产品数据交换

1、2022-3-16usst 吴恩启24.1 概述虚拟制造技术涉及到CAD/CAM/CAE等多个环节，需要频繁地在不同应用系统之间进行产品数据交换，以实现虚拟制造过程中信息流的交换、加工和流通。在INTERNET环境和虚拟企业环境下，虚拟制造的产品数据交换将进一步扩展到多个企业和多个部门，这要涉及到异地的协同设计。为了实现异地产品信息共享，也需要各种产品的描述和交换标准。2022-3-16usst 吴恩启34.1 概述图4-1 通过专用数据格式的文件交换产品信息原理简单，转换接口程序易于实现，运行效率较高。但当子系统较多时接口程序增多，编写接口要了解的数据结构也较多，并且当一个系统的数据结构发生

2、变化时引起的修改也较多。这是CAD/CAM系统发展初期采用的方式。 2022-3-16usst 吴恩启44.1 概述图4-2 通过标准数据格式的文件交换产品信息是进行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。2022-3-16usst 吴恩启54.1 概述图4-3 通过统一的产品模型交换信息 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，各系统之间可以直拉进行信息交换，而不是将产品信息转换为数据，再通过文件来交换，这就大大提高了系统的集成性。这种方式是STEP进行

3、产品信息交换的基础。 2022-3-16usst 吴恩启64.1 概述CIIN-Computer Integrated Information Network：计算机集成信息网络IGES：初始图形交换标准 SET-Standard dExchange et de Transfert：TAP ：德国零件簇标准VDA/FS-Verban der Deutschen Automobilindustrie-Flachennittstelle ：德国自由格式表面标准PDES-Product Data Exchange Specification STEP-产品模型数据交换标准方框中有黑点者表示研究计划图

4、4-4 数据交换技术的发展情况2022-3-16usst 吴恩启74.2 IGES1.IGES简介简介pIGES -Initial Graphics Exchange Specification ：初始图形交换标准 p是在美国国家标准局的倡导下，由美国国家标准协会公布的美国标准， 是CAD/CAM系统之间图形信息交换的一种规范。p由一系列产品的几何、 绘图、结构和其它信息组成，可以处理CAD/CAM系统中大部分信息，是用来定义产品几何形状的现代交互图形系统。 2022-3-16usst 吴恩启84.2 IGESp IGES历史：1979年，在美国国家标准局的倡导下开始草拟IGES规范 IGES

5、1.0：1980年完成，1981年9月公布为美国国家标准，偏重于几何图形信息的描述 2.0版本扩大了几何实体范围，并增加了有限元模型数据的交换3.0版本：1987年公布，能处理更多的制造用非几何图形信息4.0版本，1989年公布，增加了实体造型的CSG(实体几何构造表示法 )表示 5.0版本，1990年公布，又增加了实体造型的B-rep(边界表示法 )表示。5.x版本2022-3-16usst 吴恩启94.2 IGES2.IGES描述描述 IGES用单元和单元属性描述产品几何模型。单元是基本的信息单位，分为几何、尺寸标注、结构、属性等四种单元。IGES的每一单元由两部分组成，第一部分称为分类入

6、口或条目目录，具有固定长度；第二部是参数部分，是自由格式，其长度可变。u几何单元包括点、线、圆、二次曲线、参数样条以及直纹面和旋转面等。u标注尺寸单元有：字符、箭头线段和边界线，能标注角度、直径、半径、直线等尺寸。u结构单元用来定义各单元之间的关系和意义。u属性单元是描述产品定义的属性。 2022-3-16usst 吴恩启104.2 IGES3.IGES文件格式文件格式 IGES的文件格式分为ASCII格式与二进制格式。ASCII格式便于阅读，二进制格式适于传送大容量文件。ASCII格式已分为定长和压缩两种形式。u固定行长的格式，每行为80个字符，由若干行组成一个文件。文件分成文件分成五段到六

