《機械CAD CAM技術(shù)》課件第2章

第2章CAD/CAM系統(tǒng)2.1

CAD/CAM系統(tǒng)基礎(chǔ)2.2

CAD/CAM系統(tǒng)的硬件與軟件2.3國內(nèi)外典型CAD/CAM軟件簡介2.4工程數(shù)據(jù)庫與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在CAD/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用 2.1CAD/CAM系統(tǒng)基礎(chǔ)

2.1.1CAD/CAM系統(tǒng)的組成

所謂系統(tǒng)，是指為某個共同目標而組織在一起的相互關(guān)聯(lián)部分的組合。一個完整的CAD/CAM系統(tǒng)由硬件、軟件和人等三大部分組成。

硬件主要指計算機及各種配套設(shè)備，如各種檔次的計算機、打印機、繪圖機等。廣義上說，還包括數(shù)控加工的各種機械設(shè)備等，它是CAD/CAM系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件一般包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件等，它是CAD/CAM系統(tǒng)的核心。硬件的性能及其CAD/CAM功能的實現(xiàn)必須通過軟件實現(xiàn)。人在CAD/CAM系統(tǒng)中起主導作用，是CAD/CAM系統(tǒng)的關(guān)鍵。CAD/CAM屬于高新技術(shù)，只有高素質(zhì)的技術(shù)人才才能把CAD/CAM系統(tǒng)的先進性能充分發(fā)揮出來，為企業(yè)創(chuàng)造效益。圖2.1.1為CAD/CAM系統(tǒng)組成簡圖。圖2.1.1CAD/CAM系統(tǒng)的組成2.1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能

一般來說，CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具有以下主要功能：

(1)交互圖形輸入及輸出功能。可用于基本的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計等任務(wù)。

(2)幾何建模功能，包括實體建模、線框建模及自由曲面建模等。幾何建模是CAD/CAM系統(tǒng)幾何處理的核心，提供有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計的各種數(shù)據(jù)，是后續(xù)作業(yè)處理的基礎(chǔ)。

(3)物理性能計算及工程分析功能?？筛鶕?jù)幾何建模的基本參數(shù)，對產(chǎn)品進行工程分析和數(shù)值計算，最常用的是有限元分析和優(yōu)化處理功能。

(4)處理數(shù)控加工信息的功能?？捎糜谧詣泳幊?、動態(tài)仿真及多坐標數(shù)控加工控制等。

(5)數(shù)據(jù)管理功能?？捎糜谔幚懋a(chǎn)品設(shè)計過程中的全部信息，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)信息的共享。2.1.3CAD/CAM系統(tǒng)的選型及配置

1.?CAD/CAM系統(tǒng)的選型

由于CAD/CAM系統(tǒng)投資相對較大，因此如何科學、合理地選擇適合本企業(yè)技術(shù)水平及生產(chǎn)能力的系統(tǒng)，必須經(jīng)過詳細的考察與分析。選擇CAD/CAM系統(tǒng)最基本的出發(fā)點是性能價格比和其適用范圍，同時考慮其技術(shù)的發(fā)展趨勢，特別是軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展。一般要進行以下考慮：

(1)根據(jù)本企業(yè)的特點、規(guī)模、追求目標及發(fā)展趨勢等因素，確定應(yīng)具有的系統(tǒng)功能。

(2)從整個產(chǎn)品設(shè)計周期中各個進程的工作要求出發(fā)，考核擬選用的系統(tǒng)各模塊的功能，包括其開放性和集成性等特點。然后，根據(jù)性能價格比選擇合適的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。

(3)考慮如何使用、管理該系統(tǒng)，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用，真正為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益。

由于計算機技術(shù)發(fā)展迅速，軟硬件產(chǎn)品的更新周期很短，因此在組建CAD/CAM系統(tǒng)時，應(yīng)在總體規(guī)劃指導下，先構(gòu)建系統(tǒng)的基本部分，再逐步擴充。資金尚不充足或CAD/CAM基礎(chǔ)薄弱的企業(yè)，應(yīng)先選擇效益比較顯著的普及性應(yīng)用。

2.?CAD/CAM系統(tǒng)的配置

1)配置原則

CAD/CAM系統(tǒng)的硬件配置要考慮以下幾方面：

(1)系統(tǒng)功能。主要包括CPU的數(shù)據(jù)處理能力，內(nèi)外存容量，輸入輸出性能，圖像顯示和處理能力，與外部設(shè)備的接口能力，網(wǎng)絡(luò)通信能力。

(2)硬件系統(tǒng)要有良好的開放性且符合工業(yè)標準，是否采用UNIX、Windows等操作系統(tǒng)、以太網(wǎng)、流行CPU芯片可作為衡量標準，以利于系統(tǒng)進一步擴充、聯(lián)網(wǎng)以及支持更多種類的外圍設(shè)備。

(3)經(jīng)濟性能。

CAD/CAM系統(tǒng)的軟件配置要考慮以下幾方面：

(1)采用標準操作系統(tǒng)，一般選用網(wǎng)絡(luò)版。

(2)支撐軟件根據(jù)需要配置成低端、中端或高端系統(tǒng)。

(3)用戶多。

(4)運行可靠，維護簡單，性能價格比高。

(5)廠商信譽及售后服務(wù)好。

2)基本配置形式

按照所用主機分類，CAD/CAM系統(tǒng)的基本配置有四種形式：大型機系統(tǒng)、小型機系統(tǒng)、工程工作站系統(tǒng)和微機系統(tǒng)。大型機系統(tǒng)采用高性能的大型通用計算機為主機，用分時方式連接幾十臺圖形終端和字符終端。主機系統(tǒng)的特點是通用性強、計算能力強，但價格昂貴，主要應(yīng)用在需要進行復(fù)雜計算和大量數(shù)據(jù)處理的CAD/CAM系統(tǒng)，如國外的大型飛機制造公司和汽車制造公司。常見的主機有IBM系列、西門子系列等。

小型機系統(tǒng)配有專用的軟件、硬件，并獨立地承擔設(shè)計任務(wù)，其優(yōu)點是軟件不需要變更即可在其系列產(chǎn)品上使用，但小型機系統(tǒng)擴展能力差，數(shù)據(jù)存儲分散，因此現(xiàn)在應(yīng)用很少。工程工作站系統(tǒng)采用高性能的圖形工作站，其特點是運算速度快、數(shù)據(jù)存儲量大、圖形顯示速度高、具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能,但工程工作站的價格相對昂貴，同時由于采用UNIX操作系統(tǒng)，其維護和使用都較難，不適合普通用戶使用。

