制造業(yè)信息化

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用與開發(fā)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容提要1、數(shù)據(jù)接口與交換標(biāo)準(zhǔn)歷史2、GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSM3、計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)CGM4、計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)CGI5、基本圖形交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)IGES6、DXF數(shù)據(jù)接口7、產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)STEP數(shù)據(jù)接口與交換標(biāo)準(zhǔn)歷史70年代初，開始研究計(jì)算機(jī)圖形軟件功能標(biāo)準(zhǔn)化問題；1974年美國成立了圖形標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃委員會(huì)（GSPC），提出了其提出了世界上第一個(gè)圖形標(biāo)準(zhǔn)方案Core；同期，德國制訂出著名的GKS標(biāo)準(zhǔn)；1985年計(jì)算機(jī)圖形信息標(biāo)準(zhǔn)既計(jì)算機(jī)圖形核心系統(tǒng)（GKS）正式頒布；之后，三維圖形核心系統(tǒng)（GKS-3D）、程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）、計(jì)算機(jī)圖形原文件（CGM）、計(jì)算機(jī)圖形接口（CGI）、初始圖形交換規(guī)范（IGES）以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STEP）等相繼制訂并頒布。GKS元文件標(biāo)準(zhǔn)GKSMGKSM是圖形核心標(biāo)準(zhǔn)GKS用于把圖形信息保存于外存設(shè)備的一種文件存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。在GKS中，用圖段來存貯GKS運(yùn)行過程中的信息，在GKS關(guān)閉以后，圖段將不存在，所有存貯在圖段中的信息連同圖段本身也都自動(dòng)丟失。為了能夠保存GKS運(yùn)行中得到的圖形信息，最方便的方法是采用文件的形式進(jìn)行保存。GKS標(biāo)準(zhǔn)提供了能夠順序讀寫，用于長期存貯（傳輸）圖形信息的機(jī)制，稱為GKS元文件（GKSM）。1、GKSM功能GKSM功能的功能有：圖形信息的存檔；不同GKS應(yīng)用之間圖形信息的傳送和使用；不同的圖形系統(tǒng)之間圖形信息的傳送和使用；異地之間圖形信息的傳送（利用磁盤、網(wǎng)絡(luò)等媒體）；與圖形信息相伴隨的應(yīng)用程序定義的非圖形信息的存貯和復(fù)用。2、GKSM生成GKSM定義了一個(gè)明文編碼方案，是可以被大多數(shù)系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用的與系統(tǒng)無關(guān)的圖形元文件。它提供了可向上兼容的文件格式，其結(jié)構(gòu)是一個(gè)邏輯數(shù)據(jù)項(xiàng)目的序列。計(jì)算機(jī)圖形元文件標(biāo)準(zhǔn)CGM不同的系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、應(yīng)用程序與應(yīng)用程序間產(chǎn)生的圖形信息共享問題是計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)化的方向之一。如前已提及GKSM僅適用于GKS生成的圖形信息，因此自1980年開始，美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ANSI和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO專門成立了標(biāo)準(zhǔn)化組著手計(jì)算機(jī)圖形元文件（ComputerGraphicMetafile，CGM）標(biāo)準(zhǔn)的制定，并于1987年正式成為ISO標(biāo)準(zhǔn)。CGM提供了一個(gè)在虛擬設(shè)備接口上存貯與傳輸圖形數(shù)據(jù)及控制信息的機(jī)制。CGM的作用類似于GKSM，但CGM不像GKSM只局限于GKS生成的圖形，它具有廣泛的適用性，大部分的二維圖形軟件都能夠通過CGM進(jìn)行信息存貯和交換。一、CGM功能 CGM的功能如下：提供圖形存檔的數(shù)據(jù)格式提供一種以假脫機(jī)方式繪圖的圖形協(xié)議為圖形設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)造條件便于檢查圖形中的錯(cuò)誤，保證圖形的質(zhì)量提供了把不同圖形系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖形集成到一起的一種手段二、CGM描述CGM標(biāo)準(zhǔn)是由一套標(biāo)準(zhǔn)的與設(shè)備無關(guān)的定義圖形的語法和詞法元素組成。它分為四部分：第一部分是功能描述包括元素標(biāo)識符、語義說明以及參數(shù)描述；其余三部分為CGM準(zhǔn)的三種標(biāo)準(zhǔn)編碼形式，即字符、二進(jìn)制數(shù)和明文編碼。