第04章 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換

第4章產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換4.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口

4.2IGES標(biāo)準(zhǔn)

4.3STEP標(biāo)準(zhǔn)4.4STL文件格式

4.5產(chǎn)品模型輕量化技術(shù)4.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口1.專(zhuān)用數(shù)據(jù)交換接口

2.通用數(shù)據(jù)交換接口圖4-1數(shù)據(jù)交換的兩種方式

a)專(zhuān)用數(shù)據(jù)交換接口方式b)通用數(shù)據(jù)交換接口方式4.2IGES標(biāo)準(zhǔn)IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification)（ANSI發(fā)布）的發(fā)展歷程1)1980年，IGES1.0僅限于描述工程圖樣的二維模型和三維線框模型；2)1983年，IGES2.0增加解決電氣及有限元信息的傳遞功能，進(jìn)一步擴(kuò)充圖形描述；3)1986年，IGES3.0增加了曲面模型，包含了工廠設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容；4)1988年，IGES4.0收入了CSG三維實(shí)體描述法、三維管道模型，并改進(jìn)有限元模型；5)1991年，IGES5.0引入實(shí)體造型中常采用的B-Rep描述法?！饕狢AD/CAM系統(tǒng)均有IGES接口，事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1.IGES描述——用單元和單元屬性描述產(chǎn)品的幾何模型。單元幾何單元：點(diǎn)、直線、圓弧、樣條曲線、曲面等。尺寸標(biāo)注單元：字符、箭頭線段、邊界線。屬性單元：定義產(chǎn)品的屬性。結(jié)構(gòu)單元：定義各單元間的關(guān)系和意義。單元的組成分類(lèi)入口/目錄：長(zhǎng)度固定。參數(shù)部分：自由格式，長(zhǎng)度可變。2.IGES的文件結(jié)構(gòu)IGES數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)1）數(shù)據(jù)進(jìn)行順序存儲(chǔ)。2）每行記錄長(zhǎng)度為80個(gè)字符。3）采用ASCII標(biāo)準(zhǔn)代碼。IGES文件的邏輯區(qū)段(1)起始段提供使用者閱讀IGES數(shù)據(jù)文件的說(shuō)明語(yǔ)言，格式和行數(shù)不限。(2)全局段提供和整個(gè)模型有關(guān)的信息，如文件名，生成日期及前、后置處理器中描述所需的信息。(3)目錄索引段記錄IGES文件中采用的單元目錄，每一種單元對(duì)應(yīng)一個(gè)索引，每一個(gè)索引記錄有關(guān)的單元類(lèi)型、參數(shù)指針、版本、線形、圖層、視圖等20項(xiàng)內(nèi)容。(4)參數(shù)數(shù)據(jù)段記錄每個(gè)單元的幾何數(shù)據(jù)。(5)結(jié)束段標(biāo)識(shí)IGES文件的結(jié)束，并兼有記錄起始段、全局段、單元索引段、參數(shù)數(shù)據(jù)段段碼及總行數(shù)的任務(wù)。3.IGES在應(yīng)用中的問(wèn)題和發(fā)展1)單元范圍有限。主要存儲(chǔ)幾何信息、形狀模型。無(wú)法保存所有數(shù)據(jù)，時(shí)有數(shù)據(jù)丟失。2)占用的存儲(chǔ)空間較大。固定的數(shù)據(jù)格式和存儲(chǔ)長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)稀疏。3)時(shí)常發(fā)生傳遞錯(cuò)誤。語(yǔ)法上存在二義性。4.3STEP標(biāo)準(zhǔn)4.3.1STEP標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

