《機械CADCAM》課件第9章

第9章機械CAD/CAM集成技術9.1概述9.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術9.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模9.4基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的CAD/CAM系統(tǒng)集成習題與思考題9.1概述9.1.1CAD/CAM集成的概念在過去的幾十年中，包括CAD、CAPP、CAM等在內(nèi)的計算機輔助單元技術得到了快速的發(fā)展，并分別在產(chǎn)品設計自動化、工藝過程設計自動化和數(shù)控編程自動化等方面發(fā)揮了重要作用。但是，隨著計算機輔助單元技術(簡稱CAX技術)應用的深入，人們發(fā)現(xiàn)，由于歷史的原因，這些各自獨立發(fā)展起來的系統(tǒng)之間很難實現(xiàn)信息傳遞和交換，更不能實現(xiàn)信息資源的共享。例如，CAD完成的產(chǎn)品設計結果不能為CAPP、CAM及其他的CAX系統(tǒng)所直接接收，而必須通過人工將CAD輸出圖樣等信息和數(shù)據(jù)再次輸入到其他CAX系統(tǒng)，這不僅造成了物資和時間上的浪費，影響了工程設計的效率，而且在數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換的過程中還有可能造成錯誤，降低產(chǎn)品數(shù)據(jù)的可靠性。這種計算機輔助單元技術的自動化“孤島”現(xiàn)象嚴重影響了CAX技術效益的發(fā)揮和進一步的發(fā)展。因而，自20世紀70年代以來，人們開始研究CAD、CAPP與CAM間的數(shù)據(jù)和信息的自動傳遞或轉(zhuǎn)換問題，提出了CAD/CAM集成的概念，通過解決集成過程中的各種問題，以實現(xiàn)CAX系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的自動交換與共享。目前，CAD/CAM集成技術還未形成統(tǒng)一的定義，一般認為：CAD/CAM集成技術是指研究CAD、CAPP、CAM等各單元和系統(tǒng)之間信息的自動交換和共享的技術，通過集成技術的研究，使這些系統(tǒng)有機地結合起來，形成一體化的CAD/CAM集成系統(tǒng)。9.1.2CAD/CAM集成系統(tǒng)

CAD/CAM集成技術的發(fā)展，要求CAD和CAM系統(tǒng)中的不同功能模塊都與統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫相連接，使信息能夠順暢地進行傳遞和交換，以便把越來越多的CAD、CAPP、CAM等單元技術和功能融為一體，組成CAD/CAM集成系統(tǒng)。從CAD/CAM技術的實際應用看，目前研究和開發(fā)的集成系統(tǒng)主要有三類：第一類是將不同功能、不同開發(fā)商的單元系統(tǒng)集成到一起，形成一個完整的CAD/CAM系統(tǒng)。這種應用系統(tǒng)的優(yōu)點是單元系統(tǒng)配置靈活，選擇余地大，可以選擇單元技術最優(yōu)秀的系統(tǒng)進行組合。另外，在系統(tǒng)升級換代時，可有選擇地保留一些不太落后的單元來與新的系統(tǒng)集成。該類系統(tǒng)的應用范圍較為廣泛，但在系統(tǒng)集成后，在單元子系統(tǒng)之間很難做到“無縫連接”，這種缺陷有時對系統(tǒng)影響較大。第二類集成系統(tǒng)是在系統(tǒng)設計一開始，就將系統(tǒng)未來要用的功能都考慮周全，并將這些功能全都集成到一個系統(tǒng)中，特別是采用了統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的共事機制，不會有任何連接的痕跡。這種系統(tǒng)更多地以狹義的CAD/CAM系統(tǒng)的方式出現(xiàn)。目前市場上流行的著名CAD/CAM集成系統(tǒng)如UGⅡ、CATIA、Pro/E等大多屬于這類系統(tǒng)，它們可以在一個集成環(huán)境下完成從產(chǎn)品設計、工程分析到數(shù)控加工的過程。這種系統(tǒng)在一些行業(yè)和部門中的應用非常成功。第三類系統(tǒng)是正在發(fā)展中的新一代CAD/CAM集成系統(tǒng)。其基本出發(fā)點是著眼于產(chǎn)品的整個生命周期，尋求產(chǎn)品數(shù)據(jù)完全交換和共享的途徑，以期實現(xiàn)更高程度和更寬范圍的系統(tǒng)集成。圖9.1所示為這類集成系統(tǒng)的一種體系結構。圖9.1CAD/CAM集成系統(tǒng)體系結構由圖可見，整個系統(tǒng)分為三個層次。最底層為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理層，它以STEP的產(chǎn)品定義模型為基礎，提供了三種數(shù)據(jù)交換方式，即數(shù)據(jù)庫、工作格式、STEP文件，這三種方式的數(shù)據(jù)存取分別用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、工作格式管理模塊和系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。系統(tǒng)運行時，通過數(shù)據(jù)管理界面按選定的數(shù)據(jù)交換方式進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中間一層為基本功能層，其中的功能模塊在應用上具有通用性，即每一種功能都可為不同的應用系統(tǒng)所使用。該層為CAD/CAM應用系統(tǒng)提供開發(fā)環(huán)境，應用系統(tǒng)可以通過功能界面來調(diào)用這些功能。系統(tǒng)的頂層為應用系統(tǒng)層，它可以完成產(chǎn)品從設計、分析到加工、裝配的全過程，這些功能通過用戶界面提供給用戶。另外，從CAD/CAM集成技術的要求講，除了硬件集成、軟件集成外，人在CAD/CAM集成系統(tǒng)中起著主導作用。人們通過人機交互或批處理方式控制和操作CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程，完成如計算、繪圖、工藝設計、NC編程、模擬仿真等一系列CAD/CAM的任務。因此也有人講，CAD/CAM集成系統(tǒng)是由人、硬件和軟件三部分的有機集成來實現(xiàn)的。9.1.3CAD/CAM集成的方法

