《机械CAD CAM技术》课件-第2章

第2章CAD/CAM系统2.1CAD/CAM系统基础2.2CAD/CAM系统的硬件与软件2.3国内外典型CAD/CAM软件简介2.4工程数据库与计算机网络技术在CAD/CAM系统中的应用

2.1CAD/CAM系统基础

2.1.1CAD/CAM系统的组成

所谓系统，是指为某个共同目标而组织在一起的相互关联部分的组合。一个完整的CAD/CAM系统由硬件、软件和人等三大部分组成。

硬件主要指计算机及各种配套设备，如各种档次的计算机、打印机、绘图机等。广义上说，还包括数控加工的各种机械设备等，它是CAD/CAM系统的物质基础。软件一般包括系统软件、支撑软件和应用软件等，它是CAD/CAM系统的核心。硬件的性能及其CAD/CAM功能的实现必须通过软件实现。人在CAD/CAM系统中起主导作用，是CAD/CAM系统的关键。CAD/CAM属于高新技术，只有高素质的技术人才才能把CAD/CAM系统的先进性能充分发挥出来，为企业创造效益。图2.1.1为CAD/CAM系统组成简图。

图2.1.1CAD/CAM系统的组成

2.1.2CAD/CAM系统的功能

比较完善的CAD/CAM系统，应该能够基本完成从产品设计到制造全过程中的各项工作。一般来说，CAD/CAM系统应具有以下主要功能：

(1)交互图形输入及输出功能，可用于基本的产品结构设计等任务。

(2)几何建模功能，包括实体建模、线框建模及自由曲面建模等。几何建模是CAD/CAM系统几何处理的核心，提供有关产品设计的各种数据，是后续作业处理的基础。

(3)物理性能计算及工程分析功能，可根据几何建模的基本参数，对产品进行工程分析和数值计算，最常用的是有限元分析和优化处理功能。

(4)处理数控加工信息的功能，可用于自动编程、动态仿真及多坐标数控加工控制等。

(5)数据管理功能，可用于处理产品设计过程中的全部信息，实现工程数据信息的共享。

2.1.3CAD/CAM系统的选型及配置

1. CAD/CAM系统的选型

由于CAD/CAM系统投资相对较大，因此如何科学、合理地选择适合本企业技术水平及生产能力的系统，必须经过详细的考察与分析。选择CAD/CAM系统最基本的出发点是性能价格比和其适用范围，同时考虑其技术的发展趋势，特别是软件和硬件技术的发展。一般要进行以下考虑：

(1)根据本企业的特点、规模、追求目标及发展趋势等因素，确定应具有的系统功能。

(2)从整个产品设计周期中各个进程的工作要求出发，考核拟选用的系统各模块的功能，包括其开放性和集成性等特点。然后，根据性能价格比选择合适的硬件环境和软件环境。

(3)考虑如何使用、管理该系统，使其发挥应有的作用，真正为企业创造良好的效益。

2. CAD/CAM系统的配置

1)配置原则

CAD/CAM系统的硬件配置要考虑以下几方面：

(1)系统功能。主要包括CPU的数据处理能力、内外存容量、输入/输出性能、图像显示和处理能力、与外部设备的接口能力和网络通信能力。

(2)硬件系统要有良好的开放性且符合工业标准，采用UNIX、Windows等操作系统。系统硬件配置应利于系统进一步扩充、联网以及支持更多种类的外围设备。

(3)经济性能。

CAD/CAM系统的软件配置要考虑以下几方面：

(1)采用标准操作系统，一般选用网络版。

(2)支撑软件根据需要配置成低端、中端或高端系统。

(3)用户多。

(4)运行可靠，维护简单，性能价格比高。

(5)厂商信誉及售后服务好。

2)基本配置形式

按照所用主机分类，CAD/CAM系统的基本配置有4种形式：大型机系统、小型机系统、工程工作站系统和微机系统。

2.1.4CAD/CAM系统的工作方式

各种CAD/CAM系统基本采用人机交互的工作方式(也称人机对话方式)。

目前，计算机硬件的水平正以摩尔定律的规律飞速发展，CAD/CAM系统的软件功能也日益强大。但是，要发挥出CAD/CAM系统的作用，关键在人。没有掌握CAD/CAM技术的人才，CAD/CAM系统的价值将无法体现。CAD/CAM对人的要求包括：