4.3.2STEP標(biāo)準(zhǔn)的組成

4.3.3STEP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用STEPStandardfortheExchangeofProductModelData——ISO10303制定STEP的目的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表示產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與交換STEP的優(yōu)點(diǎn)能完整表達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)并支持產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。具有多種實(shí)現(xiàn)形式。4.3.1STEP標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)(1)引入形式化數(shù)據(jù)規(guī)范語(yǔ)言(Express語(yǔ)言)為產(chǎn)品信息的描述提供了標(biāo)準(zhǔn)化描述機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)描述的精確性和一致性。(2)一致性檢驗(yàn)STEP將一致性檢驗(yàn)包括在規(guī)范的定義中，用于檢查應(yīng)用系統(tǒng)是否實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用協(xié)議，同時(shí)提供了一致性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)程序和工具，為系統(tǒng)功能檢驗(yàn)及系統(tǒng)性能檢驗(yàn)等高層次的驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。(3)三層次結(jié)構(gòu)在三層次上將產(chǎn)品信息的表達(dá)和應(yīng)用同數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開(kāi)來(lái)，STEP三層次的劃分如圖4-2所示。圖4-2STEP標(biāo)準(zhǔn)的三層次結(jié)構(gòu)（3）三層次結(jié)構(gòu)1)應(yīng)用層。2)邏輯層。3)物理層。4.3.2STEP標(biāo)準(zhǔn)的組成STEP標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容組成1.標(biāo)準(zhǔn)的描述方法（11-19部分）2.集成資源（41-199部分）3.應(yīng)用協(xié)議（201-1199部分）4.實(shí)現(xiàn)方法（21-29部分）5.一致性測(cè)試和抽象測(cè)試（31-39部分，1201-2199部分）分為七個(gè)系列文件（表4-1）0、10、20、30、40、100、200系列表4-1STEP標(biāo)準(zhǔn)系列系列名系列號(hào)內(nèi)容說(shuō)明0概述1概況與基本原理10描述方法11

12Express語(yǔ)言

Express?I語(yǔ)言提供支持STEP開(kāi)發(fā)所需的方法與工具20實(shí)施方法21

22物理文件格式

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口指明產(chǎn)品模型將被用于哪些數(shù)據(jù)處理任務(wù)表4-1STEP標(biāo)準(zhǔn)30一致性測(cè)試

方法和框架31

32

33

34一致性測(cè)試方法和框架

對(duì)測(cè)試庫(kù)和一致性評(píng)估人員的需求

抽象測(cè)試套件規(guī)范

對(duì)不同實(shí)施方法的抽象測(cè)試方法用以檢查軟件對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的符合程度表4-1STEP標(biāo)準(zhǔn)40通用資源41

42

43

44

45

46

47

48

49產(chǎn)品描述和支持的基礎(chǔ)

幾何與拓?fù)浔硎?/p>

表達(dá)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置管理

材料

直觀表示

形狀公差

形狀特征

產(chǎn)品生命期支持用Express語(yǔ)言描述的產(chǎn)品的概念模型表4-1STEP標(biāo)準(zhǔn)100應(yīng)用資源101

102

103

104

105繪圖

工程設(shè)計(jì)AEC(未定)

電子/電氣連接

有限元分析

運(yùn)動(dòng)學(xué)指明產(chǎn)品模型的哪些部分將付諸實(shí)施表4-1STEP標(biāo)準(zhǔn)200應(yīng)用協(xié)議201

202

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218顯式繪圖

相關(guān)繪圖

配置管理設(shè)計(jì)

使用邊界表達(dá)的機(jī)械設(shè)計(jì)

使用曲面的機(jī)械設(shè)計(jì)

使用線框的機(jī)械設(shè)計(jì)

鈑金沖模規(guī)劃與設(shè)計(jì)

生命周期產(chǎn)品變動(dòng)過(guò)程

構(gòu)件和金屬結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

電子印制電路的裝配、設(shè)計(jì)與制造

電子器械的測(cè)試、診斷與返修

電工設(shè)備

車(chē)床加工零件的數(shù)控過(guò)程規(guī)劃

汽車(chē)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的核心數(shù)據(jù)

