《機(jī)械CADCAM》課件第2章

第2章機(jī)械CAD/CAM系統(tǒng)環(huán)境2.1CAD/CAM硬件系統(tǒng)2.2CAD/CAM的軟件系統(tǒng)2.3CAD/CAM的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境習(xí)題與思考題

CAD/CAM系統(tǒng)由一系列的硬件和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備及生產(chǎn)設(shè)備組成，包括主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備及各種數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備；軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。CAD/CAM系統(tǒng)的組成如圖2.1所示。圖2.1CAD/CAM系統(tǒng)的組成2.1CAD/CAM硬件系統(tǒng)硬件是指CAD/CAM系統(tǒng)中的有形的物理設(shè)備。對(duì)于一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)而言，可根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和相應(yīng)的軟件規(guī)模，選用不同規(guī)模、不同功能的硬件系統(tǒng)。2.1.1CAD/CAM硬件系統(tǒng)的組成

1．典型CAD/CAM硬件系統(tǒng)的組成一個(gè)典型的CAD/CAM硬件系統(tǒng)如圖2.2所示。該系統(tǒng)的具體組成有：圖2.2CAD/CAM硬件系統(tǒng)

(1)計(jì)算機(jī)(主機(jī))。

(2)圖形終端和字符終端。

(3)外存儲(chǔ)器，如軟盤、硬盤和光盤等。

(4)輸入裝置，如鼠標(biāo)、鍵盤、數(shù)字化儀、掃描儀等。

(5)輸出裝置，如打印機(jī)、繪圖機(jī)等。

(6)生產(chǎn)裝備，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)械和自動(dòng)測(cè)試裝置等。

(7)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)將以上各個(gè)硬件連接在一起，以實(shí)現(xiàn)硬、軟件資源共享以及各設(shè)備之間的通信和信息交換。2.1.2硬件系統(tǒng)配置目前，CAD/CAM硬件系統(tǒng)的主流配置方案采用分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖2.3所示。這種系統(tǒng)把多個(gè)獨(dú)立工作的工作站(包括PC機(jī))組織在高速局域網(wǎng)中，形成分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)(Gatway)還可以和其它局域網(wǎng)和大型主機(jī)互連，構(gòu)成遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)結(jié)點(diǎn)是工作站和外部設(shè)備。圖2.3CAD/CAM硬件系統(tǒng)配置系統(tǒng)通常采用基于客戶(Client)/服務(wù)器(Server)的體系結(jié)構(gòu)。分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)的軟、硬件資源分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有自己的CPU和外圍設(shè)備，使用速度不受網(wǎng)絡(luò)上其它結(jié)點(diǎn)的影響。通過網(wǎng)絡(luò)軟件提供的通信功能，每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的用戶可以享用其它結(jié)點(diǎn)上的資源，如大型繪圖機(jī)、激光打印機(jī)等硬件設(shè)備，也能共享網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件及公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配置和開發(fā)可分塊進(jìn)行，由小到大，由簡(jiǎn)到繁，逐步投資，符合投資者的心理。在這個(gè)系統(tǒng)配置中，除了傳統(tǒng)意義上的工作站外，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC機(jī))已經(jīng)成為系統(tǒng)的主要組成部分之一。目前，PC機(jī)的性能已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，完全可以勝任三維CAD/CAM的要求，許多原先在工作站上運(yùn)行的CAD/CAM軟件也被移植到了PC機(jī)上，在這種狀況下，PC機(jī)作為CAD/CAM網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將發(fā)揮越來越重要的作用。2.1.3CAD/CAM系統(tǒng)典型硬件設(shè)備

CAD/CAM系統(tǒng)中的硬件除計(jì)算機(jī)(主機(jī))外，還有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備等幾類。下面僅簡(jiǎn)單介紹其中典型的幾類設(shè)備。有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可參閱2.4節(jié)。有關(guān)數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)檢測(cè)和控制等生產(chǎn)設(shè)備可參閱第5章和有關(guān)資料。在CAD/CAM環(huán)境下的作業(yè)是通過人機(jī)交互完成的，因而需要各種性能優(yōu)良、功能各異的輸入和輸出設(shè)備，這些設(shè)備除了常用的鍵盤、鼠標(biāo)器、顯示器外，還包括光筆、掃描儀、繪圖機(jī)等。另外，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD/CAM中的應(yīng)用，一些VR專用的輸入/輸出設(shè)備如數(shù)據(jù)手套、位置傳感器等的應(yīng)用逐漸增多。

1．典型的輸入設(shè)備

1)掃描儀工程掃描儀是CAD/CAM系統(tǒng)中常用的圖形掃描輸入設(shè)備。常用的掃描儀的工作幅面是A2、A3幅面，大型掃描儀能掃描A0幅面的圖紙。系統(tǒng)工作時(shí)，首先用掃描儀掃描圖紙，得到一個(gè)光柵圖像文件，接著進(jìn)行矢量化處理，將光柵圖像文件變成一種格式緊湊的二進(jìn)制矢量文件，針對(duì)某種CAD/CAM系統(tǒng)做相應(yīng)矢量文件的格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生最終的矢量圖。掃描技術(shù)輸入方便，速度快，且輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，不易出錯(cuò)，可以快速地將大量圖紙輸入計(jì)算機(jī)，比其它錄入方法節(jié)省了大量人力與時(shí)間，是建立大型圖庫(kù)的有效方法。這種掃描輸入技術(shù)的缺點(diǎn)是矢量識(shí)別的正確率不是很理想，需進(jìn)一步提高。

2)語音輸入設(shè)備該設(shè)備能夠?qū)⑷祟愓f話的語音直接輸入計(jì)算機(jī)。聲音通過話筒變成模擬信號(hào)，再將模擬信號(hào)通過調(diào)制，變成數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)。語音輸入的難點(diǎn)是如何理解、識(shí)別語音。其目前的水平處于定量詞匯、定人語音識(shí)別的程度。

