第二章CADCAM系统的支撑环境(2).ppt

第二章CAD CAM系统的支撑环境 CAD CAM系统的组成及功能 CAD CAM系统的硬件 CAD CAM系统的软件4 工程数据库5 计算机网络和协同工作环境 CAD CAM系统应具有的功能 交互图形输入及输出功能 产品建模功能 CAD CAM系统的核心 工程分析及仿真功能 4 处理数控加工信息的功能 5 信息管理功能 CAD CAM系统的组成及功能 CAD CAM系统的组成 硬件 系统的基础 软件 系统软件 支撑软件 应用软件 系统的核心 人 人机交互 CAD CAM系统的组成及功能 对硬件的要求 1 强大的图形处理和人机交互功能 2 相当大的外存储容量 3 良好的通信联网功能 CAD CAM系统的硬件 计算机主机输入设备输出设备存储器网络互联设备生产装备 CAD CAM系统的硬件 计算机主机 计算机系统组成 硬件 软件 硬件 软件 计算机系统 计算机硬件组成 计算机硬件组成 存储器 内存 外存 输入设备 输出设备 运算器 控制器 总线 对主机的要求 处理速度快 内存容量大 评价主机处理能力的指标 速度 字长 提高处理速度的措施 多处理器并行运算 配置协处理器协助处理器 采用精简指令集 计算机分类 大中型计算机 一个主机连接多个终端 昂贵 小型机 性价比优于大中型机 被工作站代替 工程工作站 采用多CPU并行处理 是理想的平台微型计算机 性价比极高 性能已接近工作站 在CAD CAM系统中已占主流 存储器的分类 内存储器 RAM 随机存取存储器 ROM 只读存储器 Cache 高速缓冲存储器 磁鼓机磁盘机磁带机 硬盘 C D 软盘 A B 光盘固态盘 U盘 SRAM 磁带存储器 外存储器 存储器 存储器 内部存储器访问速度快暂时性价高 存储器是计算机的记忆装置 外部存储器访问速度慢永久性价低 输入设备 输入设备是用来接受操作者输入的原始数据或程序 并将它们转变为计算机能识别的形式存放到内存中 常用的输入设备有 键盘 鼠标 数字化仪 图像扫描仪 数码相机 其它输入设备 触摸屏 声音输入 数据手套 输入设备 鼠标是在图形用户界面下实现指针定位的最常见输入设备 常用的鼠标器有机械式和光电式两种 鼠标常用操作1 左键单击 双击2 右键单击 双击3 转动滚轮 输出设备 输出设备用于将计算机处理的结果以人们或其它机器所能接受的形式输出 常见的输出设备有 显示器打印机绘图仪等 输出设备 图形显示器 用于文字 图形等各种信息的显示打印机 针式打印机激光打印机喷墨打印机自动绘图机 笔式绘图机 平板式和滚筒式 喷墨绘图机 平板式和滚筒式 网络互联设备 网络适配器 网卡 传输介质 有线传输介质 双绞线同轴电缆光缆无线传输介质 无线电波红外线调制解调器 利用电话线拨号上网的接口设备或中继器 集线器 网桥 交换机 路由器 网关 系统软件支撑软件应用软件 CAD CAM系统的软件 系统软件 操作系统 CPU管理 内存管理 输入输u出管理 文件管理 DOS UNIX Linux等 窗口系统 MS Windows X Windows网络管理系统 用于计算机的软 硬件管理 操作和输入 输出 是计算机的公共性底层管理软件 支撑软件 单一功能型系统 只提供某些典型功能 二维绘图 三维造型设计 工程分析计算 数据库系统 综合集成型系统 提供设计 分析 造型 数控编程 加工控制等多种功能 运行在系统软件之上 有专门的软件公司开发 是完成CAD CAM的工作平台 图形支撑 数据库 三维造型 分析优化 I DEAS PR E UG 单一功能型支撑软件 交互式绘图软件 完成二维工程图样的生成 AutoCAD PICAD 开目CAD 高华CAD 华正等 三维设计CAD系统 MDT Solidworks Solidedge等 数控编程系统 MasterCAM SurfCAM Caxa制造工程师等 工程分析软件 NASTRAN ANSYS数据库系统 Oracle 综合集成软件组成 CAD部分 几何造型参数化特征造型模块工程图绘制模块装配模块 三维 CAE部分 有限元分析模块机构运动仿真分析模块优化设计模块CAM部分 数控加工编程模块数控加工后置处理模块切削加工检验模块用户开发工具 如AutoLISP GRIP接口等 综合集成型支撑软件 I DEAS 美国SDRC公司UGNX 美国EDS公司Pro E 美国PTCCATIA 法国达索飞机公司 支撑软件 CAD CAM系统支撑软件的组成 1 图形支撑软件 AutoCad 开目CAD2 三维造型软件 几何建模 