5-CADCAM集成-2

机械CAD技术基础,CAD/CAM集成,制作：方舟,1.CAD/CAM集成技术概述,CAD/CAM集成技术的定义CAD/CAM的集成方法CAD/CAM集成的体系结构CAD/CAM集成系统数据流程图CAD/CAM集成的关键技术CAD/CAM集成案例,随着计算机技术日益广泛深入的应用，人们很快发现，采用各自独立的系统不能实现系统之间信息的自动传递和交换，不但影响效率的提高，而且人工转换过程中难免会发生错误,近年来，独立的CAD、CAPP、CAM、CAE、CAFD系统获得了飞速发展，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化等方面起到了重要的作用,CAD/CAM集成技术的定义,集成系统应具备基本特征：数据共享：系统各部分的输入可一次性完成，每一部分不必重新初始化，各子系统产生的输出可为其它有关的子系统直接接收使用，不必人工干预系统集成化：系统中功能不同的软件系统，按不同用途有机的结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统内信息流畅通，并协调各子系统有效地运行开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准系统内部，各个组成部分之间易于数据交换、易于扩充系统外部，一个系统能有效地嵌入另一个系统中作为其组成部分，或者通过外部接口，有效地连接、实现数据交换,CAD/CAM的集成方法,通过专用数据接口实现集成利用数据交换标准格式接口实现集成基于统一产品模型和数据库的集成,CAD/CAM的集成方式大体分为：,系统的集成：将不同功能、不同开发商的单元系统集成到一起，形成一个完整的CAD/CAM系统配置灵活，选择余地大,集成的系统：将要用的功能都全都集成到一个系统中，采用统一产品数据模型的共享机制不容易做到广泛意义上的CAD/CAM，在一些特定行业或部门应用非常成功,通过专用数据接口实现集成,随着计算机软硬件技术发展和应用CAD/CAM水平的迅速提高，这种集成模式越来越少,被集成的系统之间没有任何联系，必须专门开发接口使两个不同的系统间接地进行沟通；系统开发商自行开发的专用接口，专为解决自家系列产品之间的信息交换,早期CAD单元系统的独立性非常强，往往是提供一种专门的数据格式，应用非常不便,利用数据交换标准格式接口实现集成,作为系统集成的接口，应用最多的标准数据格式是美国国家标准局（NBS）主持开发的数据交换规范IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）,为克服专用数据接口集成模式的弊端，有些系统开发商提出用通用数据格式作为系统集成的接口应用系统数据按标准格式输入/输出，就可集成到一起,比较典型的公用数据交换标准：IGES、STEP、GKS、VDI,基于统一产品模型和数据库的集成,CAD/CAM集成系统通常采用工程数据库,从产品设计到制造的所有环节都与工程数据库有数据交换，实现了数据的全系统共享,工程数据库在存储管理大量复杂数据方面具有独到之处，使以工程数据库核心构建的CAD/CAM集成系统得到了广泛应用,CAD/CAM集成的体系结构,新一代CAD/CAM集成系统采用数据驱动型系统基本出发点：着眼产品整个生命周期，寻求产品数据完全实现交换和共享的途径，以期在更高的程度和更宽的范围实现集成主要途径：采用STEP产品数据交换标准，逐步实现统一的系统信息结构设计和系统功能设计,从应用角度，CAD/CAM集成系统一般采用递阶控制体系结构，包括公司、厂/所、工作站（单元）及设备等五层,递阶控制的体系结构,从应用角度：CAD/CAM集成系统，一般采用递阶控制体系结构，包括公司、厂/所、车间、工作站（单元）及设备等五层,主要任务是市场预测、生产规划及资源规划、对向厂/所下达的任务及进度进行宏观调控,根据公司下达的计划任务，以产生管理功能为核心，制定主生产计划、物料需求计划、生产能力需求计划，并向EDS和MAS分别下达设计任务和生产任务；制定质量规划、检测计划、综合质量管理信息、向车间下达产品质量的管理任务；完成无图纸的CAD、CAPP、CAFD和CAM任务,从计算机实现角度：CAD/CAM系统的层次结构可分为计算机硬件与系统软件、网络、数据库、应用集成框架/协同工作环境及应用软件五层,递阶控制的体系结构,从应用角度：CAD