《機械CADCAM》課件第9章

第9章機械CAD/CAM集成技術(shù)9.1概述9.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)9.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模9.4基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的CAD/CAM系統(tǒng)集成習(xí)題與思考題9.1概述9.1.1CAD/CAM集成的概念在過去的幾十年中，包括CAD、CAPP、CAM等在內(nèi)的計算機輔助單元技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并分別在產(chǎn)品設(shè)計自動化、工藝過程設(shè)計自動化和數(shù)控編程自動化等方面發(fā)揮了重要作用。但是，隨著計算機輔助單元技術(shù)(簡稱CAX技術(shù))應(yīng)用的深入，人們發(fā)現(xiàn)，由于歷史的原因，這些各自獨立發(fā)展起來的系統(tǒng)之間很難實現(xiàn)信息傳遞和交換，更不能實現(xiàn)信息資源的共享。例如，CAD完成的產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果不能為CAPP、CAM及其他的CAX系統(tǒng)所直接接收，而必須通過人工將CAD輸出圖樣等信息和數(shù)據(jù)再次輸入到其他CAX系統(tǒng)，這不僅造成了物資和時間上的浪費，影響了工程設(shè)計的效率，而且在數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換的過程中還有可能造成錯誤，降低產(chǎn)品數(shù)據(jù)的可靠性。這種計算機輔助單元技術(shù)的自動化“孤島”現(xiàn)象嚴重影響了CAX技術(shù)效益的發(fā)揮和進一步的發(fā)展。因而，自20世紀70年代以來，人們開始研究CAD、CAPP與CAM間的數(shù)據(jù)和信息的自動傳遞或轉(zhuǎn)換問題，提出了CAD/CAM集成的概念，通過解決集成過程中的各種問題，以實現(xiàn)CAX系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的自動交換與共享。目前，CAD/CAM集成技術(shù)還未形成統(tǒng)一的定義，一般認為：CAD/CAM集成技術(shù)是指研究CAD、CAPP、CAM等各單元和系統(tǒng)之間信息的自動交換和共享的技術(shù)，通過集成技術(shù)的研究，使這些系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，形成一體化的CAD/CAM集成系統(tǒng)。9.1.2CAD/CAM集成系統(tǒng)

CAD/CAM集成技術(shù)的發(fā)展，要求CAD和CAM系統(tǒng)中的不同功能模塊都與統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫相連接，使信息能夠順暢地進行傳遞和交換，以便把越來越多的CAD、CAPP、CAM等單元技術(shù)和功能融為一體，組成CAD/CAM集成系統(tǒng)。從CAD/CAM技術(shù)的實際應(yīng)用看，目前研究和開發(fā)的集成系統(tǒng)主要有三類：第一類是將不同功能、不同開發(fā)商的單元系統(tǒng)集成到一起，形成一個完整的CAD/CAM系統(tǒng)。這種應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)點是單元系統(tǒng)配置靈活，選擇余地大，可以選擇單元技術(shù)最優(yōu)秀的系統(tǒng)進行組合。另外，在系統(tǒng)升級換代時，可有選擇地保留一些不太落后的單元來與新的系統(tǒng)集成。該類系統(tǒng)的應(yīng)用范圍較為廣泛，但在系統(tǒng)集成后，在單元子系統(tǒng)之間很難做到“無縫連接”，這種缺陷有時對系統(tǒng)影響較大。第二類集成系統(tǒng)是在系統(tǒng)設(shè)計一開始，就將系統(tǒng)未來要用的功能都考慮周全，并將這些功能全都集成到一個系統(tǒng)中，特別是采用了統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的共事機制，不會有任何連接的痕跡。這種系統(tǒng)更多地以狹義的CAD/CAM系統(tǒng)的方式出現(xiàn)。目前市場上流行的著名CAD/CAM集成系統(tǒng)如UGⅡ、CATIA、Pro/E等大多屬于這類系統(tǒng)，它們可以在一個集成環(huán)境下完成從產(chǎn)品設(shè)計、工程分析到數(shù)控加工的過程。這種系統(tǒng)在一些行業(yè)和部門中的應(yīng)用非常成功。第三類系統(tǒng)是正在發(fā)展中的新一代CAD/CAM集成系統(tǒng)。其基本出發(fā)點是著眼于產(chǎn)品的整個生命周期，尋求產(chǎn)品數(shù)據(jù)完全交換和共享的途徑，以期實現(xiàn)更高程度和更寬范圍的系統(tǒng)集成。圖9.1所示為這類集成系統(tǒng)的一種體系結(jié)構(gòu)。圖9.1CAD/CAM集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由圖可見，整個系統(tǒng)分為三個層次。最底層為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理層，它以STEP的產(chǎn)品定義模型為基礎(chǔ)，提供了三種數(shù)據(jù)交換方式，即數(shù)據(jù)庫、工作格式、STEP文件，這三種方式的數(shù)據(jù)存取分別用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、工作格式管理模塊和系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。系統(tǒng)運行時，通過數(shù)據(jù)管理界面按選定的數(shù)據(jù)交換方式進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中間一層為基本功能層，其中的功能模塊在應(yīng)用上具有通用性，即每一種功能都可為不同的應(yīng)用系統(tǒng)所使用。該層為CAD/CAM應(yīng)用系統(tǒng)提供開發(fā)環(huán)境，應(yīng)用系統(tǒng)可以通過功能界面來調(diào)用這些功能。系統(tǒng)的頂層為應(yīng)用系統(tǒng)層，它可以完成產(chǎn)品從設(shè)計、分析到加工、裝配的全過程，這些功能通過用戶界面提供給用戶。另外，從CAD/CAM集成技術(shù)的要求講，除了硬件集成、軟件集成外，人在CAD/CAM集成系統(tǒng)中起著主導(dǎo)作用。人們通過人機交互或批處理方式控制和操作CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程，完成如計算、繪圖、工藝設(shè)計、NC編程、模擬仿真等一系列CAD/CAM的任務(wù)。因此也有人講，CAD/CAM集成系統(tǒng)是由人、硬件和軟件三部分的有機集成來實現(xiàn)的。9.1.3CAD/CAM集成的方法

CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵是信息的交換和共享。在CAD和CAM之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享并非一件易事，因為不同的應(yīng)用系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)模型和結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)模型和結(jié)構(gòu)的差異及復(fù)雜性，給這項工作帶來了很多困難。為此，各類專家和研究人員進行了長期不懈的努力，取得了不少階段性成果，形成了各種不同的CAD/CAM集成模式。根據(jù)信息交換方式和共享程度的不同，CAD/CAM系統(tǒng)集成模式主要有以下幾種。

