中国海洋大学复试CADCAM.ppt

第一节 CAD CAM系统集成概述第二节 基于PDM的CAD CAM系统集成第三节 产品的全生命周期管理技术第四节 基于Pro E的CAD CAM系统集成综合应用案例分析 第八章CAD CAM系统集成技术 不同的CAD CAPP CAM系统的数据格式各不相同 种类繁多 数量巨大 关系复杂 形成了许多 信息孤岛 难以互相交流和共享 20世纪80年代开始出现了CAD CAM系统集成技术 把不同的CAD CAPP CAM系统集成起来 实现资源共享 保证系统内的信息流通无阻 最典型的特征就是产品数据管理 ProductDataManagement PDM 技术的应用 激烈的全球竞争和各项的先进生成技术的出现 使自动化生产从工厂级走向企业级 开始逐渐走向包括工程设计信息 经营管理信息 产品质量信息等整个企业的信息集成 即计算机集成制造系统 ComputerIntegratedManufacturingSystem CIMS 最典型的特征则是产品全生命周期 ProductLifecycleManagement PLM 的管理技术的应用 第一节 CAD CAM系统集成概述 一 CAD CAM系统集成的概念1 概述通常所说的CAD CAM系统集成 是指设计与制造过程中CAD CAPP和CAM三个主要环节的集成 因此有时也叫CAD CAPP CAM集成 随着集成技术和并行技术的发展 CAD CAM系统集成已经把CAD CAE CAPP NCP 甚至PPC 生产计划与控制 等各种不同的功能有机地结合在一起 用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取 交换 共享和处理 以保证系统内信息流的畅通 并协调各个系统运行 2 总体结构CAD CAM系统集成结构形式多样 下图为典型的数据驱动型系统的结构 整个系统可分为应用系统层 基本功能层和产品数据管理层 产品数据管理层 以STEP产品模型定义为基础 基本功能层 这些基本功能在应用上具有一定的广泛性 即每一个功能可能被不同的应用系统所调用 实际上 该层为应用系统提供了一个开发环境 应用系统可以通过功能界面来调用系统的各个具体功能 图8 1CADCAM集成系统总体结构 应用系统层 面向用户 可以完成产品设计 工艺设计 工程分析和数控编程等各种不同的应用 用户可以直接使用这些功能 还可以调用产品数据管理层和基本功能层中的各个模块 此种结构统一性与独立性同在 应用方便且适用性强 二 CAD CAM系统集成方法1 通过专用格式接口文件实现集成下图给出的是最早的CAD CAM集成的模式 单元系统的独立性非常强 至多是提供一种专门的数据格式 要解决应用问题 首先需要进行前置处理 将问题转换成这种专门数据格式的表达形式 系统处理过后 还要经过后置处理 还原到应用问题空间 才能看到处理结果 随着计算机软硬件的技术发展和应用CAD CAM水平的迅速提高 这种集成模式越来越少 图8 2基于专用格式接口的系统集成 2 通过标准格式接口文件实现集成各个子系统通过前置处理和后置处理只与标准格式接口文件打交道 无需知道其他系统的内部数据格式 例如Autodesk公司的系列产品普遍支持DFX格式的输入 输出 因而很容易集成 事实上DFX格式已经被许多公司所接受 几乎成为一种标准 实际应用中 多家产品通过DFX格式进行集成的成功实例屡见不鲜 用标准数据格式作为系统集成的接口 应用最多的还是美国国家标准局 NIST 主持开发的数据交换规范IGES InitialGraphicsExchangeSpecification 图8 3基于标准格式接口的系统集成 3 基于统一数据库实现集成上面所讲的典型的数据驱动型系统的结构即是这种集成方式 统一数据库是一个发展的概念 从工程数据库到PDM再到PLM 各阶段特点不尽相同 但都是将CAD CAPP CAM作为一个整体来规划和开发的 其中集成产品模型是核心 统一数据库是基础 各个模块通过统一数据库的管理系统实现数据的交换与共享 从而避免了数据文件格式的转换 消除了数据冗余 保证了数据一致性 安全性和保密性 图8 4基于统一数据库的系统集成 三 CAD CAM系统集成的关键技术1 产品建模技术特征建模 基于尺寸驱动的参数化设计 2 集成数据管理技术文件转换 工程数据库 PDM技术 产品的全生命周期管理技术后面有专门章节来阐述 3 产品数据交换技术无论是CAD CAM系统内部还是不同的CAD CAM系统 抑或不同的计算机 不同的操作系统之间要进行畅通无阻的通信 资源共享 完整的信息集成 都要求产品数据交换技术 以 解决数据格式不同的问题 同时数据交换标准的研究也促进了统一数据库技术的发展 在人们的不断研究与探索过程中 提出许多数据交换标准 其中最著名 应用最广泛的是IGES标准和STEP标准 IGES标准IGES InitialGraphicsExchangeSpecification 