CAD/CAM系統(tǒng)集成的關鍵是信息的交換和共享。在CAD和CAM之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享并非一件易事，因為不同的應用系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)模型和結構。數(shù)據(jù)模型和結構的差異及復雜性，給這項工作帶來了很多困難。為此，各類專家和研究人員進行了長期不懈的努力，取得了不少階段性成果，形成了各種不同的CAD/CAM集成模式。根據(jù)信息交換方式和共享程度的不同，CAD/CAM系統(tǒng)集成模式主要有以下幾種。

1．采用數(shù)據(jù)交換接口的CAD/CAM集成在所有的CAD/CAM集成方法中，基于數(shù)據(jù)交換接口的集成是應用最早，也是目前應用最廣泛的一種集成方法。早期所采用的通過專用數(shù)據(jù)交換接口進行數(shù)據(jù)交換的方式如圖9.2所示。該數(shù)據(jù)交換方式原理簡單，轉(zhuǎn)換接口程序易于實現(xiàn)，運行效率較高。但由于各應用系統(tǒng)所建立的產(chǎn)品模型各不相同，專用的數(shù)據(jù)接口無通用性，因而不同的系統(tǒng)要開發(fā)不同的接口。同時，當系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構發(fā)生變化時，引起的修改工作量也較大。為了克服上述缺點，后來發(fā)展成為采用標準數(shù)據(jù)格式接口文件作為系統(tǒng)集成的接口，比如以IGES標準格式或STEP標準格式建立中性文件，并用一個通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來對這些中性文件進行管理。各應用系統(tǒng)都需要通過開發(fā)前置和后置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口來解決系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的輸出和輸入問題。其實現(xiàn)方式如圖9.3所示。在這種方式中，每個系統(tǒng)只與標準格式文件打交道，無需知道別的系統(tǒng)的細節(jié)，減少了系統(tǒng)集成時轉(zhuǎn)換接口的數(shù)量并降低了接口維護難度。因此，這一集成方式可以在較廣泛的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)的維護，至今仍然是CAD/CAM集成中較多采用的有效方式之一。圖9.2采用專用接口實現(xiàn)集成

圖9.3采用標準文件接口實現(xiàn)集成

2．基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和工程數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成這是一種將CAD、CAPP、CAM作為一個整體來規(guī)劃和開發(fā)，從而實現(xiàn)較高水平層次的數(shù)據(jù)共享和集成的方法。建立一個基于整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型是實現(xiàn)這種CAD/CAM集成方式的前提和基礎。就目前趨勢而言，以STEP標準為基礎來建立統(tǒng)一產(chǎn)品模型是必然趨勢。同時，采用這種集成方法，各子系統(tǒng)應能通過用戶接口按工程數(shù)據(jù)庫要求直接存取數(shù)據(jù)或操作數(shù)據(jù)庫，這樣可以克服用文件形式實現(xiàn)系統(tǒng)間集成方法的弊端，提高了系統(tǒng)的集成化程度。可以說，采用工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)，既可實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的直接信息交換，又可使集成系統(tǒng)達到真正的數(shù)據(jù)一致性、準確性、及時性和共享性。其系統(tǒng)構造如圖9.4所示。近年來，隨著計算機網(wǎng)絡的應用和遠程設計、并行設計、虛擬制造環(huán)境的建立以及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，為采用工程數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)異地系統(tǒng)間共享信息資源提供了更多的技術支持。圖9.4基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成

3．基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的CAD/CAM集成

PDM是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為核心，通過計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫技術，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關的信息和過程進行集成管理的技術。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的內(nèi)涵是集成并管理與產(chǎn)品有關的信息與過程。通過PDM管理的信息包括開發(fā)計劃、產(chǎn)品模型、工程圖樣、技術規(guī)范、工藝文件、數(shù)控程序等。而通過PDM管理的過程有設計、加工制造、計劃調(diào)度、裝配、檢驗等工作流程。通過PDM系統(tǒng)可以統(tǒng)一管理與產(chǎn)品有關的全部信息，因此，CAD、CAPP、CAM之間不必直接傳遞信息，各系統(tǒng)之間的信息傳遞都變成了分別和PDM之間的信息傳遞，CAD、CAPP、CAM都從PDM系統(tǒng)中提取各自所需的信息，各自的應用結果也放回PDM中去，以此來實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成?；赑DM的系統(tǒng)集成將數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡通信和過程控制能力集成于一體，將多種功能軟件集成在一個統(tǒng)一的平臺上。它不僅能實現(xiàn)分布式環(huán)境中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，同時還能為人與系統(tǒng)的集成及并行工程的實施提供支撐環(huán)境，為企業(yè)范圍內(nèi)的設計與制造建立一個并行化產(chǎn)品開發(fā)協(xié)作環(huán)境，為不同地點、不同部門的人員提供了一個協(xié)同工作環(huán)境，使其可以在同一數(shù)字化的產(chǎn)品模型上一起工作。圖9.16所示是基于PDM的集成系統(tǒng)體系結構。9.1.4CAD/CAM集成的關鍵技術

CAD/CAM集成系統(tǒng)的實質(zhì)就是借助于計算機輔助系統(tǒng)使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動地進行。CAD/CAM集成的目標是使產(chǎn)品設計、工程分析、工程模擬直至產(chǎn)品制造工程中的設計具有一致性，且相互間的信息直接在計算機間傳遞。實現(xiàn)CAD/CAM集成應解決以下關鍵技術問題：