1．采用數(shù)據(jù)交換接口的CAD/CAM集成在所有的CAD/CAM集成方法中，基于數(shù)據(jù)交換接口的集成是應(yīng)用最早，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種集成方法。早期所采用的通過專用數(shù)據(jù)交換接口進行數(shù)據(jù)交換的方式如圖9.2所示。該數(shù)據(jù)交換方式原理簡單，轉(zhuǎn)換接口程序易于實現(xiàn)，運行效率較高。但由于各應(yīng)用系統(tǒng)所建立的產(chǎn)品模型各不相同，專用的數(shù)據(jù)接口無通用性，因而不同的系統(tǒng)要開發(fā)不同的接口。同時，當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，引起的修改工作量也較大。為了克服上述缺點，后來發(fā)展成為采用標(biāo)準數(shù)據(jù)格式接口文件作為系統(tǒng)集成的接口，比如以IGES標(biāo)準格式或STEP標(biāo)準格式建立中性文件，并用一個通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來對這些中性文件進行管理。各應(yīng)用系統(tǒng)都需要通過開發(fā)前置和后置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口來解決系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的輸出和輸入問題。其實現(xiàn)方式如圖9.3所示。在這種方式中，每個系統(tǒng)只與標(biāo)準格式文件打交道，無需知道別的系統(tǒng)的細節(jié)，減少了系統(tǒng)集成時轉(zhuǎn)換接口的數(shù)量并降低了接口維護難度。因此，這一集成方式可以在較廣泛的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)的維護，至今仍然是CAD/CAM集成中較多采用的有效方式之一。圖9.2采用專用接口實現(xiàn)集成

圖9.3采用標(biāo)準文件接口實現(xiàn)集成

2．基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和工程數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成這是一種將CAD、CAPP、CAM作為一個整體來規(guī)劃和開發(fā)，從而實現(xiàn)較高水平層次的數(shù)據(jù)共享和集成的方法。建立一個基于整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型是實現(xiàn)這種CAD/CAM集成方式的前提和基礎(chǔ)。就目前趨勢而言，以STEP標(biāo)準為基礎(chǔ)來建立統(tǒng)一產(chǎn)品模型是必然趨勢。同時，采用這種集成方法，各子系統(tǒng)應(yīng)能通過用戶接口按工程數(shù)據(jù)庫要求直接存取數(shù)據(jù)或操作數(shù)據(jù)庫，這樣可以克服用文件形式實現(xiàn)系統(tǒng)間集成方法的弊端，提高了系統(tǒng)的集成化程度。可以說，采用工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)，既可實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的直接信息交換，又可使集成系統(tǒng)達到真正的數(shù)據(jù)一致性、準確性、及時性和共享性。其系統(tǒng)構(gòu)造如圖9.4所示。近年來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和遠程設(shè)計、并行設(shè)計、虛擬制造環(huán)境的建立以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，為采用工程數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)異地系統(tǒng)間共享信息資源提供了更多的技術(shù)支持。圖9.4基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成

3．基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的CAD/CAM集成

PDM是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為核心，通過計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程進行集成管理的技術(shù)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的內(nèi)涵是集成并管理與產(chǎn)品有關(guān)的信息與過程。通過PDM管理的信息包括開發(fā)計劃、產(chǎn)品模型、工程圖樣、技術(shù)規(guī)范、工藝文件、數(shù)控程序等。而通過PDM管理的過程有設(shè)計、加工制造、計劃調(diào)度、裝配、檢驗等工作流程。通過PDM系統(tǒng)可以統(tǒng)一管理與產(chǎn)品有關(guān)的全部信息，因此，CAD、CAPP、CAM之間不必直接傳遞信息，各系統(tǒng)之間的信息傳遞都變成了分別和PDM之間的信息傳遞，CAD、CAPP、CAM都從PDM系統(tǒng)中提取各自所需的信息，各自的應(yīng)用結(jié)果也放回PDM中去，以此來實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成?；赑DM的系統(tǒng)集成將數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)通信和過程控制能力集成于一體，將多種功能軟件集成在一個統(tǒng)一的平臺上。它不僅能實現(xiàn)分布式環(huán)境中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，同時還能為人與系統(tǒng)的集成及并行工程的實施提供支撐環(huán)境，為企業(yè)范圍內(nèi)的設(shè)計與制造建立一個并行化產(chǎn)品開發(fā)協(xié)作環(huán)境，為不同地點、不同部門的人員提供了一個協(xié)同工作環(huán)境，使其可以在同一數(shù)字化的產(chǎn)品模型上一起工作。圖9.16所示是基于PDM的集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。9.1.4CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)

CAD/CAM集成系統(tǒng)的實質(zhì)就是借助于計算機輔助系統(tǒng)使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動地進行。CAD/CAM集成的目標(biāo)是使產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、工程模擬直至產(chǎn)品制造工程中的設(shè)計具有一致性，且相互間的信息直接在計算機間傳遞。實現(xiàn)CAD/CAM集成應(yīng)解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：

1．產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型的建立建立一個基于整個產(chǎn)品生命周期的、完善的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型是進行CAD/CAM系統(tǒng)信息集成的基礎(chǔ)和核心，也是解決CAD、CAPP、CAM之間的數(shù)據(jù)交換與信息共享的關(guān)鍵問題。就目前而言，較理想的辦法是建立CAD/CAM范圍內(nèi)相對統(tǒng)一的、基于特征的產(chǎn)品定義模型，該模型不僅能支持設(shè)計與制造各階段所需的產(chǎn)品定義信息(幾何信息、工藝和加工信息)，而且還提供了符合人們思維方式的高層次工程描述——特征。特征概念的引入使得產(chǎn)品定義模型能充分表達工程師的設(shè)計和制造意圖，是描述設(shè)計與制造各階段所需產(chǎn)品定義信息的理想模型。因此，特征技術(shù)是CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。參數(shù)化技術(shù)以其強有力的基于特征的草圖設(shè)計、尺寸驅(qū)動等功能，為產(chǎn)品建模、系列化設(shè)計、多方案比較和動態(tài)設(shè)計提供了有效手段，成為新一代智能化、集成化CAD/CAM系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

2．產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換的目的是在不同的計算機之間、不同的操作系統(tǒng)之間、不同的數(shù)據(jù)庫之間和不同的應(yīng)用軟件之間進行數(shù)據(jù)通信。為了解決目前CAD、CAPP、CAM各系統(tǒng)之間由于數(shù)據(jù)表示不統(tǒng)一而造成的數(shù)據(jù)交換困難，必須有效解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換問題。就目前而言，解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)的途徑是制定國際性的數(shù)據(jù)交換規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，開發(fā)各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口，保證數(shù)據(jù)傳輸能在各系統(tǒng)之間方便、流暢地進行。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準是CAD/CAM集成的重要基礎(chǔ)。

