產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)

《模具CAD/CAM》第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)一.產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口由于各軟件的歷史原因及不同的開發(fā)目的，使得各CAD軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄方式和處理方式不盡相同，開發(fā)軟件的語言也不完全一致，因此在虛擬加工環(huán)境中不能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換，主要體現(xiàn)在對各CAD軟件給出的三維幾何實(shí)體的數(shù)據(jù)共享方面。擴(kuò)展名對應(yīng)的CAD軟件備注.igsANSYS內(nèi)置轉(zhuǎn)換器.satAntoCAD、CadKey、MechanicalDesktop、MicroStationModeler需要SAT接口工具包.x_t、.xmt_txtParasolid、Solidworks、Unigraphics需要Parasolid接口工具包.prtPro/Engineer、Unigraphics需要UG接口工具包第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)所謂數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，實(shí)際上是一種能夠?qū)崿F(xiàn)兩個以上系統(tǒng)間信息交換的程序或方法。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的核心內(nèi)容就是由其中一個系統(tǒng)(文件)讀出信息，再將信息寫入另一個系統(tǒng)(文件)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，實(shí)際上就是把已有的模型經(jīng)過處理，將特定軟件的自定義表示轉(zhuǎn)換成其它軟件可以理解和接受的中性模式。其實(shí)現(xiàn)過程就是對要輸出的模型中所含的基本對象進(jìn)行遍歷，對相應(yīng)模型中的對象使用中性標(biāo)準(zhǔn)的表示形式加以說明和表示，并將這些對象按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加以組織輸出即可。相應(yīng)的讀入此中性模型的軟件需要有輸入接口，它們分別被稱為前置、后置處理器。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)1.專用數(shù)據(jù)接口它是一個將CAD系統(tǒng)(簡稱A系統(tǒng))中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過專用的數(shù)據(jù)接口程序(A-B)直接轉(zhuǎn)化為符合另一個CAD系統(tǒng)(簡稱B系統(tǒng))數(shù)據(jù)格式的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；反之亦然。

N個系統(tǒng)需要N(N-1)個專用數(shù)據(jù)接口程序。這種點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換方式的專用數(shù)據(jù)接口程序各自不同，不能通用；但交換數(shù)據(jù)的運(yùn)行效率高且不會丟失數(shù)據(jù)。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.通用數(shù)據(jù)接口利用一種與系統(tǒng)無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式(中性文件格式)文件來實(shí)現(xiàn)多個CAD系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，各系統(tǒng)只需構(gòu)造前置處理器、后置處理器，將本系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，或反之。這種格式的通用性、簡單性和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)使它成為集成系統(tǒng)中普遍采用的格式。此方式數(shù)據(jù)共享性好；但如果標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式中沒有CAD系統(tǒng)中的某些數(shù)據(jù)描述格式，產(chǎn)品數(shù)據(jù)將不能夠被完全“翻譯”，從而造成數(shù)據(jù)的“丟失”。目前常用的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)有Parasolid、IGES、STEP、STL、PDES等。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)二.IGES標(biāo)準(zhǔn)

IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)，即初始圖形交換規(guī)范，從1981年1.0版本到1991年5.1版本，IGES逐漸成熟，并日益豐富，覆蓋了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域，作為較早頒布的標(biāo)準(zhǔn)，IGES被大多數(shù)CAD系統(tǒng)所接受。

IGES是由一系列產(chǎn)品的幾何、繪圖、結(jié)構(gòu)和其它信息組成，可以處理CAD/CAM系統(tǒng)中的大部分信息，是用來定義產(chǎn)品幾何形狀的現(xiàn)代交互圖形標(biāo)準(zhǔn)。它建立了產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)數(shù)字表示方法與通信的信息結(jié)構(gòu)，可以使各種不同的CAD/CAM系統(tǒng)間進(jìn)行產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的交換。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)