3)數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套是近年來隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展起來的一種輸入裝置，也是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最常用的輸入裝置。數(shù)據(jù)手套的結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。數(shù)據(jù)手套可以幫助計(jì)算機(jī)測(cè)試人手的位置與指向，可以實(shí)時(shí)地生成手與物體接近或遠(yuǎn)離的圖像。圖2.4數(shù)據(jù)手套

4)位置傳感器在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)中，為了提高真實(shí)感，必須知道瀏覽者在三維空間中的位置，尤其是必須知道瀏覽者頭部的位置與方向。位置傳感器用于檢測(cè)和確定瀏覽者的位置和方向。常用的位置傳感器包括電磁場(chǎng)式、超聲波式、機(jī)電式、光學(xué)式等。位置傳感器的主要性能參數(shù)包括：刷新率(每秒的測(cè)量次數(shù))、延遲(從物體對(duì)象動(dòng)作到傳感器檢測(cè)出結(jié)果之間的時(shí)間間隔)、精確度(實(shí)際位置與測(cè)量位置的差別)、分辨率(傳感器可以檢測(cè)到的物體最小的位置變化)等。

2．典型的輸出設(shè)備輸出設(shè)備主要用于在輸出媒介上生成圖像，這些輸出媒介包括圖紙、聚酯薄膜、感光膠片等。輸出設(shè)備包括顯示器、立體顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等。

1)顯示器目前采用的圖形顯示器主要是陰極射線管(CRT)和液晶顯示器(LCD)。對(duì)于一般用途的CAD/CAM系統(tǒng)，采用對(duì)角線尺寸為19～21英寸左右、分辨率為1024×768或1280×1024的顯示器即可較好地滿足使用要求。除上述分辨率和顯示尺寸指標(biāo)外，一些圖形顯示器有局部圖形“智能”，即根據(jù)一些簡(jiǎn)單命令就能生成各種幾何形狀(如圓、橢圓、曲線和矩形)、多邊形填充以及圖形編輯處理功能等。圖形顯示器的圖形處理速度通常以每秒內(nèi)可處理并顯示的三維矢量個(gè)數(shù)和三維填充多邊形的個(gè)數(shù)來衡量。高檔圖形工作站采用專門設(shè)計(jì)的處理器執(zhí)行如剪裁、坐標(biāo)變換、光照等圖形計(jì)算，這樣大大加快了圖形的生成過程。圖形顯示器與主機(jī)之間的聯(lián)系通過顯示適配器(圖形卡)來實(shí)現(xiàn)。圖形卡采用專門的微處理器并行處理指令來輸出圖形。一些圖形卡以硬件支持三維圖形的輸出和真實(shí)感顯示，通過深度緩沖器(Z-buffer)來實(shí)現(xiàn)三維圖形的消隱。

2)打印機(jī)打印機(jī)是一種主要的輸出設(shè)備。根據(jù)打印機(jī)的打印機(jī)理的不同，打印機(jī)可分為針式點(diǎn)陣打印機(jī)、靜電打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)等。

3)繪圖儀繪圖儀是把由計(jì)算機(jī)生成的圖形輸出到圖紙(或其它介質(zhì))上的硬拷貝設(shè)備。繪圖儀有筆式、噴墨式和光電式幾類。筆式繪圖儀又分為平板式和滾筒式兩種。

4)立體顯示器在使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)中，立體顯示器提供逼真的三維視覺，使用戶盡可能地沉浸在虛擬環(huán)境中。立體顯示設(shè)備主要包括頭盔顯示器(HMD)、立體眼鏡及3D立體投影儀等。其中較常用的是頭盔顯示器，如圖2.5所示。圖2.5頭盔顯示器2.2CAD/CAM的軟件系統(tǒng)2.2.1CAD/CAM軟件系統(tǒng)的分類和組成圖2.6CAD/CAM軟件系統(tǒng)軟件是CAD/CAM系統(tǒng)的核心。從CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來看，軟件占據(jù)著愈來愈重要的地位，軟件的購(gòu)置成本目前也大大超過了硬件。

CAD/CAM軟件系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次，即系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件，如圖2.6所示。圖2.6CAD/CAM軟件系統(tǒng)

1．系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、高級(jí)語言編譯系統(tǒng)等。系統(tǒng)軟件是與計(jì)算機(jī)硬件直接關(guān)聯(lián)的軟件，一般由軟件專業(yè)人員研制。它起著擴(kuò)充計(jì)算機(jī)的功能和合理調(diào)度與運(yùn)用計(jì)算機(jī)的作用。系統(tǒng)軟件有兩個(gè)特點(diǎn)：一是公用性，無論哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都要用到它；二是基礎(chǔ)性，各種支撐軟件及應(yīng)用軟件都需在系統(tǒng)軟件支撐下運(yùn)行。

2．支撐軟件支撐軟件是在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上研制的，它包括進(jìn)行CAD/CAM作業(yè)時(shí)所需的各種通用軟件。開發(fā)CAD/CAM應(yīng)用軟件時(shí)需要有特殊的支撐軟件環(huán)境。支撐軟件包括圖形支撐軟件、有限元分析軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。系統(tǒng)軟件和支撐軟件是同計(jì)算機(jī)一起購(gòu)進(jìn)的，可形成CAD/CAM系統(tǒng)的二次開發(fā)環(huán)境，用戶在此環(huán)境下移植或自行開發(fā)所需要的CAD/CAM應(yīng)用軟件來完成特定的設(shè)計(jì)和制造任務(wù)。

