第十一章-CADCAM系统集成

1、第十一章 CAD/CAM系统集成主要内容：主要内容： 1. CAD/CAM集成的概念；集成的概念； 2. CAD/CAM集成方法；集成方法； 3. 基于基于PDM的的CAD/CAM集成系统；集成系统；11.1 CAD/CAM集成的概念集成的概念11.1.1 CAD/CAM集成的概念集成的概念 1. 集成的概念集成的概念 （1）集成系统的特征集成系统的特征共享数据：系统各部分的数据输入可一次性完成。共享数据：系统各部分的数据输入可一次性完成。 集成化技术：使软件具有集成性的技术。集成性：一为集成化技术：使软件具有集成性的技术。集成性：一为内部集成性各个组成部分之间的接口保持一致；二为外部内部集成

2、性各个组成部分之间的接口保持一致；二为外部集成。集成。开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准。在开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准。在系统内部各个组成部分之间易于数据交换、易于扩充；在系统内部各个组成部分之间易于数据交换、易于扩充；在系统外部，一个系统能有效地嵌入另一个系统中作为其组系统外部，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，有效地联接、实现数据交换。成部分，或者通过外部接口，有效地联接、实现数据交换。 系统的集成化：把各种功能不同的软件系统按不系统的集成化：把各种功能不同的软件系统按不同的用途有机地结合起来，用统一的执行控制程序同的用途有机地结

3、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。协调各子系统有效地运行。应用系统应用系统1应用系统应用系统2功能交互功能交互 信息共享信息共享 数据通信数据通信11.2 CAD/CAM集成方法集成方法 CAD/CAM集成技术，主要实现：集成技术，主要实现：1、不同、不同CAD/CAM系统之间的集成；系统之间的集成；2、产品设计制造的不同阶段，如、产品设计制造的不同阶段，如CAD、CAE、CAPP、CAM、CAQ、CAPMS之间的集成；之间的集成；11.2 CAD/CAM集成方法集成方法 11.2.1 1

4、1.2.1 基于专用接口的基于专用接口的CAD/CAMCAD/CAM集成集成优点：原理简单，运行效率高；优点：原理简单，运行效率高；缺点：无通用性，即系统中某一系统的数据缺点：无通用性，即系统中某一系统的数据 结构变化，必须修改相关的接口程序。结构变化，必须修改相关的接口程序。1）基于专用接口的）基于专用接口的CAD/CAM集成集成2）利用标准数据格式的）利用标准数据格式的CAD/CAM集成集成系统系统A前置前置处理处理器器标准数据标准数据交换格式交换格式文件文件后置后置处理处理器器系统系统B特点：建立一个与与各子系统无关的公用接口文件。特点：建立一个与与各子系统无关的公用接口文件。 某一系统

5、数据接口变化，只需修改此系统的某一系统数据接口变化，只需修改此系统的 前、后置处理程序。前、后置处理程序。 *商品化商品化CAD系统软件商提供有关接口。系统软件商提供有关接口。1. STEP（Standard for the Exchange of Product data）标准：）标准： 一种不依赖于具体系统的中性机制，它规定了产品设计、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、检验测形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测

6、试等必要的信息定义和数据交换的外部描述。因而试等必要的信息定义和数据交换的外部描述。因而STEP是是基于集成的产品信息模型。基于集成的产品信息模型。 2. STEP特点：特点：v 独立于任何具体的独立于任何具体的CAX软件系统；软件系统；v支持广泛的应用领域；支持广泛的应用领域；v 完整表示产品数据，不仅适合于中性文件交换，也是实完整表示产品数据，不仅适合于中性文件交换，也是实现产品数据库共享的基础。现产品数据库共享的基础。11.2.2 基于基于STEP的的CAD/CAM集成集成 产品数据指的是全面定义零部件或构件所需要的几何、拓产品数据指的是全面定义零部件或构件所需要的几何、拓扑、公差、关系

7、、性能和属性等数据，主要包括：扑、公差、关系、性能和属性等数据，主要包括：（l）产品几何描述：如线框表示、几何表示、实体表示以）产品几何描述：如线框表示、几何表示、实体表示以及拓扑、成形及展开等；及拓扑、成形及展开等；（2）产品特性：长、宽等体特征；孔槽等面特征；旋转）产品特性：长、宽等体特征；孔槽等面特征；旋转体等车削件特征等；体等车削件特征等；（3）公差：尺寸公差与形位公差等；）公差：尺寸公差与形位公差等；（4）表面处理：如喷涂等；）表面处理：如喷涂等；（5）材料：如类型、品种、强度、硬度等；）材料：如类型、品种、强度、硬度等；（6）说明：如总图说明等；）说明：如总图说明等；（7）产品控制

8、信息；）产品控制信息；（8）其他：如加工、工艺装配等。）其他：如加工、工艺装配等。3. 产品数据产品数据 11.2.3 基于数据库的基于数据库的CAD/CAM集成集成 CAD/CAM集成系统通常采用工程数据库。从产品设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有数据交换，实现了数计到制造的所有环节都与工程数据有数据交换，实现了数据的全系统的共享。据的全系统的共享。工程数据库一般包括以下内容：工程数据库一般包括以下内容： 全局数据和局部数据的管理；相关标准及标准件库；全局数据和局部数据的管理；相关标准及标准件库； 参数化图块库；参数化图块库； 刀具库；刀具库； 切削用量数