IGES的交換原理是通過前處理器把發(fā)送系統(tǒng)的內(nèi)部產(chǎn)品定義文件翻譯成符合“中性格式”的文件，再通過后處理器將中性格式文件翻譯成接受系統(tǒng)的內(nèi)部文件。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)1.IGES的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

IGES標(biāo)準(zhǔn)定義了一個ASCII碼文件格式，用來表示結(jié)構(gòu)、語言、拓?fù)?、幾何和非幾何的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，涉及描述產(chǎn)品工程特性和通信所必須的數(shù)據(jù)，它獨(dú)立于CAD系統(tǒng)而存在。

IGES所定義的文件是若干個實(shí)體的集合，用幾何和非幾何的信息描述產(chǎn)品。幾何信息包括了點(diǎn)、線、圓弧、參數(shù)曲線、NURBS曲線、參數(shù)曲面、NURBS曲面和裁剪曲面等各種元素。非幾何信息則分為標(biāo)注、定義和組織。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(1)IGES的文件結(jié)構(gòu)

IGES文件是以標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼(記錄長度為80個字符的固定長格式)、ASCII碼的壓縮格式和二進(jìn)制格式3種數(shù)據(jù)格式存儲的數(shù)據(jù)文件。文件包括五個或六個段，它們必須依次出現(xiàn)。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)文件標(biāo)志段只適用于二進(jìn)制格式(用字母B標(biāo)識)和壓縮的ASCII格式(用字母C標(biāo)識)，若是固定長格式的ASCII格式則無標(biāo)志段。開始段是給人們提供一個可讀文件的序言，在第1~72列上可以寫入任意的內(nèi)容的ASCII碼字符。主要記錄圖形文件的最初來源及生成該IGES文件的系統(tǒng)名稱。但對于讀取IGES文件可忽略該段。全局參數(shù)段存放前置處理器的描述信息以及為處理該文件的后置處理器所需要的信息，共24個參數(shù)，以自由格式記錄。主要描述了IGES文件在使用時(shí)的參數(shù)分隔符、記錄分隔符、文件名、IGES版本、直線顏色、單位、建立該文件的時(shí)間、作者等等。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)目錄條目段的目的在于為文件提供一個索引，并含有每個實(shí)體的屬性信息，每一個實(shí)體對應(yīng)一個目錄條目，每個目錄條目分兩行進(jìn)行記錄，共有20個域，每個域占8個字符，每個域的具體含義如下：第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)實(shí)體信息存在于參數(shù)數(shù)據(jù)段中，該段記錄了每個實(shí)體的幾何數(shù)據(jù)，其格式在1~72列是不固定的，根據(jù)每個實(shí)體參數(shù)數(shù)據(jù)的多少，決定它在參數(shù)數(shù)據(jù)段中有幾行。結(jié)束段只有一行，前32列順序地記錄了S,G,D,P段記錄的總行數(shù)，中間的40列為保留段，最后8列記錄結(jié)束段T及其行數(shù)。

IGES文件雖然數(shù)據(jù)量很大，但數(shù)據(jù)是以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母袷酱鎯Φ?，各種圖形實(shí)體都用編碼標(biāo)出。文件中最主要的是描述實(shí)體的部分，即目錄條目段和參數(shù)數(shù)據(jù)段，所有的圖形實(shí)體參數(shù)都包括在其中。可以通過對其信息的選擇性采用和保存，達(dá)到在虛擬加工環(huán)境中應(yīng)用的目的。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(2)IGES的圖形數(shù)據(jù)記錄格式在IGES文件中，信息的基本單位是實(shí)體，通過實(shí)體描述產(chǎn)品的形狀、尺寸以及產(chǎn)品的特性。實(shí)體的表示方法對所有當(dāng)前的CAD/CAM都是通用的，實(shí)體可分為幾何實(shí)體和非幾何實(shí)體。每一類型實(shí)體都有相應(yīng)的實(shí)體類型號，幾何實(shí)體為100~199，如圓弧為100，直線為110等。非幾何實(shí)體又可分為注釋實(shí)體和結(jié)構(gòu)實(shí)體，類型號為200~499。如注釋實(shí)體有直徑尺寸標(biāo)注實(shí)體(206)、線性尺寸標(biāo)注實(shí)體(216)等，結(jié)構(gòu)實(shí)體有顏色定義(324)、字型定義(310)、線型定義(304)等。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)