1.基础知识

基础知识必须包括以下3方面：

(1)计算机基础，主要包括系统软件和硬件的基本原理与应用基础。

(2)专业基础，如机械制图、机械设计与制造、电路设计等。

(3)外语基础。

2.实践知识

必须有工程实践经验，不断地从事CAD/CAM技术的应用实践，在实践中加深对先进技术的掌握，并不断丰富实践经验。

3.不断学习和培训

CAD/CAM技术是飞速发展的先进技术，只有及时更新知识，始终掌握最前沿的软件和技术，才能发挥更大的作用。

2.1.5CAD/CAM系统的工作过程

一个较为完整的CAD/CAM系统的工作过程如图2.1.2所示。

图2.1.2CAD/CAM系统的工作过程

图2.1.2所示的CAD/CAM系统的工作过程包括以下几个方面：

(1)各种专家系统可以协助设计人员进行产品分析及方案设计。

(2)使用几何造型系统快速、准确地建立产品的三维模型，并得到产品的基本数据，有些基于特征的建模系统还包括加工制造信息。

(3)计算分析软件利用产品模型中的相关数据，自动生成有限元网格进行分析，得到静态和动态的分析结果，为结构设计及优化提供依据。

(4)利用仿真软件进行动态仿真、装配仿真、检验零件干涉碰撞情况、模拟刀具轨迹等，以代替物理模型试验或实际样机检验等。

(5)图形处理软件用于图形的绘制、编辑、显示与打印输出等，可以得到产品的任意方向的视图、剖面图、效果图等。

(6)计算机辅助工艺规划(CAPP)软件辅助设计人员设计工艺路线，确定工序，选择机床、刀具，制定切削用量，计算工时定额、加工成本等，最后输出完整的工艺文件等，实现零件加工工艺设计的自动化。

(7)数控(NC)自动编程软件可以直接使用CAPP生成的结果进行自动编程，形成刀位文件，再经处理而成为机床的加工代码，即NC代码。

2.1.6CAD/CAM系统集成的关键技术

1. CAD/CAM系统集成技术的内涵

CAD/CAM系统是一个集成的系统，是由许多相关的技术集成在一起的综合系统，其中每一部分既可以是独立的，又可以是密切相关的。这些技术包含以下内容：

1)计算机辅助设计技术

计算机辅助设计简称CAD，是使用计算机进行机械产品设计的技术，是CAD/CAM系统集成的基础。

计算机辅助设计可以分为以下几个方面：

(1)计算机辅助绘图(ComputerAidedDrafting)。它是用计算机代替传统的手工绘图。

(2)计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)。计算机辅助设计是真正意义上的CAD，它包括以下几个方面：

①计算机辅助几何建模(ComputerAidedGeometricModeling)。

②装配及干涉分析(DesignForAssemble，DFA)。

③可制造性分析(DesignForManufacturing)。

(3)计算机辅助分析(CAE)。

2)计算机辅助制造技术

计算机辅助制造(CAM)是指在产品的制造过程中采用计算机技术，包括以下几个方面：

(1)计算机辅助编程(ComputerAidedProgramming)：一般人们所说的CAM就是指计算机辅助编程。它是根据零件的模型，利用计算机自动生成刀具运动轨迹，通过后置处理，生成数控加工代码，直接传送给数控机床来进行零件的加工。在使用数控代码之前，可以利用计算机进行加工代码仿真，确保加工过程中的安全性和正确性。

(2)计算机辅助工艺规程编制(ComputerAidedProgramPlanning，CAPP)：利用计算机进行零件加工工艺路线的自动编制，选择合理的切削参数和加工设备，并确定合理的检验数据。

(3)计算机辅助质量控制(ComputerAidedQuality，CAQ)：对产品质量进行及时检验，并提出分析报告，对生产的组织、进度和其他管理问题及时进行跟踪、反馈，并辅助做出决策。

2. CAD/CAM系统集成的关键技术

CAD/CAM系统的集成就是按照产品设计与制造的实际进程，在计算机内实现各应用程序所需的信息处理和交换，形成连续的、协调的和科学的信息流。

1)产品建模技术

一个完善的产品设计模型是CAD/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAM系统中共享数据的核心。