微機系統(tǒng)采用微型計算機為主機，操作系統(tǒng)為流行的Windows系統(tǒng)或WindowsNT系統(tǒng)，其操作非常簡單，適用于廣大中小用戶。同時，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微機的性能已經(jīng)達到甚至超過了傳統(tǒng)的工作站系統(tǒng)，過去一些基于工作站的CAD/CAM軟件也相繼推出微機版。微機系統(tǒng)的發(fā)展,使CAD/CAM技術(shù)走出高樓，得以在廣大企業(yè)中真正得到普及。2.1.4CAD/CAM系統(tǒng)的工作方式

目前，計算機硬件的水平正以莫爾定律的規(guī)律飛速發(fā)展，CAD/CAM系統(tǒng)的軟件功能也日益強大。但是，要發(fā)揮出CAD/CAM系統(tǒng)的作用，關(guān)鍵在人。沒有掌握CAD/CAM技術(shù)的人才，CAD/CAM系統(tǒng)的價值將無法體現(xiàn)。CAD/CAM對人的要求包括：

1.基礎(chǔ)知識

必須包括以下三方面的基礎(chǔ)知識：

(1)計算機基礎(chǔ)，主要包括系統(tǒng)軟件和硬件的基本原理和應(yīng)用基礎(chǔ)。

(2)專業(yè)基礎(chǔ)，如機械制圖、機械設(shè)計與制造、電路設(shè)計等。

(3)外語基礎(chǔ)。

2.實踐知識

必須有工程實踐經(jīng)驗，不斷地從事CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用實踐，在實踐中加深對先進技術(shù)的掌握，并不斷豐富實踐經(jīng)驗。

3.不斷學習和培訓

CAD/CAM技術(shù)是飛速發(fā)展的先進技術(shù)，只有即時更新知識，始終掌握最前沿的軟件和技術(shù)，才能發(fā)揮更大的作用。

2.1.5CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程

一個較為完整的CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程如圖2.1.2所示。圖2.1.2CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程從圖2.1.2可以看到，操作人員使用各種設(shè)計、分析、繪圖、仿真軟件，以人機交互的形式進行操作。CAD/CAM軟件的強大功能為設(shè)計工作帶來許多方便，也使得一些靠人工不可能完成的任務(wù)得以完成。

圖2.1.2所示的CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程包括以下幾個方面：

(1)各種專家系統(tǒng)可以協(xié)助設(shè)計人員進行產(chǎn)品分析及方案設(shè)計。

(2)使用幾何造型系統(tǒng)快速、準確地建立產(chǎn)品的三維模型，并得到產(chǎn)品的基本數(shù)據(jù)，有些基于特征的建模系統(tǒng)還包括加工制造信息。

(3)計算分析軟件利用產(chǎn)品模型中的相關(guān)數(shù)據(jù)，自動生成有限元網(wǎng)格進行分析，得到靜態(tài)和動態(tài)的分析結(jié)果，為結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化提供依據(jù)。

(4)利用仿真軟件進行動態(tài)仿真、裝配仿真、檢驗零件干涉碰撞情況、模擬刀具軌跡等，以代替物理模型試驗或?qū)嶋H樣機檢驗等。

(5)圖形處理軟件用于圖形的繪制、編輯、顯示與打印輸出等，可以得到產(chǎn)品的任意方向的視圖、剖面圖、效果圖等。

(6)計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)軟件輔助設(shè)計人員設(shè)計工藝路線，確定工序，選擇機床、刀具，制定切削用量，計算工時定額、加工成本等，最后輸出完整的工藝文件等，實現(xiàn)零件加工工藝設(shè)計的自動化。

(7)數(shù)控(NC)自動編程軟件可以直接使用CAPP生成的結(jié)果進行自動編程，形成刀位文件，再經(jīng)處理而成為機床的加工代碼，即NC代碼。

根據(jù)應(yīng)用要求的不同，實際的CAD/CAM系統(tǒng)可支持上述全部過程，也可僅支持部分過程。上圖所示的系統(tǒng)包含了CAD/CAM的主要軟件功能，實際的系統(tǒng)往往會有差別，不可能或不必要包含所有的軟件模塊，有的系統(tǒng)還需要該圖中未列出的軟件功能。2.1.6CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)

1.?CAD/CAM系統(tǒng)集成技術(shù)的內(nèi)涵

CAD/CAM系統(tǒng)是一個集成的系統(tǒng)，是由許多相關(guān)的技術(shù)集成在一起的綜合系統(tǒng)，其中每一部分既可以是獨立的，又可以是密切相關(guān)的。這些技術(shù)包含以下內(nèi)容：

1)計算機輔助設(shè)計技術(shù)

計算機輔助設(shè)計簡稱CAD，是使用計算機進行機械產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)，是CAD/CAM系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。計算機輔助設(shè)計可以分為以下幾個方面：

(1)計算機輔助繪圖(ComputerAidedDrafting)。它是用計算機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖。CAD發(fā)展初期即計算機輔助繪圖，在企業(yè)中很多人所理解的CAD也是指計算機輔助繪圖。雖然用計算機代替手工繪圖可以減少圖紙上的錯誤、提高工作效率、減輕勞動強度，但計算機輔助繪圖并不是真正意義上的CAD。

(2)計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign)。計算機輔助設(shè)計是真正意義上的CAD，它包括以下幾個方面：①計算機輔助幾何建模(ComputerAidedGeometricModeling)。在CAD/CAM集成的系統(tǒng)中，設(shè)計時已不存在繪圖的概念，而是直接建立產(chǎn)品的三維模型。計算機輔助設(shè)計的基本任務(wù)就是考慮如何構(gòu)建產(chǎn)品的三維幾何模型，利用計算機記錄產(chǎn)品的三維幾何模型數(shù)據(jù)，并在計算機屏幕上真實顯示出三維形狀效果。三維幾何建模是CAD/CAM系統(tǒng)的核心技術(shù)，它提供有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計的各種數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)作業(yè)打下基礎(chǔ)。產(chǎn)品的幾何建模包括零件建模和裝配建模。常見的建模方法有線框模型、曲面模型和實體模型。由于實體模型全面記錄零件的邊框、表面以及由面組成的體的信息，并可以記錄其材料屬性和加工屬性，因此目前廣泛采用的是實體建模，在很多CAD/CAM系統(tǒng)中為更好地表現(xiàn)異型表面，經(jīng)常采用曲面建模和實體建模一體的混合建模技術(shù)。②裝配及干涉分析(DesignForAssemble，DFA)。在裝配建模中，為分析和評價產(chǎn)品的裝配性能，避免真實裝配中零件與零件、零件與部件、部件與部件之間產(chǎn)生干涉碰撞現(xiàn)象，必須對裝配模型進行干涉分析，及時發(fā)現(xiàn)并解決這些問題。

