第04章 产品数据交换

第4章产品数据交换4.1产品数据交换接口

4.2IGES标准

4.3STEP标准4.4STL文件格式

4.5产品模型轻量化技术4.1产品数据交换接口1.专用数据交换接口

2.通用数据交换接口图4-1数据交换的两种方式

a)专用数据交换接口方式b)通用数据交换接口方式4.2IGES标准IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification)（ANSI发布）的发展历程1)1980年，IGES1.0仅限于描述工程图样的二维模型和三维线框模型；2)1983年，IGES2.0增加解决电气及有限元信息的传递功能，进一步扩充图形描述；3)1986年，IGES3.0增加了曲面模型，包含了工厂设计和建筑设计方面的内容；4)1988年，IGES4.0收入了CSG三维实体描述法、三维管道模型，并改进有限元模型；5)1991年，IGES5.0引入实体造型中常采用的B-Rep描述法。——主要CAD/CAM系统均有IGES接口，事实上的国际标准。1.IGES描述——用单元和单元属性描述产品的几何模型。单元几何单元：点、直线、圆弧、样条曲线、曲面等。尺寸标注单元：字符、箭头线段、边界线。属性单元：定义产品的属性。结构单元：定义各单元间的关系和意义。单元的组成分类入口/目录：长度固定。参数部分：自由格式，长度可变。2.IGES的文件结构IGES数据文件的结构1）数据进行顺序存储。2）每行记录长度为80个字符。3）采用ASCII标准代码。IGES文件的逻辑区段(1)起始段提供使用者阅读IGES数据文件的说明语言，格式和行数不限。(2)全局段提供和整个模型有关的信息，如文件名，生成日期及前、后置处理器中描述所需的信息。(3)目录索引段记录IGES文件中采用的单元目录，每一种单元对应一个索引，每一个索引记录有关的单元类型、参数指针、版本、线形、图层、视图等20项内容。(4)参数数据段记录每个单元的几何数据。(5)结束段标识IGES文件的结束，并兼有记录起始段、全局段、单元索引段、参数数据段段码及总行数的任务。3.IGES在应用中的问题和发展1)单元范围有限。主要存储几何信息、形状模型。无法保存所有数据，时有数据丢失。2)占用的存储空间较大。固定的数据格式和存储长度。数据稀疏。3)时常发生传递错误。语法上存在二义性。4.3STEP标准4.3.1STEP标准的特点

4.3.2STEP标准的组成

4.3.3STEP标准的应用STEPStandardfortheExchangeofProductModelData——ISO10303制定STEP的目的产品的数据表示产品数据共享与交换STEP的优点能完整表达产品数据并支持产品生命周期的各个环节。具有多种实现形式。4.3.1STEP标准的特点(1)引入形式化数据规范语言(Express语言)为产品信息的描述提供了标准化描述机制，保证了数据描述的精确性和一致性。(2)一致性检验STEP将一致性检验包括在规范的定义中，用于检查应用系统是否实现了应用协议，同时提供了一致性检验的标准程序和工具，为系统功能检验及系统性能检验等高层次的验证奠定了基础。(3)三层次结构在三层次上将产品信息的表达和应用同数据交换的实现方法区分开来，STEP三层次的划分如图4-2所示。图4-2STEP标准的三层次结构（3）三层次结构1)应用层。2)逻辑层。3)物理层。4.3.2STEP标准的组成STEP标准的内容组成1.标准的描述方法（11-19部分）2.集成资源（41-199部分）3.应用协议（201-1199部分）4.实现方法（21-29部分）5.一致性测试和抽象测试（31-39部分，1201-2199部分）分为七个系列文件（表4-1）0、10、20、30、40、100、200系列表4-1STEP标准系列系列名系列号内容说明0概述1概况与基本原理10描述方法11

12Express语言

Express⁃I语言提供支持STEP开发所需的方法与工具20实施方法21

22物理文件格式

标准数据存储接口指明产品模型将被用于哪些数据处理任务表4-1STEP标准30一致性测试

方法和框架31

32

33

34一致性测试方法和框架

对测试库和一致性评估人员的需求

抽象测试套件规范

对不同实施方法的抽象测试方法用以检查软件对本标准的符合程度表4-1STEP标准40通用资源41

42

43

44

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46

47

48

49产品描述和支持的基础

几何与拓扑表示

表达结构

产品结构配置管理

材料

直观表示

形状公差

形状特征

产品生命期支持用Express语言描述的产品的概念模型表4-1STEP标准100应用资源101

102

103

104

105绘图

工程设计AEC(未定)