3．CAD/CAM集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)實現(xiàn)基于統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和工程數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成，必須解決CAD/CAM集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理問題。特別是隨著CAD/CAM技術(shù)的自動化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度的提高，集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理問題日益復(fù)雜，建立能處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)庫環(huán)境，使CAD/CAM各子系統(tǒng)能有效地進行數(shù)據(jù)共享，盡量避免數(shù)據(jù)文件和格式的轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)的一致性、安全性和保密性，是CAD/CAM集成的理想模式。目前，采用工程數(shù)據(jù)庫管理方法已成為開發(fā)新一代ＣAD/CAM集成系統(tǒng)的主流，也是解決CAD/CAM集成問題的核心。9.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)9.2.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展隨著CAD/CAM技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，越來越多的用戶需要將產(chǎn)品數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)之間進行交換，為此，建立一個統(tǒng)一的、支持不同應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述和交換標(biāo)準的要求應(yīng)運而生。

20世紀70年代后期，為了克服當(dāng)時不同CAD系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)直接交換過程中因數(shù)據(jù)格式不相同而帶來的困難，需要在信息傳遞過程中提供一個中性文件作為接口。這類中性文件的格式是按照某種標(biāo)準規(guī)定的，該標(biāo)準就是數(shù)據(jù)交換標(biāo)準。

1980年，美國國家標(biāo)準局(ANSI)接受初始圖形交換標(biāo)準IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準。1984年，IGES組織設(shè)置了一個研究計劃，稱為PDES(ProductDataExchangeSpecification)。PDES提出三層體系結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用層、邏輯層和物理層，制定并使用了形式化產(chǎn)品模型描述語言EXPRESS，為STEP標(biāo)準的制定奠定了良好的基礎(chǔ)。

1983年12月，國際標(biāo)準化組織ISO設(shè)置了184委員會(TC184)下設(shè)第四委員會(SC4)，其研究領(lǐng)域是產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達與交換。ISOTC184/SC4制定的標(biāo)準稱為STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)，STEP文本在1988年的東京國際標(biāo)準化組織會議上作為草案表決通過，1989年在國際標(biāo)準化組織ISO會議上獲得通過，1991年發(fā)布了STEP?1.0版本。STEP文本的發(fā)布，使得新開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)可直接采用STEP規(guī)范定義產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型或提供STEP格式的數(shù)據(jù)交換接口。采用STEP標(biāo)準是當(dāng)今大型CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)的方向。除了IGES和STEP外，在數(shù)據(jù)交換標(biāo)準發(fā)展的過程中，也產(chǎn)生了不少其他的多種產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準規(guī)范，其中典型的包括SET、PDDI、VDA-FS、CAD*I等。9.2.2IGES標(biāo)準

1．IGES概況

IGES標(biāo)準是美國國家標(biāo)準，也是國際上產(chǎn)生最早、應(yīng)用最廣泛的圖形數(shù)據(jù)交換標(biāo)準。目前，幾乎所有的有影響的CAD/CAM系統(tǒng)均配有IGES接口，并通過IGES接口輸入/輸出有關(guān)圖形的IGES文件。

IGES標(biāo)準由一系列產(chǎn)品的幾何、繪圖、結(jié)構(gòu)等信息組成，其數(shù)據(jù)以實體方式組織。IGES3.0中的幾何實體有24類，用于描述產(chǎn)品的幾何形狀，主要有點、線、圓弧、平面，還有參數(shù)樣條曲線、有理B樣條曲線，各種旋轉(zhuǎn)面、參數(shù)樣條曲面、有理B樣條曲面以及有限元實體等。非幾何類實體有12種，主要描述產(chǎn)品的幾何尺寸、標(biāo)注以及必要的文字符號。

1988年推出的IGES4.0版增加了CSG、裝配模型及有限元分析模型等內(nèi)容。1990年公布的IGES5.0版包括了幾何造型中的B-Rep表示。

2．IGES數(shù)據(jù)文件格式

IGES標(biāo)準的數(shù)據(jù)文件格式有ASCII碼和二進制碼兩種格式。ASCII格式便于閱讀，二進制格式則適合于傳送大容量文件。在ASCII碼格式中，數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)按順序存儲，每行80個字符，稱為一個記錄。整個文件按功能劃分為5個部分，記為起始段、全局段、目錄段、參數(shù)段和結(jié)束段。起始段：存放對該文件的說明信息，格式和格數(shù)不限。第73列的標(biāo)志符為“S”。全局段：提供和整個模型有關(guān)的信息，如文件名、生成日期及前處理器、后處理器中描述所需信息。第73列標(biāo)志符為“G”。目錄段：記錄IGES文件中采用的元素目錄。每個元素對應(yīng)一個索引，每個索引記錄有關(guān)元素類型、參數(shù)指針、版本、線型、圖層、視圖等20項內(nèi)容。第73列標(biāo)志符為“D”。參數(shù)段：記錄每個元素的幾何數(shù)據(jù)，記錄內(nèi)容隨元素不同而各異。第73列標(biāo)志符為“P”。結(jié)束段：標(biāo)識IGES文件的結(jié)束，存放該文件中各段的長度。第73列標(biāo)志符為“T”。

3．IGES元素在IGES文件中最基本的信息單位是元素(entity)。表9.1給出了IGES3.0版本所具有的元素匯總。表9.1IGES3.0中所具有的元素類型號a.幾何元素b.標(biāo)注圖形元素c.屬性和結(jié)構(gòu)元素100圓弧102組合線段104二次曲線106數(shù)據(jù)集108平面110直線112參數(shù)樣條曲線114參數(shù)樣條曲面116點118直紋面120旋轉(zhuǎn)面122列表柱面124變換矩陣125幾何元素顯示標(biāo)記126有理B樣條曲線128有理B樣條曲面130等距曲線132連接點134有限元節(jié)點136有限元元素138節(jié)點的位移或旋轉(zhuǎn)140等距曲面142參數(shù)曲面上的曲線144裁剪曲面202角度尺寸標(biāo)注206直徑尺寸標(biāo)注208表示注解210一般標(biāo)識214箭頭標(biāo)注216直線尺寸標(biāo)注220點尺寸標(biāo)注222半徑尺寸標(biāo)注228一般符號230剖面區(qū)域302相關(guān)性定義304線型定義306宏定義308子圖定義310字體定義312文本顯示方式314顏色定義320網(wǎng)格子圖定義402相關(guān)性實例404圖樣406特性408單子圖實例410視圖412方陣子圖實例414圓周陣子圖實例416外部基準418節(jié)點加載和約束420網(wǎng)格子圖實例600～699宏實例10000～99999用戶宏定義可以看出，這些元素可分為以下三類：