2)集成的数据管理技术

随着CAD/CAM技术的自动化、集成化、智能化和柔性化程度的不断提高，集成系统中的数据管理问题日益复杂，传统的商用数据库已满足不了上述要求。CAD/CAM系统的集成应努力建立能处理复杂数据的工程数据处理环境，使CAD/CAM各子系统能够有效地进行数据交换，尽量避免数据文件和格式转换，清除数据冗余，保证数据的一致性、安全性和保密性。

3)产品数据交换接口技术

数据交换的任务是在不同的计算机之间、不同操作系统之间、不同数据库之间和不同应用软件之间进行数据通信。

4)集成的执行控制程序

由于CAD/CAM集成化系统的程序规模大、信息源多、传输路径不一，以及各模块的支撑环境多样化，因而没有一个对系统的资源进行统一管理、对系统的运行进行统一组织的执行控制程序是不行的。这种执行控制程序是系统集成的最基本要素之一。

2.1.7CAD/CAM集成的体系结构

CAD/CAM系统分以下3个层次来实现：

(1)产品数据管理层。

(2)基本功能层，包括几何造型、特征造型、图形编辑显示及尺寸公差处理。

(3)系统层，包括设计、分析、工艺规程设计和数控编程等。

2.1.8CAD/CAM集成的发展趋势

目前CAD/CAM集成的关键技术已经得到解决，今后的CAD/CAM集成发展的特点和趋势体现在以下几点：

(1)面向并行工程。CAD/CAM集成系统应该从全局优化的角度出发，能够对产品进行管理和控制，并对已经存在的产品设计进行改进和提高。

(2)面向生产过程的多种功能的高度集成。

(3)支持面向对象的工程数据库。

(4)参数化设计。

(5)多种工业标准数据接口和具有二次开发的能力。

(6)智能化技术。

(7)现代CAD技术。

2.2CAD/CAM系统的硬件与软件

2.2.1硬件的组成CAD/CAM系统中的硬件包括主机、输入/输出设备及网络互连设备等三大类。其中主机进行数据的计算和存储；输入设备向计算机输入信息和各种指令，输出设备主要用于把计算机计算的结果以数据或图纸的形式传送出来；网络互连设备则使计算机能够通过网络互相传递信息，实现设计信息和设计数据的共享。

1.主机

CAD/CAM系统中的主机包括大型机、小型机、图形工作站和微型计算机。目前，微型计算机技术发展得非常迅速，其性能已接近甚至超过了传统的工作站，因此在CAD/CAM系统中得到了广泛应用，是中小用户的首选机型。

2.输入设备

输入设备是把图形数据或指令传送给计算机的一种装置，计算机键盘就是一种最常见的输入设备。除此之外，它还有以下几种：

1)鼠标

鼠标是计算机上的主要输入设备，由于其结构简单、使用方便、价格便宜，因此现在已经成为计算机的标准配置。

2)数字化图形输入板

数字化图形输入板是一种定标设备，当专用的触笔或游标(与鼠标类似)在输入板上移动时，它向计算机发送触笔或游标的坐标位置。

3)扫描仪

当用户希望把复杂的图形或图像输入计算机时，扫描仪是首选设备。

常见的扫描仪有手持式、平板式(见图2.2.1)和滚筒式等3种，其主要性能指标为光学分辨率。

图2.2.1平板式扫描仪

4)数码相机

数码相机是新一代的输入设备(见图2.2.2)，它的外形和普通照相机相同，只是其感光部分用电子元件取代了传统照相机的胶卷。它的主要优点是可以像照相似的把实物的信息直接输入到计算机中，供计算机处理使用。数码相机的性能主要是分辨率(用像素表示)，像素越高则性能越好，如2500万像素。与数码相机的原理类似，还有数码摄像机，它主要用于存储动态的图像。

图2.2.2数码相机

3.输出设备

输出设备是把计算机中生成的图形或数据打印到图纸上或显示在屏幕上的设备，包括显示器、打印机和绘图仪等。

1)显示器

显示器是计算机中应用的最主要的输出设备，用于图形、文字等各种信息的显示，一台没有显示器的计算机等于没有了眼睛。

2)打印机

打印机是把计算机中的图形或文字信息输出到纸介质的一种设备，它主要用于A3以下图纸的打印。

3)绘图仪

绘图仪(见图2.2.3)是CAD/CAM系统中的主要输出设备，用于大幅面工程图纸的输出，其特点是输出图纸幅面大(可打印A0加宽加长的图纸)、速度快、精度高。高性能的彩色喷墨式绘图仪打印出的彩色图像可与照片媲美。