特征建模物性计算真实感图形显示干涉检验二维图及二维剖面图生成3 分析软件及优化设计软件 有限元分析软件机械运动分析软件动力学分析软件优化设计软件4 工程数据库管理软件 应用软件 模具设计软件组合机床设计软件电器设计软件机械零件设计软件汽车车身设计软件组合夹具设计软件 运行在支撑软件之上 是针对用户具体要求开发的专业性软件 CAD CAM的数据 产品的物理特性材料性能数学模型零件规格几何形体描述测试数据各种设计标准和规范 特点 数据量大 种类多结构复杂 4 工程数据库 数据管理技术 数据表现形式 数值文字信息几何图形信息 如何管理这些数据 直接影响CAD CAM系统的应用水平和工作效率 数据管理技术 CAD CAM数据管理模式 文件管理系统 数据库管理系统 工程数据库管理模式 目前流行模式 文件管理系统 20世纪50年代后期至60年代中期 计算机采用文件系统进行数据管理 即把数据组织成文件 以数据文件的形式进行数据存取 文件管理系统一般由操作系统提供 文件管理系统 特点 按统一的规则和方法来组织和存取数据 数据文件的建立 查询 存取由应用程序实现 可顺序存取 随机存取和动态存取 优点 实现方便 使用效率高 简单 灵活 缺点 1 数据的冗余度大 数据不能共享 2 缺乏数据的独立性 用户程序和数据结构相互依赖 修改数据结构就得修改应用程序 3 没有集中的数据管理 难以保证数据的完整性和安全性 相互独立的文件的记录内部是有结构的 但记录之间没有联系 数据库 数据结构 数据库的产生 文件管理方式只适用于简单的工程应用 为解决文件系统存在的问题 20世纪60年代末 在文件管理系统的基础上 出现了数据库技术 数据库管理系统 数据库管理系统 DBMS DataBaseManagementSystem 对数据库及系统资源统一管理和控制的软件 数据库技术 数据库 DataBase 数据库管理系统 数据库管理系统的作用 作用 程序与数据库之间的接口 提供对数据库定义 建立 检索 编辑修改 对数据的安全性 完整性 保密性进行统一管理和控制 数据库系统的特点 数据库的物理存储独立于应用程序 编制应用程序可以不考虑数据的存储管理和访问效率 数据共享性好 冗余度低 避免数据之间的不相容性与不一致性 数据库系统从整体角度看待和描述数据 数据不再面向某个应用而是面向整个系统 因此数据可以被多个用户 多个应用共享使用 数据具有安全性 完整性 常用的数据库数据模型 层次型 树状结构 一对多 网状型 网络结构 多对多 关系型 线性结构 一一对应 4 面向对象模型 数据库的数据模型层次模型 树型结构 一对多 它是最早的一种数据模型 按树型结构层次来组织数据 其特点是 1 有且仅有一个节点无双亲 该节点称为根结点 2 其它结点有且仅有一个双亲节点 根结点在最上层 又称为父节点 其它结点称为子节点 没有子节点的节点称为叶节点 数据库的数据模型层次模型 树型结构 一对多 机器 部件1 部件2 部件n 零件11 零件12 零件1p 零件n1 零件nq 数据库的数据模型网状型 网络结构 多对多 在数据库中 把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型 允许一个以上的结点无双亲 一个结点可以有多余一个的双亲 层次模型中子女结点与双亲结点的联系是唯一的 而在网状模型中这种联系可以不唯一 因此 要为每个联系命名 并指出与该联系有关的双亲记录和子女记录 数据库的数据模型网状型 网络结构 多对多 课程1 课程2 学生1 学生2 学生3 学生4 学生n 数据库的数据模型关系型 线性结构 一一对应 关系模型是目前最重要的一种数据模型 关系数据库系统采用关系模型作为数据库的组织方式 关系模型与以往的模型不同 它是建立在严格的数学概念的基础上的 关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表 它由行和列组成 数据库的数据模型关系型 线性结构 一一对应 数据库的数据模型关系型 线性结构 一一对应 特点 数据结构简单 符合工程习惯 数据独立性高及数学基础严密等优点 是目前数据可应用的主流 如 Oracle Sybase Foxpro ImformixAccess MySQL 小型 工程数据库 能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数据库 它可支持复杂的数据类型和工程数据动态定义和管理 工程数据库 在CAD CAM系统中 