电子/电气连接

有限元分析

运动学指明产品模型的哪些部分将付诸实施表4-1STEP标准200应用协议201

202

203

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218显式绘图

相关绘图

配置管理设计

使用边界表达的机械设计

使用曲面的机械设计

使用线框的机械设计

钣金冲模规划与设计

生命周期产品变动过程

构件和金属结构的分析与设计

电子印制电路的装配、设计与制造

电子器械的测试、诊断与返修

电工设备

车床加工零件的数控过程规划

汽车机械设计过程中的核心数据

船体布置

船体制模形状

船体管道

船体结构描述特定应用领域的信息要求,规定无二义性的信息描述方法,提供一致性测试需求与目标1.标准的描述方法形式化信息建模语言Express保证产品数据的一致性，避免二义性。定义集成资源的结构和应用协议。利于人的理解、应用程序和支持工具的开发。面向对象的、基于模式的Express语言的特点1)不是程序设计语言，不包括输入、输出、信息处理、异常处理等语言元素；2）不仅定义模型中的实体及其关系，还定义对实体及其属性所施加的约束和操作；3)能将抽象与具体的事务分离，以适应不同层次用户的需要；4)可在已存在的构件上增加约束和属性，以便于生成应用协议。2.集成资源集成资源是一个由Express语言描述的产品数据的集合，称之为资源构件。是STEP推荐使用的概念模型，是STEP的核心部分。是STEP体系中的逻辑层，相当于概念模式。集成资源的组成通用资源通用性，与具体实现无关。包括：产品描述基础和支持、几何和拓扑表示、表达结构、产品结构配置、直观表示、材料、形状工差、形状特征等。应用资源描述特定应用领域中的数据。是通用资源的引用和拓展，依赖于通用资源的支持。绘图、船体结构、有限元分析，等。3.应用协议应用协议根据不同应用领域的实际需要，对集成资源进行选取、修改、补充特定的约束、关系、属性，形成应用协议。应用协议的实现途径应用活动模型（AAM）应用参考模型（ARM）应用解释模型（AIM）具体的应用协议AP203(ISOTC184/SC4N152)：配置控制的设计协议。产品三维几何形状和配置信息的表达与控制。AP214(ISO-10303-214-DIS)：机械设计过程核心数据。机械产品设计开发过程的国际标准。4.实现方法STEP数据交换实现方法文件交换通过STEP交换格式文件交换数据。首部节：文件名、生成日期、作者姓名、单位、文件描述、前后处理程序名等。数据节：实体及其属性信息。工作格式交换利用内存数据管理系统产生数据管理环境，在内存中集中处理Express数据模型，生成STEP文件，实现数据交换。共享数据库交换通过共享数据库（SQL等）、标准数据存储接口（SDAI等）在CAD/CAM/CAE间传递信息。知识库交换通过知识库、人工智能等来实现数据交换。尚处在定义和开发阶段，还未提供标准界面。5.一致性测试和抽象测试一致性测试检测数据交换是否符合原来意图。确定被测实施是否满足有关应用协议中提出的一致性要求。测试类型基本测试提供被测实施具有一致性的初步证据。能力测试检查被测实施的可见功能和所实施的一致性声明中说明的功能是否一致。抽象测试对应每个应用协议，STEP均有一标准的抽象测试集。STEP实施的一致性要用从抽象测试集中产生的可运行测试集来判定。4.3.3STEP标准的应用(1)数据交换这是开发STEP的初衷，也是STEP的主要用途之一。(2)产品数据库STEP可把企业各个领域的应用程序集成到企业的一个公用数据库上，使企业使用了多年的经营方面的数据继续给企业带来效益。(3)并行工程大型项目需要若干不同学科的专业组协同工作。(4)产品数据的长期存档产品数据通常要在批量生产结束以后继续保持15～30年，主要满足备件供应需求和企业对其用户承担的维护和支持承诺，这个时间远大于CAD/CAM系统的生存周期。4.4STL文件格式STL格式（标准模板库，StandardTemplateLibrary）是用三角网格来表现3DCAD模型。是绝大多数快速原型系统所应用的标准文件类型。STL格式单一三角网格的程序代码

solidtest

facetnormal010

outerloop

vertex040

vertex0.5176383.931850

vertex0.53.93185-0.133975

endloop

endfacet

endsolidtestSTL格式对模型的离散表面的三角剖分之后造成3D模型呈现多面体状。STL格式的精度STL格式文件的参数选用会影响到成型质量。如果STL文件属于粗糙的或是呈现多面体状，将会在模型上看到真实的反应。STL格式的参数CAD软件输出STL文件时，可设定如下参数弦高(chordheight)误差(deviation)角度公差(angletolerance)、建议值为0.01或是0.02。4.5产品模型轻量化技术4.5.1产品模型轻量化数据格式

4.5.2JT数据格式产品模型轻量化的提出产品模型轻量化思想将异构的、不同的三维CAD模型，转化成统一格式的、大小仅为原三维CAD模型1/10的轻量化模型。实现异构三维CAD系统的虚拟装配操作。提高基于互联网的传输效率、协调效率。4.5.1产品模型轻量化数据格式已有的轻量化数据格式3D：Actify公司提出。3DXML：DassaultSystem公司提出。DWF（设计网络格式）：AutoCAD公司提出。JT：UGS公司提出、JT开发组织管理。广泛用于汽车制造、航空制造业。U3D：Intel公司、EcmaInternational、3D行业论坛（3DIF）、AdobeSystems公司提出和使用。XAML（可扩展应用程序标记语言）。4.5.2JT数据格式1.JT技术的应用目标

2.JT数据格式规范

3.JTOpenToolkit

4.JT常用工具——JT2Go浏览器

1.JT技术的应用目标1）用于可视化、协作和数据共享。2）用于CAM,CAE,设计，数据管理和标准件。工艺规划、工作单元仿真、加工刀具路径生成。提供分析模型。允许PDM和数据管理工具在文件层次使用和操作JT数据文件。3）用于Web应用程序、CreativeMedia和HowTo应用程序。Web应用和发布。创建动画、纹理和灯光模型，进行演示。提供远程培训、按需帮助。2.JT数据格式规范JT格式的核心是一个带有与CAD相关的节点和属性的场景图、面信息。支持视觉属性：灯光、纹理、材料和阴影。支持产品制造信息（PMI）、精确零件表达（B-Rep）、元数据。结构化格式、支持各种分发方法，包括异步内容流。JT的物理结构和格式支持各种操作：数据内容的离线优化。文件粒度和灵活性优化。异步内容流。查看优化。层及层过滤器。3.JTOpenToolkitJTO