第十章 产品数据交换技术

1、第十章 产品数据交换技术10.1 产品数据交换概述 2、产品数据交换标准意义 任何标准的发展都是和工业需求密切相关的。近年来与产品定义数据有关的状况主要有： uCAD/CAM/CAE系统应用的大量增长；u出现了以数字形式表示的产品定义数据；u数据格式专有；u同一项目中有多种CAD/CAPP/CAM系统；u应用数据的观点各不相同； 这样对产品数据交换就提出了较高的要求。要求数据完整，传输可靠，有效。 10.2 10.2 产品数据交换方式产品数据交换方式 1、专用数据格式的交换（点对点交换） 专用数据格式交换方式。优点是运行效率高，易于实现。缺点是当系统数n增大时，接口数量急剧增加；此外当某一系统

2、的数据结构改变时，与之相关的接口必须改变。这是CAD/CAM系统发展初期采用的方式。2、标准数据格式的中性文件的交换（星式交换） 中性文件的优点是当系统数n增大时，接口数量不会增加过多。缺点是每次均需通过前、后处理器接口的数据转换，运行效率较低。也是进行IGES图形数据交换的思想基础，其目的是减少和简化各系统之间数据转换接口程序的编写，所以系统的数据传输针对标准的数据格式，所有的前后置处理程序的编写都非常类似。3、统一的产品数据模型交换 第三种方式采用统一的产品数据模型，并采用统一的数据软件来管理产品数据，各系统之间可以直接进行信息交换，而不是将产品信息转换为数据，再通过文件来交换，这就大大提

3、高了系统的集成性。这种方式是STEP进行产品信息交换的基础。统一的产品数据模型交换无需接口，集成性好，运行效率高，但实现的难度大。10.3 DXFDXF文件的图形数据交换文件的图形数据交换 DXF接口文件格式是美国Autodesk公司开发的首先用于AutoCAD软件的图形数据交换的文件格式。文件的扩展名“.DXF”，用于外部程序和图形系统或不同的图形系统之间交换图形信息。由于它结构简单、可读性好，同时AutoCAD在全世界二维绘图领域的广泛应用和巨大的影响，因此大多数其他版本的CAD软件支持该文件格式，以完成与AutoCAD软件的图形信息交换，或与其他系统以该文件格式进行图形信息交换。DXF文

4、件已成为事实上的工业标准。 1、 DXF文件 在AutoCAD图形编辑状态下，可以将所绘制的图形用DXFOUT命令生成DXF格式的文件，也可以用DXFIN命令导入DXF文件。DXF文件属于文本文件，其扩展名为DXF。 此外，在有关其他对话框中，若选择“ASC”开关按钮，可得ASC文本的DXF文件；若选择“BINARY”开关按钮，可得二进制的DXF文件；若选择“select Objects” 复选开关，可得所选实体的DXF；若选择“Save thumbnail preview image”复选开关，可得含有预视图像的DXF 文件;“Decimal places of accuracy（0 to1

5、6）”编辑框用来确定DXF文件中最长的小数位数。 一个文本文件其实就是一个包含对人可读的文本的标准文件。另一种类型的文件二进制文件，则需要计算机对它进行解释。2、DXF文件的总体结构 DXF文件有7个段和文件结尾组成u标题段（HEADER ）标题段记录了所有标题变量的当前值或当前状态，且标题变量的值反映了当前图形系统的状态。类段 记录了应用程序定义的类，而类的实例则包含在块段、实体段和对象段。u表段 这一段包含各种表：线形表（LTYPE）、层表（LYER）字体表（STYLE）、视图表（VIEW）、用户坐标系统表（UCS）、视窗配置表（VPORT）、标注字体表（DIMSTYLE）、申请符号表（A

6、PPID）u块段（BLOCKS） 这一段含有块定义实体，这些实体描述了图形中组成每个块的实体。u实体段（ENTITIES ） 这一段含有实体，包括任何块的调用。u对象段 包含了图形数据库的所有非图形实体定义的数据。u预览段 以位图的形式描述了生成该DXF文件时显示在屏幕上的画面。uEND OF FILE（文件结束）可用C语言从DXF文件中提取数据；用C语言构造DXF文件的接口程序。10.4 IGESIGES文件的图形数据交换文件的图形数据交换 uIGES标准是从1979年开始制定的，目前已公布5.0版本。1979年底，在美国国家标准局（NBS）的倡导下开始草拟IGES规范。目的是制定美国国内各

7、种CAD/CAM系统间换几何信息的统一标准。 u于1980年初完成了IGES1.0版本。后经过修订，于1981年9月由美国国家标准协会（ANSI）公布为美国标准。uIGES1.0中描述产品的实体（Entity）有几何（Geometry）、注释（Annotation）和结构（Structure）三类，偏重于几何图形信息的描述。 uIGES2.0版本扩大了几何实体的范围，并增加有限元模型数据的交换。 u1987年颂的第三版中，能处理更多的制造用非几何图形信息，并在这一版本中引入了“压缩ASCII码”文件格式1990年10月的IGES5.0版本，又增加了实体图形的B-rep表示。 1 1、 IGES