1．產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型的建立建立一個基于整個產(chǎn)品生命周期的、完善的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型是進行CAD/CAM系統(tǒng)信息集成的基礎和核心，也是解決CAD、CAPP、CAM之間的數(shù)據(jù)交換與信息共享的關鍵問題。就目前而言，較理想的辦法是建立CAD/CAM范圍內(nèi)相對統(tǒng)一的、基于特征的產(chǎn)品定義模型，該模型不僅能支持設計與制造各階段所需的產(chǎn)品定義信息(幾何信息、工藝和加工信息)，而且還提供了符合人們思維方式的高層次工程描述——特征。特征概念的引入使得產(chǎn)品定義模型能充分表達工程師的設計和制造意圖，是描述設計與制造各階段所需產(chǎn)品定義信息的理想模型。因此，特征技術是CAD/CAM集成的關鍵技術之一。參數(shù)化技術以其強有力的基于特征的草圖設計、尺寸驅(qū)動等功能，為產(chǎn)品建模、系列化設計、多方案比較和動態(tài)設計提供了有效手段，成為新一代智能化、集成化CAD/CAM系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

2．產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換的目的是在不同的計算機之間、不同的操作系統(tǒng)之間、不同的數(shù)據(jù)庫之間和不同的應用軟件之間進行數(shù)據(jù)通信。為了解決目前CAD、CAPP、CAM各系統(tǒng)之間由于數(shù)據(jù)表示不統(tǒng)一而造成的數(shù)據(jù)交換困難，必須有效解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換問題。就目前而言，解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術的途徑是制定國際性的數(shù)據(jù)交換規(guī)范和網(wǎng)絡協(xié)議，開發(fā)各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口，保證數(shù)據(jù)傳輸能在各系統(tǒng)之間方便、流暢地進行。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準是CAD/CAM集成的重要基礎。

3．CAD/CAM集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術實現(xiàn)基于統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和工程數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成，必須解決CAD/CAM集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理問題。特別是隨著CAD/CAM技術的自動化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化程度的提高，集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理問題日益復雜，建立能處理復雜數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)庫環(huán)境，使CAD/CAM各子系統(tǒng)能有效地進行數(shù)據(jù)共享，盡量避免數(shù)據(jù)文件和格式的轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)的一致性、安全性和保密性，是CAD/CAM集成的理想模式。目前，采用工程數(shù)據(jù)庫管理方法已成為開發(fā)新一代ＣAD/CAM集成系統(tǒng)的主流，也是解決CAD/CAM集成問題的核心。9.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術9.2.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術的發(fā)展隨著CAD/CAM技術在工業(yè)界的廣泛應用，越來越多的用戶需要將產(chǎn)品數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)之間進行交換，為此，建立一個統(tǒng)一的、支持不同應用系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述和交換標準的要求應運而生。

20世紀70年代后期，為了克服當時不同CAD系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)直接交換過程中因數(shù)據(jù)格式不相同而帶來的困難，需要在信息傳遞過程中提供一個中性文件作為接口。這類中性文件的格式是按照某種標準規(guī)定的，該標準就是數(shù)據(jù)交換標準。

1980年，美國國家標準局(ANSI)接受初始圖形交換標準IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準。1984年，IGES組織設置了一個研究計劃，稱為PDES(ProductDataExchangeSpecification)。PDES提出三層體系結構，即應用層、邏輯層和物理層，制定并使用了形式化產(chǎn)品模型描述語言EXPRESS，為STEP標準的制定奠定了良好的基礎。

1983年12月，國際標準化組織ISO設置了184委員會(TC184)下設第四委員會(SC4)，其研究領域是產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達與交換。ISOTC184/SC4制定的標準稱為STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)，STEP文本在1988年的東京國際標準化組織會議上作為草案表決通過，1989年在國際標準化組織ISO會議上獲得通過，1991年發(fā)布了STEP?1.0版本。STEP文本的發(fā)布，使得新開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)可直接采用STEP規(guī)范定義產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型或提供STEP格式的數(shù)據(jù)交換接口。采用STEP標準是當今大型CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)的方向。除了IGES和STEP外，在數(shù)據(jù)交換標準發(fā)展的過程中，也產(chǎn)生了不少其他的多種產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準規(guī)范，其中典型的包括SET、PDDI、VDA-FS、CAD*I等。9.2.2IGES標準

1．IGES概況

IGES標準是美國國家標準，也是國際上產(chǎn)生最早、應用最廣泛的圖形數(shù)據(jù)交換標準。目前，幾乎所有的有影響的CAD/CAM系統(tǒng)均配有IGES接口，并通過IGES接口輸入/輸出有關圖形的IGES文件。

IGES標準由一系列產(chǎn)品的幾何、繪圖、結構等信息組成，其數(shù)據(jù)以實體方式組織。IGES3.0中的幾何實體有24類，用于描述產(chǎn)品的幾何形狀，主要有點、線、圓弧、平面，還有參數(shù)樣條曲線、有理B樣條曲線，各種旋轉(zhuǎn)面、參數(shù)樣條曲面、有理B樣條曲面以及有限元實體等。非幾何類實體有12種，主要描述產(chǎn)品的幾何尺寸、標注以及必要的文字符號。

1988年推出的IGES4.0版增加了CSG、裝配模型及有限元分析模型等內(nèi)容。1990年公布的IGES5.0版包括了幾何造型中的B-Rep表示。

2．IGES數(shù)據(jù)文件格式

IGES標準的數(shù)據(jù)文件格式有ASCII碼和二進制碼兩種格式。ASCII格式便于閱讀，二進制格式則適合于傳送大容量文件。在ASCII碼格式中，數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)按順序存儲，每行80個字符，稱為一個記錄。整個文件按功能劃分為5個部分，記為起始段、全局段、目錄段、參數(shù)段和結束段。起始段：存放對該文件的說明信息，格式和格數(shù)不限。第73列的標志符為“S”。全局段：提供和整個模型有關的信息，如文件名、生成日期及前處理器、后處理器中描述所需信息。第73列標志符為“G”。目錄段：記錄IGES文件中采用的元素目錄。每個元素對應一個索引，每個索引記錄有關元素類型、參數(shù)指針、版本、線型、圖層、視圖等20項內(nèi)容。第73列標志符為“D”。參數(shù)段：記錄每個元素的幾何數(shù)據(jù)，記錄內(nèi)容隨元素不同而各異。第73列標志符為“P”。結束段：標識IGES文件的結束，存放該文件中各段的長度。第73列標志符為“T”。