图2.2.3绘图仪

4.网络互连设备

网络互连设备是组成计算机网络的必要设备。目前企业CAD/CAM网络主要使用局域网，组建其网络的主要设备有集线器(HUB)、网络适配器(网卡)、传送介质(双绞线、同轴电缆或光缆)等。网卡安装在每台用户终端计算机上，通过传送介质与集线器相连，而集线器与服务器连接。另外，为保证在不同的企业局域网之间远距离传送信息，组网时还应根据具体情况选用调制解调器、中继器、路由器、网关、网桥、交换机等设备。

5.常见计算机硬件的配置

下面给出两款CAD/CAM系统使用的计算机的配置。

1) Precision7000塔式工作站

戴尔工作站性能优良，目前在CAD/CAM系统和其他领域都获得了较广泛的应用。其中一款的Precision7000塔式工作站配置如下：

CPU：英特尔®至强®处理器E5-2620v3(6CHT，15MB缓存，2.4GHzTurbo)

内存：16GB2133MHzDDR4(4 × 4GB)RDIMMECC

硬盘：1 TB3.5英寸SATA(7200r/min)

显示卡：4GBnVIDIA®Quadro®K2200

2)兼容机

兼容机指非品牌计算机，其特点是价格便宜，配置灵活，可以根据自己的需求选用计算机配件。在CAD/CAM系统中，兼容机主要用于图形终端或低档用户。现列举一款兼容机的配置如下：

CPU：3.4 GHz四核心/八线程

内存：8GBDDR42133 MHz

硬盘：128GB + 1 TB

显示卡：2GB

显示器：19英寸纯平显示器

2.2.2软件的组成

软件在CAD/CAM系统中占有重要的地位。

系统软件主要负责管理硬件资源以及各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共性管理软件及应用和开发CAD/CAM系统的软件平台，一般包括操作系统及网络管理系统等。

支撑软件运行在系统软件之上，是实现CAD/CAM各种功能的通用性应用基础软件，是CAD/CAM系统专业性应用软件的开发平台。

2.2.3操作系统

操作系统是对计算机系统硬件(包括主机、输入/输出设备)及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的底层软件，负责计算机系统内所有软件和硬件资源的监控与调度，使其协调一致、高效率地运行。用户只有通过操作系统才能控制和操纵计算机。目前在机械CAD/CAM中广泛采用的操作系统有UNIX和Windows两种。

2.2.4CAD/CAM系统的支撑软件

支撑软件是为计算机和用户之间提供界面的软件。支撑软件主要由软件开发商提供，也可以由用户自己开发使用。CAD/CAM系统的支撑软件主要指那些直接支撑用户进行CAD/CAM工作的通用性功能软件，一般可分为功能集成型和功能单一型。

目前市场上出售的CAD/CAM基本属于支撑软件。各种数据库软件、高级语言软件也属于支撑软件。

2.2.5CAD/CAM软件的选择原则

目前，市场上提供CAD/CAM软件的厂商有多种，如何选择一种适合用户的软件是非常重要的。

商品化的CAD/CAM软件根据性能可以分为高端软件和低端软件。高端软件一般包含CAD、CAE、CAM等模块，功能齐全，但价格昂贵。

而低端软件一般只包含单一的模块，如只有CAD功能或CAM加工功能(虽然有些CAM软件可以建立实体或曲面模型，但建模过程复杂，并且不能够进行装配造型和三维图形与二维图形的转换，因此，仍然属于单独的CAM软件)，其特点是用户可以根据需要单独购买CAD或CAM软件，使用户节约资金。

选择时可根据用户的具体情况按需要购买。一般考虑以下几点：

(1)用户的应用场合。

(2)用户的应用能力。

(3)用户的经济能力。

(4)软件的开放性。

(5) CAD/CAM软件提供商的背景。

2.3国内外典型CAD/CAM软件简介

近几年来，在微机上使用的CAD/CAM软件发展非常迅速，而我国是世界上最大的CAD/CAM潜在市场。目前，国内常见的CAD/CAM软件可以分为单一的CAD软件、单一的CAM软件和CAD/CAM集成在一起的软件。