希望数据库技术能有效地管理工程中涉及的图像 图形 声音等更加自然的信息形式 上述数据库难以适应 工程数据库 工程数据库系统与传统的数据库系统有很大差别 主要表现在支持复杂数据类型 复杂数据结构 具有丰富的语义关联 数据模式动态定义与修改 版本管理能力及完善的用户接口等 它不但要能够处理常规的表格数据 曲线数据等 还必须能够处理图形数据 工程数据的类型 通用基础数据 国家标准 产品目录 技术资料 一致性 相对稳定 设计产品数据 产品参数 分析数据 图形等数据 动态性 工艺加工数据 加工参数 数控指令 检测监控数据 管理信息数据 生产活动各个环节的信息数据 工程数据的特点 1 工程数据中静态 如一些标准 设计规范 材料数据等 和动态 如随设计过程变动而变化的设计对象中间设计结果数据 数据并存 2 数据类型的多样化 不但包括数字 文字 而且包含结构化图形数据 3 数据之间复杂的网状结构关系 如一个基本图形可用于多个复杂图形的定义 一个产品往往由许多零件组成 4 大部分工程数据是试探性交互式设计过程中形成的 工程数据库 基本要求 支持复杂工程数据的存储和管理 支持模式的动态修改和扩充支持工程事务处理和恢复支持多库操作和多版本管理 工程数据库 基本要求 支持同一对象的多种媒体信息表现形式和处理功能 以适应不同要求支持工程数据的长记录存取和文件兼容处理支持智能型的规则描述和查询处理具有良好的数据库系统环境和支持工具 以适应大容量 快速和分布式设计环境的要求 CAD CAM集成系统的数据管理方法 基于文件记录的专用数据管理方法 应用程序与数据文件一一对应 针对性强 缺乏通用性和可扩展性 在商用数据库管理系统上建立软件接口 目前CAD CAM系统大多采用此方法 采用工程数据库管理系统建立数据库的方法 采用面向对象技术完善工程数据库 传统系统 5 计算机网络和协同工作环境 协同设计系统 什么是计算机网络计算机网络是把多台具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来 再配有相应的软件 以实现资源共享和相互通信的系统 从用户的角度看 计算机网络是一个透明的数据传输机构 计算机网络的优点 1 能实现信息快速传输处理 2 能实现计算机系统资源的共享 3 提高计算机可靠性 均衡负载协同工作 分布处理 计算机网络分类 计算机网络 广域网WAN 局域网LAN 按网络覆盖范围划分 广域网由局域网通过输入 输出通信控制设备和通信信道链接组成 因特网是目前遍布全球 规模最大的一个广域网 互连网 广域网的基本概念 广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成 结点交换机执行将分组存储转发的功能 结点之间都是点到点连接 但为了提高网络的可靠性 通常一个交换机往往与多个结点交换机相连 从层次上考虑 广域网和局域网的区别很大 前者使用的协议在网络层 后者主要在数据链路层 计算机网络的分类 1 从网络的地理范围进行分类 局域网 局域网内传输速率较高 误码率低 结构简单容易实现 具体标准是美国电气工程师协会制订的IEEE802系列标准 在一个学校范围内的计算机网络通常我们称为校园网 实质上它是由若干个局域网连接构成的一个规模较大的局域网 也可视校园网为一种介于普通局域网和城域网之间规模较大的 结构较复杂的局域网络 城域网 广域网 它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供 2 从网络的拓扑结构进行分类 星型拓扑 总线拓扑结构 特点 结构简单 可靠性高布线容易 连线总长度小于星型结构对站点扩充和删除总线任务重 易产生瓶颈问题总线本身的故障对系统是毁灭性的 特点 通信协议简单对外围站点要求不高单个站点故障不会影响全网电路利用率低 连线费用大网络性能依赖中央结点每个站点需要有一个专用链路 环型拓扑结构 特点 传输速率高 传输距离远各节点的地位和作用相同各节点传输信息的时间固定容易实现分布式控制站点的故障会引起整个网络的崩溃 环形拓扑结构是将所有计算机连接成圆环状 信息在环形里朝固定方向流动 环形拓扑结构的缺点是只要环内任一节点出现故障 都会影响总体网络 网状拓扑结构其显著特点是网络设备之间存在冗余链路 在全连通情况下 网络内任意两个计算机之间都具有直接链路 网状拓扑结构的优点是容错性能好 通信信道容量能得到有效保证 其缺点是安装及配置麻烦 网状拓扑结构 在实际的网络应用中 也可以混合使用总线形 星形及环形拓扑结构 