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第0章 CAD/CAM系统集成第一节 CADCAM集成概述第二节 CADCAM系统的集成方法第三节 基于PDM的CAD/CAPP/CAM系统集成2021/9/231一、CAD/CAM系统集成概述二、CAD/CAM集成的关键技术三、CADCAM系统集成的支撑系统第一节 CADCAM集成概述2021/9/232一、CAD/CAM系统集成概述CADCAM系统集成，就信息而言，是指设计与制造过程中CAD、CAPP和NCP三个主要环节的软件集成，有时也叫CADCAPPCAM集成。计算机辅助单元技术:CAD、CAPP、CAM、CAE、CAFD。2021/9/233CADCAM的集成是制造业迈向计算机集成制造CIM的基础.信息集成的定义集成范围：信息和物理 集成的体系结构集成的特点集成的需要的要素2021/9/234信息集成的定义CADCAM集成是指信息和物理设备两方面的集成。从信息的角度看，所谓集成是指CAD、CAPP、CAM等各模块之间的信息提取、交换、共享和处理的集成，即信息流的整体集成，CADCAM系统实现双向数据共享；硬件集成是通过网络实现CAD系统和CAM系统物理设备的互联。2021/9/235图9-1 CADCAM集成的体系结构2021/9/236CADCAM的集成显著特点的集成显著特点 与生产管理和质量管理有机地集成在一起，通过生产数据采集和信息流形成一个闭环系统。2021/9/237实现 CADCAM的集成，需要的要素（1）CAD系统能够提供完备的、统一的、符合某种标准的产品信息模型，使CAPP、CAM等系统能够从该模型获取所需要的信息，并最终将CAD设计模型转换成制造模型。（2）CADCAM系统中各模块间应能顺畅地进行数据的传递和交换，交换的方式可以是专用的数据接口、符合某种规范的格式文件或数据库等。2021/9/238二、CAD/CAM集成的关键技术(一)参数化技术（二）特征技术（三）产品数据管理技术（四）产品数据交换技术2021/9/239(一)参数化技术参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容，是研究热点。设计、修改、多种方案比较和动态设计：强有力的草图设计草图设计、尺寸驱动修改图形尺寸驱动修改图形的功能，设计效率高。2021/9/2310（二）特征技术问题：信息中断 解决的办法是建立 CADCAPPCAM范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型，并以此模型为基础，运用产品数据交换技术，实现CAD、CAPP、CAM间的数据交换与共享。（几何信息、工艺和加工信息），特征，2021/9/2311产品数据管理技术目前已有的CADCAM系统集成，主要通过文件，通过数据接口转换，传输效率不高。解决办法：采用工程数据库管理系统来管理集成数据，使各系统之间直接进行信息交换，真正实现CADCAM之间信息交换与共享。2021/9/2312（四）产品数据交换技术产品数据交换标准:（1）IGES标准（2）STEP标准 2021/9/2313（1）IGES标准 IGES标准定义IGES标准-描述 IGES标准-文件格式 IGES标准-前后处理程序 IGES标准-缺点2021/9/2314（1）IGES标准定义 IGES（Initial Graphics Exchange Specification）是在美国国家标准局的倡导下，由美国国家标准协会（ANSI）公布的美国标准，是CADCAM系统之间图形信息交换的一种规范一种规范。主要：几何、绘图、结构和其他信息组成。可以处理CADCAM系统中大部分信息，是用来定义产品几何形状的现代交互图形系现代交互图形系统统。2021/9/2315（1）IGES标准-描述:描述:IGES用单元和单元属性描述产品几何模型.单元：是基本的信息单位，分为几何、尺寸几何、尺寸标注、结构、属性标注、结构、属性等四种.单元组成：第一部分称为条目目录段，具有固定长度；第二部是参数部分，是自由格式，其长度可变。2021/9/2316几何单元几何单元包括点、线、圆、二次曲线、参数样条、直纹面和旋转面等。标注尺寸单元标注尺寸单元有：字符、箭头线段和边界线，能标注角度、直径、半径、直线等尺寸。结构单元结构单元用来定义各单元之间的关系和意义。属性单元属性单元是描述产品定义的属性。2021/9/2317 IGES标准-文件格式 GES的文件格式分为ASC格式与二进制格式。