表2-1所列为国内外常见的CAD/CAM软件。

2.3.1I-deas软件

I-deas是美国机械软件行业先驱SDRC公司的产品。该公司成立于1967年，早期以工程计算与结构分析为主，后来逐步发展为CAD/CAE/CAM软件公司。I-deas软件的运行环境为工作站和WindowsNT下的微机。

I-deas的突出特点是其独创的基于特征的变量化实体造型系统，并且无论是单个模块还是成组应用都是以CoreMasterModeler为核心来运行的。这种先进的核心式体系结构决定了它必然以主模型(MasterModeler)为单一数据库，并且所有的模块之间的数据全部并行关联。

I-deas集产品设计、工程分析、数控加工、塑料模具仿真分析、样机测试及产品数据管理于一体，是高度集成化的CAD/CAE/CAM一体化工具。

2.3.2Pro/E软件

Pro/E是美国PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司的机械设计自动化软件产品。该公司成立于1986年，它虽然成立较晚，但由于没有沉重包袱，设计思想先进，因此在短短的几年里很快就开发出了一个面向机械工程的Pro/E系统，最早较好地实现了参数化设计功能。

Pro/E包含了70多个专用功能模块，如特征造型、产品数据管理(PDM)、有限元分析、装配等。

Pro/E仅生成实体模型来描述工程师所设计的产品模型，不再应用线框和表面模型转换成实体模型的手段，思路清晰。

Pro/E采用基于参数化、特征设计的三维实体造型系统，这样便于在新产品的开发中实现概念设计，也可方便地依照工业标准的零件族概念建库。

Pro/E的用户界面简洁，概念清晰，符合工程技术人员的设计思想与习惯。

2.3.3UG软件

UG起源于美国麦道飞机公司，它是美国麦道飞机公司1975年买下一家小公司UnitedComputingCorporation后发展起来的，1991年并入美国EDS(ElectronicDataSystem，电子资讯系统)有限公司。多年来，UG汇集了美国航空航天与汽车工业的专业经验，发展成为集成化机械CAD/CAE/CAM软件系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等设计、分析、制造工程。该软件的运行环境为工作站和WindowsNT下的微机。

UG的曲面实体造型起源于英国形谱数据公司的Parasolid系统，采用了标准的R-rep结构的实体模型。

UG发展了概念设计思想，即草图设计，通过修改参数而改变设计。

UG具有尺寸驱动编辑功能。用户利用编辑技术，指定草图的约束、特征参数和几何关系，利用尺寸驱动生成所需的实体模型。

UG具有统一的数据库，实现了CAD/CAE/CAM之间无数据交换的自由切换。

2.3.4MDT软件

MDT(MechanicalDesktop)是美国Autodesk公司的三维机械设计软件。1996年3月，Autodesk公司率先向市场推出了基于微机平台的，能使二维绘图功能和三维造型功能无缝融合在同一套具有相同数据库结构和相同交互界面的软件系统——MDT。

MDT以ACIS为内核，具有实体建模、曲面建模、产品装配、二维工程图等功能。该软件的最大特点是与AutoCAD图形数据完全兼容，并且具有相似的用户操作界面。

2.3.5MasterCAM软件

MasterCAM是美国CNCSoftware公司的产品，具有CAD和CAM功能，但其CAD建模功能较弱，而CAM功能强大，因此可以看成专门的CAM软件。有些企业用Pro/E建模，而用MasterCAM进行数控加工程序的编制。

MasterCAM运行于微机环境，虽然不如工作站上的CAD/CAM软件功能齐全，但就其性能价格比来说更有灵活性。目前MasterCAM的最新版本是MasterCAMX10。

MasterCAM包括三大模块：Design、Mill和Lathe。

2.3.6CATIA软件

CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以通过建模帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前期阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。

模块化的CATIA系列产品提供产品的风格和外形设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构。

CATIA具有在整个产品周期内的方便的修改能力，尤其是后期修改性。无论是实体建模还是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的树结构，用户可方便快捷地对产品进行重复修改，即使是在设计的最后阶段需要做重大的修改，或者是对原有方案的更新换代，对于CATIA来说，都是非常容易的事。

CATIA的各个模块基于统一的数据平台，因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性，三维模型的修改能完全体现在二维模型、模拟分析、模具和数控加工的程序中。

CATIA提供了完备的设计能力：从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段，从单个零件的设计到最终虚拟样机的建立；同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计、工程分析及仿真、数控加工和CATweb网络应用解决方案有机地结合在一起，可为用户提供严密的无纸化工作环境。