③可制造性分析(DesignForManufacturing)。在零部件設(shè)計時應(yīng)避免產(chǎn)品的不可制造性，減少不合理的零件結(jié)構(gòu)，為產(chǎn)品的制造作好準備。

(3)計算機輔助分析(ComputerAidedEngineering，CAE)。利用計算機和產(chǎn)品的三維幾何模型，可以在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，對產(chǎn)品進行必要和精確的計算及分析，這些計算和分析是過去采用手工設(shè)計方法不可能完成的。目前CAE主要包括運動學、動力學分析和仿真(Kinematics&Dynamics)、有限元分析和仿真(FiniteElementAnalysis，F(xiàn)EA)及優(yōu)化設(shè)計(Optimization，OPT)。運動、動力學分析是對機構(gòu)的位移、速度、加速度及各關(guān)節(jié)的受力進行分析，并以形象直觀的方式進行運動仿真，從而全面了解機構(gòu)的設(shè)計性能和運動情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。有限元分析是對產(chǎn)品重要的零部件進行應(yīng)力、應(yīng)變分析，根據(jù)分析結(jié)果評價設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，并對不合理的地方進行修改。優(yōu)化設(shè)計是在保證產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的前提下，追求產(chǎn)品的最優(yōu)，如體積最小、重量最輕、壽命最長等。

2)計算機輔助制造技術(shù)

計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)是指在產(chǎn)品的制造過程中采用計算機技術(shù)，包括以下幾個方面：

(1)計算機輔助編程(ComputerAidedProgramming)：一般人們所說的CAM就是指計算機輔助編程。它是根據(jù)零件的模型，利用計算機自動生成刀具運動軌跡，通過后置處理，生成數(shù)控加工代碼，直接傳送給數(shù)控機床來進行零件的加工。在使用數(shù)控代碼之前，可以利用計算機進行加工代碼仿真，確保加工過程中的安全性和正確性。

(2)計算機輔助工藝規(guī)程編制(ComputerAidedProgramPlanning，CAPP)：利用計算機進行零件加工工藝路線的自動編制，選擇合理的切削參數(shù)和加工設(shè)備，并確定合理的檢驗數(shù)據(jù)。

(3)計算機輔助質(zhì)量控制(ComputerAidedQuality，CAQ)：對產(chǎn)品質(zhì)量進行及時檢驗，并提出分析報告，對生產(chǎn)的組織、進度和其他管理問題及時進行跟蹤、反饋，并輔助做出決策。

2.?CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)

CAD/CAM系統(tǒng)的集成就是按照產(chǎn)品設(shè)計與制造的實際進程，在計算機內(nèi)實現(xiàn)各應(yīng)用程序所需的信息處理和交換，形成連續(xù)的、協(xié)調(diào)的和科學的信息流。因此，產(chǎn)生公共信息的產(chǎn)品造型技術(shù)、存儲和處理公共信息的工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)、進行數(shù)據(jù)交換的接口技術(shù)、對系統(tǒng)的資源進行統(tǒng)一管理的技術(shù)、對系統(tǒng)的運行統(tǒng)一組織的執(zhí)行控制程序以及實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的通信和數(shù)據(jù)等技術(shù)構(gòu)成了CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)的實施水平將成為衡量CAD/CAM系統(tǒng)集成度高低的主要依據(jù)。

1)產(chǎn)品建模技術(shù)

一個完善的產(chǎn)品設(shè)計模型是CAD/CAM系統(tǒng)進行信息集成的基礎(chǔ)，也是CAD/CAM系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的核心。為了實現(xiàn)信息的高度集成，產(chǎn)品建模是非常重要的。傳統(tǒng)的基于實體造型的CAD系統(tǒng)僅僅是產(chǎn)品幾何形狀的描述，缺乏產(chǎn)品制造工藝信息，從而造成設(shè)計與制造信息彼此分離，導致CAD/CAM系統(tǒng)集成的困難。CAD/CAM集成系統(tǒng)將特征概念引入CAD/CAM系統(tǒng)，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。該模型不僅支持從設(shè)計到制造各階段所需的產(chǎn)品定義信息(包括幾何信息、工藝信息和加工制造信息)，還提供符合人們思維方式的高層次工程描述語言特征，能使設(shè)計和制造工程師用相同的方式考慮問題。它允許用一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同時滿足設(shè)計和制造的需要，這就為CAD/CAM系統(tǒng)提供了設(shè)計和制造之間相互通信和相互理解的基礎(chǔ)，使其真正實現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)的一體化。因而就目前而言，基于特征的產(chǎn)品定義模型是解決產(chǎn)品建模關(guān)鍵技術(shù)的比較有效的途徑。

2)集成的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

隨著CAD/CAM技術(shù)的自動化、集成化、智能化和柔性化程度的不斷提高，集成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理問題日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的商用數(shù)據(jù)庫已滿足不了上述要求。CAD/CAM系統(tǒng)的集成應(yīng)努力建立能處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)處理環(huán)境，使CAD/CAM各子系統(tǒng)能夠有效地進行數(shù)據(jù)交換，盡量避免數(shù)據(jù)文件和格式轉(zhuǎn)換，清除數(shù)據(jù)冗余，保證數(shù)據(jù)的一致性、安全性和保密性。采用工程數(shù)據(jù)庫方法將成為開發(fā)新一代CAD/CAM集成系統(tǒng)的主流，也是系統(tǒng)進行集成的核心。

3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)

數(shù)據(jù)交換的任務(wù)是在不同的計算機之間、不同操作系統(tǒng)之間、不同數(shù)據(jù)庫之間和不同應(yīng)用軟件之間進行數(shù)據(jù)通信。為了克服以往各種CAD/CAM系統(tǒng)之間，甚至各功能模塊之間在開發(fā)過程中的孤島現(xiàn)象，統(tǒng)一它們的機內(nèi)數(shù)據(jù)表示格式，使不同系統(tǒng)間、不同模塊間的數(shù)據(jù)交換順利進行，充分發(fā)揮用戶應(yīng)用軟件的效益，提高CAD/CAM系統(tǒng)的生產(chǎn)率，必須制訂國際性的數(shù)據(jù)交換規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，開發(fā)各類系統(tǒng)接口。有了這種標準和規(guī)范，產(chǎn)品數(shù)據(jù)才能在各系統(tǒng)之間方便、流暢地傳輸。