計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)CGI計(jì)算機(jī)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)（ComputerGraphicsInterface，CGI）是ISOTC97組提出的圖形設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。CGI是一個(gè)針對圖形設(shè)備接口，而不是應(yīng)用程序接口的交互式計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)。CGI的目標(biāo)是使應(yīng)用程序和圖形庫直接與各種不同的圖形設(shè)備相作用，使其在各種圖形設(shè)備上不經(jīng)修改就可以運(yùn)行，即在用戶程序和虛擬設(shè)備之間以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信。CGI功能一、CGI是設(shè)備級的計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了一個(gè)CGI實(shí)現(xiàn)和CGI用戶之間的接口。一個(gè)CGI的實(shí)現(xiàn)叫做對象，對象既可以是硬件設(shè)備也可以是一個(gè)程序。CGI的用戶就是用CGI對象實(shí)現(xiàn)的與設(shè)備無關(guān)的應(yīng)用程序。CGI提供了一些功能來實(shí)現(xiàn)一個(gè)CGI對象和一個(gè)CGI應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)交換,這些功能集主要有：控制功能集獨(dú)立于設(shè)備的圖形對象輸出功能集CGI圖段功能集輸入和應(yīng)答功能集產(chǎn)生、修改、檢索和顯示以象素?cái)?shù)據(jù)形式存儲(chǔ)的光珊功能集基本圖形交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)IGES在CAD/CAM技術(shù)的廣泛應(yīng)用的過程中，由于CAD/CAM系統(tǒng)的不同，提出了在各個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行產(chǎn)品信息的交換的要求，從而導(dǎo)致了產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的制訂。1980年，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局主持成立了由波音公司和通用電氣公司參加的技術(shù)委員會(huì)，制訂了基本圖形交換規(guī)范IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）。1、IGES功能最初開發(fā)IGES是為了能在計(jì)算機(jī)繪圖繪圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；從1981年的IGES1.0版本到1991年的IGES5.1版本，和最近的IGES5.3版本，IGES逐漸成熟，日益豐富，覆蓋了CAD/CAM數(shù)據(jù)交換的越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。作為較早頒布的標(biāo)準(zhǔn)，IGES被許多CAD/CAM系統(tǒng)接受，成為應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。制訂IGES標(biāo)準(zhǔn)的目的就是建立一種信息結(jié)構(gòu)用來產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的數(shù)字化表示和通信，以及在不同的CAD/CAM系統(tǒng)間以兼容的方式交換產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。2、IGES元素允許在CAD/CAM系統(tǒng)之間進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的文件結(jié)構(gòu)至少要支持產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)、標(biāo)注和數(shù)據(jù)組織方式的通信。IGES標(biāo)準(zhǔn)定義的文件格式將產(chǎn)品數(shù)據(jù)看作元素（Entity）的文件。每個(gè)元素是以一種獨(dú)立于應(yīng)用的，特定的CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式可以映射的格式來表示。在IGES標(biāo)準(zhǔn)中定義了五類元素：曲線和曲面幾何元素構(gòu)造實(shí)體幾何CSG元素邊界B-Rep實(shí)體元素標(biāo)注元素結(jié)構(gòu)元素3、IGES文件結(jié)構(gòu)IGES文件由五或六段組成：標(biāo)志（FLAG)段；開始（START）段全局（GLOBAL）段元素索引（DIRECTORYENTRY）段參數(shù)數(shù)據(jù)（PARAMTERDATA）段結(jié)束（TERMINATE）段其中，標(biāo)志段僅出現(xiàn)在二進(jìn)制或壓縮的ASCII文件格式中。