IGES所有的圖形數(shù)據(jù)都包含兩部分，一部分是在目錄條目段給出實(shí)體的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)；另一部分是根據(jù)目錄條目段的指針在參數(shù)數(shù)據(jù)段讀出相應(yīng)的實(shí)體數(shù)據(jù)。a.線

IGES文件中實(shí)體是有界的，第一點(diǎn)為起點(diǎn)P1，第二點(diǎn)為終點(diǎn)P2，參數(shù)數(shù)據(jù)為起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐P1(x1,y1,z1)，P2(x2,y2,z2)。直線實(shí)體的類型號為110，其在目錄條目段和參數(shù)數(shù)據(jù)段的定義如下：110711000000000001D311000100D4110,41.284,2.175,0.0D0,52.647,2.175,0.0D0;3P7第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)該段文件表示直線實(shí)體的起點(diǎn)坐標(biāo)為(41.284,2.175,0.0)，終點(diǎn)坐標(biāo)(52.647,2.175,0.0)，3表示該直線實(shí)體在目錄條目段中的第一行序號，7表示該直線實(shí)體在參數(shù)數(shù)據(jù)段中的序號。b.圓弧

IGES中圓弧由起始點(diǎn)及圓弧所在圓的圓心確定。該圓弧始點(diǎn)在先，終點(diǎn)隨后，是以逆時(shí)針方向畫出。參數(shù)數(shù)據(jù)為ZT,x1,y1,x2,y2,x3,y3。ZT為圓弧所在平面xTyT平面的平行位移，(x1,y1)為圓弧所在圓的圓心坐標(biāo)，(x2,y2)為圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)，(x3,y3)為圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)在IGES中，用于定義圓弧實(shí)體的定義空間坐標(biāo)的選定是將圓弧位于和xTyT平面重合或平行的平面內(nèi)，且從ZT軸正向上的一點(diǎn)向下看，圓弧為逆時(shí)針。另外，在IGES中沒有獨(dú)立的圓實(shí)體，如果圓弧起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)重合，則為一個整圓。圓弧的實(shí)體類型號為100，其在目錄條目段和參數(shù)數(shù)據(jù)段的定義為：1001811000000010001D710000100D8100,-21.32677,17.54315,-20.49655,-19.19423,7.572457,-12.46768,-55.66549;7P18

圓弧所在平面xTyT在Z方向上的位移為-21.32677;圓心坐標(biāo)為(17.54315,-20.49655);起點(diǎn)坐標(biāo)為(-19.19423,7.572457);終點(diǎn)坐標(biāo)為(-12.46768,-55.66549)。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.IGES應(yīng)用中的問題

IGES標(biāo)準(zhǔn)僅僅是一個對所交換的幾何圖形及相應(yīng)尺寸的中性文件說明，它沒有描述產(chǎn)品信息模型中的復(fù)雜信息，因而它不能滿足機(jī)械CAD/CAM信息集成的需要。此外，IGES本身也不夠完善，如數(shù)據(jù)格式過于復(fù)雜，可讀性差，標(biāo)準(zhǔn)定義不夠嚴(yán)密等，因而會造成數(shù)據(jù)交換的不穩(wěn)定。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)三.STEP標(biāo)準(zhǔn)