9、据库；切削用量数据库； 工艺知识库；工艺知识库； 零部件设计结果存放库；零部件设计结果存放库； NC代码库；代码库； 用户接口；用户接口； 其他其他; 工工 程程 数据库数据库产品设计造型产品设计造型有限元分析有限元分析优优 化化 设设 计计自自 动动 绘绘 图图模模 拟拟 仿仿 真真系系 统统 接接 口口工艺过程设计工艺过程设计数数 控控 编编 程程数控加工仿真数控加工仿真生生 产产 管管 理理工夹具设计工夹具设计系系 统统 接接 口口以工程数据库为中心的以工程数据库为中心的CADCAM集成系统集成系统 11. 3 11. 3 基于产品数据管理的基于产品数据管理的CAD/CAMCAD/CAM

10、系统集成系统集成 11.3.1 产品数据表达产品数据表达1. 产品数据模型产品数据模型 它不仅包括产品生命周期内的全部相关信息，而且在结构上它不仅包括产品生命周期内的全部相关信息，而且在结构上还能清楚地表达这些信息的关联特性。还能清楚地表达这些信息的关联特性。 2. 特征建模技术特征建模技术 它是一种为设计、分析、加工、管理各个环节都能自动理解它是一种为设计、分析、加工、管理各个环节都能自动理解的全局性模型。的全局性模型。 3. 特征信息的描述特征信息的描述 在基于特征的产品数据模型中，特征信息的描述至关重要，在基于特征的产品数据模型中，特征信息的描述至关重要，包括特征自身信息和特征之间的关系

11、。包括特征自身信息和特征之间的关系。 a. 产品的构成产品的构成 反映产品由哪些部件构成，零部件的构成可以呈树状关反映产品由哪些部件构成，零部件的构成可以呈树状关系，也可以是网状关系。系，也可以是网状关系。 b. 零件信息零件信息 主要是关于零件总体特征的文字性描述，包括零件名称、主要是关于零件总体特征的文字性描述，包括零件名称、零件号、设计人、零件材料、热处理要求、最大尺寸、质量零件号、设计人、零件材料、热处理要求、最大尺寸、质量要求，以及生产纲领等。要求，以及生产纲领等。 c. 基体信息（概念上相当于零件毛坯）基体信息（概念上相当于零件毛坯） d. 零件特征信息零件特征信息 记录特征的分类

12、号、控制点坐标及方向、尺寸、公差、记录特征的分类号、控制点坐标及方向、尺寸、公差、热处理要求、特征组成面、粗糙度、形位公差等。热处理要求、特征组成面、粗糙度、形位公差等。 e. 零件几何、拓扑信息零件几何、拓扑信息 包括描述零件几何形状的面、边、点等数据。包括描述零件几何形状的面、边、点等数据。 基于特征的集成产品数据模型层次结构基于特征的集成产品数据模型层次结构 车型编码车型编码_1_版本号版本号发动机系统发动机系统_1_版本号版本号缸盖总成缸盖总成_1_版本号版本号缸体总成缸体总成_1_版本号版本号配气机构配气机构_1_版本号版本号气门顶杆气门顶杆_8_版本号版本号气门摇臂气门摇臂_4_版

13、本号版本号底盘系统底盘系统_1_版本号版本号变速箱总成变速箱总成_1_版本号版本号前悬挂总成前悬挂总成_2_版本号版本号变速箱体变速箱体_1_版本号版本号（自制件（自制件_车间名称或代码）车间名称或代码）（配套件（配套件_厂家名称或代码）厂家名称或代码）（配套件（配套件_厂家名称或代码）厂家名称或代码）（自制件（自制件_车间名称或代码）车间名称或代码）总成装配工艺流程总成装配工艺流程系统装配工艺流程系统装配工艺流程部件装配工艺流程部件装配工艺流程零件制造工艺流程零件制造工艺流程零件制造工艺流程零件制造工艺流程总成装配工艺流程总成装配工艺流程部件装配工艺流程部件装配工艺流程零件制造工艺流程零件制

14、造工艺流程部件装配工艺流程部件装配工艺流程系统装配工艺流程系统装配工艺流程整车及零部件、总成的工艺信息整车及零部件、总成的工艺信息整车及零部件、总成的结构信息整车及零部件、总成的结构信息设计设计BOM制造制造BOM装配状态装配状态01超超0102020101文档文档信息信息3D2D. DocFEANC11.3.1 产品数据管理产品数据管理（Product data Management -PDM）1. PDM的基本概念的基本概念20世纪世纪80年代初年代初目的目的:解决大量工程图纸、技术资料的电子文档管理解决大量工程图纸、技术资料的电子文档管理范围扩展范围扩展: 设计图纸和电子文档的管理设计图