4)集成的執(zhí)行控制程序

由于CAD/CAM集成化系統(tǒng)的程序規(guī)模大、信息源多、傳輸路徑不一，以及各模塊的支撐環(huán)境多樣化，因而沒有一個對系統(tǒng)的資源進行統(tǒng)一管理、對系統(tǒng)的運行進行統(tǒng)一組織的執(zhí)行控制程序是不行的。這種執(zhí)行控制程序是系統(tǒng)集成的最基本要素之一。它的任務(wù)是把各個相關(guān)模塊組織起來，按規(guī)定的運行方式完成規(guī)定的作業(yè)，并協(xié)調(diào)各模塊之間的信息傳輸，提供統(tǒng)一的用戶界面，進行故障處理等工作。2.1.7CAD/CAM集成的體系結(jié)構(gòu)

CAD/CAM系統(tǒng)分以下三個層次來實現(xiàn)：

(1)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理層。它以STEP的產(chǎn)品模型為基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)庫、工作格式(STEP)、文件交換等三種數(shù)據(jù)交換方式。這三種數(shù)據(jù)的存取由DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))、工作格式管理模式及系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。

(2)基本功能層，包括幾何造型、特征造型、圖形編輯顯示及尺寸公差處理。通常的CAD/CAM集成軟件具備完整的功能界面、統(tǒng)一的產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)表。

(3)系統(tǒng)層，包括設(shè)計、分析、工藝規(guī)程設(shè)計和數(shù)控編程等?？梢酝ㄟ^用戶界面來完成從設(shè)計、分析到加工的任務(wù)。

2.1.8CAD/CAM集成的發(fā)展趨勢

目前CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到解決，今后的CAD/CAM集成發(fā)展的特點和趨勢體現(xiàn)在以下幾點：

(1)面向并行工程。CAD/CAM集成系統(tǒng)應(yīng)該從全局優(yōu)化的角度出發(fā)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品進行管理和控制，并對已經(jīng)存在的產(chǎn)品設(shè)計進行改進和提高。

(2)面向生產(chǎn)過程的多種功能的高度集成。

(3)支持面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫。

(4)參數(shù)化設(shè)計。

(5)多種工業(yè)標準數(shù)據(jù)接口和具有二次開發(fā)的能力。

(6)智能化技術(shù)。

(7)現(xiàn)代CAD技術(shù)。 2.2CAD/CAM系統(tǒng)的硬件與軟件

2.2.1硬件的組成

1.主機

CAD/CAM系統(tǒng)中的主機包括大型機、小型機、圖形工作站和微型計算機。目前，微型計算機技術(shù)發(fā)展得非常迅速，其性能已接近甚至超過了傳統(tǒng)的工作站，因此在CAD/CAM系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，是中小用戶的首選機型。

主機主要包括CPU、存儲器等。CAD/CAM系統(tǒng)要求計算機的CPU有極高的運算速度，現(xiàn)在市場上流行的微機CPU為奔騰4處理器，其主頻可達4GHz以上，有些計算機還采用了雙CPU，以滿足CAD/CAM系統(tǒng)對運算速度的要求。存儲器可分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩類。一般常見的CAD/CAM系統(tǒng)要求計算機應(yīng)當有較大的內(nèi)存容量，目前應(yīng)達到2GHz，甚至更大。

常見的外存儲器有硬盤、光盤等。硬盤是計算機中的主要外存儲器，當前容量可達500GB，并且根據(jù)需求可以加裝雙硬盤。目前，還出現(xiàn)了移動硬盤和U盤，這類外存儲器與計算機的USB接口連接，支持熱插拔，因此有廣泛的應(yīng)用前景。

2.輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是把圖形數(shù)據(jù)或指令傳送給計算機的一種裝置，計算機鍵盤就是一種最常見的輸入設(shè)備。除此之外，它還有以下幾種：

1)鼠標

鼠標是計算機上的主要輸入設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜，因此現(xiàn)在已經(jīng)成為計算機的標準配置。在CAD/CAM系統(tǒng)中，鼠標主要通過交互的方式向計算機輸入命令、坐標點以及拾取圖形對象等。鼠標的種類主要有機械鼠標、光電鼠標等，根據(jù)按鍵的數(shù)量又可分為雙鍵鼠標和三鍵鼠標。在CAD/CAM系統(tǒng)中由于要求有較高的光標定位精度和方便觀察圖形的能力，因此最好選用真三鍵的光電鼠標。

2)數(shù)字化圖形輸入板

數(shù)字化圖形輸入板是一種定標設(shè)備，當專用的觸筆或游標(與鼠標類似)在輸入板上移動時，它向計算機發(fā)送觸筆或游標的坐標位置。數(shù)字化儀定位精度高、使用方便，但價格較貴，一般用于原有圖紙的計算機化。

3)掃描儀

當用戶希望把復(fù)雜的圖形或圖像輸入計算機時，掃描儀是首選設(shè)備。掃描儀是一種高精度的光電產(chǎn)品，它通過光電轉(zhuǎn)換原理，把要輸入的圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)等掃描到計算機中，供計算機進行處理。掃描儀的特點是輸入速度快、質(zhì)量好，并可以輸入彩色圖形。掃描儀在工程中主要用于原有工程圖紙的計算機化，但圖紙只能以圖像的形式存儲，占用空間很大，并且不便于修改。掃描后的圖形只有通過專用的軟件進行處理后，才能夠轉(zhuǎn)化成工程中常用的格式。

常見的掃描儀有手持式、平板式(見圖2.2.1)和滾筒式等三種，其主要性能指標為光學分辨率。圖2.2.1平板式掃描儀

4)數(shù)碼相機

數(shù)碼相機是新一代的輸入設(shè)備(見圖2.2.2)，它的外形和照相機相同，只是其感光部分用電子元件取代了傳統(tǒng)照相機的膠卷。它的主要優(yōu)點是可以像照相似的把實物的信息直接輸入到計算機中，供計算機處理使用。數(shù)碼相機的性能主要是分辨率(用像素表示)，像素越多則性能越好，如1000萬像素。與數(shù)碼相機的原理類似，還有數(shù)碼攝像機，它主要用于存儲動態(tài)的圖像。圖2.2.2數(shù)碼相機

3.輸出設(shè)備

1)顯示器

顯示器是計算機中應(yīng)用的最主要的輸出設(shè)備，用于圖形、文字等各種信息的顯示，一臺沒有顯示器的計算機等于沒有了眼睛。因此，顯示器是計算機的標準配置。目前，常用