2.3.7CAXA系列软件

CAXA系列软件是我国北京数码大方科技股份有限公司研发的，公司前身为“北航海尔”，是中国领先的工业软件和服务公司，提供二维、三维CAD软件以及产品全生命周期管理PLM解决方案和工业云服务平台。目前该系列软件是国内CAD/CAM市场国产软件中占有率最大的正版软件。

CAXA系列软件主要包括以下产品：

1. CAXA电子图版

CAXA电子图版是一套高效、方便、易学、价格低廉的二维CAD软件。

2. CAXA三维电子图版

为弥补CAXA电子图版只能绘制二维图的缺陷，北航海尔推出了三维电子图版。

3. CAXA制造工程师2015

CAXA制造工程师2015是一套基于微机的CAD/CAM软件。

2.4工程数据库与计算机网络技术在CAD/CAM

系统中的应用2.4.1CAD/CAM系统和工程数据库1.工程数据库的特点所谓工程数据库，是指能满足人们在工程活动中对数据处理需求的数据库。理想的CAD/CAM系统，应该是在操作系统的支持下，以图形功能为基础，以工程数据库为核心的集成系统，从产品设计、工程分析直到制造过程中产生的全部数据都应在同一个数据库环境中维护。

2.工程数据的类型

工程数据的类型有以下4种：

(1)通用型数据：指产品设计与制造过程中所用到的各种数据资料，如国家及行业标准、技术规范、产品目录等方面的数据。

(2)设计型数据：指在产品设计与制造过程中产生的数据，如产品功能要求描述数据、设计参数及分析数据、各种资源描述数据及各种工艺数据，包括各种工程图形、图表及三维几何造型等数据。

(3)工艺加工数据：指专门为CAD/CAM系统工艺加工阶段服务的数据，如金属切削工艺参数、热加工工艺参数等。

(4)管理信息数据：指包括生产活动各个环节的信息数据，如工时定额、物料需求计划、成本核算、销售、市场分析等管理信息数据。

3.对工程数据库管理系统的基本要求

工程数据库管理系统应满足以下基本要求：

(1)支持复杂工程数据的存储和管理，即能够处理工程数据的非结构化变长数据和特殊类型数据，支持多媒体信息的集成管理。这包括多方面的具体要求，如图形、图像数据多种格式存储，不同媒体数据类型格式转换与控制，多种媒体数据输入/输出设备的驱动，多种媒体数据编辑处理，支持复杂实体的表示及实体间关系的处理，支持超文本数据的存储和处理，支持动态变长数据记录和超长数据项的存储。

(2)支持模型的动态修改和扩充，即不仅能够对结构化数据进行静态建模，而且能够动态地进行模型的建立、修改和扩充，这样才能适应工程数据库对反复修改的工程设计的支持。

(3)具有数据恢复能力，满足CAD/CAM各阶段之间、各模块之间信息交换及数据修改的要求。

(4)支持多库操作和多版本管理。

(5)支持同一对象的多媒体信息表现形式和处理功能，以适应不同要求。

(6)支持工程数据的长记录存取和文件兼容处理。

(7)支持智能型的规则描述和查询处理，即具有一定的语义识别、推理和查询能力，能够自动检测和维护设计规则。

(8)具有良好的数据库系统环境和支持工具，以适应大容量、快速和分布式设计环境的要求。

(9)支持多用户环境下各专业协同工作的各类数据的语义一致性和系统集成性功能，保证信息在流动过程中的一致性和完整性。

(10)分布式数据库管理功能，能为所有基本单元系统存取全局数据提供统一的接口标准，适应CAD/CAM系统硬件由异种机组成的计算机网络系统，以及远程多用户需求。

4.产品数据管理(PDM)

产品数据管理(PDM)是一种先进的生产信息管理模式，它通过控制各种数据信息的流动、传递与共享，可以有效地把设计和制造联系在一起。在产品设计制造的整个生命周期中，有关产品设计及制造过程中的数据信息起着核心的支撑作用。产品数据管理是以软件为基础，将所有与产品相关的信息(包括数据、文字、图形、图像等)及与产品相关的过程(如工作流程、工程审批/发放、工程更改等)集成到一起，实施在产品的整个生命周期内，对产品数据信息和开发制造过程进行全面管理。