STEP是一個關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)可理解的表示和交換的國際標(biāo)準(zhǔn)，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)品整個生命周期中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品生命周期包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)、報(bào)廢等。產(chǎn)品在各過程產(chǎn)生的信息多而復(fù)雜，而且分散在不同的部門和地方。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，要求這些產(chǎn)品信息以計(jì)算機(jī)能理解的形式表示，而且在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行交換時(shí)保持一致和完整。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達(dá)和交換，構(gòu)成了STEP標(biāo)準(zhǔn)，STEP把產(chǎn)品信息的表達(dá)和用于數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開來。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)1.STEP標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)

STEP的ISO正式代號為ISO10303，并將所有標(biāo)準(zhǔn)部分分成七類，每一類包括若干部分Part，相應(yīng)的編號為：(1)描述方法：Part11-19;(2)實(shí)現(xiàn)方法：Part21-29;(3)一致性測試方法論和框架：Part31-39;(4)通用集成資源：一般資源Part41-99;(5)應(yīng)用集成資源：應(yīng)用資源Part101-199;(6)應(yīng)用協(xié)議：Part201-299;(7)與應(yīng)用協(xié)議對應(yīng)的抽象測試集：Part301-399。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)

STEP的體系結(jié)構(gòu)可劃分為三層。最上層是應(yīng)用層，包括應(yīng)用協(xié)議及對應(yīng)的抽象測試集，這是面向具體應(yīng)用的，與應(yīng)用有關(guān)。第二層是邏輯層，包括集成資源，是一個完整的產(chǎn)品模型，從實(shí)際應(yīng)用中抽象出來，與具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)。最底層是物理層，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。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.STEP標(biāo)準(zhǔn)的組成部分(1)標(biāo)準(zhǔn)的描述語言

STEP有自己專用的描述語言EXPRESS，EXPRESS是一種信息建模語言，有強(qiáng)大的描述信息模型能力。(2)集成資源這是STEP核心部分，采用EXPRESS語言描述。集成資源又分為通用集成資源與應(yīng)用集成資源兩大部分。通用集成資源獨(dú)立于產(chǎn)品信息，應(yīng)用集成資源是描述某一應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，并依賴于通用集成資源的支持。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(3)應(yīng)用協(xié)議

STEP標(biāo)準(zhǔn)支持非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，具體的應(yīng)用系統(tǒng)很難采用STEP標(biāo)準(zhǔn)的全部內(nèi)容，一般只實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的一個子集。如果不同的應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的子集不一致，則在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)會出現(xiàn)信息丟失或信息歧義現(xiàn)象，為避免這種情況的發(fā)生，STEP制定了一系列應(yīng)用協(xié)議，用以說明如何用標(biāo)準(zhǔn)的STEP集成資源制定各個應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需要。作為標(biāo)準(zhǔn)，不同應(yīng)用系統(tǒng)在交換、傳輸和存儲產(chǎn)品數(shù)據(jù)時(shí)，強(qiáng)制要求符合應(yīng)用協(xié)議的規(guī)定。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(4)實(shí)現(xiàn)形式實(shí)現(xiàn)形式是指用什么方法在具體領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的交換。STEP的實(shí)現(xiàn)形式大致分為四級：第一級，中性文件交換；第二級，工作格式交換；第三級，數(shù)據(jù)庫交換；第四級，知識庫交換。由于不同的CAD／CAM集成系統(tǒng)對數(shù)據(jù)交換的要求不同，可以根據(jù)具體情況選擇一種或多種交換方式。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(5)一致性測試提供一般的一致性測試方法、過程和組織機(jī)構(gòu)等。其目標(biāo)是保證一個STEP應(yīng)用協(xié)議的軟件產(chǎn)品符合相應(yīng)應(yīng)用協(xié)議的一致性要求。

STEP的抽象測試方法具有一定的抽象性，與具體實(shí)現(xiàn)形式、測試工具或測試過程無關(guān)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)則需編制相應(yīng)的檢測軟件。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.STEP標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