的顯示器有陰極射線管式(CRT)和液晶式(LED)。

陰極射線管式(CRT)顯示器的主要優(yōu)點是價格便宜、亮度高，但易閃耀而使眼睛產(chǎn)生疲勞，同時體積較大。這類顯示器的主要技術(shù)指標有顯示器大小、分辨率、刷新頻率等。

液晶顯示器具有不閃耀、亮度適中、體積小、無輻射等優(yōu)點，目前得到越來越多的使用。

2)打印機

打印機是把計算機中的圖形或文字信息輸出到紙介質(zhì)的一種設(shè)備，它主要用于A3以下圖紙的打印。目前，常見的打印機有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機三種。在機械設(shè)計中使用的多為黑白線條圖，因此常采用打印速度快、效果好、耗材便宜的激光打印機。噴墨打印機可以打印彩色圖形，常用于打印效果圖。而針式打印機打印的圖形效果較差，在CAD/CAM系統(tǒng)中很少使用。

3)繪圖儀

繪圖儀(見圖2.2.3)是CAD/CAM系統(tǒng)中的主要輸出設(shè)備，用于大幅面工程圖紙的輸出，其特點是輸出圖紙幅面大(可打印A0加寬加長的圖紙)、速度快、精度高。高性能的彩色噴墨式繪圖儀打印出的彩色圖像可與照片媲美。圖2.2.3繪圖儀

4.網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備是組成計算機網(wǎng)絡(luò)的必要設(shè)備。目前企業(yè)CAD/CAM網(wǎng)絡(luò)主要使用局域網(wǎng)，組建其網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備有集線器(HUB)、網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)、傳送介質(zhì)(雙絞線、同軸電纜或光纜)等。網(wǎng)卡安裝在每臺用戶終端計算機上，通過傳送介質(zhì)與集線器相連，而集線器與服務(wù)器連接。另外，為保證在不同的企業(yè)局域網(wǎng)之間遠距離傳送信息，組網(wǎng)時還應(yīng)根據(jù)具體情況選用調(diào)制解調(diào)器、中繼器、路由器、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、交換機等設(shè)備。

5.常見計算機硬件的配置

下面給出兩款CAD/CAM系統(tǒng)使用的計算機的配置。

1)?COMPAQ專業(yè)工作站

COMPAQ工作站是目前世界上性能優(yōu)良的專業(yè)工作站，主要用于CAD/CAM系統(tǒng)和其他領(lǐng)域。其中一款的配置如下：

CPU：酷睿2雙核，主頻3.16GHz

內(nèi)存：2G，DDRⅡ，800MHz

硬盤：250G，SATASMARTⅣ

顯示卡：256MB，nVIDIAGeForce8400

2)兼容機

兼容機指非品牌計算機，其特點是價格便宜，配置靈活，可以根據(jù)自己的需求選用計算機配件。在CAD/CAM系統(tǒng)中，兼容機主要用于圖形終端或低檔用戶?，F(xiàn)列舉一款兼容機的配置如下：

CPU：IntelPentiumⅣ，主頻3.16GHz

內(nèi)存：2GDDRⅡ，800MHz

硬盤：500GB

顯卡：256MB

顯示器：19英寸純平顯示器2.2.2軟件的組成

軟件在CAD/CAM系統(tǒng)中占有重要的地位。如果沒有一個好的軟件，那么不可能很好地發(fā)揮硬件的能力。根據(jù)軟件在系統(tǒng)中的作用，軟件可以分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三類。

系統(tǒng)軟件主要負責管理硬件資源以及各種軟件資源，它面向所有用戶，是計算機的公共性管理軟件及應(yīng)用和開發(fā)CAD/CAM系統(tǒng)的軟件平臺，一般包括操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等。

支撐軟件運行在系統(tǒng)軟件之上，是實現(xiàn)CAD/CAM各種功能的通用性應(yīng)用基礎(chǔ)軟件，是CAD/CAM系統(tǒng)專業(yè)性應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺。應(yīng)用軟件是用戶針對具體要求而專門開發(fā)的軟件，一般在通用CAD/CAM支撐軟件系統(tǒng)上開發(fā)而成，例如齒輪設(shè)計軟件、滾刀設(shè)計軟件、模具設(shè)計軟件等。

2.2.3操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是對計算機系統(tǒng)硬件(包括主機、輸入/輸出設(shè)備)及系統(tǒng)配置的各種軟件進行全面控制和管理的底層軟件，負責計算機系統(tǒng)內(nèi)所有軟件和硬件資源的監(jiān)控和調(diào)度，使其協(xié)調(diào)一致、高效率地運行。用戶只有通過操作系統(tǒng)才能控制和操縱計算機。目前在機械CAD/CAM中廣泛采用的操作系統(tǒng)有UNIX和Windows兩種。

UNIX操作系統(tǒng)主要使用在以中、小型計算機和圖形工作站為硬件的CAD/CAM系統(tǒng)中，其特點是功能強大、使用靈活、用途廣泛。但隨著微型計算機的普及和性能的飛速提高，CAD/CAM系統(tǒng)已經(jīng)向微機過渡，因此，許多過去建立在UNIX操作系統(tǒng)下的支撐軟件，已經(jīng)紛紛推出微機版軟件。

Windows操作系統(tǒng)一般特指美國微軟公司的Windows操作系統(tǒng)，此窗口界面的系統(tǒng)具有操作簡便、直觀、友好的用戶界面等特點。目前，在微機上采用的主流操作系統(tǒng)有WindowsVista、WindowsXP、WindowsNT和Windows2003等。2.2.4CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件

支撐軟件是為計算機和用戶之間提供界面的軟件。支撐軟件主要由軟件開發(fā)商提供，也可以由用戶自己開發(fā)使用。CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件主要指那些直接支撐用戶進行

CAD/CAM工作的通用性功能軟件，一般可分為功能集成型和功能單一型。

功能集成型CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件提供了設(shè)計、分析、造型、數(shù)控編程及加工控制等多種模塊，如I-deas軟件、UG軟件；功能單一型CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件只提供用于實現(xiàn)CAD/CAM中某些典型過程的功能，如幾何建模軟件(包括二維、三維繪圖軟件包)、計算分析軟件、優(yōu)化設(shè)計軟件、有限元分析軟件、動態(tài)仿真軟件、數(shù)控編程軟件等。