(1)為描述產(chǎn)品形狀所需的幾何元素，例如點、線、面等元素。

(2)為描述尺寸標(biāo)注及工藝信息所需的標(biāo)注圖形元素。

(3)為描述邏輯關(guān)系所需的屬性和結(jié)構(gòu)元素。下面給出IGES標(biāo)準格式實例。圖9.5是一個簡單零件，其輸出IGES文件如下：圖9.5簡單零件IGESFILEusinganalyticrepresentationforsurfacesS1開始段1H,,1H;,5HPart1,25HC:\MyDocuments\Part1.IGS,41HSolidWorks2000bySolid G 1全局段WorksCorporation,11HVersion5.2,32,308,15,308,15,5HPart1,1.,2,2HMM,50, G 20.125,13H010124.124131,1E-008,500000.,6H歐長勁,,10,0,;G 3314100000000200D 1目錄段

31408100D 2110200001010000D 311000100D 4110300001010000D 511000100D 6……314,75.2941176470588,75.2941176470588,75.2941176470588,;1P 1參數(shù)段110,0.,0.,10.,0.,0.,-990.;3P 2110,-31.622776602,0.,10.,-31.622776602,0.,0.;5P 3120,3,5,0.,6.28318530717959;7P 4……142,1,267,277,279,1;281P 379144,267,1,0,281;283P 380S1G3D284P380T1結(jié)束段

4．IGES的前、后處理程序

IGES是一種中性文件。不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的IGES方法如圖9.6所示。由圖可見，將某種CAD/CAM系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)成IGES文件時需經(jīng)前處理程序處理，而將IGES文件傳至另一種CAD/CAM系統(tǒng)時則需經(jīng)過后處理程序處理。因此，一般要求各種應(yīng)用系統(tǒng)必須具備相應(yīng)的前、后處理程序。前、后處理器一般都由下列4個模塊組成：

(1)輸入模塊：讀入由CAD/CAM系統(tǒng)生成的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)或IGES產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。

(2)語法檢查模塊：對讀入的模型數(shù)據(jù)進行語法檢查并生成相應(yīng)的內(nèi)存表。

(3)轉(zhuǎn)換模塊：該模塊具有語義識別功能，能將一種模型的數(shù)據(jù)映射成另一模型。

(4)輸出模塊：把轉(zhuǎn)換后的模型轉(zhuǎn)換成IGES格式文件或另一個CAD/CAM系統(tǒng)的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)文件。圖9.6IGES數(shù)據(jù)交換

5．IGES標(biāo)準存在的問題

IGES標(biāo)準在國際上獲得了廣泛的應(yīng)用，目前幾乎所有的CAD/CAM系統(tǒng)都支持這一標(biāo)準，應(yīng)用IGES格式可實現(xiàn)不同CAD系統(tǒng)之間工程幾何信息的交換。但是，IGES在應(yīng)用中也暴露出了不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)?IGES中定義的實體主要是幾何圖形方面的信息，而無法描述工業(yè)環(huán)境所需的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的全部信息，不能滿足CAD/CAM集成的要求。

(2)當(dāng)前各CAD/CAM系統(tǒng)所配置的IGES前、后處理器基本上都僅實現(xiàn)了IGES規(guī)范的一個子集，且有些是互不相同的子集，在交換過程中經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤或丟失信息。

(3)?IGES本身不夠成熟，一些語法結(jié)構(gòu)存在二義性，不同的系統(tǒng)會對同一個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。

(4)?IGES的交換文件太長，所占的存儲空間大，影響了數(shù)據(jù)文件的處理速度和傳輸效率。同時，標(biāo)準的數(shù)據(jù)格式過于復(fù)雜、閱讀困難，也影響了標(biāo)準的普及。9.2.3STEP標(biāo)準

1．概述

STEP(ISO?10303)是一套關(guān)于產(chǎn)品整個生命周期中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達和交換的國際標(biāo)準。在STEP標(biāo)準制定時的總體設(shè)想的多數(shù)概念來源于PDES，它的目標(biāo)是提供一個不依賴任何具體系統(tǒng)的中性機制。STEP標(biāo)準與IGES相比，無論在開發(fā)標(biāo)準的方法論上，還是在標(biāo)準的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上，都有重大的突破和創(chuàng)新。具體表現(xiàn)在以下幾方面：

(1)?STEP標(biāo)準著重形成一個完整的產(chǎn)品模型，不僅包括幾何數(shù)據(jù)，而且包括制造特征、材料特征、公差等各種非幾何數(shù)據(jù)。同時，這一產(chǎn)品模型所支持的是包括設(shè)計、制造、檢測等過程在內(nèi)的整個產(chǎn)品生命周期，其所提供的信息將能直接為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)所理解。

(2)?STEP標(biāo)準既支持單個零件，也支持裝配件及其裝配控制。

(3)對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方式，STEP不僅支持文件交換方式，而且也支持共享數(shù)據(jù)庫方式和應(yīng)用編程接口。

(4)?STEP標(biāo)準使用了形式化EXPRESS語言，既提高了計算機的可實現(xiàn)程度，又消除了標(biāo)準定義中的二義性。STEP標(biāo)準所具有的開放性和可擴展性使其能夠滿足21世紀工業(yè)設(shè)計和制造領(lǐng)域的需要。

2．STEP的組成

STEP標(biāo)準是一個正在發(fā)展的龐大的國際標(biāo)準，它獨立于任何應(yīng)用系統(tǒng)，提供了整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品信息描述和交換機制。STEP標(biāo)準包括以下五個方面的內(nèi)容，每一方面又包含若干部分(Part)：

(1)標(biāo)準的描述方法(descriptionmethods)，包括Part11～19。

(2)集成資源(integratedresource)，其中包括通用產(chǎn)品模型Part?41～49和應(yīng)用資源Part?101～109。

(3)應(yīng)用協(xié)議(applicationprotocols)，包括Part?201～1199。

(4)實現(xiàn)方法(implementationmethods)，包括Part?21～29。

(5)一致性測試和抽象測試集。其中一致測試(conformancetesting)包括Part?31～39，抽象測試集(abstracttestsuites)包括Part1201～2199。這5個方面的內(nèi)容分為七個系列文件：0、10、20、30、40、100和200系列。表9.2所示為目前已有的、較為成熟的各系列文件。表9.2STEP系列文件0系列1概述和基本原則10系列：描述方法11EXPRESS語言參考手冊20系列：實現(xiàn)方法21物理文件格式22STEP存取接口30系列：一致性測試方法31一致性測試方法與框架概念32一致性測試需求33抽象測試成套規(guī)范34對每個實現(xiàn)方法的抽象測試40系列：通用產(chǎn)品模型41基本產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型42形狀表示43形狀接口44產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理45材料46顯示47公差48形狀特征49產(chǎn)品生命周期支持100系列：應(yīng)用資源101繪圖資源102船舶結(jié)構(gòu)103電子功能104有限元分析105運動學(xué)200系列：應(yīng)用協(xié)議201二維圖協(xié)議202三維幾何圖協(xié)議203三維產(chǎn)品定義設(shè)置204邊界表示實體模型協(xié)議205雕塑曲面應(yīng)用協(xié)議