8、（Initial Graphics Exchange Specification ）发展发展 IGES的作用是在不同的CAD/CAM系统之间交换数据，如数据要从系统A传送到系统B中，必须由系统A中的IGES前处理器把这些数据转换成IGES格式，而所传送的实体数据须由系统B中的IGES后处理器把其从IGES格式转换成系统内部的数据格式。将系统B中的数据传送到系统A也需要相同的过程。它的特点是数据格式相对简单。IGES重点支持下列模型的数据交换：二维线框模型、三维线框模型、三维表面模型、三维实体模型、技术图样模型。 现有大多数CAD商用软件仍支持IGES格式的图形文本的输入输出。利用IGES文件，

9、用户可从中提取所需数据进行用户应用程序的开发。2、 IGES文件的结构 IGES可支持三种格式的文件，分别是ASC码、压缩ASC码和二进制格式。 该文件由5段组成，依次为：开始段(start)，用S表识；全局参数段(global)，用G 标识；目录条目段(directory entry), 用D标识；参数数据段(parameter data)，用P标识；结束段(terminate)，用T标识。SAMPLE PART S0000001开始段11H 112C87901.5,11HIGES SAMPLES,6HME1.00,1H1,16,11H112C37901.5 G00000011.2, 2hm

10、m,0,0.01,13H012880,093243,4HT。BAN,4HBCAC G000000212400000001 1 000100 D0000001124 1 MTX 1D00000021100000002 1 1 10 00000 D0000003110 0 1 1 L 1D0000004110000003 1 1 10 00000 D0000005110 0 1 1 L 2D0000006:124,1.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0, 00000001 P0000001110,20.0,20.0,0.0,50.0,0,20.0,0.0; 0000

11、00003 P0000002110,50.0,20.0,0.0,50.0,40.0,0.0; 000000005 P0000003110,55.0,50.0,0.0,75.0,30.0,0.0; 000000007 P0000004T000000 S0000001 G0000002 D0000032 P00000016 结束段 一个图形及其IGES文件的实例3、 IGES应用中存在的问题uIGES“风味”问题。不同CAD系统间采用IGES文件进行交换，图形发生失真现象，称为“IGES风味”问题。其原因是：交换双方实体类型子集不同；实体子集虽同，但具体的实体定义或代码不同；交换双方硬件环境不同，

12、出现不同圆整精度。解决此类问题有两个办法：加中间调整器。如图所示：A系统经前处理器生成 IGES文件，经中间调整器，产生调整后的IGES文件，在经B系统的后处理器，得到B系统上不失真的图形。反之亦然。 建立用户协议。在用户组之间订立协议，统一实体子集及实体定义方式，杜绝发生失真的根源。u不能定义产品的全部信息，既不能构成完整的产品信息模型，只能描述产品的几何信息并进行数据交换，例如，工程图的几何图形，尺寸标注，注释说明等。uIGES标准本身不够完善，如格式过于复杂，定义不够严密，缺乏实现的指导性意见等。10.5 STEPSTEP文件的图形数据交换文件的图形数据交换 1、简介 为了克服IGES存

13、在的问题，扩大CAD/CAM系统数据交换中几何、拓扑数据的范围，国际标准化组织（ISO）于1988年开发了产品模型数据转换标准STEP( Standard for the Exchange of Product model Data)。标准号为ISO 10303, 我国的标准号为GB/T 16656。 制定STEP标准有两个目的：一是统一产品的数据表示，二是规范产品数据的交换。 2、特点uSTEP产品的数据表示是想建立一个包括产品整个生命周期的、完整的、语义一致产品数据模型，从而满足产品生命周期内各个阶段对产品信息的不同需求，并保证对产品信息理解的一致性。STEP的产品数据交换是想建立一种独立

14、于任何CAx系统，具有多种形式的交换方法。uSTEP标准是以中性格式概括出一个在产品生命周期内具有完整性与集成性的计算机化的产品模型所需信息，它采用统一的产品数据模型，并采用统一的数据管理，各系统间可直接进行信息交换，而不必转换为数据，从而提高信息传递的准确性和系统的集成性。 uSTEP标准采用全局数据模型的方法，模型所包含的信息不仅有几何信息，还有特征信息，因而能从根本上解决CAD/CAM信息集成问题，使企业在计算机环境下共享产品数据,加快制造业的巨大发展。表：表：STEPSTEP与与IGESIGES的差异的差异 STEP是启图克服IGES在实践中出现的缺点而发展起来的。IGES虽然应用广泛