船體布置

船體制模形狀

船體管道

船體結(jié)構(gòu)描述特定應(yīng)用領(lǐng)域的信息要求,規(guī)定無(wú)二義性的信息描述方法,提供一致性測(cè)試需求與目標(biāo)1.標(biāo)準(zhǔn)的描述方法形式化信息建模語(yǔ)言Express保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性，避免二義性。定義集成資源的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用協(xié)議。利于人的理解、應(yīng)用程序和支持工具的開(kāi)發(fā)。面向?qū)ο蟮?、基于模式的Express語(yǔ)言的特點(diǎn)1)不是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，不包括輸入、輸出、信息處理、異常處理等語(yǔ)言元素；2）不僅定義模型中的實(shí)體及其關(guān)系，還定義對(duì)實(shí)體及其屬性所施加的約束和操作；3)能將抽象與具體的事務(wù)分離，以適應(yīng)不同層次用戶的需要；4)可在已存在的構(gòu)件上增加約束和屬性，以便于生成應(yīng)用協(xié)議。2.集成資源集成資源是一個(gè)由Express語(yǔ)言描述的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合，稱之為資源構(gòu)件。是STEP推薦使用的概念模型，是STEP的核心部分。是STEP體系中的邏輯層，相當(dāng)于概念模式。集成資源的組成通用資源通用性，與具體實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)。包括：產(chǎn)品描述基礎(chǔ)和支持、幾何和拓?fù)浔硎尽⒈磉_(dá)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置、直觀表示、材料、形狀工差、形狀特征等。應(yīng)用資源描述特定應(yīng)用領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)。是通用資源的引用和拓展，依賴于通用資源的支持。繪圖、船體結(jié)構(gòu)、有限元分析，等。3.應(yīng)用協(xié)議應(yīng)用協(xié)議根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需要，對(duì)集成資源進(jìn)行選取、修改、補(bǔ)充特定的約束、關(guān)系、屬性，形成應(yīng)用協(xié)議。應(yīng)用協(xié)議的實(shí)現(xiàn)途徑應(yīng)用活動(dòng)模型（AAM）應(yīng)用參考模型（ARM）應(yīng)用解釋模型（AIM）具體的應(yīng)用協(xié)議AP203(ISOTC184/SC4N152)：配置控制的設(shè)計(jì)協(xié)議。產(chǎn)品三維幾何形狀和配置信息的表達(dá)與控制。AP214(ISO-10303-214-DIS)：機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程核心數(shù)據(jù)。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。4.實(shí)現(xiàn)方法STEP數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)方法文件交換通過(guò)STEP交換格式文件交換數(shù)據(jù)。首部節(jié)：文件名、生成日期、作者姓名、單位、文件描述、前后處理程序名等。數(shù)據(jù)節(jié)：實(shí)體及其屬性信息。工作格式交換利用內(nèi)存數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)管理環(huán)境，在內(nèi)存中集中處理Express數(shù)據(jù)模型，生成STEP文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。共享數(shù)據(jù)庫(kù)交換通過(guò)共享數(shù)據(jù)庫(kù)（SQL等）、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口（SDAI等）在CAD/CAM/CAE間傳遞信息。知識(shí)庫(kù)交換通過(guò)知識(shí)庫(kù)、人工智能等來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。尚處在定義和開(kāi)發(fā)階段，還未提供標(biāo)準(zhǔn)界面。5.一致性測(cè)試和抽象測(cè)試一致性測(cè)試檢測(cè)數(shù)據(jù)交換是否符合原來(lái)意圖。確定被測(cè)實(shí)施是否滿足有關(guān)應(yīng)用協(xié)議中提出的一致性要求。測(cè)試類(lèi)型基本測(cè)試提供被測(cè)實(shí)施具有一致性的初步證據(jù)。能力測(cè)試檢查被測(cè)實(shí)施的可見(jiàn)功能和所實(shí)施的一致性聲明中說(shuō)明的功能是否一致。抽象測(cè)試對(duì)應(yīng)每個(gè)應(yīng)用協(xié)議，STEP均有一標(biāo)準(zhǔn)的抽象測(cè)試集。STEP實(shí)施的一致性要用從抽象測(cè)試集中產(chǎn)生的可運(yùn)行測(cè)試集來(lái)判定。4.3.3STEP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用(1)數(shù)據(jù)交換這是開(kāi)發(fā)STEP的初衷，也是STEP的主要用途之一。(2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)STEP可把企業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用程序集成到企業(yè)的一個(gè)公用數(shù)據(jù)庫(kù)上，使企業(yè)使用了多年的經(jīng)營(yíng)方面的數(shù)據(jù)繼續(xù)給企業(yè)帶來(lái)效益。(3)并行工程大型項(xiàng)目需要若干不同學(xué)科的專(zhuān)業(yè)組協(xié)同工作。(4)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存檔產(chǎn)品數(shù)據(jù)通常要在批量生產(chǎn)結(jié)束以后繼續(xù)保持15～30年，主要滿足備件供應(yīng)需求和企業(yè)對(duì)其用戶承擔(dān)的維護(hù)和支持承諾，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)大于CAD/CAM系統(tǒng)的生存周期。4.4STL文件格式STL格式（標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)，StandardTemplateLibrary）是用三角網(wǎng)格來(lái)表現(xiàn)3DCAD模型。是絕大多數(shù)快速原型系統(tǒng)所應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)文件類(lèi)型。STL格式單一三角網(wǎng)格的程序代碼