3．應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件則是在系統(tǒng)軟件及支撐軟件的支持下，為實(shí)現(xiàn)某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的特定任務(wù)而編制的軟件。CAD/CAM系統(tǒng)的功能和效益最終反映在CAD/CAM應(yīng)用軟件的水平上，而高水平的CAD/CAM應(yīng)用軟件又必須以高水平的開發(fā)環(huán)境為基礎(chǔ)。2.2.2系統(tǒng)軟件

1．操作系統(tǒng)

1)操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件資源及各種軟件資源進(jìn)行全面控制和管理的底層軟件，負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)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(yùn)行。操作系統(tǒng)的基本功能包括：內(nèi)存管理，作業(yè)和進(jìn)程控制，文件管理，外圍設(shè)備管理等。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是開放式系統(tǒng)，即盡可能遵照流行的或已被行業(yè)部門公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)來組建系統(tǒng)，以便于擴(kuò)充和互相兼容。

2)常用操作系統(tǒng)

(1)?UNIX系統(tǒng)。UNIX系統(tǒng)是由AT&T公司利用與機(jī)器無關(guān)的C語言開發(fā)的一個(gè)多用戶、多任務(wù)的分時(shí)操作系統(tǒng)。其特點(diǎn)是功能強(qiáng)、規(guī)模小、可移植性好，是工程工作站廣泛采用的操作系統(tǒng)。目前，從微型機(jī)，小型機(jī)到大、中型機(jī)都可采用UNIX系統(tǒng)，但不同版本的UNIX系統(tǒng)并不完全兼容。UNIX操作系統(tǒng)加上X-Windows窗口系統(tǒng)，是工作站上最流行的軟件運(yùn)行平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境。

X-Windows是一個(gè)可以在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作的多任務(wù)多窗口系統(tǒng)。X-Windows最早是由美國(guó)MIT(麻省理工學(xué)院)開發(fā)的，后來成為了ANSI標(biāo)準(zhǔn)。其圖形用戶接口符合開放式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下及各種獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，適應(yīng)能力很強(qiáng)。

(2)?MS-Windows系統(tǒng)。MS-Windows是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的操作系統(tǒng)。MS-Windows界面友好，便于使用，是最受歡迎的個(gè)人計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境。該系統(tǒng)發(fā)展至今有多個(gè)版本，如Windows95、Windows98、Windows2000、WindowsXP等。值得一提的是，近些年，許多以前僅能在工作站上運(yùn)行的大型商品化CAD/CAM集成系統(tǒng)如UG、CATIA等，都紛紛推出了Windows平臺(tái)版本，以適應(yīng)CAD/CAM普及和應(yīng)用的需求。

2．編譯系統(tǒng)與開發(fā)工具高級(jí)語言是開發(fā)計(jì)算機(jī)程序的基本工具。設(shè)計(jì)和開發(fā)CAD/CAM系統(tǒng)時(shí)，可采用各種程序設(shè)計(jì)語言。編譯系統(tǒng)的作用是將用高級(jí)語言編寫的程序，翻譯成計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的機(jī)器指令。因此，編譯系統(tǒng)是開發(fā)CAD/CAM軟件基本的系統(tǒng)軟件環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)外廣為應(yīng)用的高級(jí)語言有FORTRAN、BASIC、C、PASCAL、C++、LISP和JAVA等。其中，C和C++語言非常簡(jiǎn)潔，由其生成的可執(zhí)行程序運(yùn)行效率高、功能強(qiáng)，受到專業(yè)編程人員的喜歡。因此，C和C++語言現(xiàn)已成為CAD/CAM軟件中最流行的程序設(shè)計(jì)語言。2.2.3支撐軟件支撐軟件是CAD/CAM軟件系統(tǒng)中的核心，它是為了滿足CAD/CAM工作中的共同需要而開發(fā)的通用軟件。二十多年來，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，支撐軟件的開發(fā)研制有了很大的進(jìn)展，種類繁多的商品化支撐軟件層出不窮。其中比較通用的支撐軟件有圖形支撐軟件、分析和優(yōu)化軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件。

1．圖形支撐軟件計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)是CAD/CAM技術(shù)的核心，從某種程度上講，圖形支撐軟件功能的強(qiáng)弱是評(píng)價(jià)一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)很重要的指標(biāo)。圖形支撐軟件主要包括繪圖軟件和三維幾何造型軟件。

1)繪圖軟件繪圖軟件是CAD/CAM系統(tǒng)最基本的圖形支撐軟件，主要用來生成產(chǎn)品設(shè)計(jì)中符合工程要求的零件工作圖和裝配圖。繪圖軟件的基本功能包括圖形生成、圖形編輯(對(duì)圖形增刪、縮放、平移等)、標(biāo)注尺寸、拼裝圖形、輸出打印工程圖等。生成圖形的方式既可用人機(jī)交互繪圖生成，也可通過三維幾何模型的投影變換獲得。商品化的交互繪圖軟件種類很多，包括國(guó)內(nèi)目前廣泛使用的AutoCAD及大量的國(guó)產(chǎn)軟件。而商品化的CAD/CAM系統(tǒng)一般都具有一個(gè)制圖模塊來完成自動(dòng)繪圖。

2)三維幾何造型軟件三維幾何造型軟件提供幾何造型、曲面造型和參數(shù)化特征造型等基本功能。它可以為CAD/CAM系統(tǒng)建立產(chǎn)品完整的幾何描述及特征描述，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型，支持CAD/CAM系統(tǒng)的后續(xù)各環(huán)節(jié)工作。目前，國(guó)際上主流的三維造型核心軟件是Parasolid和ACIS，大部分商品化CAD/CAM軟件均采用它們作為三維造型核心。為了真實(shí)地表現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)象的形態(tài)，三維造型系統(tǒng)一般具有真實(shí)感顯示功能，例如消除隱藏線(面)、著色、色彩明暗處理和各種渲染功能等。為了輸出二維的工程圖紙的需要，三維幾何造型軟件具備從三維模型生成二維圖形的功能，并保持二維圖形與三維造型模型在設(shè)計(jì)修改過程中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，即所謂的二、三維聯(lián)動(dòng)功能。