例如星形总线拓扑结构 它是将关系密切的计算机先组成星形网络 然后用总线电缆作干线 再将几个星形集线器网络连接在一起 混合型拓扑结构 网络协议 在计算机网络中 不同计算机之间进行信息交换 即通信 时 必须遵照某种共同的约定 这种约定即所谓协议 从广义上说 协议可以分为硬件协议和软件协议两类 硬件协议定义了硬件设备如何运作以及如何协同工作 软件协议规定程序之间的通信 网络中通信双方共同遵守的规则和约定的集合称为网络协议 网络功能分为若干层 每层完成确定的功能 并都能从其下层接受服务 同时又向自己的上层提供服务 国际标准化组织 ISO 1977年制定的开放系统互连参考模型 OSI 是得到广泛承认的一种网络模型 网络模型 网络协议 1 超文本传输协议HTTP hypertexttransportprotocol 功能介绍 它是Internet上进行信息传输时使用最为广泛的一种通信协议 所有的WWW程序都必须遵循这个协议标准 它的主要作用就是对某个资源服务器的文件进行访问 包括对该服务器上指定文件的浏览 下载 运行等 也就是说通过HTTP我们可以访问Internet上的WWW的资源 2 文件传输协议FTP filetransferprotocol 该协议是从Internet上获取文件的方法之一 它是用来让用户与文件服务器之间进行相互传输文件而用的 通过该协议用户可以很方便地连接到远程服务器上 查看远程服务器上的文件内容 同时还可以把所需要的内容复制到自己所使用的计算机上 另外一方面 如果文件服务器授权允许用户可以对该服务器上的文件进行管理的话 用户就可以把自己本地的计算机上的内容上传到文件服务器上 让其他用户进行共享 而且还能自由地对上面的文件进行编辑操作 例如对文件进行删除 移动 复制 更名等 网络协议 3 远程登录协议TELNET telnet 该协议允许用户把自己的计算机当作远程主机上的一个终端 通过该协议用户可以登录到远程服务器上 使用基于文本界面的命令联接并控制远程计算机 而无需WWW中的图形界面的功能 用户一旦用TELNET与远程服务器建立联系后 该用户的计算机就享受远程计算机本地终端同样的权力 可以与本地终端同样使用服务器的 硬盘及其他系统资源 举例说明 telnet 该例子表示用户打算登录到一个名叫的远程计算机上 通过自己的计算机来控制和管理远程服务器上的文件及其他资源 网络协议 网络协议 4 电子邮件协议MAILTO mailto 该协议表示通过Internet来邮寄电子邮件 利用mailto 我们可以创建一个指向电子邮件地址的超级链接 举例说明 mailto zys666 该例子表示准备给用户zys666发一封电子邮件 该用户的邮箱设置在这个计算机上 通过电子邮件我们既可以把文字发送给对方 同时也可以把图象 声音 动画等多媒体文件发送给用户 网络操作系统 网络操作系统为全网范围内提供软件资源 硬件资源的共享及信息通信的机制 它是计算机系统管理软件与通信控制软件的集合 在计算机网络中一般至少配置一台网络服务器 服务器上存放主要的共享资源 如硬盘 打印机等 较低档次的微机则可作为客户机 工作站 接入网中工作 客户机 服务器 C S Client Server 工作模式有效地实现了网络分布计算功能 客户机 服务器一般由三种基本部分组成 即客户计算机 服务器及用于连接它们的网络 其本质是将一个计算机应用程序的实际工作分配到若干台相互间请求服务的计算机上 客户机和服务器都是计算机 只是处理能力不同 它们协同工作 分担并完成计算机作业所必需的计算工作负荷 客户机 服务器工作模式 C S 客户机 服务器工作模式 C S 客户机 服务器可实现异地设计的协调 支持团队设计 本质是将工作分配到若干台相互间请求服务的计算机上 性能优势来自整个网络的计算功能 客户机 服务器工作模式 C S 服务器类型 文件服务器打印服务器应用程序服务器报文服务器数据库服务器 随着Internet和Intranet的广泛应用 C S体系结构由单一的两个层次扩展到有客户 应用服务器 数据库服务器组成的Browser Server B S 三层结构 并有了统一的通信协议TCP IP和统一的基于Web浏览器的用户界面 B S无需考虑客户端的兼容性 而且后台数据库系统的改变也不会影响客户端 因此极大方便了应用程序的开发和维护 浏览器 服务器工作模式 B S B S模式是一种以Web技术为基础的新型的MIS系统平台模式 把传统C S模式中的服务器部分分解为一个数据服务器与一个或多个应用服务器