solidtest

facetnormal010

outerloop

vertex040

vertex0.5176383.931850

vertex0.53.93185-0.133975

endloop

endfacet

endsolidtestSTL格式對(duì)模型的離散表面的三角剖分之后造成3D模型呈現(xiàn)多面體狀。STL格式的精度STL格式文件的參數(shù)選用會(huì)影響到成型質(zhì)量。如果STL文件屬于粗糙的或是呈現(xiàn)多面體狀，將會(huì)在模型上看到真實(shí)的反應(yīng)。STL格式的參數(shù)CAD軟件輸出STL文件時(shí)，可設(shè)定如下參數(shù)弦高(chordheight)誤差(deviation)角度公差(angletolerance)、建議值為0.01或是0.02。4.5產(chǎn)品模型輕量化技術(shù)4.5.1產(chǎn)品模型輕量化數(shù)據(jù)格式

4.5.2JT數(shù)據(jù)格式產(chǎn)品模型輕量化的提出產(chǎn)品模型輕量化思想將異構(gòu)的、不同的三維CAD模型，轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一格式的、大小僅為原三維CAD模型1/10的輕量化模型。實(shí)現(xiàn)異構(gòu)三維CAD系統(tǒng)的虛擬裝配操作。提高基于互聯(lián)網(wǎng)的傳輸效率、協(xié)調(diào)效率。4.5.1產(chǎn)品模型輕量化數(shù)據(jù)格式已有的輕量化數(shù)據(jù)格式3D：Actify公司提出。3DXML：DassaultSystem公司提出。DWF（設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)格式）：AutoCAD公司提出。JT：UGS公司提出、JT開(kāi)發(fā)組織管理。廣泛用于汽車(chē)制造、航空制造業(yè)。U3D：Intel公司、EcmaInternational、3D行業(yè)論壇（3DIF）、AdobeSystems公司提出和使用。XAML（可擴(kuò)展應(yīng)用程序標(biāo)記語(yǔ)言）。4.5.2JT數(shù)據(jù)格式1.JT技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)

2.JT數(shù)據(jù)格式規(guī)范

3.JTOpenToolkit

4.JT常用工具——JT2Go瀏覽器

1.JT技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)1）用于可視化、協(xié)作和數(shù)據(jù)共享。2）用于CAM,CAE,設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)管理和標(biāo)準(zhǔn)件。工藝規(guī)劃、工作單元仿真、加工刀具路徑生成。提供分析模型。允許PDM和數(shù)據(jù)管理工具在文件層次使用和操作JT數(shù)據(jù)文件。3）用于Web應(yīng)用程序、CreativeMedia和HowTo應(yīng)用程序。Web應(yīng)用和發(fā)布。創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)、紋理和燈光模型，進(jìn)行演示。提供遠(yuǎn)程培訓(xùn)、按需幫助。2.JT數(shù)據(jù)格式規(guī)范JT格式的核心是一個(gè)帶有與CAD相關(guān)的節(jié)點(diǎn)和屬性的場(chǎng)景圖、面信息。支持視覺(jué)屬性：燈光、紋理、材料和陰影。支持產(chǎn)品制造信息（PMI）、精確零件表達(dá)（B-Rep）、元數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化格式、支持各種分發(fā)方法，包括異步內(nèi)容流。JT的物理結(jié)構(gòu)和格式支持各種操作：數(shù)據(jù)內(nèi)容的離線優(yōu)化。文件粒度和靈活性優(yōu)化。異步內(nèi)容流。查看優(yōu)化。層及層過(guò)濾器。3.JTOpenToolkitJTO