3．STEP的層次結(jié)構(gòu)

STEP的體系結(jié)構(gòu)由應(yīng)用層、邏輯層和物理層三個層次構(gòu)成，如圖9.7所示。

1)應(yīng)用層在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，各應(yīng)用領(lǐng)域按照自己的經(jīng)驗、術(shù)語、技術(shù)和方法建立產(chǎn)品信息參考模型，并通過形式化語言或圖表的方式表達，為相應(yīng)領(lǐng)域提供便于應(yīng)用的完備的和最小冗余的產(chǎn)品信息模型。應(yīng)用層支持以IDEF0方法為基礎(chǔ)的功能分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型。圖9.7STEP標(biāo)準的三個層次結(jié)構(gòu)

2)邏輯層通過對各需求模型的分析，找出共同點，協(xié)調(diào)沖突，形成統(tǒng)一的集成信息資源，為各領(lǐng)域提供一些通用的、語義一致的實體集和關(guān)系集，用來描述不同產(chǎn)品的產(chǎn)品信息模型，并運用形式化工具描述邏輯層與物理層之間的聯(lián)系。

3)物理層物理層用來導(dǎo)出和指明產(chǎn)品信息模型在計算機中的存儲機制，產(chǎn)生計算機內(nèi)部存儲的產(chǎn)品信息。在STEP中定義了采用中性文件、數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準數(shù)據(jù)存取接口三種信息存儲和交換的方式。

4．STEP的產(chǎn)品信息描述產(chǎn)品信息描述方法是STEP標(biāo)準的基礎(chǔ)，也是建立STEP信息模型的工具。在STEP中采用形式化描述語言EXPRESS作為正式描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)的工具，用EXPRESS定義集成資源的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用協(xié)議。

EXPRESS語言是一種形式化的、面向?qū)ο蟮恼Z言，具有很強的信息表達能力，采用它的目的是保證產(chǎn)品描述的一致性和無二義性。

EXPRESS語言作為信息建模語言，它的主體是模式(SCHEMA)，一個模式就是用EXPRESS語言建立的某一部分現(xiàn)實世界的信息模型。模式中的主要內(nèi)容是實體(ENTITY)類型描述，通過對實體的屬性及與其他實體的關(guān)系進行描述和約束，反映現(xiàn)實世界的各種對象及其關(guān)系。

EXPRESS語言類型豐富，有簡單數(shù)據(jù)類型、聚合數(shù)據(jù)類型、實體數(shù)據(jù)類型、定義數(shù)據(jù)類型、枚舉數(shù)據(jù)類型和選擇數(shù)據(jù)類型等。EXPRESS語言中的表達式除一般的算術(shù)、邏輯和字符表達與運算外，還有實體的實例運算。例如，用EXPRESS定義實體“球體”(Sphere)：

ENTITYsphere

SUBTYPEof(csg-primitive)；

radius：real；

center：point；

WHERE

radius?>0；

ENDENTITY；其中的SUBTYPE語句說明實體sphere是csg-primitive的子類。

EXPRESS語言是定義對象、描述概念模式的形式化建模語言，而不是一種程序設(shè)計語言，它不包含輸入/輸出、信息處理等語句。這種形式化的語言既具有可讀性，使人們便于理解它的語義，又能被計算機所理解，易于與其他高級語言(如C、C++)建立映射關(guān)系，有利于計算機應(yīng)用程序和支撐軟件的生成。有關(guān)EXPRESS語言的詳細內(nèi)容見ISO10303-11EXPRESS語言參考手冊。

5．集成資源

STEP中對于所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達是由集成資源提供的。集成資源包括一組資源構(gòu)件。資源構(gòu)件是由EXPRESS描述的產(chǎn)品模型的某一方面，提供了STEP中每一個信息元素的唯一表達。集成資源分為兩部分：通用資源和應(yīng)用資源。通用資源與具體的應(yīng)用無關(guān)，是不依賴具體應(yīng)用的通用產(chǎn)品信息描述。應(yīng)用資源是由與某種應(yīng)用相關(guān)的通用資源組成的。已公布的集成資源有產(chǎn)品描述和支持、幾何與拓撲表達、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置、形象化表示和繪圖等。

STEP目前已經(jīng)確定的通用資源有：41—基本產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，42—幾何和拓撲表示，43—形狀接口，44—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，45—材料，46—顯示，47—公差，48—形狀特征。

STEP目前已經(jīng)確定的應(yīng)用資源有：101?—繪圖資源，102—船舶結(jié)構(gòu)，103—電子功能，104—有限元分析，105—運動學(xué)。

6．應(yīng)用協(xié)議

STEP通過建立不同的應(yīng)用協(xié)議來規(guī)定不同應(yīng)用系統(tǒng)對集成化產(chǎn)品信息資源的引用格式和方法，從而使特定的應(yīng)用系統(tǒng)能建立起適合于該系統(tǒng)的產(chǎn)品信息模型，用于支持產(chǎn)品整個生命周期中不同時期和不同應(yīng)用領(lǐng)域信息的集成和共享。目前已經(jīng)頒布的STEP標(biāo)準包括下面幾組應(yīng)用協(xié)議：201—二維繪圖，202—三維幾何圖，203—三維產(chǎn)品定義設(shè)置，204—邊界表示的實體模型，205—雕塑曲面應(yīng)用模型。其中，AP203作為產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，可用于企業(yè)間三維產(chǎn)品的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)前大多數(shù)CAD系統(tǒng)都支持AP203。

7．STEP的信息交換與實現(xiàn)技術(shù)基于STEP的信息存取與交換方式目前有四種：中性文件交換、標(biāo)準數(shù)據(jù)存取接口、數(shù)據(jù)庫交換、知識庫交換。目前，中性文件交換和標(biāo)準數(shù)據(jù)存取接口已分別成為國際標(biāo)準或國際標(biāo)準草案，但數(shù)據(jù)庫和知識庫的實現(xiàn)方式尚在開發(fā)研究中，未形成正式的文件。

1)中性文件的數(shù)據(jù)交換中性文件交換是STEP標(biāo)準提出的最基本的、簡單的和可行的交換數(shù)據(jù)實現(xiàn)方式。所使用的中性文件是專門格式的ASCII順序文件，易于計算機處理。通過STEP中性文件實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳輸與交換方式如圖9.8所示。圖9.8中性文件數(shù)據(jù)交換方式