STEP是一個描述怎樣表達(dá)和交換數(shù)字化產(chǎn)品信息的ISO標(biāo)準(zhǔn)(IS010303)。STEP包含幾何、拓?fù)?、公差、約束、屬性、裝配、尺寸和其它許多方面的內(nèi)容，因此，STEP被構(gòu)造成一個由多個分部組成的ISO標(biāo)準(zhǔn)。(1)可擴(kuò)充性用EXPRESS的語言來定義描述產(chǎn)品所需的信息，還能表達(dá)約束;(2)直接性基于STEP的建模是建立在統(tǒng)一的產(chǎn)品模型基礎(chǔ)上，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換達(dá)到最大限度的一致性，通過標(biāo)準(zhǔn)模型的接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換目的;第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)(3)完整性基于STEP建模覆蓋產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)、分析、制造、測試和產(chǎn)品支持而全面定義零部件所需的幾何、拓?fù)?、公差、關(guān)系及屬性等;(4)中性機(jī)制以中性格式概括出一個在產(chǎn)品生命周期內(nèi)具有完整性與集成性的計(jì)算機(jī)化的產(chǎn)品模型所需的信息，獨(dú)立于任何CAD、CAE、CAM和PDM系統(tǒng);(5)靈活性實(shí)現(xiàn)方式上可以是中性文件、數(shù)據(jù)庫和知識庫。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)4.STEP-NC數(shù)據(jù)模型盡管借助于STEP標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)不同CAD系統(tǒng)之間以及CAD和CAM之間的信息交流和共享。但是對于CAD/CAM與CNC系統(tǒng)之間，以及不同CNC系統(tǒng)之間的信息交流和共享卻一直是一個盲區(qū)。為此國際標(biāo)準(zhǔn)組織將STEP應(yīng)用從CAM系統(tǒng)延伸到了CNC控制器，并將延伸部分的標(biāo)準(zhǔn)命名為STEP-NC。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)

STEP-NC數(shù)據(jù)模型的基本原理是根據(jù)制造特征采用面向?qū)ο蟮姆椒▉磉M(jìn)行NC編程，這里的對象是指制造特征及加工特征時(shí)相對應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)。

STEP-NC數(shù)據(jù)模型主要包含工件(workpiece)和加工計(jì)劃(workplan)兩大部分。工件是由制造特征來定義。制造特征是指工件上一個具有語義的幾何實(shí)體，它描述一個工件的材料切除區(qū)域，表達(dá)一個加工過程的結(jié)果。制造特征通過幾何屬性描述，描述“是什么”，但不給出工件如何加工的任何指令，與加工過程有關(guān)的信息只包含在加工操作中。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)加工計(jì)劃是一個加工工步序列。加工工步是制造特征與工藝信息的組合，是加工過程的基本組成部分。它將制造特征與具體的加工操作聯(lián)系起來，描述材料切除順序、位置及相關(guān)參數(shù)。加工操作描述做什么和使用的加工方法和參數(shù)，包括加工方法、刀具、加工策略和刀具路徑等。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)5.STEP-NC程序的結(jié)構(gòu)基于STEP-NC的零件數(shù)控加工程序是根據(jù)IS010303Part21規(guī)定的一種物理文件格式來描述的，零件程序從結(jié)構(gòu)上分為兩部分:文件頭和數(shù)據(jù)段。第一部分為文件頭，其以“HEADER”為標(biāo)記，說明文件名、編程者、編程日期和注釋等。第二部分為數(shù)據(jù)段部分，這是零件程序的主要和核心部分，該部分以“DATA”關(guān)鍵字作為開始標(biāo)記，數(shù)據(jù)段部分包含了所有的制造任務(wù)及其相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)和幾何信息，文件頭和數(shù)據(jù)段都以“ENDSEC”作為結(jié)束標(biāo)志。第四章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)段部分的內(nèi)容可以分為三大部分：加工計(jì)劃及可執(zhí)行操作(workplan

andexecutables)、工藝信息描述(technologydescription)和幾何信息描述(geometryde