2．分析和優(yōu)化軟件分析軟件主要包括有限元分析軟件、機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析軟件、動(dòng)力學(xué)分析軟件等。其中，有限元分析軟件是最重要的分析軟件，不但可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析，還可進(jìn)行流體力學(xué)、電磁場(chǎng)分析等。目前商品化的分析軟件很多，流行的有ADAMS、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件運(yùn)用最優(yōu)化數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算技術(shù)來尋求設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案解。國(guó)內(nèi)外有許多優(yōu)化、分析和仿真軟件，包括大量的解決諸如解微分方程、線性代數(shù)方程、數(shù)值積分、有限差分、優(yōu)化算法以及曲線曲面擬合等數(shù)學(xué)問題的工具。MATLAB是其中非常典型的分析仿真軟件。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)于CAD/CAM數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)處理和信息交換的需要，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem，DBMS)是十分重要的支撐軟件之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)流行的商品化數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有VFP、SQLServer、ORACLE等，它們均屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，適用于商業(yè)及事務(wù)管理，但并不適用CAD/CAM的工程數(shù)據(jù)的管理。該問題常采用兩種方法來解決：一種是在商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)上建立一套面向CAD/CAM工程應(yīng)用的軟件接口，對(duì)商用DBMS進(jìn)行擴(kuò)充和修改，使它適用于CAD/CAM工程領(lǐng)域；另一種是從頭開始研制一個(gè)完善的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(EDBMS)，這是目前尚在努力解決的重大課題。

4．網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM系統(tǒng)已成為目前CAD/CAM的主要使用環(huán)境之一。在基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件是必不可少的。常見的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件有WindowsNT、NetWare等，它包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、文件服務(wù)器軟件、通信軟件等。應(yīng)用這些軟件可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)管理、存儲(chǔ)器管理、任務(wù)調(diào)度、用戶間通信、軟/硬件資源共享等工作。2.2.4應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件主要有兩類：一類是典型意義上的應(yīng)用軟件。這類軟件是在系統(tǒng)軟件、支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對(duì)某一專門應(yīng)用領(lǐng)域而研制的軟件，通常可由用戶根據(jù)專業(yè)設(shè)計(jì)需要而自行研究開發(fā)，此項(xiàng)工作又稱為“二次開發(fā)”。這類軟件種類繁多，內(nèi)容涉及專業(yè)計(jì)算與算法、專用圖形生成、專用設(shè)備控制接口等多方面，比如一些專用模具設(shè)計(jì)軟件、電器設(shè)計(jì)軟件、機(jī)械零件設(shè)計(jì)軟件、機(jī)床設(shè)計(jì)軟件，以及汽車、船舶、飛機(jī)設(shè)計(jì)制造專用軟件等。它們的特點(diǎn)是針對(duì)特定問題，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和專用性。另一類比較常見的CAD/CAM應(yīng)用軟件是一些專業(yè)軟件公司開發(fā)的具有較廣用途的通用商品化CAD/CAM系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般規(guī)模較大、功能齊全，可應(yīng)用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，具有較高的知名度。2.2.5常見主流CAD/CAM軟件簡(jiǎn)介

1．UG軟件

UG是UNIGRAPHICSⅡ的簡(jiǎn)稱，起源于美國(guó)的麥道(MD)公司，20世紀(jì)90年代起歸屬于全球最大的信息技術(shù)(IT)服務(wù)公司——EDS公司。UG是一個(gè)集CAD、CAE和CAM于一體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造集成系統(tǒng)，適合于航空航天器、汽車、通用機(jī)械以及模具等的設(shè)計(jì)、分析及制造。UG的顯著特點(diǎn)是其工程背景具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)制造功能，是混合建模技術(shù)的提倡者和首先使用者，也是第一個(gè)將CAQ和智能CAD(ICAD)集成到系統(tǒng)中的軟件。UG的CAM功能被認(rèn)為是業(yè)界中最好和最具代表性的。

UG系統(tǒng)獨(dú)到、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)真正實(shí)現(xiàn)了CAD、CAE、CAM各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，便于實(shí)施并行工程。在幾何建模方面，UG采用基于約束的特征建模和實(shí)體建模無縫地結(jié)合成一體的混合建模技術(shù)，并具有很強(qiáng)的曲面建模功能和強(qiáng)大的自由曲面模型編輯功能，對(duì)于逆向工程，可通過曲線/點(diǎn)網(wǎng)格來定義形狀或通過點(diǎn)云來擬合形狀。

UG的裝配建模功能支持并行的、自上而下的產(chǎn)品開發(fā)方法，具有動(dòng)態(tài)裝配過程仿真功能。

UG提供了很好的工程制圖功能，設(shè)計(jì)者可以直觀地從三維實(shí)體模型得到二維工程圖，并可保證隨著實(shí)體模型的改變而同步更新工程圖尺寸。強(qiáng)大的NC編程功能是UG的一大特點(diǎn)，UG提供了包括車削、銑削、線切割等在內(nèi)的各種加工方法，可以進(jìn)行2軸～5軸聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜曲面的加工(詳見第6章)。

UG提供了方便有效的CAE分析功能，如有限元分析、機(jī)構(gòu)分析、注塑流動(dòng)分析(Moldflow)等。此外，UG還提供了一系列實(shí)用性很強(qiáng)的其它功能模塊，比如鈑金件設(shè)計(jì)(SheetMetalDesign)、電氣配線(Harness)、快速成型(RapidPrototyping)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Manager)、數(shù)據(jù)交換等。