DXF數(shù)據(jù)接口每個(gè)CAD系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件分圖形數(shù)據(jù)文件、幾何模型文件和產(chǎn)品模型文件幾種。數(shù)據(jù)文件的格式與每個(gè)CAD系統(tǒng)自己的內(nèi)部數(shù)據(jù)模式密切相關(guān)，而每個(gè)CAD系統(tǒng)自己內(nèi)部的數(shù)據(jù)模式一般是不公開的，也是各不相同的。由于用戶使用的需要，就有數(shù)據(jù)交換文件概念的出現(xiàn)。DXF為AutoCAD系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)文件，DXF雖然不是標(biāo)準(zhǔn)，但由于AutoCAD系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，使得DXF成為事實(shí)上的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。DXF是具有專門格式的ASCII碼文本文件，它易于被其它程序處理，主要用于實(shí)現(xiàn)高級語言編寫的程序與AutoCAD系統(tǒng)的連接，或其它CAD系統(tǒng)與AutoCAD系統(tǒng)交換圖形文件。1、DXF文件結(jié)構(gòu)標(biāo)題段記錄AutoCAD系統(tǒng)的所有標(biāo)題變量的當(dāng)前值或當(dāng)前狀態(tài)。表段包含4個(gè)表，每個(gè)表中有可變數(shù)目的表項(xiàng)。按這些表在文件中現(xiàn)的順序，依次為線型表、圖層表、字樣表和視圖表。塊段記錄定義每個(gè)塊的塊名、當(dāng)前圖層名、塊的種類、塊的插入基點(diǎn)及組成該塊的所有成員。元素段記錄了每個(gè)幾何元素的名稱、其所在圖層的名稱、線型名、顏色號、基面高度、厚度以及相關(guān)幾何數(shù)據(jù)。文件結(jié)尾標(biāo)識文件結(jié)束。示例：DXF文件，VG文件2、DXF文件接口程序設(shè)計(jì)DXF文件內(nèi)容確定DXF與其它系統(tǒng)接口DXF的開發(fā)3、DXF文件格式存在的問題內(nèi)容表述有限文件格式合理性不能面向新型CAD系統(tǒng)的需要產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)STEP由于IGES存在過于冗長，有些數(shù)據(jù)也不能表達(dá)，無法傳送等問題，ISO/IECJTC1的一個(gè)分技術(shù)委員會(huì)(SC4)開發(fā)了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP(StandardfortheExchangeofProductmodelData)。STEP的ISO正式代號為ISO10303，是一個(gè)關(guān)于關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)可理解的表示和交換的國際標(biāo)準(zhǔn)，目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。產(chǎn)品生命周期包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)、報(bào)廢等。產(chǎn)品在各過程產(chǎn)生的信息既多又復(fù)雜，而且分散在不同的部門和地方。這就要求這些產(chǎn)品信息以計(jì)算機(jī)能理解的形式表示，而且在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行交換時(shí)保持一致和完整。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達(dá)和交換，構(gòu)成了STEP標(biāo)準(zhǔn)，STEP把產(chǎn)品信息的表達(dá)和用于數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)方法區(qū)分開來。1、STEP的組成STEP把所有部分分成七系列，每一系列包括若干部分，這些系列編號及含義如下：0系列

概述和基本原則10系列：描述方法邊界B20系列：實(shí)現(xiàn)方法30系列：一致性測試方法40系列：通用產(chǎn)品模型100系列：應(yīng)用資源200系列：應(yīng)用協(xié)議2、產(chǎn)品模型信息結(jié)構(gòu)STEP的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)是覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期的應(yīng)用而全面定義的產(chǎn)品模型信息。產(chǎn)品模型信息包括進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、制造、測試、檢驗(yàn)零件或機(jī)構(gòu)所需的幾何、拓?fù)?、公差、關(guān)系、屬性和性能等信息，也包括一些和處理有關(guān)的信息。STEP的產(chǎn)品模型對于生產(chǎn)制造，直接質(zhì)量控制測試和支持產(chǎn)品新功能的開發(fā)提供了全面的信息。其中形狀特征信息模型是STEP的產(chǎn)品模型的核心是，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行各種產(chǎn)品模型定義數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。3、幾何與拓?fù)浔硎編缀魏屯負(fù)浔硎臼荢TEP