2)標(biāo)準數(shù)據(jù)存取接口(SDAI)的數(shù)據(jù)交換一般情況下，應(yīng)用程序?qū)Ξa(chǎn)品數(shù)據(jù)的存取方式是根據(jù)存取技術(shù)而定的，不同的數(shù)據(jù)存取有著不同的數(shù)據(jù)存取接口，例如，有的應(yīng)用程序以文件方式來存取數(shù)據(jù)，有的則通過訪問數(shù)據(jù)庫來存取數(shù)據(jù)?；谖募嫒〉膽?yīng)用程序不能訪問數(shù)據(jù)庫，而基于某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的應(yīng)用程序是不能訪問其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所管理的數(shù)據(jù)。為此，STEP標(biāo)準定義了一套標(biāo)準的數(shù)據(jù)存取接口SDAI(StandardDataAccessInterface)，以支持對用EXPRESS語言建模的數(shù)據(jù)的存取。這套數(shù)據(jù)存取接口獨立于具體的編程語言，對于STEP標(biāo)準指定的四種數(shù)據(jù)交換方式都適用。

SDAI為應(yīng)用程序員在軟件開發(fā)中提供了一個一致的數(shù)據(jù)存取環(huán)境，應(yīng)用程序員看到的數(shù)據(jù)定義形式是EXPRESS語言，數(shù)據(jù)存取界面為SDAI，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)定義形式和應(yīng)用程序界面。基于SDAI的EXPRESS模型實現(xiàn)過程如圖9.9所示。圖9.9SDAI數(shù)據(jù)交換方式一方面，EXPRESS模型通過數(shù)據(jù)庫內(nèi)部模式定義轉(zhuǎn)換為可以被數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部使用的結(jié)構(gòu)形式。另一方面，EXPRESS模型被轉(zhuǎn)換為編程語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用系統(tǒng)源代碼及SDAI庫相連接，從而實現(xiàn)對與EXPRESS描述一致的實例的存取。基于SDAI的信息交換和實現(xiàn)技術(shù)使應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)獨立于任何存取系統(tǒng)，從而使應(yīng)用程序開發(fā)比較容易。

8．STEP實施的一致性測試為了保證軟件的可行度及檢驗應(yīng)用程序是否符合設(shè)計的要求，STEP規(guī)定了如何進行一致性測試的需求和指導(dǎo)，制定了一致性測試的過程、測試方法和測試評估標(biāo)準。STEP的一致性測試規(guī)范可為實現(xiàn)了STEP應(yīng)用協(xié)議的軟件產(chǎn)品進行一致性測試提供方法和要求，以保證可重復(fù)性、可比較性和可審核性。作為產(chǎn)品整個生命周期的數(shù)據(jù)表示與交換標(biāo)準，STEP在實際應(yīng)用中產(chǎn)生，也在實際應(yīng)用中發(fā)展。雖然它還不夠完善，但已表現(xiàn)出強大的生命力。CAD/CAM信息集成只有以STEP標(biāo)準為產(chǎn)品信息模型的基礎(chǔ)，才能真正滿足各單元工具信息集成的要求。9.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模9.3.1產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型產(chǎn)品數(shù)據(jù)是指產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有階段有關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)總和。一個完整的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型不僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合，還應(yīng)反映出各類數(shù)據(jù)的表達方式及相互間的關(guān)系。長期以來，產(chǎn)品生命周期內(nèi)不同階段的工作是由不同部門、不同工作人員完成的，因此建立了很多產(chǎn)品局部應(yīng)用模型，如功能模型、裝配模型、幾何模型、公差模型、加工工藝模型等。這些模型缺乏統(tǒng)一的表達形式，所以很難實現(xiàn)信息集成，也無法實現(xiàn)過程集成或功能集成。顯然，要實現(xiàn)CAD/CAM各模塊之間數(shù)據(jù)資源共享，必須滿足兩個條件：一是要有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型定義體系，二是要有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準。只有建立在統(tǒng)一表達基礎(chǔ)上的產(chǎn)品模型，才能有效地為各應(yīng)用系統(tǒng)所接受。產(chǎn)品數(shù)據(jù)指的是為全面定義一個零部件或構(gòu)件所需要的幾何、拓撲、公差、性能和屬性等數(shù)據(jù)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括：

(1)產(chǎn)品幾何描述，如線框表示、幾何表示、實體表示以及拓撲、成形及展開等。

(2)產(chǎn)品特征，如長、寬、高等體特征，孔、槽等面特征，旋轉(zhuǎn)體等車削件特征等。

(3)尺寸公差、形位公差及其關(guān)聯(lián)。

(4)表面處理，如表面淬火。

(5)材料，如材料牌號與規(guī)格，毛坯狀態(tài)。

(6)說明，如技術(shù)要求說明。

(7)產(chǎn)品控制信息。

(8)其他，如加工、裝配工藝等。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型可定義為與產(chǎn)品有關(guān)的所有信息構(gòu)成的邏輯單元。它不僅包括產(chǎn)品的生命周期內(nèi)有關(guān)的全部信息，而且在結(jié)構(gòu)上還能清楚地表達這些信息的關(guān)聯(lián)。因此，研究集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，就是研究產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)各個階段所需信息的內(nèi)容以及不同階段之間這些信息的相互約束關(guān)系。9.3.2基于特征的集成化產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型隨著特征建模技術(shù)的發(fā)展，基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)由于具有容易表達、處理，能夠反映設(shè)計師意圖及描述信息完備等特點而引起廣泛重視?；谔卣鞯募僧a(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是一種為設(shè)計、分析、加工各環(huán)節(jié)都能自動理解的全局性模型。另外，它還可以與參數(shù)化設(shè)計、尺寸驅(qū)動等設(shè)計思想相結(jié)合，為設(shè)計者提供一個全新的設(shè)計環(huán)境。在基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中，特征信息的描述至關(guān)重要。除特征自身信息和特征之間的相互關(guān)系之外，還必須將各環(huán)節(jié)中都要使用的公共信息表達清楚。圖9.10所示為一種基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型層次結(jié)構(gòu)實例。圖9.10一種基于特征的集成產(chǎn)品模型由圖可見，基于特征的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型層次結(jié)構(gòu)中包含有以下由數(shù)據(jù)表達的信息：

1)產(chǎn)品的構(gòu)成信息產(chǎn)品的構(gòu)成信息反映產(chǎn)品由哪些部件構(gòu)成，各個部件又由哪些零件組成，每種零件的數(shù)量等。零、部件的構(gòu)成可以呈樹狀關(guān)系，也可以是網(wǎng)狀關(guān)系。

2)零件信息零件信息主要是關(guān)于零件總體特征的文字性描述，包括零件名稱、零件號、設(shè)計者、零件材料、熱處理要求、最大尺寸、質(zhì)量要求以及生產(chǎn)綱領(lǐng)等。