目前市場上出售的CAD/CAM基本屬于支撐軟件。各種數(shù)據(jù)庫軟件、高級語言軟件也屬于支撐軟件。2.2.5CAD/CAM軟件的選擇原則

目前，市場上提供CAD/CAM軟件的廠商有多種，如何選擇一種適合用戶的軟件是非常重要的。

商品化的CAD/CAM軟件根據(jù)性能可以分為高端軟件和低端軟件。高端軟件一般包含CAD、CAE、CAM等模塊，功能齊全，但價格昂貴。而低端軟件一般只包含單一的模塊，如只有CAD功能或CAM加工功能(雖然有些CAM軟件可以建立實體或曲面模型，但建模過程復(fù)雜，并且不能夠進行裝配造型和三維圖形與二維圖形的轉(zhuǎn)換，因此，仍然屬于單獨的CAM軟件)，其特點是用戶可以根據(jù)需要單獨購買CAD或CAM軟件，使用戶節(jié)約資金。選擇時可根據(jù)用戶的具體情況按需要購買。一般考慮以下幾點：

(1)用戶的應(yīng)用場合。如果是航空航天、汽車、船舶等大型企業(yè)，由于需要非?？煽康漠a(chǎn)品性能。因此，需要性能全面的高端CAD/CAM產(chǎn)品，包括實體造型、曲面造型、有限元分析、動態(tài)仿真、數(shù)控加工等功能。如果用戶是中小型機械制造廠，則需要軟件提供更多的標準件庫、符號庫等功能。

(2)用戶的應(yīng)用能力。對一個性能全面的高端CAD/CAM系統(tǒng)，需要高水平的應(yīng)用人員。一旦這些人員流失，價格昂貴的CAD/CAM系統(tǒng)就失去了應(yīng)有的功能，發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。而性能相對單一的低端CAD/CAM系統(tǒng)，由于使用簡單、操作簡便，大多數(shù)的工程技術(shù)人員都能掌握，不必擔心人員的流失，而且其功能能夠得到最大的發(fā)揮。

(3)用戶的經(jīng)濟能力。功能齊全的CAD/CAM系統(tǒng)價格昂貴，而且有些功能對某些用戶來說可能永遠使不上，因此，可以根據(jù)用戶的經(jīng)濟能力選擇合適的CAD/CAM系統(tǒng)。

(4)軟件的開放性。先進的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)提供簡便的二次開發(fā)工具，這樣用戶可以根據(jù)自己的需求開發(fā)專用軟件。

(5)?CAD/CAM軟件提供商的背景。一個具有良好信譽的CAD/CAM軟件提供商能保證用戶得到良好的售后服務(wù)與技術(shù)支持，并能保證軟件的階段性升級。

2.3國內(nèi)外典型CAD/CAM軟件簡介

近幾年來，在微機上使用的CAD/CAM軟件發(fā)展非常迅速，而我國是世界上最大的CAD/CAM潛在市場。目前，國內(nèi)常見的CAD/CAM軟件可以分為單一的CAD軟件、單一的CAM軟件和CAD/CAM集成在一起的軟件。

表2-1所列為國內(nèi)外常見的CAD/CAM軟件。表2-1國內(nèi)外常見的CAD/CAM軟件2.3.1

I-deas軟件

I-deas是美國機械軟件行業(yè)先驅(qū)SDRC公司的產(chǎn)品。該公司成立于1967年，早期以工程計算與結(jié)構(gòu)分析為主，后來逐步發(fā)展為CAD/CAE/CAM軟件公司。I-deas軟件的運行環(huán)境為工作站和WindowsNT下的微機。

由于SDRC公司早期是以工程與結(jié)構(gòu)分析為主而逐漸發(fā)展起來的，因此工程分析是該公司的特長，如I-deas有很強的有限元模型生成和后置處理功能，并有多種解算器及優(yōu)化設(shè)計軟件。由于解算器是I-deas集成化軟件的一個組成部分，因此對分析計算無需附加輸入文件，這樣就減少了大量的計算準備工作，并保證了建模、解算和結(jié)果顯示之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一性和正確性。

I-deas的突出特點是其獨創(chuàng)的基于特征的變量化實體造型系統(tǒng)，并且無論是單個模塊還是成組應(yīng)用都是以CoreMasterModeler為核心來運行的。這種先進的核心式體系結(jié)構(gòu)決定了它必然以主模型(MasterModeler)為單一數(shù)據(jù)庫，并且所有的模塊之間的數(shù)據(jù)全部并行關(guān)聯(lián)。

I-deas集產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、數(shù)控加工、塑料模具仿真分析、樣機測試及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，是高度集成化的CAD/CAE/CAM一體化工具。2.3.2Pro/E軟件

Pro/E是美國PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司的機械設(shè)計自動化軟件產(chǎn)品。

該公司成立于1986年，它雖然成立較晚，但由于沒有沉重包袱，設(shè)計思想先進，因此在短短的幾年里很快就開發(fā)出了一個面向機械工程的Pro/E系統(tǒng)，最早較好地實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計功能。

Pro/E包含了70多個專用功能模塊，如特征造型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)、有限元分析、裝配等。

Pro/E僅生成實體模型來描述工程師所設(shè)計的產(chǎn)品模型,不再應(yīng)用線框和表面模型轉(zhuǎn)換成實體模型的手段，思路清晰。

Pro/E采用基于參數(shù)化、特征設(shè)計的三維實體造型系統(tǒng),這樣便于在新產(chǎn)品的開發(fā)中實現(xiàn)概念設(shè)計，也可方便地依照工業(yè)標準的零件族概念建庫。

Pro/E的用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程技術(shù)人員的設(shè)計思想與習慣。

2.3.3UG軟件

UG起源于美國麥道飛機公司，它是美國麥道飛機公司1975年買下一家小公司UnitedComputingCorporation后發(fā)展起來的，60年代起成為商業(yè)化軟件，1991年并入美國EDS(ElectronicDataSystem，電子資訊系統(tǒng))有限公司。多年來,UG匯集了美國航空航天與汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗，發(fā)展成為集成化機械CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)，適用于航空航天器、汽車、通用機械以及模具等設(shè)計、分析、制造工程。該軟件的運行環(huán)境為工作站和WindowsNT下的微機。

UG的曲面實體造型起源于英國形譜數(shù)據(jù)公司的Parasolid系統(tǒng)，采用了標準的R-rep結(jié)構(gòu)的實體模型。

UG發(fā)展了概念設(shè)計思想，即草圖設(shè)計，通過修改參數(shù)而改變設(shè)計。

UG具有尺寸驅(qū)動編輯功能。用戶利用編輯技術(shù)，指定草圖的約束、特征參數(shù)和幾何關(guān)系，利用尺寸驅(qū)動生成所需的實體模型。

UG具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM之間無數(shù)據(jù)交換的自由切換。UG提供二次開發(fā)工具GRIP、UFUNG、ITK，允許用戶擴展UG功能。同時也以工業(yè)標準軟件工具集提供給用戶，作為開發(fā)目的的系統(tǒng)工具。2.3.4MDT軟件