PDM按内容和管理范围可分为3个层次，即图纸文档管理、部门级数据管理以及企业级数据管理。PDM的主要技术有：

(1)与应用软件集成的面向对象的嵌入与链接技术。

(2)支持产品生命周期内数据建模与管理的对象管理技术。

(3)支持并行工程的多级分布式计算环境。

(4)实现数据集成和管理的数据仓储管理技术。

(5)支持协同工作的网络技术和远程通信技术、跨平台的Web技术和Java技术。

(6)独立于硬件平台的图形用户界面(GUI)技术等。

2.4.2CAD/CAM系统和网络

CAD/CAM系统的网络系统可以是独立的小型局域网，也可以作为子网与企业内部网互联，其网络结构可以根据需求选用总线型、星型、环型、网状型中的一种。工作模式一般采用客户机/服务器工作模式。

在CAD/CAM系统中，要考虑工作效率、可靠性、投资大小及产生的经济效益等整个系统的性能，确定最佳网络结构。图2.4.1为一总线型CAD/CAM网络结构，通过网络实现了CAD/CAM的结合。网络中的客户在客户端完成产品的设计、分析、绘图、工艺设计、工程数据处理及数控自动编程等任务，由加工中心及柔性制造单元完成产品的加工，从而形成CAD/CAM系统的一体化。

图2.4.1总线型CAD/CAM网络结构

算机网络在CAD/CAM方面有着非常广泛的应用前景，其表现在以下几点：

(1)实现设计资源共享。

(2)易实现并行设计。

(3)可以实现异地加工。

(4)提高计算机可靠性，均衡负荷，并可协同工作。

2.4.3产品数据交换标准

CAD/CAE/CAM的集成涉及不同的CAD/CAE/CAM子系统的信息传递。由于各子系统内的数据结构及格式不同，因此在信息传递过程中必须提供一个中性文件作为接口，以便提高各子系统之间信息传递的效率。这类接口是将各子系统的图形与非图形数据，按照某种标准规定的格式进行转换，得到一种统一的中性文件。

1．IGES标准

IGES(InitialGraphicExchangeSpecification，初始化图形数据交换标准)是由美国国家标准协会(ANSI)公布的美国标准，IGES1.0版本仅限于描述工程图样的几何图形和注释实体。

1) IGES实现

IGES是一种中性文件，将CAD/CAE/CAM系统输出(系统A)转换成IGES时(如图2.4.2所示)，必须由系统A中的前置处理器处理，把这些要传递的数据格式转换成IGES中性文件格式。而IGES的实体数据则再由系统B中的IGES后置处理器处理，以生成系统B的内部数据格式。因此，为了利用IGES文件实现数据交换，各应用程序必须具备相应的前、后置处理程序。

图2.4.2基于IGES的数据交换

2) IGES的实体

IGES中的基本单元是实体，它分为三类：第一类是几何实体，如点、直线、圆弧、样条曲线、曲面等；第二类是描述实体，如尺寸标注、绘图说明等；第三类是结构实体，如结合项、图组、特征等。目前，国内外常用的商用CAD/CAE/CAM系统中的IGES接口所采用的实体基本上是IGES所定义的实体中的一个子集。

3) IGES的文件结构

IGES文件是以ASCII码表示的，记录长度为80个字符的顺序文件。整个文件按功能分为五个部分：起始段、全程段、目录段、参数段和结束段。IGES是目前应用最广的数据交换标准，当前流行的主要商用CAD/CAE/CAM软件系统，如Pro/E、UnigraphicsNX和I-deas等都含有IGES接口。然而，IGES在实际应用中仍存在以下问题：数据文件过大，数据转换处理时间过长；某些几何类型转换不稳定；只注意了图形数据的交换，而忽略了其他信息的交换。

2. STEP标准

STEP是一个计算机可以处理的产品数据表示和交换的国际标准。它的目标是提供一个不依赖于任何具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品生命周期中所包含的诸如产品形状、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，因而STEP是基于集成的产品信息模型。

产品数据是指全面定义零部件或构件所需要的几何、拓扑、公差、关系、性能和属性等数据。产品信息的交换是指信息的存储、传输和获取，交换方式的不同会导致数据形式的差异。为满足不同层次用户的需求，STEP提供了四种产品数据交换方式，即文件交换、应用程序界面访问、数据库交换和知识库交换。

产品信息的表示包括零件和装配体的表示及产品数据的中性机制。这个机