3)基體信息基體是造型開始的初始形體，也是一般工程人員理解的毛坯或半成品。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中，它是用于造型的原始形體，可以是預(yù)先定義好的參數(shù)化實體，也可以是根據(jù)現(xiàn)場需要由系統(tǒng)造型功能生成的形體?；w主要包括基體表面之間的信息，以及基體與特征之間關(guān)系的信息，比如將基體劃分為若干方位面，并按方位面組織特征。這樣組織產(chǎn)品數(shù)據(jù)后，將信息模型與按面組織加工的常規(guī)工藝路線相對應(yīng)，有益于在CAD/CAM集成環(huán)境中生成工藝規(guī)程以及制定定位、夾緊方案。

4)零件特征信息零件特征信息主要記錄特征的分類號、所屬方位面號、控制點坐標(biāo)和方向、尺寸、公差、熱處理、特征所在面號、定位面及定位尺寸、切入面與切出面、特征組成面、粗糙度、形位公差等。

5)零件幾何、拓撲信息這部分信息可直接由采用的實體建模軟件的圖形文件或數(shù)據(jù)庫讀出，包括面、環(huán)、邊、點的數(shù)據(jù)。在基于特征的集成產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，面的作用十分重要。面是建立特征之間關(guān)系、尺寸關(guān)系、形位公差之間關(guān)系的基準，同時也是設(shè)計、生產(chǎn)中經(jīng)常使用的基準和依據(jù)，如基準面、工作面、連接面等。所以，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中，應(yīng)突出面的核心地位，提供顯式的面的標(biāo)號、檢索、屬性等功能和數(shù)據(jù)。9.4基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的CAD/CAM系統(tǒng)集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(ProductDataManagement，PDM)出現(xiàn)于20世紀80年代初，當(dāng)時提出這一技術(shù)的目的主要是為了解決大量工程圖紙、技術(shù)資料的電子文檔管理問題。隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)管理水平的不斷提高，PDM的應(yīng)用范圍逐漸擴展到設(shè)計圖紙和電子文檔的管理、材料明細表(BillofMaterial，BOM)管理以及工程文檔的集成、工程變更請求/指令的跟蹤管理等領(lǐng)域，同時成為CAD/CAM集成的一項不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。9.4.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的概念

1．PDM的基本概念由于PDM技術(shù)及其應(yīng)用范圍發(fā)展太快，人們對它還沒有一個統(tǒng)一的認識，給出的定義也不完全相同。CIMdata國際咨詢公司給出的定義是：PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程(包括過程定義和管理)的技術(shù)。

GartnerGroup公司給出的定義為：PDM是一個使能器，它用于在企業(yè)范圍內(nèi)構(gòu)造一個從產(chǎn)品策劃到產(chǎn)品實現(xiàn)的并行化協(xié)作環(huán)境(ConcurrentArt-to-ProductEnvironment，由供應(yīng)、工程設(shè)計、制造、采購、市場與銷售、客戶等構(gòu)成)的關(guān)鍵使能器，一個成熟的PDM系統(tǒng)能夠使所有參與創(chuàng)建、交流以及維護產(chǎn)品設(shè)計意圖的人員在整個產(chǎn)品生命周期中自由共享與產(chǎn)品相關(guān)的所有異構(gòu)數(shù)據(jù)，包括圖紙與數(shù)字化文檔、CAD文件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等。從上面兩個定義可以看出，PDM可從狹義和廣義上理解。狹義地講，PDM僅管理與工程設(shè)計相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)的信息。廣義地講，它可以覆蓋從產(chǎn)品的市場需求分析、產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售、服務(wù)與維護的全過程，即全生命周期中的信息?？傊a(chǎn)品數(shù)據(jù)管理以軟件為基礎(chǔ)，是一門管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫記錄等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程(包括工作流程和更改流程)的技術(shù)。它提供產(chǎn)品全生命周期的信息管理，并可在企業(yè)范圍內(nèi)為產(chǎn)品設(shè)計與制造建立一個并行化的協(xié)作環(huán)境。

2．PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖9.11所示，PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為四層，即用戶界面層、功能模塊與開發(fā)工具層、框架核心層和系統(tǒng)支撐層。圖9.11PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1)用戶界面層用戶界面層向用戶提供交互式的圖形界面，包括圖視化的瀏覽器及各種菜單、對話框等，用于支持命令的操作與信息的輸入/輸出。通過PDM提供的圖視化用戶界面，用戶可以直觀方便地完成管理整個系統(tǒng)中各種對象的操作，它是實現(xiàn)PDM各種功能的媒介。

2)功能模塊及開發(fā)工具層除了系統(tǒng)管理外，PDM為用戶提供的主要功能模塊有電子倉庫與文檔管理、工作流程管理、零件分類與檢索、工程變更管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、集成工具等。

3)框架核心層框架核心層提供實現(xiàn)PDM各種功能的核心結(jié)構(gòu)與架構(gòu)，由于PDM系統(tǒng)的對象管理框架具有屏蔽異構(gòu)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫的特性，因此，用戶在應(yīng)用PDM系統(tǒng)的各種功能時，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的透明化操作、應(yīng)用的透明化調(diào)用和過程的透明化管理等。

4)系統(tǒng)支撐層系統(tǒng)支撐層以目前流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為PDM的支撐平臺，通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)操作功能，支持PDM系統(tǒng)對象在底層數(shù)據(jù)庫的管理。9.4.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要功能

PDM系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)倉庫與文檔管理、產(chǎn)品配置管理、工作流程管理、分類與檢索、項目管理等方面。

1．?dāng)?shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫(電子倉庫)是PDM的核心，利用數(shù)據(jù)倉庫可以方便、直觀地實現(xiàn)文檔的分布或管理以及全局共享。數(shù)據(jù)倉庫一般建立在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)上，有的系統(tǒng)擴展了面向?qū)ο蟮墓δ埽涔δ苁潜ＷC數(shù)據(jù)的安全性和完整性，并支持各種查詢和檢索功能。數(shù)據(jù)倉庫的功能包括：①文件的檢入和檢出；②按屬性的搜索機制；③數(shù)據(jù)對象的動態(tài)瀏覽與導(dǎo)航；④改變數(shù)據(jù)對象的狀態(tài)與屬主關(guān)系；⑤分布式文件管理/分布式數(shù)據(jù)倉庫；⑥數(shù)據(jù)對象的安全機制。

2．工程文檔管理

PDM管理產(chǎn)品整個生命周期中所包含的全部數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括：工程設(shè)計與分析數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、產(chǎn)品圖形數(shù)據(jù)、專家知識和推理規(guī)則及產(chǎn)品加工數(shù)據(jù)等。它們可分為以下幾類：

(1)原始檔案：包括合同、產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)書、需求分析、可行性論證報告和產(chǎn)品設(shè)計說明書等文件。