MDT(MechanicalDesktop)是美國Autodesk公司的三維機械設(shè)計軟件。1996年3月，Autodesk公司率先向市場推出了基于微機平臺的，能使二維繪圖功能和三維造型功能無縫融合在同一套具有相同數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和相同交互界面的軟件系統(tǒng)——MDT。

MDT以ACIS為內(nèi)核，具有實體建模、曲面建模、產(chǎn)品裝配、二維工程圖等功能。該軟件的最大特點是與目前非常流行的AutoCAD圖形數(shù)據(jù)完全兼容，并且具有相似的用戶操作界面。

MDT的設(shè)計策略是以低的價位來滿足廣大用戶對三維設(shè)計軟件的需求，因此該軟件只包含三維建模部分，是一個單獨的設(shè)計軟件(即只有CAD部分)，而分析部分和數(shù)控加工部分則由其他的專業(yè)軟件供應(yīng)商提供。如MSC公司的有限元分析及動態(tài)機構(gòu)仿真軟件MSC.visualNastranDesktop；Pathrace公司的數(shù)控加工軟件EdgeCAM；SPI公司的鈑金設(shè)計軟件SPIsheetmetal等。這些軟件都可以與MDT無縫集成，即在MDT環(huán)境下的模型發(fā)生變化，則相關(guān)軟件中的模型數(shù)據(jù)也相應(yīng)發(fā)生改變。2.3.5MasterCAM軟件

MasterCAM是美國CNCSoftware公司的產(chǎn)品，具有CAD和CAM功能，但其CAD建模功能較弱，而CAM功能強大，因此可以看成專門的CAM軟件。有些企業(yè)用Pro/E建模，而用MasterCAM進行數(shù)控加工程序的編制。

MasterCAM運行于微機環(huán)境，雖然不如工作站上的CAD/CAM軟件功能齊全，但就其性能價格比來說更有靈活性。目前MasterCAM的最新版本是MasterCAMX2。

MasterCAM包括三大模塊：Design、Mill和Lathe。

在Design模塊中可以進行二維和三維曲線的繪制和編輯，并且具有以Parasolid為內(nèi)核的實體造型功能。

Mill模塊屬于CAM部分，主要進行銑削加工，包括二維加工系統(tǒng)和三維加工系統(tǒng)。二維銑削系統(tǒng)包括外形銑削、型腔加工、面加工以及鉆孔、鏜孔、螺紋加工等。三維加工包括曲面加工、多軸加工和線框加工系統(tǒng)。

Lathe模塊也屬于CAM部分，主要用于車削加工，可以進行粗車、精車、車螺紋、切槽、鏜孔、鉆孔等加工。

CAM部分除提供2D、2.5D、3D編程，并生成刀具軌跡外，還可以進行刀具加工軌跡的動態(tài)模擬顯示及提供多種后處理程式。

2.3.6CAXA系列軟件

1.?CAXA電子圖版

CAXA電子圖版是一套高效、方便、易學、價格低廉的二維CAD軟件。該軟件提供形象化的設(shè)計手段，幫助設(shè)計人員擺脫繁重的手工繪圖，并有助于促進產(chǎn)品設(shè)計的標準化、系列化和通用化。CAXA電子圖版適用于只需要二維設(shè)計的場合。

2.?CAXA三維電子圖版

為彌補CAXA電子圖版只能繪制二維圖的缺陷，北航海爾推出了三維電子圖版。CAXA三維電子圖版采用先進的三維特征造型技術(shù)和強大的二維圖紙自動創(chuàng)建工具，使用戶可以輕松進入三維設(shè)計空間，創(chuàng)建三維零件模型，并生成二維工程圖。另外，北航海爾公司最新推出的CAXA實體設(shè)計軟件具有更強的三維造型能力。

3.?CAXA-ME2008制造工程師(簡稱ME2008)

CAXA-ME2008制造工程師是一套基于微機的CAD/CAM軟件。該軟件功能強大、易學易用，并采用全中文界面，具有Windows風格。在ME2008中可以完成三維實體建模和曲面建模；通過加工工藝參數(shù)和機床后置設(shè)定，可以對選定部分進行數(shù)控加工代碼的自動生成；可以進行直觀的加工仿真，以此檢驗數(shù)控加工代碼的正確性。CAXA-ME2008制造工程師為數(shù)控加工行業(yè)提供了從三維造型設(shè)計到數(shù)控加工代碼生成、校驗的一體化的全面的解決方案。

另外CAXA系列軟件還包括數(shù)控銑、數(shù)控車、線切割、雕刻、CAPP、冷沖模設(shè)計師等軟件。

2.4工程數(shù)據(jù)庫與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在 CAD/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.4.1CAD/CAM系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫

1.工程數(shù)據(jù)庫的特點

所謂工程數(shù)據(jù)庫是指能滿足人們在工程活動中對數(shù)據(jù)處理需求的數(shù)據(jù)庫。理想的CAD/CAM系統(tǒng)，應(yīng)該是在操作系統(tǒng)的支持下，以圖形功能為基礎(chǔ)，以工程數(shù)據(jù)庫為核心的集成系統(tǒng)，從產(chǎn)品設(shè)計、工程分析直到制造過程中產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)都應(yīng)在同一個數(shù)據(jù)庫環(huán)境中維護。工程數(shù)據(jù)庫支持復(fù)雜數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的語義關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)模式動態(tài)定義與修改、版本管理能力，具有完善的用戶接口。工程數(shù)據(jù)庫不但能處理常規(guī)表格數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)等，還能處理圖形數(shù)據(jù)。

隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工程領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，隨著工程數(shù)據(jù)通過Internet的互相傳遞，隨著計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造、計算機輔助工程及計算機輔助集成制造系統(tǒng)技術(shù)的不斷進步，工程數(shù)據(jù)庫的管理變得越來越重要，并成為CAD/CAM各個子系統(tǒng)信息交換與數(shù)據(jù)共享的核心。

2.工程數(shù)據(jù)的類型

工程數(shù)據(jù)的類型有以下4種：

(1)通用型數(shù)據(jù)：指產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中所用到的各種數(shù)據(jù)資料，如國家及行業(yè)標準、技術(shù)規(guī)范、產(chǎn)品目錄等方面的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的特點是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不變，數(shù)據(jù)具有一致性，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間關(guān)系分明，數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，即使有所變動，也只是數(shù)值的改動。