15、纸和电子文档的管理 材料明细表（材料明细表（Bill of Material ，BOM） 工程变更请求工程变更请求/指令（指令（Engineering Change Request/Order）的跟踪管理等领域）的跟踪管理等领域成为成为CAD/CAM集成的一项不可缺少的关键技术集成的一项不可缺少的关键技术（1）产品数据表达）产品数据表达 a.产品数据模型：产品数据模型： 所有与产品有关的信息构成的逻辑单所有与产品有关的信息构成的逻辑单 元集成元集成包括产品生命周期内的全部相关信息包括产品生命周期内的全部相关信息结构上能清楚地表达这些信息的关联特性结构上能清楚地表达这些信息的关联特性 （2）PD

16、M的基本概念的基本概念 a. 狭义地讲狭义地讲: PDM仅管理与工程设计相关的领域内的信仅管理与工程设计相关的领域内的信 息。息。 b. 广义地讲广义地讲:覆盖从产品的市场需求分析、产品设计、制覆盖从产品的市场需求分析、产品设计、制 造、销售、服务与维护的全过程，即全生命造、销售、服务与维护的全过程，即全生命 周期中的信息。周期中的信息。 c. 国内学者关于国内学者关于PDM的定义：产品数据管理以软件的定义：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、数据库记录等）和所有与产品相关文档、数字化文件、数据库记

17、录等）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。与制造建立一个并行化的协作环境。（3）PDM系统的体系结构系统的体系结构PDM系统的体系结构可分为四层：系统的体系结构可分为四层：用户界面层用户界面层功能模块及开发工具层功能模块及开发工具层框架核心层框架核心层系统支撑层系统支撑层 PDM系统的体系结构系统的体系结构 (4)PDM(4)PDM系统功能系统功能 1） 文档管理：可以实现文档的基本管理（增、

18、删、改）、分文档管理：可以实现文档的基本管理（增、删、改）、分类管理与查询、文档的版本管理（登记、检入、检出、发布、类管理与查询、文档的版本管理（登记、检入、检出、发布、新发布、拷贝）和权限管理，并能对文档进行连接、浏览、查新发布、拷贝）和权限管理，并能对文档进行连接、浏览、查看与修改；看与修改； 2） 产品配置管理：配置管理分为概念配置、非精确配置和精产品配置管理：配置管理分为概念配置、非精确配置和精确配置，可以实现变量配置、参考配置、基于版本的配置、基确配置，可以实现变量配置、参考配置、基于版本的配置、基于工作状况的配置、配置的相似性比较、配置的维护和输出于工作状况的配置、配置的相似性比较

19、、配置的维护和输出BOM表；表； 3） 零部件信息管理：该项功能可进行零部件类别的定义、类零部件信息管理：该项功能可进行零部件类别的定义、类属性的维护，零部件信息的维护（增加、修改、删除），零部属性的维护，零部件信息的维护（增加、修改、删除），零部件的版本管理（检入、检出、发布等操作），零部件信息的查件的版本管理（检入、检出、发布等操作），零部件信息的查询，以零部件为中心的相关信息浏览；询，以零部件为中心的相关信息浏览；4） 预发布流程管理：预发布流程模板的定义；发布流预发布流程管理：预发布流程模板的定义；发布流程的创建、执行和控制；流程任务的通知与执行；程的创建、执行和控制；流程任务的通知与

20、执行；5） 设计过程管理：设计过程的定义，设计活动的动态设计过程管理：设计过程的定义，设计活动的动态创建、执行和控制，设计过程中的信息传递和反馈，创建、执行和控制，设计过程中的信息传递和反馈，设计任务的通知与执行，设计数据的发布；设计任务的通知与执行，设计数据的发布； 6）人员组织管理：人员、角色、工作组的定义和维护）人员组织管理：人员、角色、工作组的定义和维护;7 7）与特征建模、）与特征建模、CAPPCAPP、NCNC编程及仿真的集成。编程及仿真的集成。零件分类管理零件分类管理产品配置管理（产品配置管理（ 5.565.56毫米无托步枪）毫米无托步枪） 设计过程管理设计过程管理发布流程管理发

21、布流程管理人员组织管理人员组织管理PDM-BOM管理11.3.3 11.3.3 基于基于PDMPDM的的CADCADCAMCAM内部集成内部集成 1. CAD与与PDM的集成的集成CADCAD与与PDMPDM的应用封装的应用封装: 解决解决CADCAD产生的文档管理问题产生的文档管理问题CADCAD与与PDMPDM之间的紧密集成之间的紧密集成: 建立共享产品数据模型建立共享产品数据模型 实现互操作实现互操作 保证保证CADCAD中与中与PDMPDM中的修改的互动性和一致性中的修改的互动性和一致性 2. CAPP与与PDM的集成的集成CAPP与与PDM之间除了文档交流外之间除了文档交流外CAPP系统从系统从PDM系统中获取设备资源、材料信息系统中获取设备资源、材料信息CAPP产生的工艺信息存放于工艺信息库中，供产生的工艺信息存放于工艺信