/CAM集成系统，一般采用递阶控制体系结构，包括公司、厂/所、车间、工作站（单元）及设备等五层,对工厂层下达的生产计划进行分解和车间作业调度仿真，并向各工作站下达并监控刀夹具、物料调度及加工任务；向工作站层下达并监控有关质量检测任务；向工厂层反馈车间生产状态和系统状态,向各工作站管辖的设备下达工作任务，完成物料库的数据采集、监控和管理，向各测量设备分配检测任务，并进行管理和监控；向车间层提供加工、库存及测量等多类数据,完成各类加工、测量和物料储运工作,从计算机实现角度：CAD/CAM系统的层次结构可分为计算机硬件与系统软件、网络、数据库、应用集成框架/协同工作环境及应用软件五层,CAD/CAM集成的关键技术,特征技术集成数据管理产品数据交换标准集成框架,CAD/CAM集成的关键是CAD、CAPP、CAM、CAE之间的数据交换与共享,建立CAD/CAE/CAPP/CAM范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型，运用产品数据交换技术，实现CAD、CAE、CAPP和CAM间的数据交换与共享该模型不仅要求能支持设计与制造各阶段所需的产品定义信息（几何信息、拓扑信息、工艺和加工信息），而且应该提供符合人们思维方式的高层次工程描述语义特征，表达工程师的设计与制造意图,CAD/CAM集成的关键技术,特征技术集成数据管理产品数据交换标准集成框架,CAD/CAM集成的关键是CAD、CAPP、CAM、CAE之间的数据交换与共享,已有CAD/CAM系统集成，主要通过文件实现CAD与CAM之间的数据交换，不同子系统文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，采用工程数据库管理系统来管理集成数据，使各系统之间直接进行信息交换，真正实现CAD/CAM之间信息交换与共享,CAD/CAM集成的关键技术,特征技术集成数据管理产品数据交换标准集成框架,CAD/CAM集成的关键是CAD、CAPP、CAM、CAE之间的数据交换与共享,产品数据交换标准是CAD/CAE/CAPP/CAM集成的重要基础为了提高数据交换的速度，保证数据传输完整、可靠和有效，必须采用通用的标准化数据交换标准,集成框架对实现并行工程协同工作至关重要多用户并行工作，数据的共享和传送通过网络和数据库实现，需要解决异构网络和不同格式数据的数据交换问题,CAD/CAM集成案例,基于CAXA的涂布机CAD/CAM一体化解决方案应用流程示例,第一阶段，订单确认即涂布机立项过程,人物：项目主管内容：接到订单开始立项过程步骤：新建机型配置人员及权限导入项目任务书导入技术指标说明完成立项,第二阶段，涂布机原型设计过程,人物：设计组长内容：接到设计任务开始概念设计步骤：新建三维零部件新建涂布机二维示意图新建二维布局图三维导入二维布局图放置零部件搭建总装配完成概念设计,第三阶段，涂布机详细设计过程,人物：设计员A内容：三维设计、装配及二维出图步骤：三维零部件设计三维部件装配导入三维部件自动三维部件生成二维装配图,第三阶段，涂布机详细设计过程,人物：设计员B内容：三维运动仿真有限元分析步骤：运动部件选取运动附运动仿真导入三维零部件选择材质加载荷应力分析,第四阶段，涂布机零部件工艺设计过程,人物：工艺员内容：工艺编制过程步骤：选取自制件二维图编制工艺路线填写工序卡片完成工艺编制,第五阶段，涂布机生产过程,人物：数控编程内容：工艺编制过程步骤：导入加工模型定义毛坯、加工工艺参数生成加工轨迹数控仿真输出工艺清单、加工代码加工执行,2.产品数据交换标准,图形软件标准产品数据交换标准,数据格式标准是规范产品设计的一种描述式语言,用来实现CAD工具或设计师之间的数据传递、原理图和版图之间的数据交换以及设计与制造测试之间的无缝衔接,历史上CAD、CAM软件最初开发过程中的孤岛显现，导致了数据表示格式的不统一，使用不同系统、不同模块间的数据交换难于进行，数据交换欠缺标准化间接导致了设计/制造的成本上升，影响了CAD/CAM集成，因此提出了通用的数据交换规范,图形软件标准,计算机图形硬件设备和各种类型的图形软件系统不断地推出的过程中，由于系统开发者不同等诸多原因，通用性较差，影响计算机图形学的进一步的发展，从而导致了计算机图形标准的出现,70年代初，开始研究计算机图形软件功能标准化问题；1974年美国成立了图形标准化规划委员会（GSPC），提出了其提