3．IGES元素在IGES文件中最基本的信息單位是元素(entity)。表9.1給出了IGES3.0版本所具有的元素匯總。表9.1IGES3.0中所具有的元素類型號a.幾何元素b.標注圖形元素c.屬性和結構元素100圓弧102組合線段104二次曲線106數(shù)據(jù)集108平面110直線112參數(shù)樣條曲線114參數(shù)樣條曲面116點118直紋面120旋轉(zhuǎn)面122列表柱面124變換矩陣125幾何元素顯示標記126有理B樣條曲線128有理B樣條曲面130等距曲線132連接點134有限元節(jié)點136有限元元素138節(jié)點的位移或旋轉(zhuǎn)140等距曲面142參數(shù)曲面上的曲線144裁剪曲面202角度尺寸標注206直徑尺寸標注208表示注解210一般標識214箭頭標注216直線尺寸標注220點尺寸標注222半徑尺寸標注228一般符號230剖面區(qū)域302相關性定義304線型定義306宏定義308子圖定義310字體定義312文本顯示方式314顏色定義320網(wǎng)格子圖定義402相關性實例404圖樣406特性408單子圖實例410視圖412方陣子圖實例414圓周陣子圖實例416外部基準418節(jié)點加載和約束420網(wǎng)格子圖實例600～699宏實例10000～99999用戶宏定義可以看出，這些元素可分為以下三類：

(1)為描述產(chǎn)品形狀所需的幾何元素，例如點、線、面等元素。

(2)為描述尺寸標注及工藝信息所需的標注圖形元素。

(3)為描述邏輯關系所需的屬性和結構元素。下面給出IGES標準格式實例。圖9.5是一個簡單零件，其輸出IGES文件如下：圖9.5簡單零件IGESFILEusinganalyticrepresentationforsurfacesS1開始段1H,,1H;,5HPart1,25HC:\MyDocuments\Part1.IGS,41HSolidWorks2000bySolid G 1全局段WorksCorporation,11HVersion5.2,32,308,15,308,15,5HPart1,1.,2,2HMM,50, G 20.125,13H010124.124131,1E-008,500000.,6H歐長勁,,10,0,;G 3314100000000200D 1目錄段

31408100D 2110200001010000D 311000100D 4110300001010000D 511000100D 6……314,75.2941176470588,75.2941176470588,75.2941176470588,;1P 1參數(shù)段110,0.,0.,10.,0.,0.,-990.;3P 2110,-31.622776602,0.,10.,-31.622776602,0.,0.;5P 3120,3,5,0.,6.28318530717959;7P 4……142,1,267,277,279,1;281P 379144,267,1,0,281;283P 380S1G3D284P380T1結束段

4．IGES的前、后處理程序

IGES是一種中性文件。不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的IGES方法如圖9.6所示。由圖可見，將某種CAD/CAM系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)成IGES文件時需經(jīng)前處理程序處理，而將IGES文件傳至另一種CAD/CAM系統(tǒng)時則需經(jīng)過后處理程序處理。因此，一般要求各種應用系統(tǒng)必須具備相應的前、后處理程序。前、后處理器一般都由下列4個模塊組成：

(1)輸入模塊：讀入由CAD/CAM系統(tǒng)生成的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)或IGES產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。

(2)語法檢查模塊：對讀入的模型數(shù)據(jù)進行語法檢查并生成相應的內(nèi)存表。

(3)轉(zhuǎn)換模塊：該模塊具有語義識別功能，能將一種模型的數(shù)據(jù)映射成另一模型。

(4)輸出模塊：把轉(zhuǎn)換后的模型轉(zhuǎn)換成IGES格式文件或另一個CAD/CAM系統(tǒng)的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)文件。圖9.6IGES數(shù)據(jù)交換

5．IGES標準存在的問題

IGES標準在國際上獲得了廣泛的應用，目前幾乎所有的CAD/CAM系統(tǒng)都支持這一標準，應用IGES格式可實現(xiàn)不同CAD系統(tǒng)之間工程幾何信息的交換。但是，IGES在應用中也暴露出了不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)?IGES中定義的實體主要是幾何圖形方面的信息，而無法描述工業(yè)環(huán)境所需的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的全部信息，不能滿足CAD/CAM集成的要求。

(2)當前各CAD/CAM系統(tǒng)所配置的IGES前、后處理器基本上都僅實現(xiàn)了IGES規(guī)范的一個子集，且有些是互不相同的子集，在交換過程中經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤或丟失信息。

(3)?IGES本身不夠成熟，一些語法結構存在二義性，不同的系統(tǒng)會對同一個IGES文件給出不同的解釋，這可能導致數(shù)據(jù)交換的失敗。

(4)?IGES的交換文件太長，所占的存儲空間大，影響了數(shù)據(jù)文件的處理速度和傳輸效率。同時，標準的數(shù)據(jù)格式過于復雜、閱讀困難，也影響了標準的普及。9.2.3STEP標準

1．概述

STEP(ISO?10303)是一套關于產(chǎn)品整個生命周期中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達和交換的國際標準。在STEP標準制定時的總體設想的多數(shù)概念來源于PDES，它的目標是提供一個不依賴任何具體系統(tǒng)的中性機制。STEP標準與IGES相比，無論在開發(fā)標準的方法論上，還是在標準的結構和內(nèi)容上，都有重大的突破和創(chuàng)新。具體表現(xiàn)在以下幾方面：

(1)?STEP標準著重形成一個完整的產(chǎn)品模型，不僅包括幾何數(shù)據(jù)，而且包括制造特征、材料特征、公差等各種非幾何數(shù)據(jù)。同時，這一產(chǎn)品模型所支持的是包括設計、制造、檢測等過程在內(nèi)的整個產(chǎn)品生命周期，其所提供的信息將能直接為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)所理解。