(2)設(shè)計型數(shù)據(jù)：指在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品功能要求描述數(shù)據(jù)、設(shè)計參數(shù)及分析數(shù)據(jù)、各種資源描述數(shù)據(jù)及各種工藝數(shù)據(jù)，包括各種工程圖形、圖表及三維幾何造型等數(shù)據(jù)。由于產(chǎn)品種類及規(guī)格等的變化，這類數(shù)據(jù)是動態(tài)的，包括數(shù)值、數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

(3)工藝加工數(shù)據(jù)：指專門為CAD/CAM系統(tǒng)工藝加工階段服務(wù)的數(shù)據(jù)，如金屬切削工藝參數(shù)、熱加工工藝參數(shù)等。

(4)管理信息數(shù)據(jù)：指包括生產(chǎn)活動各個環(huán)節(jié)的信息數(shù)據(jù)，如工時定額、物料需求計劃、成本核算、銷售、市場分析等管理信息數(shù)據(jù)。

3.對工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本要求

工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求：

(1)支持復(fù)雜工程數(shù)據(jù)的存儲和管理，即能夠處理工程數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化變長數(shù)據(jù)和特殊類型數(shù)據(jù)，支持多媒體信息的集成管理。這包括多方面的具體要求，如圖形、圖像數(shù)據(jù)多種格式存儲，不同媒體數(shù)據(jù)類型格式轉(zhuǎn)換與控制，多種媒體數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備的驅(qū)動，多種媒體數(shù)據(jù)編輯處理，支持復(fù)雜實體的表示及實體間關(guān)系的處理，支持超文本數(shù)據(jù)的存儲和處理，支持動態(tài)變長數(shù)據(jù)記錄和超長數(shù)據(jù)項的存儲。

(2)支持模型的動態(tài)修改和擴充，即不僅能夠?qū)Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行靜態(tài)建模，而且能夠動態(tài)地進行模型的建立、修改和擴充，這樣才能適應(yīng)工程數(shù)據(jù)庫對反復(fù)修改的工程設(shè)計的支持。

(3)具有數(shù)據(jù)恢復(fù)能力，滿足CAD/CAM各階段之間、各模塊之間信息交換及數(shù)據(jù)修改的要求。

(4)支持多庫操作和多版本管理。由于工程設(shè)計中用到的信息多樣化，需要在各個設(shè)計模塊之間傳遞數(shù)據(jù)，因此需要提供多庫操作和通信能力。由于工程事務(wù)的復(fù)雜性和反復(fù)修改的實踐性，要求工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有良好的多版本管理和存儲功能，以正確地反映工程設(shè)計過程和最終狀態(tài)，不僅為工程的實施服務(wù)，而且為今后的管理和維護服務(wù)，同時也

為研究和設(shè)計類似工程提供可借鑒的數(shù)據(jù)。

(5)支持同一對象的多媒體信息表現(xiàn)形式和處理功能，以適應(yīng)不同要求。

(6)支持工程數(shù)據(jù)的長記錄存取和文件兼容處理。在工程數(shù)據(jù)中有些數(shù)據(jù)不適合在數(shù)據(jù)庫中直接存儲，這些數(shù)據(jù)可以以文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)來設(shè)計其存儲方式，會更為方便，也可提高存取效率，如工程圖本身。

(7)支持智能型的規(guī)則描述和查詢處理，即具有一定的語義識別、推理和查詢能力，能夠自動檢測和維護設(shè)計規(guī)則。

(8)具有良好的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)環(huán)境和支持工具，以適應(yīng)大容量、快速和分布式設(shè)計環(huán)境的要求。

(9)支持多用戶環(huán)境下各專業(yè)協(xié)同工作的各類數(shù)據(jù)的語義一致性和系統(tǒng)集成性功能，保證信息在流動過程中的一致性和完整性。

(10)分布式數(shù)據(jù)庫管理功能，能為所有基本單元系統(tǒng)存取全局數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的接口標準，適應(yīng)CAD/CAM系統(tǒng)硬件由異種機組成的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以及遠程多用戶需求。

4.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)是一種先進的生產(chǎn)信息管理模式，它通過控制各種數(shù)據(jù)信息的流動、傳遞與共享，可以有效地把設(shè)計和制造聯(lián)系在一起。在產(chǎn)品設(shè)計制造的整個生命周期中，有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計及制造過程中的數(shù)據(jù)信息起著核心的支撐作用。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理是以軟件為基礎(chǔ)，將所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括數(shù)據(jù)、文字、圖形、圖像等)及與產(chǎn)品相關(guān)的過程(如工作流程、工程審批/發(fā)放、工程更改等)集成到一起，實施在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息和開發(fā)制造過程進行全面管理。

PDM按內(nèi)容和管理范圍可分為三個層次，即圖紙文檔管理、部門級數(shù)據(jù)管理以及企業(yè)級數(shù)據(jù)管理。PDM的主要技術(shù)有：

(1)與應(yīng)用軟件集成的面向?qū)ο蟮那度肱c鏈接技術(shù)。

(2)支持產(chǎn)品生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)建模與管理的對象管理技術(shù)。

(3)支持并行工程的多級分布式計算環(huán)境。

(4)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和管理的數(shù)據(jù)倉儲管理技術(shù)。

(5)支持協(xié)同工作的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠程通信技術(shù)、跨平臺的Web技術(shù)和Java技術(shù)。

(6)獨立于硬件平臺的圖形用戶界面(GUI)技術(shù)等。

PDM能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，保證數(shù)據(jù)的一致性和可跟蹤性，能實現(xiàn)與各種應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)交換的雙向控制。PDM能夠以整個企業(yè)為一體，跨越各個工程技術(shù)群體，在企業(yè)范圍內(nèi)建立并行化的產(chǎn)品開發(fā)協(xié)作環(huán)境，促使產(chǎn)品快速開發(fā)和業(yè)務(wù)過程快速轉(zhuǎn)換。

PDM技術(shù)起源于CAD的文件管理，即工程圖樣文檔及其變動管理。PDM還具有產(chǎn)品配置、零件族管理能力，能夠以產(chǎn)品為中心，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將不同的零部件信息宏觀地集成在一起，并且按照設(shè)計制造流程維護和跟蹤產(chǎn)品數(shù)據(jù)的變化。因此，PDM能起到連接CAD、CAPP、CAM并集中管理數(shù)據(jù)和流程的作用。但PDM不具體提供CAD、CAPP、CAM的特殊功能，而是通過規(guī)范封裝，將CAD、CAPP、CAM系統(tǒng)作為對象嵌入到PDM系統(tǒng)中。所以，PDM系統(tǒng)是連接和集成CAD、CAPP、CAM的軟件平臺。2.4.2計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

1.總線型拓撲結(jié)構(gòu)

在總線型拓撲