié)議，在具體的應(yīng)用程序中，其數(shù)據(jù)交換是否符合原來意圖，尚需經(jīng)過一致性測試。STEP標(biāo)準(zhǔn)有一致性測試過程、測試方法和測試評估標(biāo)準(zhǔn)。一致性測試中分為結(jié)合應(yīng)用程序?qū)嵗臏y試與抽象測試。三、CAD／CAM系統(tǒng)集成的支撐系統(tǒng)（一）CAD／CAM集成環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)建立1．CAD／CAM集成環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)2．CAD/CAM集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（二）工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1．CAD／CAM集成環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（l）網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模應(yīng)覆蓋整個(gè)企業(yè)（2）網(wǎng)上傳遞的信息比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)量很大，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)（3）涉及的機(jī)型較多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（4）應(yīng)具有較好的靈活性和可擴(kuò)展性2．CAD/CAM集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)其中最著名的是MAP／TOP體系結(jié)構(gòu)。MAP和TOP均遵守OSI參考模型，是OSI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一種實(shí)現(xiàn)。MMS：制造報(bào)文規(guī)范，是MAP應(yīng)用層的重要協(xié)議，主要用于工廠自動化制造環(huán)境，實(shí)現(xiàn)制造設(shè)備單元控制之間的連網(wǎng)。MHS：電文處理系統(tǒng)，是TOP應(yīng)用層的重要應(yīng)用協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)間的電文傳遞。FTAM：文件傳輸、訪問、管理協(xié)議，是TOP應(yīng)用層的重要應(yīng)用協(xié)議，提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的文件管理。（二）工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念

2．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)3．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成方法1．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是為支持工程設(shè)計(jì)與制造和生產(chǎn)管理、經(jīng)營決策等整個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括工程數(shù)據(jù)庫，工程數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫的終端用戶。工程數(shù)據(jù)庫存儲的信息，既有結(jié)構(gòu)化信息，也有非結(jié)構(gòu)化信息，包括產(chǎn)品圖形信息（如零件的二維圖、三維圖和產(chǎn)品的裝配圖等）、產(chǎn)品的文字?jǐn)?shù)據(jù)信息（如零件的材質(zhì)、公差、表面粗糙度、產(chǎn)品的裝配關(guān)系信息等）、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（如資源數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、分析所需參數(shù)等）、工藝數(shù)據(jù)（如加工設(shè)備、工藝規(guī)程、工序文件、NC代碼等）。工程數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)（EDBMS）管理工程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，能對數(shù)據(jù)庫中的圖形和文字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲、檢索和修改。工程數(shù)據(jù)庫的終端用戶通常是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等工程技術(shù)人員。2．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與傳統(tǒng)的商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有較大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：（l）支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型（2）支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（3）支持豐富的語義關(guān)系（4）支持動態(tài)模式修改和版本管理能力（5）具有更強(qiáng)的事務(wù)管理功能3．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成方法一般通過列途徑來滿足工程數(shù)據(jù)庫的要求。（1）改造現(xiàn)有的商用數(shù)據(jù)庫使之支持工程數(shù)據(jù)處理。（2）研制新的數(shù)據(jù)模型，開發(fā)新的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)第二節(jié)CAD／CAM系統(tǒng)的集成方法目前，CAD／CAM系統(tǒng)的集成大多停留在信息集成的基礎(chǔ)上。包括:信息的提取、轉(zhuǎn)換和共享，CAD／CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵是信息的集成，是信息的交換和共享。根據(jù)信息交換方式和共享程度的不同，CAD／CAM系統(tǒng)的集成方案主要有以下幾種：一、通過專用數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)集成二、利用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式接口文件實(shí)現(xiàn)集成三、基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫的集成四、基于特征面向并行工程的設(shè)計(jì)與制造集成方法一、通過專用數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)集成利用這種方式實(shí)現(xiàn)集成時(shí)，各子系統(tǒng)都是在各自獨(dú)立的專用數(shù)據(jù)接口模式下工作。二、利用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式接口文件實(shí)現(xiàn)集成目前，幾乎所有的CAD／CAM系統(tǒng)都配置了原始圖形交互規(guī)范IGES接口，但I(xiàn)GES處理數(shù)據(jù)是以圖形描述數(shù)據(jù)為主，已不適應(yīng)信息集成發(fā)展的需要。其局限性表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)交換效率低；僅提供一個(gè)總的規(guī)范，對不同領(lǐng)域的應(yīng)用不能確定相應(yīng)的子規(guī)范；規(guī)范的可擴(kuò)充性差等。這種集成方式的思路是建立一個(gè)與各子系統(tǒng)無關(guān)的公用接口文件三、基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫的集成集成產(chǎn)品模型是實(shí)現(xiàn)集成的核心，統(tǒng)一工程數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)四、基于特征面向并行工程的設(shè)計(jì)與制造集成方法產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就可進(jìn)行工藝分析和設(shè)計(jì)、PPC／PDC（生產(chǎn)計(jì)劃控制／生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集），并在整個(gè)過程中貫穿著質(zhì)量控制和價(jià)格控制.它在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)，同步地設(shè)計(jì)與產(chǎn)品生命周期有關(guān)的全部過程，包括設(shè)計(jì)、分析、制造