特点：ASC格式便于阅读；二进制格式适于传送大容量文件。2021/9/2318ASC格式的分类ASC格式分为定长和压缩两种形式。固定行长的格式中，每行为80个字符，由若干行组成一个文件。文件分成开始段、全局参数段、条目目录段、参数数据段、结束段、标志段。第1行的第73列，如果是B，则是二进制文件，如果是C，则是压缩二进制文件。2021/9/2319IGES标准-前后处理程序 IGES是一种中性文件。将某种CADCAM系统的输出转成IGES文件时，需经前置处理程序处理。IGES文件传至另一种CADCAM系统时，则需经过后置处理程序处理。因此要求各种应用系统必须具备相应的前后置处理程序，以便利用IGES文件传递产品的信息。2021/9/2320 IGES标准-缺点 A、IGES中定义的实体主要是几何图形方面的信息，而不是产品定义的全面信息。B、IGES对数据传输不可靠，往往一个 CAD系统只有一部分数据能转换成IGES数据，在读入IGES数据时，也经常有部分数据被丢失。C、IGES文件的一些语法结构有二义性，不同的系统会对同一个IGES文件给出不同的解释，这可能导致数据交换的失败。D、它的交换文件所占的存储空间大，影响数据文件的处理速度和传输效率。2021/9/2321（2）STEP标准 STEP（Standard for Exchenge of Product Model）标准是一个关于产品数据的计算机可理解的表示和交换国际标准。其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的产品数据。特点:不仅适合于中性文件转换，而且是实现和共享产品数据库的基础 信息的表达和数据交换的实现方法分开 2021/9/2322STEP标准包括以下五个方面的内容 标准的描述方法 集成资源 应用协议 实现形式 一致性测试和抽象测试 2021/9/2323 标准的描述方法STEP的体系结构由应用层、逻辑层、物理层三个层次构成.最上层是应用层，包括应用协议及对象的抽象测试集，这是面向具体应用的一个层次。第二层是逻辑层，包括集成通用资源和集成应用资源及由这些资源建造的一个完整的产品模型。它从实际应用中抽象出来，并与具体实现无关。最低层是物理层，包括实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。2021/9/2324 标准的描述方法STEP采用参照模型和形式定义语言进行模型的描述。EXPRESS语言是 IPO（IGESPDES Organization）专门开发的形式定义语言。采用形式化数据规范语言的目的是保证产品描述的一致性和无二义性，同时也要求它具有可读性及能被计算机所理解。EXPRESS语言就是根据这些要求制订的，它是一种信息建模语言，提供了对集成资源和应用协议中产品数据进行标准描述的机制。2021/9/2325 集成资源 集成资源:STEP逻辑层统一的概念模型为集成的产品信息模型.集成资源分为通用资源和应用资源两类通用资源部分有产品描述与支持的原理、几何与拓扑表示、结构表示、产品结构配置、材料、视图描绘、公差和形状特征等。应用资源部分有制图、船舶结构和有限元分析等。2021/9/2326 应用协议 所谓应用协议是一份文件，用以说明如何用标准的STEP集成资源来解释产品数据模型文本，以满足工业需要。也就是说，根据不同的应用领域的实际需要，确定标准的有关内容，或加上必须补充的信息，强制要求各应用系统在交换、传输和存储产品数据时符合应用协议的规定。2021/9/2327 实现形式 STEP标准将数据交换的实现形式分为四级：第一级为文件交换；第二级为工作格式（Working form）交换；第三级为数据库交换；第四级为库交换。对于不同的CADCAM系统，可以根据对数据交换的要求和技术条件选取一种或多种形式。2021/9/2328 一致性测试和抽象测试 即使资源模型定义得非常完善，一旦经过应用协议，在具体的应用程序中，其数据交换是否符合原来意图，尚需经过一致性测试。STEP标准有一致性测试过程、测试方法和测试评估标准。一致性测试中分为结合应用程序实例的测试与抽象测试。2021/9/2329三、CADCAM系统集成的支撑系统（一）CADCAM集成环境下的网络建立 1CADCAM集成环境下网络的特点 2CAD/CAM集成系统网络的体系结构（二）工程数据库系统2021/9/23301CADCAM集成环境下网络的特点（l）网络的规模应覆盖整个企业（2）网上传递的信息比较复杂，数据量很大，实时性较强（3）涉及的机型较多，网络结构复杂（4）应具有较好的灵活性和可扩展性2021/9/23312CAD/CAM集成系统网络的体系结构其中最著名的是MAPTOP体系结构。