2．Pro/Engineer(Pro/E)軟件

Pro/Engineer是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(PTC)的著名軟件產(chǎn)品，采用了先進(jìn)的基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，使設(shè)計(jì)工作十分靈活和簡(jiǎn)便。Pro/E備有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，并具有較強(qiáng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、組裝管理、加工過程及刀具軌跡生成等功能。它還提供各種現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)交換格式的轉(zhuǎn)換器以及與著名的CAD、CAE系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的專用轉(zhuǎn)換器，所以也具備集成化功能。

Pro/Engineer提供了70多個(gè)模塊供用戶選擇配置適合自己的系統(tǒng)。其中，主要模塊功能包括：三維造型；參數(shù)化功能定義；零件組裝造型；工程圖的生成輸出；二維或三維裝配圖組裝設(shè)計(jì)及參數(shù)化裝配管理；復(fù)雜形狀特征造型和復(fù)雜型面造型的功能；實(shí)體模型的有限元網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成及有限元分析；數(shù)控自動(dòng)編程及刀具路線軌跡仿真。Pro/E軟件的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在基于特征參數(shù)化設(shè)計(jì)方面，其實(shí)體特征或曲面特征一般是通過一個(gè)或幾個(gè)剖面創(chuàng)建的。剖面是由以參數(shù)化草圖為基礎(chǔ)的二維輪廓構(gòu)成的，包括尺寸、幾何約束或尺寸參數(shù)關(guān)系式等，修改剖面尺寸會(huì)產(chǎn)生新的特征形狀。其三維實(shí)體模型和二維工程圖是關(guān)聯(lián)的，同時(shí)與零件裝配、零件加工等其它相關(guān)數(shù)據(jù)也具有關(guān)聯(lián)性。Pro/E提供了與其它CAD/CAM系統(tǒng)間各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的交換功能；同時(shí)還具有模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、電纜布線等專門模塊。

3．CATIA軟件

CATIA(Computer-GraphicsAidedThree-DimensionalInteractiveApplications)即計(jì)算機(jī)輔助三維圖形交互應(yīng)用軟件包，是法國(guó)達(dá)索公司研制開發(fā)的三維幾何造型功能很強(qiáng)的交互式CAD/CAM軟件。它本身具有三維設(shè)計(jì)、高級(jí)曲面、工程繪圖、數(shù)控加工編程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)件、有限元計(jì)算分析等方面的功能；能方便地實(shí)現(xiàn)二維元素與三維元素之間的轉(zhuǎn)換；具有平面或空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的模擬及分析功能。它的主要特點(diǎn)是提供用戶從概念設(shè)計(jì)、風(fēng)格設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、制造到應(yīng)用軟件開發(fā)等面向過程的設(shè)計(jì)思想和解決方案；采用1～15次Bezier曲線面和非均勻有理B樣條計(jì)算方法，具有很強(qiáng)的三維復(fù)雜曲面造型和加工編程能力，適用于飛機(jī)、汽車等復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的外形幾何設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程；同時(shí)提供統(tǒng)一的用戶界面數(shù)據(jù)管理和豐富的應(yīng)用程序接口。

4．SolidWorks軟件

SolidWorks是由美國(guó)SolidWorks公司研制開發(fā)的基于特征的實(shí)體建模技術(shù)機(jī)械CAD系統(tǒng)，也是最早在Windows平臺(tái)下開發(fā)的商品化系統(tǒng)。它采用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，可以用來進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程繪圖。SolidWorks使用的特征分為草圖和應(yīng)用型特征兩類。草圖特征以2D設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，一般地，這種草圖可以通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描轉(zhuǎn)化為實(shí)體。應(yīng)用型特征是直接在實(shí)體模型上生成倒角和溝槽等。SolidWorks支持VisualBasic、VisualC++或任何支持OLE的程序設(shè)計(jì)語言來做二次開發(fā)。

5．Cimatron軟件

Cimatron軟件是以色列Cimatron軟件公司開發(fā)的著名的CAD/CAM軟件。該軟件提供了產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、工程圖輸出、NC加工編程、模具設(shè)計(jì)和電極設(shè)計(jì)等眾多模塊，在汽車、航空航天、電子、消費(fèi)類商品等多個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。特別是最近推出的CimatronE版本，比原先在DOS環(huán)境下的Cimatronit版本的操作界面更友好，更便于操作。

CimatronE的零件造型采用混合建模技術(shù)，融合了線框、曲面和實(shí)體造型的功能，結(jié)合參數(shù)化和特征技術(shù)，提供一個(gè)高效的、參數(shù)化的造型設(shè)計(jì)模塊用于零件模型的建立。CimatronE的工程繪圖模塊可方便地將三維幾何模型轉(zhuǎn)換成工程圖紙，同時(shí)提供了裝配樹管理、自動(dòng)BOM表單生成、坐標(biāo)標(biāo)注等功能。

CimatronE的加工編程功能非常有特色，并在國(guó)內(nèi)擁有眾多的用戶。該軟件提供的智能化2～5軸數(shù)控加工編程功能，支持?jǐn)?shù)控銑削、車削、鉆、鏜、線切割的加工編程；具有基于殘留毛坯、曲面輪廓、等高分層、環(huán)繞等距、曲面流線、角落清根等多種刀具軌跡控制方式；同時(shí)，系統(tǒng)提供了刀具軌跡編輯修改、加工仿真、后置處理等功能。另外，CimatronE提供了具有特色的專業(yè)模具設(shè)計(jì)和電極設(shè)計(jì)功能，利用拆模向?qū)Э煽焖偻瓿煞帜ＴO(shè)計(jì)；同時(shí)，還提供了強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)件生成工具及通用的標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)。系統(tǒng)的快速電極設(shè)計(jì)功能使用戶可在電極向?qū)Чぞ叩囊龑?dǎo)下，簡(jiǎn)便地制作出進(jìn)行復(fù)雜模具型腔加工所需的電極，并生成電極工程圖。