出了世界上第一个图形标准方案Core；同期，德国制订出著名的GKS标准；,1985年计算机图形信息标准既计算机图形核心系统（GKS）正式颁布；之后，三维图形核心系统(GKS-3D)、程序员层次交互式图形系统(PHIGS)、计算机图形原文件（CGM）、计算机图形接口(CGI）、初始图形交换规范(IGES)以及产品数据交换标准(STEP)等相继制订并颁布,产品数据交换标准,随着各种数据交换标准的开发与问世，人们逐渐认识到，为解决不同的CAD/CAM系统间的数据交换，应当采用一种统一的、也是唯一标准来实现相应的操作,目前，用于数据交换的图形文件标准主要有：AutoCAD系统的DXF文件，美国标准IGES，STL格式及国际标准STEP。其他较为重要的标准还有：ESPRIT(欧洲信息技术研究与开发战略规划)资助下的CAD-I标准(仅限于有限元和外形数据信息)；德国的VDA-FS标准(主要用于汽车工业)；法国的SET标准(主要应用于航空航天工业),DXF（DataExchangeFile）,DXF为AutoCAD系统的图形数据文件，DXF虽然不是标准，但由于AutoCAD系统的普遍应用，使得DXF成为事实上的数据交换标准,DXF文件是具有专门格式的ASCII码文本文件，它比较好读，易于被其它程序处理，主要用于实现高级语言编写的程序与AutoCAD系统的连接，或其它CAD系统与AutoCAD系统交换图形文件,DXF文件的不足：不能描述产品的完整几何模型，产品的公差、材料等信息根本没有涉及，难以进一步发展；信息定义不完整，它仅保留了原有系统数据结构中的几何和部分属性信息，而大量的拓扑信息已不复存在；其信息描述方面也有许多缺陷，致使一些信息量过分冗长；文件格式比较复杂，且不尽合理,IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）,在CAD/CAM技术的广泛应用中，产生了在各个系统中进行产品信息交换的要求，从而导致了产品数据交换标准的制订1980年，由美国国家标准局主持成立了由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换规范IGES,应用中暴露的主要问题：大多数IGES处理程序不支持ASCII码格式，数据文件大，数据转换处理时间长；某些几何类型转换不稳定；规范描述内容是几何层的，缺乏CAM所需的工程信息；只注意了图形数据转换而忽略了其他信息的转换,IGES仍然是目前为广泛使用的事实上的国际标准数据交换格式我国于1993年9月起将IGES3.0作为国家推荐标准,STEP（StandardfortheExchangeofProductmodeldata）,STEP是基于集成的产品信息模型，提供了一种不依赖于具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全部生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测试等必要的信息定义和数据交换的外部描述,ISO于1983年2月在负责工业自动化系统的技术委员会TCIS4内成立了产品数据的外部表示分会SC4，制定国际标准ISO10303产品数据的表达与交换（又称产品模型数据交换标准STEP）,STEP标准已经成为国际公认的CAD数据文件交换全球统一标准，许多国家都依据STEP标准制订了相应的国家标准，我国标准号为GB16656,STEP为产品在其生命周期内规定了惟一的描述和计算机可处理的信息表达形式,3.PDM技术集成方案,PDM技术的产生与发展PDM系统的体系结构PDM功能PDM技术基于PDM的CAD/CAM集成PDM技术的最新发展动态,产品数据管理（PDM）以软件为基础，是一门管理所有与产品相关的信息（包括电子文档、数字化文件、数据库记录）和所有与产品相关的过程（包括工作流程和更改流程）技术。