7、段，即开始段、全局参数段、条目目录段、参数数据段、结束段、标志段。标志段可选，第行的第73列如果是，则是二进制文件，如果是，则是压缩二进制文件。2022-3-16usst 吴恩启114.2 IGESn开始段提供人们阅读文件的序言。行数不限，但至少应占一行，每行的第73列有字母，第74至80列为序号n全局参数段包括描述前置处理与置处理的有关信息。例如参数分界符，记录分界符，发送系统标识符，文件名，前置处理文本，各种数据的表示方式，接受系统标识符等等以及作者、机构、版本等。所有记录的第73列均有字母G,74至80列为序号2022-3-16usst 吴恩启124.2 IGESn条目目录段为文件提供一

8、个索引。 每行的第73列为字母，第74-80列为序号。文件的每个实体都在目录中占有一个条目。条目占两行。每个字母组成一个域，共20个域。除第10，16，17，18，20域外，其它域中均为整数。正值表示常数，负值时其绝对值代表指针数。每个域的内容：1)实体类型号；2)指向本实体参数数据记录第行的指针；3)指向结构的指针；4)线型模型；5)层；6)视图；7)变换矩阵；8)与标号显示有关的指针；9)状态号；10) 序号；11)同域；12)线宽加权值号；13)颜色号；14)实体参数数据记录行数；15) 格式号；16)和17)保留；18)实体标号；19)实体下标；20)同域10)。2022-3-16us

9、st 吴恩启134.2 IGESn参数数据段列出实体的参数数据。每行的第73列有字母。数据按自由格式排列第一个域含水量有实体类型，每行止于第64列。65列为空白。66列至72列有关于本实体在条目目录段中的第一行的序号，第74至80列仍为本段落持序号。n结束段标志文件的结束。它占一行，第73列为T。该行分为10个域。每域的首字符为段的代码，其后为本段的最末一行序号。1，2，3，4域为S，G，D，P。59域保留，第10域为结束段。结束段域中填T0000001。结束段所在行必须是文件的最后一行。2022-3-16usst 吴恩启144.2 IGES2022-3-16usst 吴恩启154.2 IGE

10、S4.IGES的前后处理程序的前后处理程序IGES是一种中性文件。将某种CAD/CAM系统的输出转成IGES文件时需经前置处理程序处理。IGES文件传至另一种CAD/CAM系统时则需经过后置处理程序处理。 因此要求各种应用系统必须具备相应的前后置处理程序，以便利用IGES文件的传递产品的信息。 2022-3-16usst 吴恩启164.2 IGES5.IGES标准的缺点标准的缺点 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形或用绘图机绘出图形、尺寸标注和文字注释。所有这些都是供人理解的，而不是面向计算机的，所以不能满足CAD/CAM集成的要

11、求。 对数据传输不可靠，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丢失。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。交换文件所占的存储空间大，影响数据文件的处理速度和传输效率 2022-3-16usst 吴恩启174.2 IGES5.IGES举例举例 Sw建立一简单立方体，生成iges文件。2022-3-16usst 吴恩启184.3 STEP1.STEP简介STEP-Standard for the Exchange of Product Model Data ：产品模型数据交

12、换标准关于产品数据的计算机可理解的表示和交换国际标准。其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的产品数据。产品生命周期包括产品的设计、制造、使用、维护、报废等整个周期。这种描述不仅适合于中性文件转换，而且是实现和共享产品数据库以及存档的基础。产品在生命周期的各个过程产生的信息既多又复杂，而且分散在不同的部门和地方。这就要求产品信息应以计算机能理解的形式表示，而且在不同的计算机系统之间进行交换时保持一致和完整。产品信息的交换包括信息的存储、传输、获取和存档。产品数据的表达和交换，构成了STEP标准。STEP把产品信息的表达和用于数据交换的实现方法区别开来。STEP标