(2)?STEP標準既支持單個零件，也支持裝配件及其裝配控制。

(3)對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方式，STEP不僅支持文件交換方式，而且也支持共享數(shù)據(jù)庫方式和應用編程接口。

(4)?STEP標準使用了形式化EXPRESS語言，既提高了計算機的可實現(xiàn)程度，又消除了標準定義中的二義性。STEP標準所具有的開放性和可擴展性使其能夠滿足21世紀工業(yè)設計和制造領域的需要。

2．STEP的組成

STEP標準是一個正在發(fā)展的龐大的國際標準，它獨立于任何應用系統(tǒng)，提供了整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品信息描述和交換機制。STEP標準包括以下五個方面的內(nèi)容，每一方面又包含若干部分(Part)：

(1)標準的描述方法(descriptionmethods)，包括Part11～19。

(2)集成資源(integratedresource)，其中包括通用產(chǎn)品模型Part?41～49和應用資源Part?101～109。

(3)應用協(xié)議(applicationprotocols)，包括Part?201～1199。

(4)實現(xiàn)方法(implementationmethods)，包括Part?21～29。

(5)一致性測試和抽象測試集。其中一致測試(conformancetesting)包括Part?31～39，抽象測試集(abstracttestsuites)包括Part1201～2199。這5個方面的內(nèi)容分為七個系列文件：0、10、20、30、40、100和200系列。表9.2所示為目前已有的、較為成熟的各系列文件。表9.2STEP系列文件0系列1概述和基本原則10系列：描述方法11EXPRESS語言參考手冊20系列：實現(xiàn)方法21物理文件格式22STEP存取接口30系列：一致性測試方法31一致性測試方法與框架概念32一致性測試需求33抽象測試成套規(guī)范34對每個實現(xiàn)方法的抽象測試40系列：通用產(chǎn)品模型41基本產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型42形狀表示43形狀接口44產(chǎn)品結構管理45材料46顯示47公差48形狀特征49產(chǎn)品生命周期支持100系列：應用資源101繪圖資源102船舶結構103電子功能104有限元分析105運動學200系列：應用協(xié)議201二維圖協(xié)議202三維幾何圖協(xié)議203三維產(chǎn)品定義設置204邊界表示實體模型協(xié)議205雕塑曲面應用協(xié)議

3．STEP的層次結構

STEP的體系結構由應用層、邏輯層和物理層三個層次構成，如圖9.7所示。

1)應用層在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，各應用領域按照自己的經(jīng)驗、術語、技術和方法建立產(chǎn)品信息參考模型，并通過形式化語言或圖表的方式表達，為相應領域提供便于應用的完備的和最小冗余的產(chǎn)品信息模型。應用層支持以IDEF0方法為基礎的功能分析，并在此基礎上設計產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型。圖9.7STEP標準的三個層次結構

2)邏輯層通過對各需求模型的分析，找出共同點，協(xié)調(diào)沖突，形成統(tǒng)一的集成信息資源，為各領域提供一些通用的、語義一致的實體集和關系集，用來描述不同產(chǎn)品的產(chǎn)品信息模型，并運用形式化工具描述邏輯層與物理層之間的聯(lián)系。

3)物理層物理層用來導出和指明產(chǎn)品信息模型在計算機中的存儲機制，產(chǎn)生計算機內(nèi)部存儲的產(chǎn)品信息。在STEP中定義了采用中性文件、數(shù)據(jù)庫和標準數(shù)據(jù)存取接口三種信息存儲和交換的方式。

4．STEP的產(chǎn)品信息描述產(chǎn)品信息描述方法是STEP標準的基礎，也是建立STEP信息模型的工具。在STEP中采用形式化描述語言EXPRESS作為正式描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)的工具，用EXPRESS定義集成資源的結構和應用協(xié)議。

EXPRESS語言是一種形式化的、面向?qū)ο蟮恼Z言，具有很強的信息表達能力，采用它的目的是保證產(chǎn)品描述的一致性和無二義性。

EXPRESS語言作為信息建模語言，它的主體是模式(SCHEMA)，一個模式就是用EXPRESS語言建立的某一部分現(xiàn)實世界的信息模型。模式中的主要內(nèi)容是實體(ENTITY)類型描述，通過對實體的屬性及與其他實體的關系進行描述和約束，反映現(xiàn)實世界的各種對象及其關系。

EXPRESS語言類型豐富，有簡單數(shù)據(jù)類型、聚合數(shù)據(jù)類型、實體數(shù)據(jù)類型、定義數(shù)據(jù)類型、枚舉數(shù)據(jù)類型和選擇數(shù)據(jù)類型等。EXPRESS語言中的表達式除一般的算術、邏輯和字符表達與運算外，還有實體的實例運算。例如，用EXPRESS定義實體“球體”(Sphere)：

ENTITYsphere

SUBTYPEof(csg-primitive)；

radius：real；

center：point；

WHERE

radius?>0；

ENDENTITY；其中的SUBTYPE語句說明實體sphere是csg-primitive的子類。

EXPRESS語言是定義對象、描述概念模式的形式化建模語言，而不是一種程序設計語言，它不包含輸入/輸出、信息處理等語句。這種形式化的語言既具有可讀性，使人們便于理解它的語義，又能被計算機所理解，易于與其他高級語言(如C、C++)建立映射關系，有利于計算機應用程序和支撐軟件的生成。有關EXPRESS語言的詳細內(nèi)容見ISO10303-11EXPRESS語言參考手冊。

5．集成資源

STEP中對于所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達是由集成資源提供的。集成資源包括一組資源構件。資源構件是由EXPRESS描述的產(chǎn)品模型的某一方面，提供了STEP中每一個信息元素的唯一表達。集成資源分為兩部分：通用資源和應用資源。通用資源與具體的應用無關，是不依賴具體應用的通用產(chǎn)品信息描述。應用資源是由與某種應用相關的通用資源組成的。已公布的集成資源有產(chǎn)品描述和支持、幾何與拓撲表達、產(chǎn)品結構配置、形象化表示和繪圖等。