MAP和TOP均遵守OSI参考模型，是OSI相关标准的一种实现。MMS：制造报文规范，是MAP应用层的重要协议，主要用于工厂自动化制造环境，实现制造设备单元控制之间的连网。MHS：电文处理系统，是TOP应用层的重要应用协议，主要实现不同计算机间的电文传递。FTAM：文件传输、访问、管理协议，是TOP应用层的重要应用协议，提供网络设备间的文件管理。2021/9/2332（二）工程数据库系统1工程数据库系统的概念 2工程数据库系统的特点3工程数据库系统的构成方法2021/9/23331工程数据库系统的概念工程数据库系统是为支持工程设计与制造和生产管理、经营决策等整个企业数据处理的数据库系统。工程数据库系统包括工程数据库，工程数据库的管理系统和工程数据库的终端用户。2021/9/2334工程数据库存储的信息工程数据库存储的信息，既有结构化信息，也有非结构化信息，包括产品图形信息（如零件的二维图、三维图和产品的装配图等）、产品的文字数据信息（如零件的材质、公差、表面粗糙度、产品的装配关系信息等）、设计数据（如资源数据、设备数据、分析所需参数等）、工艺数据（如加工设备、工艺规程、工序文件、NC代码等）。工程数据库的管理系统工程数据库的管理系统（EDBMS）管理工程数据库中的数据，能对数据库中的图形和文字数据进行存储、检索和修改。工程数据库的终端用户工程数据库的终端用户通常是产品设计、工艺设计等工程技术人员。2021/9/23352工程数据库系统的特点 工程数据库系统与传统的商用数据库系统有较大的区别，主要表现在如下几点：（l）支持复杂的数据类型（2）支持复杂的数据结构（3）支持丰富的语义关系（4）支持动态模式修改和版本管理能力（5）具有更强的事务管理功能2021/9/2336 3工程数据库系统的构成方法 一般通过列途径来满足工程数据库的要求。（1）改造现有的商用数据库使之支持工程数据处理。（2）研制新的数据模型，开发新的工程数据库管理系统 2021/9/2337第二节 CADCAM系统的集成方法 目前，CADCAM系统的集成大多停留在信息集成的基础上。包括:信息的提取、转换和共享，2021/9/2338CADCAM系统集成的关键是信息的集成，是信息的交换和共享。根据信息交换方式和共享程度的不同，CADCAM系统的集成方案主要有以下几种：一、通过专用数据接口实现集成二、利用数据交换标准格式接口文件实现集成三、基于统一产品模型和数据库的集成四、基于特征面向并行工程的设计与制造集成方法2021/9/2339一、通过专用数据接口实现集成利用这种方式实现集成时，各子系统都是在各自独立的专用数据接口模式下工作。2021/9/2340二、利用数据交换标准格式接口文件实现集成目前，几乎所有的CADCAM系统都配置了原始图形交互规范IGES接口，但IGES处理数据是以图形描述数据为主，已不适应信息集成发展的需要。其局限性表现在：数据交换效率低；仅提供一个总的规范，对不同领域的应用不能确定相应的子规范；规范的可扩充性差等。这种集成方式的思路是建立一个与各子系统无关的公用接口文件2021/9/2341三、基于统一产品模型和数据库的集成集成产品模型是实现集成的核心，统一工程数据库统一的数据库管理系统2021/9/2342 四、基于特征面向并行工程的设计与制造集成方法 产品在设计阶段就可进行工艺分析和设计、PPCPDC（生产计划控制生产数据采集），并在整个过程中贯穿着质量控制和价格控制.它在设计产品的同时，同步地设计与产品生命周期有关的全部过程，包括设计、分析、制造、装配、检验、维护等。2021/9/2343第三节 基于PDM的CAD/CAPP/CAM系统集成2021/9/2344基于PDM的CAD/CAPP/CAM系统集成图9-5 基于PDM的CAD/CAPP/CAM系统集成2021/9/2345（1）CAM与PDM的集成（2）CAPP与PDM的集成（3）CAD与PDM的集成2021/9/2346（1）CAM与PDM的集成 由于CAM与PDM系统之间只有刀位文件、NC代码、产品模型等文档信息的交流，CAM与PDM之间采用应用封装来满足二者之间的信息集成要求 2021/9/2347（2）CAPP与PDM的集成CAPP产生的工艺信息，为了支持与MRP或车间控制单元的信息集成 2021/9/2348