13、准包括以下五个方面的内容：1)标准的描述方法；2)集成资源；3)应用协议；4)实现形式；5)一致性测试和抽象测试。2022-3-16usst 吴恩启194.3 STEP2.标准的描述方法 STEP的体系结构是应用层、逻辑层、物理层三个层次构成。p最上层是应用层，包括应用协议及对象的抽象测试集，这是面向具体应用的一个层次p第二层是逻辑层，包括集成通用资源和集成应用资源及由这些资源建造的一个完整的产品模型。它从实际应用中抽象出来，并与具体实现无关。p最低层是物理层，包括实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。 图4-5 STEP体系结构2022-3-16usst 吴恩启204.3 STEPSTEP

14、文件含有两个节-首部节（Header）和数据节（Data）。p首部节的记录内容为文件名、文件生成日期、作者姓名、单位、文件描述、前后置处理程序名等。p数据节为文件的主体，记录内容主要是实体的实例及其属性值。 2022-3-16usst 吴恩启214.3 STEP信息建模语言 EXPRESS 由于STEP标准宠大而复杂，因此设计EXPRESS时的目标是使所描述的模型既要能为计算机所处理，也要能被人读懂。 EXPRESS语言的基础是模式（schema）,每种模型由若干模式组成。模式内又分类型说明（ type）、实体（entity）、规则（rule）、函数（function）与过程（procedur

15、e）。重点是实体。实体由数据（data）与行为（behavior）定义。数据说明要处理的实体的性质。行为表示限制与操作。2022-3-16usst 吴恩启224.3 STEP3.集成资源集成资源 uSTEP逻辑层统一的概念模型为集成的产品信息模型，又称集成资源。 它是STEP标准的主要部分，采用EXPRESS语言描述。集成资源提供的资源是产品数据描述的基础。它不仅给出了产品几何形状的表示方法，而且支持对公差、材料、表面粗糙度等非几何信息的表达。u集成资源分为通用资源和应用资源两类：u通用资源部分与具体应用无关。包括有产品描述与支持的原理、几何与拓扑表示、结构表示、产品结构配置、材料、视图描绘、

16、公差和形状特征等u应用资源部分描述某一应用领域的数据，它们依赖于通用资源的支持。包括制图、舶体结构和有限元分析等。2022-3-16usst 吴恩启234.3 STEP4.应用协议应用协议为了避免IGES数据不可靠的问题，STEP计划制订了一系列应用协议。所谓应用协议是一份文件，用以说明如何用标准的STEP集成资源来解释产品数据模型文本，以满足工业需要。即根据不同的应用领域的实际需要，确定标准的有关内容，或加上必须补充的信息，强制要求各应用系统在交换、传输和存储产品数据时应符合应用协议的规定。应用协议(Application Protocol)包括应用的范围、相关内容、信息需求的定义，应用解释

17、模型 、规定的应用方式、一致性要求和测试意图 2022-3-16usst 吴恩启244.3 STEP5.实现形式实现形式 STEP标准将数据交换的实现形式分为四级：第一级为文件交换；第二级为工作格式交换；第三级为数据库交换； 第四级为库交换。对于不同的CAD/CAM系统，可以根据对数据交换的要求和技术条件选取一种或多种形式。 图4-6 STEP的实现形式2022-3-16usst 吴恩启254.3 STEP6.一致性测试和抽象测试一致性测试和抽象测试即使资源模型定义得非常完善，但经过应用协议，在具体的应用程序中，其数据交换是否符合原来意图，尚需经过一致性测试。STEP标准订有一致性测试过程、测试方法和测试评估标准。2022-3-16usst 吴恩启264.3 STEP7 STEP举例Sw建立一简单立方体，生成step文件。2022-3-16usst 吴恩启274.4产品数据交换技术在VM中的应用1.Web使能的产品数据可以在Internet上实现信息共享的数据格式，其特征：能在浏览器中使用文件格式紧凑允许在文件中设置超级链接2022-3-16usst 吴恩启284.4产品数据交换技术在VM中的应用表4.1 产品数据涉及的主要媒体形式：2