标准 初始化图形交换标准 是由美国国家标准和技术局 NationalInstituteofStandardsandTechnology NIST 研究提出的数据交换标准 IGES定义了产品图形数据交换的文件结构 语法格式以及几何要素与拓扑关系的表达方式 因此IGES只是一种图形几何信息交换的标准 还不能进行产品信息的交换 另外 IGES对数据传输不可靠 输入输出过程往往有数据丢失 而且IGES文件的有些语法结构有二义性 不同系统可能作出不同的解释 课本上给出了IGES的文件结构 图8 5IGES各几何实体之间的关系 STEP标准STEP StandardfortheExchangeofProductdata 标准 产品模型数据交换标准 是由国际标准化组织 ISO 研究提出的数据交换标准 它提供了一种完整的产品模型数据的交换技术 在产品生命周期内对产品数据进行完整一致的描述与数据交换 STEP规定了产品设计 制造以及产品全生命周期内所需的有关产品形状 解析模型 材料 加工方法 装配顺序等方面的信息 许多CAD CAM系统软件都把STEP列为数据交换接口 这些软件公司不少是从事STEP标准制定的单位 他们利用STEP标准的最新成果 不断改进和完善自身系统的STEP的接口 课本上给出了STEP的构成 包括描述语言 集成资源 应用协议 实现形式 实现形式等 现在STEP标准已经广泛应用于机械 电子 航空航天 汽车 船舶等工程领域 图8 6STEP标准体系 第二节 基于PDM的CAD CAM系统集成 一 PDM技术概述由于PDM的概念 技术与应用范围发展迅速 人们对它的理解和认识不尽相同 综合一些知名学者和研究机构所提出的PDM的定义 我们得出如下结论 PDM是管理产品生命周期中产品定义信息的电子仓库 它是CAD CAM等应用工具的集成框架 它为产品开发提供一个并行的协作环境 PDM是以软件 计算机网络 数据库 分布式计算等技术为基础 以产品为核心 实现对产品相关的数据 过程 资源一体化集成管理的技术 提供产品全生命周期内的信息管理 为企业建立一个并行的协同工作环境 采用PDM技术 可以消除企业中不同部门对产品信息理解的差异 消除地理位置的影响 提供信息查询等速度 保证产品信息的安全 将信息的产生 审批 更改过程纳入统一的管理中 例如 考虑一个企业中实际的设计更改过程 设计部门接到来自质量部门的一个设计变更指令 而变更的起因可能是从市场或销售部门接到的客户反馈意见 设计部门对产品的修改将会影响到后续制造部门的产品制造工艺和生产计划 采购部门也会制定新的采购计划从其他企业采购新的零部件 在整个过程中 需要PDM统一管理所有的产品信息 保证修改后信息的准确性 保证数据间关系的一致性和正确定数据传递流程 PDM同时提供有效的安全控制 保证仅对需要修改的产品信息进行更改 并提供消息通知机制 使所有相关人员及时收到产品更改通知 二 集成模式1 应用封装模式封装的内容包括应用工具本身以及由这些工具产生的文件 在PDM系统中将CAD CAM系统与其产生的文件信息相关联 把CAD CAM系统产生的文件作为整体来管理 实现CAD CAM文件的自动识别和存储 并能自动启动CAD CAM工具进行修改编辑 在这种模式下 PDM不能管理和识别CAD CAM产生的内部数据 也不能对其内部数据进行修改 仅能实现CAD CAM文档的管理 更无法在PDM中建立统一点数据模型 2 数据接口交换模式针对不同的CAD CAM系统开发专业接口 或建立基于某种标准接口规范和访问协议的标准接口 系统间共享的数据通过接口传递给PDM进行统一管理 并由PDM从中提取必要数据 建立不依赖于具体软件平台的共享产品模型 而属于CAD CAM系统特有的 不需要其他系统共享的信息 则仍然通过CAD CAM产生的文件进行保存 采用接口交换的方式 需要对CAD CAM系统进行二次开发 建立PDM访问接口 同时在PDM中建立针对CAD CAM系统的集成接口 通过集成接口实现数据从CAD CAM系统的自动提取 以及PDM系统向CAD CAM系统的数据更新 以保证两者数据的一致性 3 紧密集成模式建立一种共享的信息模型 在此种模式中 实现了不同CAD CAM系统之间 CAD CAM系统与PDM之间的相互访问 当在CAD CAM系统或PDM中修改数据时 其他其他相关的数据可以自动更新 保证信息的一致性 从理论上讲 如果CAD CAM系统开发厂商与PDM开发厂商都支持标准的产品模型定义规范 开发支持XML eXtensibleMarkupLanguage 可扩展置标语言 的标准信息接口 就能实现各类不同厂商 异构平台下的基于PDM的CAD CAM系统集成 三 关键技术1 统一的产品 过程 资源模型 2 项目 工作流程管理模型 3 应用系统封装器的开发 四 基于PDM的CAD CAM系统集成的实现在一个企业中 可能存在不同供应商或不同版本的CAD