6．DELCAM軟件

DELCAM是英國(guó)DelcamInternational公司開發(fā)的CAD/CAM集成軟件,適用于復(fù)雜形體零件及工模具的設(shè)計(jì)與制造。它廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、內(nèi)燃機(jī)、家用電器、輕工業(yè)產(chǎn)品等行業(yè)，特別在塑料模、壓鑄模、橡膠模、鍛模、大型覆蓋件沖壓模、玻璃模具的設(shè)計(jì)與制造方面具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。其主要模塊有：

(1)?PowerMILL：具有智能化、面向模型、面向工藝特征的CAM加工系統(tǒng)(2～5軸)。

(2)?PowerSHAPE：由概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造的綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它將曲面建模與特征實(shí)體建模結(jié)合起來，發(fā)揮曲面建模與實(shí)體建模雙重優(yōu)勢(shì)。

(3)?PowerINSPECT：在線檢測(cè)系統(tǒng)。與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、檢測(cè)臂及CNC數(shù)控設(shè)備集成，可用于對(duì)具有復(fù)雜曲面的精密零件進(jìn)行在線檢測(cè)，并與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。此外，目前國(guó)內(nèi)常用的三維CAD/CAM軟件還有許多，如美國(guó)Autodesk公司的MDT和Inventor、美國(guó)CNC公司的MasterCAM等。近些年來，國(guó)內(nèi)開發(fā)的部分CAD/CAM軟件的用戶群也在不斷擴(kuò)大，如北京北航海爾軟件公司的CAXA系列軟件等。2.3CAD/CAM的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境2.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路將地理位置分散的、具有獨(dú)立功能的許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，按照某種協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以實(shí)現(xiàn)資源共享的信息系統(tǒng)。

1．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成一個(gè)典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由四種組件組成：服務(wù)器、客戶機(jī)、介質(zhì)和協(xié)議，如圖2.7所示。

(1)服務(wù)器。服務(wù)器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。服務(wù)器允許網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)用戶訪問其軟件程序和數(shù)據(jù)文件，同時(shí)提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并肩負(fù)網(wǎng)絡(luò)管理的功能。按服務(wù)器主要提供的網(wǎng)絡(luò)資源的不同，可將服務(wù)器分為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器、電子郵件服務(wù)器和打印機(jī)服務(wù)器等。圖2.7典型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

(2)客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)是指一個(gè)享用服務(wù)器共享資源的計(jì)算機(jī)。要成為客戶機(jī)的計(jì)算機(jī)，必須安裝相應(yīng)的硬件和網(wǎng)絡(luò)通信軟件。例如，具有通用功能的客戶機(jī)需要安裝能夠訪問服務(wù)器文件和共享打印服務(wù)的軟件；電子郵件服務(wù)器要求其客戶機(jī)裝有特定的電子郵件客戶端軟件。一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)成為許多服務(wù)器的客戶端。

(3)介質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)之間的通信和數(shù)據(jù)交換通過傳輸介質(zhì)來進(jìn)行。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用多種介質(zhì)，最普通的是電纜、光纖、微波等。常見的電纜包括同軸電纜和雙絞線。

(4)協(xié)議。在任何時(shí)候，當(dāng)兩個(gè)實(shí)體開始通信時(shí)，它們必須使用一種雙方都能理解的語言，這種網(wǎng)絡(luò)通信所使用的語言就叫做協(xié)議。協(xié)議如同詞匯和語法規(guī)則。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的種類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有多種不同的分類方式，根據(jù)不同的建網(wǎng)原理和目的，可得到不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。按網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)分布分類，可將網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)LAN(LocalNetwork)、廣域網(wǎng)WAN(WideNetwork)和城域網(wǎng)MAN(MetropolitanNetwork)。按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，可將網(wǎng)絡(luò)分為星型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)和混合型網(wǎng)絡(luò)。按交換方式分類，可將網(wǎng)絡(luò)分為線路交換網(wǎng)絡(luò)(CircuitSwitching)、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)(MessageSwitching)和分組交換網(wǎng)絡(luò)(PacketSwitching)。按采用的協(xié)議分類，可將網(wǎng)絡(luò)分為以太網(wǎng)(Ethernet)、令牌環(huán)網(wǎng)(TokenRing)、FDDI網(wǎng)絡(luò)、X.35分組交換網(wǎng)絡(luò)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、SNA網(wǎng)絡(luò)和異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)(ATM)等。另外，在CAM應(yīng)用中，以現(xiàn)場(chǎng)總線為代表的工業(yè)控制網(wǎng)的使用日趨廣泛。所謂現(xiàn)場(chǎng)總線，是指連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的網(wǎng)路通信系統(tǒng)。通過現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)，可使控制設(shè)備具有通信功能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞。

3．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以共享為目的，概括地說，它應(yīng)包括以下基本功能：

(1)數(shù)據(jù)通信。該功能為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與終端、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。

(2)資源共享。資源共享是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心目標(biāo)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件(如打印機(jī)、掃描儀、繪圖儀等)、軟件和信息的共享，可最大限度地降低成本和提高效率。

(3)遠(yuǎn)程傳輸。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程異地傳輸和協(xié)同工作。

(4)均衡負(fù)荷。通過網(wǎng)絡(luò)控制中心的實(shí)時(shí)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)分配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷均衡，以提高工作效率。

(5)分布式處理。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得分布式處理成為可能，通過對(duì)大型項(xiàng)目的分布式處理，可達(dá)到提高效率的目的。