(2)設(shè)計文檔：包括工程設(shè)計與分析數(shù)據(jù)。在工程設(shè)計數(shù)據(jù)中，一部分是各種設(shè)計過程的規(guī)范和標(biāo)準，以及產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)；另一部分是設(shè)計過程中生成的數(shù)據(jù)。另外，還有產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、產(chǎn)品圖形信息、各類工作報告、驗收標(biāo)準及加工NC代碼等。

(3)工藝文檔：CAPP系統(tǒng)在工藝設(shè)計過程中所使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，分為靜態(tài)與動態(tài)兩類。靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要是指工藝設(shè)計手冊上已經(jīng)標(biāo)準化和規(guī)范化的工藝數(shù)據(jù)，以及標(biāo)準工藝規(guī)程等。動態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要是指在工藝規(guī)劃過程中所產(chǎn)生的相關(guān)信息。

(4)生產(chǎn)過程的計劃與管理數(shù)據(jù)。

(5)維修服務(wù)：如備件清單、維修記錄和使用手冊等說明性文件。所有數(shù)據(jù)可歸納為五種類型的文檔：①圖形文件；②數(shù)據(jù)文件；③文本文件；④表格文件；⑤多媒體文件。

PDM對上述五類文檔采用不同的管理模式。在PDM系統(tǒng)中將有關(guān)產(chǎn)品、部件和零件的所有文件集中起來，建立一個完整的描述對象文件目錄，稱為文件集或文件夾。一個文件夾可以包含各種不同類型的文件。工程圖檔(文檔)管理的體系結(jié)構(gòu)如圖9.12所示。圖9.12工程圖檔管理體系結(jié)構(gòu)工程圖檔管理的主要功能如下所述：

(1)圖檔信息定義與編輯模塊：為用戶提供圖檔信息的配置功能，并根據(jù)用戶定義的信息項完成圖檔基本信息的錄入與編輯。

(2)圖檔入庫與出庫模塊：建立圖檔基本信息與圖檔文件的連接關(guān)系，實現(xiàn)圖檔文件的批量入庫和交互入庫，并將指定的圖檔文件從數(shù)據(jù)庫中釋放出來，傳送給客戶進行操作。對于數(shù)據(jù)庫中的圖檔文件，支持檢入/檢出功能，保證文件的完整性和一致性。

(3)圖檔瀏覽模塊：可以瀏覽和顯示多種常見格式的文件，如DWG、DXF格式的圖形文件，IGES標(biāo)準格式的圖形文件，BMP、TIF、PCX、GIF格式的圖像文件，TXT、DOC格式的文本文件，STEP文件及語音文檔等，并提供縮放(Zoom)和平移(Pan)等功能。

(4)圖檔批注模塊：為用戶提供快速、方便的批注功能，支持使用各種用于批注的實體，包括復(fù)線、指引文字和云狀線等。用戶可以通過屏幕工具欄選取批注工具，選擇批注圖層名稱、顏色和批注文件名。批注文件可存放在獨立的文件中，以充分保護原始文件。批注中允許撤銷操作。

3．工作流程管理模塊工作流程管理實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與修改過程的跟蹤與控制。這一功能為產(chǎn)品開發(fā)過程的自動管理提供了保證，并支持企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程重組，以獲得最大的經(jīng)濟利益。工作流程管理的功能是實現(xiàn)對工作過程的建模、控制與協(xié)調(diào)，如圖9.13所示。圖9.13工作流程管理功能

(1)過程定義：在分析過程特點、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、實施條件等基礎(chǔ)上，定義一系列過程基本單元(任務(wù))。每一任務(wù)須定義其輸入、輸出、資源需求、人員要求和時間要求，根據(jù)任務(wù)間的依賴關(guān)系組織過程。對該過程可以進行仿真，不合理時可以修改，過程定義中有一些優(yōu)化算法。

(2)過程運行：按定義的過程實施數(shù)據(jù)分發(fā)、資源分配和任務(wù)下達。

(3)過程監(jiān)控：通過對資源、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和開發(fā)進度的監(jiān)控，及時反映系統(tǒng)中發(fā)生的各種變更，進行過程重組、數(shù)據(jù)監(jiān)控以判斷數(shù)據(jù)流向的正確性，將已產(chǎn)生數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)進行對比，決定是否調(diào)整計劃。工作流程管理運行過程如圖9.14所示。圖9.14工作流程管理運行過程

4．分類與檢索

PDM需要管理大量的數(shù)據(jù)。為了較好地建立、使用與維護這些數(shù)據(jù)，PDM系統(tǒng)提供了快速方便的分類技術(shù)。該技術(shù)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)相結(jié)合，將具有相似特性的數(shù)據(jù)與過程分為一類，并賦予一定的屬性和方法，使用戶能夠在分布式環(huán)境中高效地查詢文檔、數(shù)據(jù)、零件、標(biāo)準元件、過程等對象。分類功能是實現(xiàn)快速查詢的支持技術(shù)之一。常用的分類技術(shù)有：使用智能化的零件序號、成組技術(shù)、搜索技術(shù)和零件建庫技術(shù)。分類管理是將全廠生產(chǎn)的所有零件按其設(shè)計和工藝上的相似性進行分類，采用CT技術(shù)，形成零件族。每一零件族中諸零件具有相似的設(shè)計或制造特性。

PDM的檢索功能是為最大程度地重新利用現(xiàn)有設(shè)計創(chuàng)建新的產(chǎn)品提供支持。其主要功能包括：

(1)零件數(shù)據(jù)庫接口；

(2)基于內(nèi)容的而不是基于分類的檢索；

(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)電子倉庫屬性編碼過濾器的功能。

5．產(chǎn)品配置管理產(chǎn)品配置管理以數(shù)據(jù)倉庫為底層支持，以材料清單(BOM)為組織核心，把定義最終產(chǎn)品的有關(guān)工程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來，對產(chǎn)品對象及其相互之間的聯(lián)系進行維護和管理。產(chǎn)品對象之間的聯(lián)系不僅包括產(chǎn)品、部件、組件、零件之間的多對多的裝配聯(lián)系，而且包括其他的相關(guān)數(shù)據(jù)，如制造數(shù)據(jù)、成本數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品配置管理能夠建立完善的BOM表，用以高效、靈活地檢索與查詢最新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性與完整性控制。產(chǎn)品配置與變更管理的體系結(jié)構(gòu)如圖9.15所示。圖9.15產(chǎn)品配置與變更管理的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品配置與變更管理的主要功能如下所述：

(1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義與編輯：提供了一種快速訪問和修改BOM表的方法，用戶可以定義和修改自己的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)存入數(shù)據(jù)庫中。

(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖管理：針對產(chǎn)品設(shè)計中的不同批次或同一批次的不同階段(如設(shè)計、工藝、制造與組裝等)生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息的不同視圖，以滿足對同一產(chǎn)品的不同BOM表描述的