CAPP CAM系统 在这样一个复杂的环境中 PDM作为集成平台 既要为CAD CAPP CAM系统提供数据管理和协同工作环境 又要为CAD CAPP CAM系统集成提供支持 如图8 7所示基于PDM的CAD CAM系统集成结构 1 CAM与PDM的集成由于CAM与PDM系统之间只有刀位文件 NC代码 产品模型等文档信息的交流 所以CAM与PDM之间采用应用封装来满足二者之间的信息集成要求 2 CAPP与PDM的集成CAPP与PDM之间除了文档交流外 CAPP系统的运行还需要从PDM系统中获取设备资源信息 原材料信息等 而CAPP产生的工艺信息 为了支持与MRP II或车间控制单元的信息集成 也需要分解成基本信息单元 如工序 工步等 存放于工艺信息库中 供PDM与MRP II集成之用 所以CAPP与PDM之间的集成需要接口交换 既在实现应用封装的基础上 进一步开发信息交换接口 使CAPP系统可通过接口从PDM中直接获取设备资源 原材料信息的支持 并将其产生的工艺信息通过接口直接存放于PDM的工艺信息库中 由于PDM系统不直接提供设备资源库 原材料库和工艺信息库 因此需要用户利用PDM的开发工具自行开发上述库的管理模块 3 CAD与PDM的集成CAD与PDM的集成是PDM实施中要求最高 难度最大的一环 其关键在于需保证CAD的数据变化与PDM中的数据变化的一致性 从用户需求考虑 CAD与PDM的集成应达到真正意义的紧密集成 CAD与PDM的应用封装只解决了CAD生产的文档管理问题 零部件描述属性 产品明细表则需要通过接口导入PDM 同时 通过接口交换 实现PDM与CAD系统间数据的双向异步交换 但是 这种交换仍然不能完全保证产品结构数据在CAD与PDM中的一致性 所以要真正解决这一问题 必须实现CAD与PDM之间的紧密集成 即在CAD与PDM之间建立共享产品数据模型 实现互操作 保证CAD中的修改与PDM中的修改的互动性和一致性 真正做到双向同步一致性 目前 这种紧密集成仍有一定的难度 一个PDM系统往往只能与一两家CAD产品达到紧密集成的程度 第三节 产品的全生命周期管理技术 一 基本概念激烈的全球竞争使人们认识到企业的生命力在于创新 在短时间内开发出高质量 满足用户个性化要求的产品 因此 企业必须采用先进的数字化技术和网络技术 建立包括核心客户 供应商 合作开发伙伴和销售服务商在内的扩展企业 ExtendedEnterprise 将最新的产品推向市场 必须实现跨组织 跨地域 跨专业领域的产品全生命周期信息与过程管理 支持产品价值链上所有成员协同工作 提升产品的创新性 PDM作为企业中管理产品信息及相关过程的集成平台 可以支持企业内产品信息的存储和共享 但是 当面对企业全球化的产品协同设计 面对客户直接参与的创新性产品开发 面对全球分布环境中扩展企业对产品从客户需求 产品研发 供应链管理 生产制造 产品维护等产品全生命周期中各种产品信息 设计知识及过程的管理要求 PDM从它的基础构架 系统功能等各方面都已经不能满足企业的要求 产品的全生命周期管理 ProductLifecycleManagement PLM 技术是在PDM技术基础上 为满足在全球市场环境下对扩展企业中产品的全生命周期的管理要求而产生的 它将产品价值链上的所有成员连接在一起 共同实现对产品的全生命周期各个阶段的协同设计 从而尽可能扩大产品的创新内容 缩短产品的上市时间 降低成本 提高产品质量和服务质量 保证产品 服务和企业运作的不断创新 PLM已经成为企业参与全球竞争的一种战略性方法 二 实现技术面向对象技术 数据库技术 网络技术 客户 服务器技术 组件技术 Internet技术 图形学技术等等 三 典型PDM PLM系统简介1 国外产品 美国PTC公司的Windchill UGS公司的Teamcenter解决方案 SmarTeam公司的SmarTeam2 国内产品 艾克斯特产品数据管理系统XTPDM 清软英泰产品全生命周期管理系统 大恒PDM 第四节 基于Pro E的CAD CAM系统集成综合应用案例分析 一 Pro NC的一般过程描述1 Pro NC的工艺过程如下图8 8所示 2 制造模型与文件建立参考模型 RefModel 绝对的基本构成要素 参考模型数据就是目标几何数据 在制造模型设置过程中 参考模型的几何数据需要在进行Pro NC加工制造流程规划之前就预先完成设计规划与创建 工件 Workpiece 选择性的模型构成要素 毛坯 可以预先规划 也可以直接创建 图8 8Pro NC流程图 制造模型的规划 3 操作数据设置操作名称 OperationName 数控机床 NCMachine 夹具设置 FixtureSetup 内容设置 机械原点 退刀 坯件材料等4 制造工具的设置工作机床 MachineTool 名称 类型 旋转轴数 主轴转速 进给速度等 加工刀具 类型 材料 单位 几何参数等 夹具