STEP目前已經(jīng)確定的通用資源有：41—基本產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，42—幾何和拓撲表示，43—形狀接口，44—產(chǎn)品結構管理，45—材料，46—顯示，47—公差，48—形狀特征。

STEP目前已經(jīng)確定的應用資源有：101?—繪圖資源，102—船舶結構，103—電子功能，104—有限元分析，105—運動學。

6．應用協(xié)議

STEP通過建立不同的應用協(xié)議來規(guī)定不同應用系統(tǒng)對集成化產(chǎn)品信息資源的引用格式和方法，從而使特定的應用系統(tǒng)能建立起適合于該系統(tǒng)的產(chǎn)品信息模型，用于支持產(chǎn)品整個生命周期中不同時期和不同應用領域信息的集成和共享。目前已經(jīng)頒布的STEP標準包括下面幾組應用協(xié)議：201—二維繪圖，202—三維幾何圖，203—三維產(chǎn)品定義設置，204—邊界表示的實體模型，205—雕塑曲面應用模型。其中，AP203作為產(chǎn)品開發(fā)設計階段的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，可用于企業(yè)間三維產(chǎn)品的數(shù)據(jù)交換，當前大多數(shù)CAD系統(tǒng)都支持AP203。

7．STEP的信息交換與實現(xiàn)技術基于STEP的信息存取與交換方式目前有四種：中性文件交換、標準數(shù)據(jù)存取接口、數(shù)據(jù)庫交換、知識庫交換。目前，中性文件交換和標準數(shù)據(jù)存取接口已分別成為國際標準或國際標準草案，但數(shù)據(jù)庫和知識庫的實現(xiàn)方式尚在開發(fā)研究中，未形成正式的文件。

1)中性文件的數(shù)據(jù)交換中性文件交換是STEP標準提出的最基本的、簡單的和可行的交換數(shù)據(jù)實現(xiàn)方式。所使用的中性文件是專門格式的ASCII順序文件，易于計算機處理。通過STEP中性文件實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳輸與交換方式如圖9.8所示。圖9.8中性文件數(shù)據(jù)交換方式

2)標準數(shù)據(jù)存取接口(SDAI)的數(shù)據(jù)交換一般情況下，應用程序?qū)Ξa(chǎn)品數(shù)據(jù)的存取方式是根據(jù)存取技術而定的，不同的數(shù)據(jù)存取有著不同的數(shù)據(jù)存取接口，例如，有的應用程序以文件方式來存取數(shù)據(jù)，有的則通過訪問數(shù)據(jù)庫來存取數(shù)據(jù)。基于文件存取的應用程序不能訪問數(shù)據(jù)庫，而基于某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的應用程序是不能訪問其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所管理的數(shù)據(jù)。為此，STEP標準定義了一套標準的數(shù)據(jù)存取接口SDAI(StandardDataAccessInterface)，以支持對用EXPRESS語言建模的數(shù)據(jù)的存取。這套數(shù)據(jù)存取接口獨立于具體的編程語言，對于STEP標準指定的四種數(shù)據(jù)交換方式都適用。

SDAI為應用程序員在軟件開發(fā)中提供了一個一致的數(shù)據(jù)存取環(huán)境，應用程序員看到的數(shù)據(jù)定義形式是EXPRESS語言，數(shù)據(jù)存取界面為SDAI，而不必關心數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)定義形式和應用程序界面?；赟DAI的EXPRESS模型實現(xiàn)過程如圖9.9所示。圖9.9SDAI數(shù)據(jù)交換方式一方面，EXPRESS模型通過數(shù)據(jù)庫內(nèi)部模式定義轉(zhuǎn)換為可以被數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部使用的結構形式。另一方面，EXPRESS模型被轉(zhuǎn)換為編程語言數(shù)據(jù)結構，這些數(shù)據(jù)結構與應用系統(tǒng)源代碼及SDAI庫相連接，從而實現(xiàn)對與EXPRESS描述一致的實例的存取。基于SDAI的信息交換和實現(xiàn)技術使應用系統(tǒng)的開發(fā)獨立于任何存取系統(tǒng)，從而使應用程序開發(fā)比較容易。

8．STEP實施的一致性測試為了保證軟件的可行度及檢驗應用程序是否符合設計的要求，STEP規(guī)定了如何進行一致性測試的需求和指導，制定了一致性測試的過程、測試方法和測試評估標準。STEP的一致性測試規(guī)范可為實現(xiàn)了STEP應用協(xié)議的軟件產(chǎn)品進行一致性測試提供方法和要求，以保證可重復性、可比較性和可審核性。作為產(chǎn)品整個生命周期的數(shù)據(jù)表示與交換標準，STEP在實際應用中產(chǎn)生，也在實際應用中發(fā)展。雖然它還不夠完善，但已表現(xiàn)出強大的生命力。CAD/CAM信息集成只有以STEP標準為產(chǎn)品信息模型的基礎，才能真正滿足各單元工具信息集成的要求。9.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模9.3.1產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型產(chǎn)品數(shù)據(jù)是指產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有階段有關產(chǎn)品的數(shù)據(jù)總和。一個完整的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型不僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合，還應反映出各類數(shù)據(jù)的表達方式及相互間的關系。長期以來，產(chǎn)品生命周期內(nèi)不同階段的工作是由不同部門、不同工作人員完成的，因此建立了很多產(chǎn)品局部應用模型，如功能模型、裝配模型、幾何模型、公差模型、加工工藝模型等。這些模型缺乏統(tǒng)一的表達形式，所以很難實現(xiàn)信息集成，也無法實現(xiàn)過程集成或功能集成。顯然，要實現(xiàn)CAD/CAM各模塊之間數(shù)據(jù)資源共享，必須滿足兩個條件：一是要有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型定義體系，二是要有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準。只有建立在統(tǒng)一表達基礎上的產(chǎn)品模型，才能有效地為各應用系統(tǒng)所接受。產(chǎn)品數(shù)據(jù)指的是為全面定義一個零部件或構件所需要的幾何、拓撲、公差、性能和屬性等數(shù)據(jù)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括：