15、，但问题也不少。主要表现在以下几个方面。首先IGES中定义的实体主要是几何图形方面的信息，而不是产品定义的全面信息，它的目的是在屏幕上显示图表或用绘图机绘出图纸、绘出尺寸标准和文字注释。所有这些输出形式都是供人使用理解的，不是面向计算机的，所以不能满足CAD/CAM集成的要求。其次，IGES的另一个缺点是数据传输不可靠，往往一个CAD系统只有一部分数据能转换成IGES数据，在读入IGES数据时也经常有部分数据被忽略。此外IGES的一些语法结构有二义性，不同的系统会对同一个IGES文件给出不同的解释，这可能导致数据交换的失败。IGES的第三个缺点是它的交换文件所占的存储空间太大，虽然后来提出了压

16、缩的ASCII码格式，但多数IGES处理器都不支持。由于这个缺点也影响了数据文件的处理速度，使得传输效率不高。IGES的这些缺点，正是STEP标准要注意解决的问题。 3、STEP标准体系结构 STEP标准由若干部分组成，按功能主要分5类，既描述方法、集成信息资源、应用协议、实现方法、一致性测试方法等。 形式化定义语言EXPRESS 是一种面向对象的非编程语言，用于信息建模，既能为人所理解，又能被计算机处理（通过EXPRESS编译程序）。EXPRESS主要用来描述应用协议或集成资源中的产品数据，使描述规范化，它是STEP中数据模型的形式化描述工具。作为一种形式化描述语言，EXPRESS吸收了Ad

17、a, C, C+, Modula 2, Pascal, PL/1, SQL多种语言的功能，有强大的描述信息模型的能力，但有不同于编程语言，不具有输入与输出语句。4、STEP应用 STEP不仅是一项国际标准，而且还是一种思想、一门技术、一种方法学。它的出现对产品信息建模、信息集成与交换带来了深远的影响。 u STEP应用的需求（1）产品开发部门的需求。在实施协同设计、并行设计、虚拟产品集成开发等环境下，SEEP能提供数据共享的机制，即建立统一的产品信息模型并进行数据交换。（2）CAx 和DBMS软件厂商的需求。STEP能支持接口标准化和概念模型标准化要求， 这就使他们的精力不再浪费在这些问题上。

18、uSTEP应用举例 STEP应用领域极广，从单项任务到整个企业的信息化。应用举例如下：（1）数据交换。 在应用系统间进行数据交换式STEP的主要用途之一，例如，各种基于STEP的CAD/CAPP集成系统；各种基于STEP的集成框架或集成平台；将IGES、DXF和 ACIS（三维实体建模核心系统）的数据转换为克在 C+环境下访问的STEP模型数据。为此要编写STEP的前、后处理器或用C+语言调用的 API(Application Programming Interface 应用编程接口)接口.（2）建立STEP产品数据库。利用STEP定义统一的产品数据库，将企业内各应用程序集成到这个公共数据库上

19、。当企业的CAD系统、其他应用软件、硬件发生了改变，该数据库仍可保留下来而无需重新定义，这就使企业能继续使用多年经营的数据库。（3）营造并行工程、CIMS等大型复杂系统的集成环境。利用STEP在上述集成环境中使数据库、文件库和CAD系统间通过公用的EXPRESS模型进行交换。（4）产品数据的长期存档。产品数据在生产结束后通常还要保留15年以上，以满足备件生产和对用户产品维护的承诺，这个时间一般大于CAX的服役期。利用STEP将产品数据转换成独立于应用系统的中性格式文件，长期存档，保证了产品数据的可用性。5、STEP面临的困难（1）体系结构问题（2）应用协议问题（3）应用协议实现的代价问题10.

20、6 其他格式的数据交换其他格式的数据交换 u其他三维模型数据的交换 1、ACIS图形核心 随着ACIS图形核心（ACIS geometry kernel）技术被越来越多的CAD系统所采用，扩展名为SAT的ACIS中性文件格式已在许多CAD系统中实现，并有可能成为一种事实上的标准。2、 VRML建模语言 VRML语言是一种虚拟现实建模语言， 用来描述三为对象并把它们组合到虚拟场景中，可用来建立仿真系统。所以模型和场景易于在因特网上传输与交换，现在不少CAD系统都具有三维模型的VRML格式的输入与输出。3、STL文件交换 STL格式文件是一种将实体表面三角形化进行数据交换的方法，起初用在CAD系统和快速原型 制造(RPM)系统间传递几何数据，由于其格式简单，逐渐成为一种CAD系统交换数据的流行格式，在许多三维CAD系统上均可输出和输入这种格式的文件。可以利用STL格式文件开发用户的基于实体的应用系统，例如从STL文件生成数控加工代码，生成有限元网格，进行图形仿真等。4、XBF-2 CAM-I (computer Aided Manufacturing-International)国际组织在1982年制定了三维立体的边界文件格式试