4．網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由各種各樣的計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備通過通信線路連接起來的復(fù)雜系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，要使通信的各方能以協(xié)同方式進(jìn)行通信，必須解決各方共同遵守約定標(biāo)準(zhǔn)等問題，這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議問題。為了減少協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都按層或級(jí)的方式來組織：每一層都建立在它的下層之上；每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務(wù)，而把如何實(shí)現(xiàn)這一服務(wù)的細(xì)節(jié)對(duì)上一層加以屏蔽。一臺(tái)機(jī)器上的第n層與另一臺(tái)機(jī)器上的第n層進(jìn)行對(duì)話時(shí)，通話的原則就是第n層協(xié)議。不同機(jī)器里包含對(duì)應(yīng)層的實(shí)體叫對(duì)等進(jìn)程。換言之，正是對(duì)等進(jìn)程利用協(xié)議進(jìn)行通信。

1)開放系統(tǒng)互連模型(ISO/OSI)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連模型(OSI)，這是一個(gè)定義連接異種計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的主體結(jié)構(gòu)，它為連接分布式處理的開放系統(tǒng)提供了基層。

OSI參考模型的基本構(gòu)造技術(shù)是分層技術(shù)，利用層次結(jié)構(gòu)，將開放系統(tǒng)的信息交換問題分解到一系列較易控制和實(shí)現(xiàn)的層次中，每個(gè)層次都在完成信息交換的任務(wù)中充當(dāng)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的角色，具有特定的功能。OSI參考模型具有7層結(jié)構(gòu)，如圖2.8所示。圖2.8OSI參考模型

(1)物理層：提供為建立、維護(hù)和拆除物理連接所需要的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，給出有關(guān)在物理鏈路上傳輸?shù)奈涣骷拔锢礞溌饭收蠙z測(cè)指示。

(2)數(shù)據(jù)鏈路層：為網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體提供傳送數(shù)據(jù)的功能，提供數(shù)據(jù)鏈路的流控、檢測(cè)，并校正物理鏈路產(chǎn)生的差錯(cuò)。

(3)網(wǎng)絡(luò)層：控制分組傳送操作，即路由選擇、擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互連等。

(4)傳輸層：提供建立、維護(hù)和拆除傳輸連接的功能，選擇網(wǎng)絡(luò)層提供的最適宜的服務(wù)，在系統(tǒng)間提供可靠的透明的數(shù)據(jù)傳輸，提供端到端的流控制和錯(cuò)誤恢復(fù)。

(5)會(huì)話層：提供兩個(gè)進(jìn)程間建立、維護(hù)和結(jié)束會(huì)話連接的功能，提供交互會(huì)話的管理功能。

(6)表示層：表示應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)，協(xié)商數(shù)據(jù)語法，完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和文本壓縮。

(7)應(yīng)用層：提供OSI用戶服務(wù)，例如事務(wù)處理程序、文件傳送協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理等。

2)?TCP/IP參考模型圖2.9TCP/IP協(xié)議模型(與OSI協(xié)議對(duì)照)TCP/IP是20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)國(guó)防部為其ARPANET廣域網(wǎng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。到20世紀(jì)80年代，它被確認(rèn)為因特網(wǎng)的通信協(xié)議。TCP/IP雖不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但它是為全世界廣大用戶和廠商接受的網(wǎng)絡(luò)互連的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP參考模型是將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫連接的體系結(jié)構(gòu)，其模型如圖2.9所示。圖2.9TCP/IP協(xié)議模型(與OSI協(xié)議對(duì)照)

TCP/IP是一組通信協(xié)議的代名詞，是由一系列協(xié)議組成的協(xié)議族。它本身只有兩個(gè)協(xié)議集：TCP為傳輸控制協(xié)議，IP為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

(1)互聯(lián)網(wǎng)層。它提供了無縫連接的分組交換服務(wù)。它的主要功能是使主機(jī)可以把分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并使分組獨(dú)立地傳向目標(biāo)(可能經(jīng)由不同的網(wǎng)絡(luò))?；ヂ?lián)網(wǎng)層定義了正式的分組格式和協(xié)議，即IP協(xié)議?；ヂ?lián)網(wǎng)層的功能就是要把IP分組發(fā)送到應(yīng)該去的地方。定義分組路由和避免阻塞是該層的主要工作。

(2)傳輸層。它的功能是使源端和目的端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話。這里定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議。第一個(gè)是傳輸控制協(xié)議TCP，它是一個(gè)面向連接的協(xié)議，允許從一臺(tái)機(jī)器發(fā)出的字節(jié)流無差錯(cuò)地發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)上的其他機(jī)器。第二個(gè)是用戶數(shù)據(jù)描述協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)，它是一個(gè)不可靠的無連接協(xié)議，用于不需要TCP的排序和流量控制能力而由自己完成這些功能的應(yīng)用程序。

(3)應(yīng)用層。TCP/IP模型沒有會(huì)話層和表示層。傳輸層的上面是應(yīng)用層，它包含了所有的高層協(xié)議，如虛擬終端協(xié)議、文件傳輸協(xié)議和電子郵件協(xié)議等。

(4)主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層。TCP/IP參考模型沒有真正描述這一部分，只是指出主機(jī)必須使用某種協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)連接，以便能在其上傳遞IP分組。這個(gè)協(xié)議未被定義，并且隨主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的不同而不同。

TCP/IP提供了許多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，目前大多數(shù)CAD/CAM網(wǎng)絡(luò)均把它作為實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3)?MAP/TOP協(xié)議

MAP/TOP協(xié)議是兩個(gè)協(xié)議的總稱。MAP(ManufacturingAutomaticProtocol)是美國(guó)通用汽車公司(GeneralMotor，GM)提出的專門用于生產(chǎn)自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議。TOP(TechnologyandOfficeProtocol)是美國(guó)波音公司研制與開發(fā)的一種用于辦公自動(dòng)化的協(xié)議。兩者的開發(fā)背景相似，都采納了ISO/OSI的七層協(xié)議模型，并在許多層次上有相同的定義。