(1)產(chǎn)品幾何描述，如線框表示、幾何表示、實體表示以及拓撲、成形及展開等。

(2)產(chǎn)品特征，如長、寬、高等體特征，孔、槽等面特征，旋轉(zhuǎn)體等車削件特征等。

(3)尺寸公差、形位公差及其關聯(lián)。

(4)表面處理，如表面淬火。

(5)材料，如材料牌號與規(guī)格，毛坯狀態(tài)。

(6)說明，如技術要求說明。

(7)產(chǎn)品控制信息。

(8)其他，如加工、裝配工藝等。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型可定義為與產(chǎn)品有關的所有信息構成的邏輯單元。它不僅包括產(chǎn)品的生命周期內(nèi)有關的全部信息，而且在結構上還能清楚地表達這些信息的關聯(lián)。因此，研究集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，就是研究產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)各個階段所需信息的內(nèi)容以及不同階段之間這些信息的相互約束關系。9.3.2基于特征的集成化產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型隨著特征建模技術的發(fā)展，基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型結構由于具有容易表達、處理，能夠反映設計師意圖及描述信息完備等特點而引起廣泛重視?；谔卣鞯募僧a(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是一種為設計、分析、加工各環(huán)節(jié)都能自動理解的全局性模型。另外，它還可以與參數(shù)化設計、尺寸驅(qū)動等設計思想相結合，為設計者提供一個全新的設計環(huán)境。在基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中，特征信息的描述至關重要。除特征自身信息和特征之間的相互關系之外，還必須將各環(huán)節(jié)中都要使用的公共信息表達清楚。圖9.10所示為一種基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型層次結構實例。圖9.10一種基于特征的集成產(chǎn)品模型由圖可見，基于特征的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型層次結構中包含有以下由數(shù)據(jù)表達的信息：

1)產(chǎn)品的構成信息產(chǎn)品的構成信息反映產(chǎn)品由哪些部件構成，各個部件又由哪些零件組成，每種零件的數(shù)量等。零、部件的構成可以呈樹狀關系，也可以是網(wǎng)狀關系。

2)零件信息零件信息主要是關于零件總體特征的文字性描述，包括零件名稱、零件號、設計者、零件材料、熱處理要求、最大尺寸、質(zhì)量要求以及生產(chǎn)綱領等。

3)基體信息基體是造型開始的初始形體，也是一般工程人員理解的毛坯或半成品。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中，它是用于造型的原始形體，可以是預先定義好的參數(shù)化實體，也可以是根據(jù)現(xiàn)場需要由系統(tǒng)造型功能生成的形體?；w主要包括基體表面之間的信息，以及基體與特征之間關系的信息，比如將基體劃分為若干方位面，并按方位面組織特征。這樣組織產(chǎn)品數(shù)據(jù)后，將信息模型與按面組織加工的常規(guī)工藝路線相對應，有益于在CAD/CAM集成環(huán)境中生成工藝規(guī)程以及制定定位、夾緊方案。

4)零件特征信息零件特征信息主要記錄特征的分類號、所屬方位面號、控制點坐標和方向、尺寸、公差、熱處理、特征所在面號、定位面及定位尺寸、切入面與切出面、特征組成面、粗糙度、形位公差等。

5)零件幾何、拓撲信息這部分信息可直接由采用的實體建模軟件的圖形文件或數(shù)據(jù)庫讀出，包括面、環(huán)、邊、點的數(shù)據(jù)。在基于特征的集成產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)結構中，面的作用十分重要。面是建立特征之間關系、尺寸關系、形位公差之間關系的基準，同時也是設計、生產(chǎn)中經(jīng)常使用的基準和依據(jù)，如基準面、工作面、連接面等。所以，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中，應突出面的核心地位，提供顯式的面的標號、檢索、屬性等功能和數(shù)據(jù)。9.4基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的CAD/CAM系統(tǒng)集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(ProductDataManagement，PDM)出現(xiàn)于20世紀80年代初，當時提出這一技術的目的主要是為了解決大量工程圖紙、技術資料的電子文檔管理問題。隨著先進制造技術的發(fā)展和企業(yè)管理水平的不斷提高，PDM的應用范圍逐漸擴展到設計圖紙和電子文檔的管理、材料明細表(BillofMaterial，BOM)管理以及工程文檔的集成、工程變更請求/指令的跟蹤管理等領域，同時成為CAD/CAM集成的一項不可缺少的關鍵技術。9.4.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的概念

1．PDM的基本概念由于PDM技術及其應用范圍發(fā)展太快，人們對它還沒有一個統(tǒng)一的認識，給出的定義也不完全相同。CIMdata國際咨詢公司給出的定義是：PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關的信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結構、權限信息等)和所有與產(chǎn)品相關的過程(包括過程定義和管理)的技術。

GartnerGroup公司給出的定義為：PDM是一個使能器，它用于在企業(yè)范圍內(nèi)構造一個從產(chǎn)品策劃到產(chǎn)品實現(xiàn)的并行化協(xié)作環(huán)境(ConcurrentArt-to-ProductEnvironment，由供應、工程設計、制造、采購、市場與銷售、客戶等構成)的關鍵使能器，一個成熟的PDM系統(tǒng)能夠使所有參與創(chuàng)建、交流以及維護產(chǎn)品設計意圖的人員在整個產(chǎn)品生命周期中自由共享與產(chǎn)品相關的所有異構數(shù)據(jù)，包括圖紙與數(shù)字化文檔、CAD文件和產(chǎn)品結構等。從上面兩個定義可以看出，PDM可從狹義和廣義上理解。狹義地講，PDM僅管理與工程設計相關的領域內(nèi)的信息。廣義地講，它可以覆蓋從產(chǎn)品的市場需求分析、產(chǎn)品設計、制造、銷售、服務與維護的全過程，即全生命周期中的信息?？傊?，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理以軟件為基礎，是一門管理所有與產(chǎn)品相關的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫記錄等)和所有與產(chǎn)品相關的過程(包括工作流程和更改流程)的技術。它提供產(chǎn)品全生命周期的信息管理，并可在企業(yè)范圍內(nèi)為產(chǎn)品設計與制造建立一個并行化的協(xié)作環(huán)境。