它提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境,PDM技术的产生与发展,PDM(ProductDataManagement)技术20世纪80年代发源于美国早期的PDM，功能比较单一，主要是进行大量工程图纸文档的管理，所以称为文档管理经过20年的发展，PDM已经成为一项很有应用价值的技术，是对工程数据管理、文档管理、产品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图象管理等信息管理技术的一种概括,随着网络技术、数据库技术的发展，以及客户机/服务器与面向对象技术的应用，近几年PDM技术发展非常快，在美国等发达国家的企业中得到越来越多的应用，也引起国内企业广泛关注,一个成熟的PDM系统能够使所有参与创建、交流以及维护产品设计意图的人员在整个产品生命周期中自由共享与产品相关的所有异构数据，如图纸与数字化文档、CAD文件和产品结构,PDM系统的体系结构,PDM以计算机网络环境下的分布数据库系统为技术支撑，采用客户/服务器结构和工作方式，在企业范围内为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境,产品数据管理以软件为基础，是一门管理所有与产品相关的信息（包括电子文档、数字化文件、数据库记录）和所有与产品相关的过程（包括工作流程和更改流程）技术，提供产品全生命周期的信息管理,PDM功能,电子仓库与文档管理产品结构与配置管理工作流与过程管理集成开发接口零件分类管理工程变更管理项目管理集成工具电子协作,PDM系统管理和控制所有与产品相关的信息，以及与产品相关的过程的机制与功能,按功能模块划分，PDM系统的基本功能包括：,电子仓库与文档管理,电子仓库（datavault）：在PDM中实现某种特定数据存储机制的元数据（管理数据的数据）库及其管理系统，是PDM系统中最基本、最核心的功能，是实现PDM系统中其他相关功能的基础,文档：在产品的整个生命周期中与产品相关的以文件或图挡的形式存在的多种多样信息,电子仓库通过权限控制来保证产品数据的安全性，面向对象的数据库组织方式能够提供更快速有效的信息访问，实现信息透明、过程透明，而无需了解应用软件的运行路径、有效版本以及文档的物理位置等信息,PDM中管理文档方法：文档“打包”管理，即将文档整体看作一个对象，规定其名称、大小等描述信息，并将这些信息存放在PDM数据库表中，而文档的物理位置仍然在操作系统目录下，由PDM提供管理该文档；将文档内容打散，将其内容分门别类放到数据库中，由PDM提供分类查询，或建立与其他数据库中对象的关联，并提供图示化的管理工具,工作流与过程管理,工作流与过程管理是PDM基本功能之一。它用来定义和控制数据操作的基本过程，主要管理用户操作数据过程中人与人之间或活动与活动之间的数据流向，以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。这里的数据可以是前述需要纳入流程中管理的各种文档。在企业中，过程管理广泛用来跟踪和控制产品的设计和修改过程，以增强产品开发过程的自动化程度。同时，运用PDM中特定的过程建模工具，还能对产品开发过程进行重组，规范开发流程，减低开发成本，提高开发效率，获取最大的经济效益,工作流与过程管理的功能包括：1.定义并建立工作流程；2.运行并控制工作流程；3.察看流程中文档的状态,零件分类管理,PDM中产品结构管理是从某个产品或部件的构成中考察部件在其中的作用及其属性，而一个零件或部件往往在多处使用，不完全隶属某个产品，具有脱离产品独立存在的特点。如可以零件为中心，组织有关产品信息，达到便于检索、便于借用和信息重用的目的，是零件分类管理的目标。零件分类管理就是将零件按照相似性原则划分成若干类，分别加以管理,PDM的零件分类管理提供的基本功能包括：1.基于属性的相似零件和文档对象，以及基于属性的标准零件和文档对象的检索；2.建立零件、文档对象与零件族的关系；3.定义与维护分类模式（如分类码、分类结构、标准接口等）的基本机制；4.定义与维护缺省的或用户自定义属性关系,工程变更管理,工程变更是生产过程中不可避免的事情在一个企业中，工程变更请求与工程变更指令两部分内容下游人员（如生产人员、组装人员等）发现问题后，必须向上游人员（如设计人员）提出更改请求。提出请求时，要求说明更改原因，指明更改内容，并将更改请求提交流程管理部门审批，只有通过审批签发的更改请求才能实施。原信息修改完毕后，要求通知到相关人员，并修改相关受影响的信息,基于PDM的CAD/CAM集成,1.基于PDM的CAD/CAM内部集成,CAD与PDM的集成、CAPP与PDM的集成、CAM与PDM的集成,PDM技术建立在网络和数据库基础上，将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等