MAP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的目標(biāo)是在不同廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)、可編程控制器和數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等設(shè)備之間有效地實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)文件、NC程序、控制指令和狀態(tài)信號(hào)等信息功能。而TOP協(xié)議期望在不同廠家的計(jì)算機(jī)和可編程設(shè)備間提供文字處理、文件傳輸、電子郵件、圖形傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問和事務(wù)處理等服務(wù)功能。MAP/TOP正好從工廠兩大主要信息交換領(lǐng)域即技術(shù)、管理信息和生產(chǎn)控制信息方面規(guī)定了相應(yīng)的通信協(xié)議。MAP適用于生產(chǎn)車間、單元控制級(jí)，TOP適用于工廠管理及工程設(shè)計(jì)。

MAP/TOP3.0版本的主要功能分為應(yīng)用層、表示層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層等。與TCP/IP相比，MAP/TOP增加了會(huì)話層并實(shí)現(xiàn)了表示層協(xié)議，還包括了應(yīng)用層的多種服務(wù)，因而有成為CIMS網(wǎng)絡(luò)主要協(xié)議的趨勢(shì)，有著廣泛的應(yīng)用前景。但I(xiàn)SO/OSI協(xié)議模型及MAP/TOP網(wǎng)仍處于發(fā)展完善之中，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚不普遍。2.3.2Internet/Intranet技術(shù)

1．Internet

Internet是信息技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的產(chǎn)物。它是一個(gè)開放的、互聯(lián)的、遍及全世界的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是一個(gè)使世界上不同類型的計(jì)算機(jī)能交換各類數(shù)據(jù)的通信媒介。在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，它是最受重視、發(fā)展最快、對(duì)人類社會(huì)影響最大的一項(xiàng)新技術(shù)，是所有基于TCP/IP的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集合。Internet的內(nèi)涵及特點(diǎn)如下：

(1)?Internet的通信協(xié)議基于TCP/IP協(xié)議。

(2)?Internet是構(gòu)筑于現(xiàn)代通信技術(shù)之上并且持續(xù)發(fā)展的全球化數(shù)字信息庫(kù)。這個(gè)信息庫(kù)提供了創(chuàng)立、瀏覽、訪問、搜索、閱讀和交流信息等服務(wù)。

(3)Internet是一個(gè)邏輯上的概念，它不同于局域網(wǎng)(LAN)、ATM網(wǎng)等。因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)和ATM網(wǎng)等都是基于物理概念的，而Internet是一個(gè)超越國(guó)界、面向公眾并由許許多多的資源、知識(shí)與信息所組成的全球網(wǎng)絡(luò)。

(4)?Internet是世界上最大、最為流行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也是目前影響最大的一種全球性、開放性的信息資源網(wǎng)，是信息時(shí)代的基礎(chǔ)，是未來社會(huì)的信息命脈。

Internet的主要信息服務(wù)方式有以下幾種：

(1)電子郵件(E-mail)。

(2)遠(yuǎn)程登錄(Telnet)。遠(yuǎn)程登錄使用支持Telnet協(xié)議的軟件。Telnet協(xié)議是TCP/IP通信協(xié)議的終端機(jī)協(xié)議。Telnet使用戶能通過注冊(cè)的方式從與Internet連接的一臺(tái)主機(jī)進(jìn)入Internet上的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

(3)文件傳送(FTP)。FTP是文件傳輸?shù)闹饕ぞ撸梢詡鬏斎魏胃袷降臄?shù)據(jù)文件。用FTP可以訪問Internet的各種FTP服務(wù)器。

(4)?Web。Web是傳輸各種文檔(包括文件、圖形、語音、視頻等)給遠(yuǎn)程訪問者的平臺(tái)。WWW是目前使用最廣泛的Internet服務(wù)，它采用超文本(hypertext)的或超媒體的信息結(jié)構(gòu)，使用WWW時(shí)，是按照超文本的鏈指針查找和瀏覽信息的。

(5)?News。Internet上有許多消息群(newsgroup)，每個(gè)消息群討論一個(gè)特定主題，用戶可以在上面互相討論問題，交流各自的想法。除此之外，還包括電子公告牌、電子論壇、名錄服務(wù)、網(wǎng)上交談等服務(wù)。

2．Intranet

Intranet泛指企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，是企業(yè)將Internet中的Web技術(shù)、瀏覽器/服務(wù)器模式應(yīng)用于本企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)而形成的企業(yè)“內(nèi)聯(lián)網(wǎng)”。Intranet的概念是Internet在全球發(fā)展到一定程度的背景下提出的。它是指在有限的范圍內(nèi)，利用Internet的系列成熟標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)筑企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它充分利用Internet的軟/硬件技術(shù)，以TCP/IP協(xié)議和Web模型作為標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，構(gòu)建起企業(yè)內(nèi)的各類業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)。

Intranet是用Internet的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)(如TCP/IP、HTTP、SMTP、HTML等)來建立的企業(yè)Internet。當(dāng)前業(yè)界公認(rèn)的Intranet所包括的8項(xiàng)服務(wù)是：Web電子出版、目錄服務(wù)、電子郵件、安全性管理、廣域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、文件、打印和網(wǎng)絡(luò)管理。圖2.10典型的防火墻體系結(jié)構(gòu)由于Intranet是建立在企業(yè)內(nèi)部范圍內(nèi)的，因而外來者的訪問要受到“防火墻”的限制。防火墻(NetworkFirewall)可以是一個(gè)概念，也可以是一個(gè)軟件產(chǎn)品。無論是否選用防火墻軟件，企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的安全都要包括諸如IP層的隔離、客戶端的授權(quán)、用戶授權(quán)、傳輸層的加密等基本內(nèi)容。圖2