2．PDM系統(tǒng)的體系結構如圖9.11所示，PDM系統(tǒng)的體系結構可分為四層，即用戶界面層、功能模塊與開發(fā)工具層、框架核心層和系統(tǒng)支撐層。圖9.11PDM系統(tǒng)的體系結構

1)用戶界面層用戶界面層向用戶提供交互式的圖形界面，包括圖視化的瀏覽器及各種菜單、對話框等，用于支持命令的操作與信息的輸入/輸出。通過PDM提供的圖視化用戶界面，用戶可以直觀方便地完成管理整個系統(tǒng)中各種對象的操作，它是實現(xiàn)PDM各種功能的媒介。

2)功能模塊及開發(fā)工具層除了系統(tǒng)管理外，PDM為用戶提供的主要功能模塊有電子倉庫與文檔管理、工作流程管理、零件分類與檢索、工程變更管理、產(chǎn)品結構與配置管理、集成工具等。

3)框架核心層框架核心層提供實現(xiàn)PDM各種功能的核心結構與架構，由于PDM系統(tǒng)的對象管理框架具有屏蔽異構操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫的特性，因此，用戶在應用PDM系統(tǒng)的各種功能時，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的透明化操作、應用的透明化調(diào)用和過程的透明化管理等。

4)系統(tǒng)支撐層系統(tǒng)支撐層以目前流行的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為PDM的支撐平臺，通過關系數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)操作功能，支持PDM系統(tǒng)對象在底層數(shù)據(jù)庫的管理。9.4.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要功能

PDM系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)倉庫與文檔管理、產(chǎn)品配置管理、工作流程管理、分類與檢索、項目管理等方面。

1．數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫(電子倉庫)是PDM的核心，利用數(shù)據(jù)倉庫可以方便、直觀地實現(xiàn)文檔的分布或管理以及全局共享。數(shù)據(jù)倉庫一般建立在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎上，有的系統(tǒng)擴展了面向?qū)ο蟮墓δ?，其功能是保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性，并支持各種查詢和檢索功能。數(shù)據(jù)倉庫的功能包括：①文件的檢入和檢出；②按屬性的搜索機制；③數(shù)據(jù)對象的動態(tài)瀏覽與導航；④改變數(shù)據(jù)對象的狀態(tài)與屬主關系；⑤分布式文件管理/分布式數(shù)據(jù)倉庫；⑥數(shù)據(jù)對象的安全機制。

2．工程文檔管理

PDM管理產(chǎn)品整個生命周期中所包含的全部數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括：工程設計與分析數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、產(chǎn)品圖形數(shù)據(jù)、專家知識和推理規(guī)則及產(chǎn)品加工數(shù)據(jù)等。它們可分為以下幾類：

(1)原始檔案：包括合同、產(chǎn)品設計任務書、需求分析、可行性論證報告和產(chǎn)品設計說明書等文件。

(2)設計文檔：包括工程設計與分析數(shù)據(jù)。在工程設計數(shù)據(jù)中，一部分是各種設計過程的規(guī)范和標準，以及產(chǎn)品的技術參數(shù)；另一部分是設計過程中生成的數(shù)據(jù)。另外，還有產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、產(chǎn)品圖形信息、各類工作報告、驗收標準及加工NC代碼等。

(3)工藝文檔：CAPP系統(tǒng)在工藝設計過程中所使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，分為靜態(tài)與動態(tài)兩類。靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要是指工藝設計手冊上已經(jīng)標準化和規(guī)范化的工藝數(shù)據(jù)，以及標準工藝規(guī)程等。動態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要是指在工藝規(guī)劃過程中所產(chǎn)生的相關信息。

(4)生產(chǎn)過程的計劃與管理數(shù)據(jù)。

(5)維修服務：如備件清單、維修記錄和使用手冊等說明性文件。所有數(shù)據(jù)可歸納為五種類型的文檔：①圖形文件；②數(shù)據(jù)文件；③文本文件；④表格文件；⑤多媒體文件。

PDM對上述五類文檔采用不同的管理模式。在PDM系統(tǒng)中將有關產(chǎn)品、部件和零件的所有文件集中起來，建立一個完整的描述對象文件目錄，稱為文件集或文件夾。一個文件夾可以包含各種不同類型的文件。工程圖檔(文檔)管理的體系結構如圖9.12所示。圖9.12工程圖檔管理體系結構工程圖檔管理的主要功能如下所述：

(1)圖檔信息定義與編輯模塊：為用戶提供圖檔信息的配置功能，并根據(jù)用戶定義的信息項完成圖檔基本信息的錄入與編輯。

(2)圖檔入庫與出庫模塊：建立圖檔基本信息與圖檔文件的連接關系，實現(xiàn)圖檔文件的批量入庫和交互入庫，并將指定的圖檔文件從數(shù)據(jù)庫中釋放出來，傳送給客戶進行操作。對于數(shù)據(jù)庫中的圖檔文件，支持檢入/檢出功能，保證文件的完整性和一致性。

(3)圖檔瀏覽模塊：可以瀏覽和顯示多種常見格式的文件，如DWG、DXF格式的圖形文件，IGES標準格式的圖形文件，BMP、TIF、PCX、GIF格式的圖像文件，TXT、DOC格式的文本文件，STEP文件及語音文檔等，并提供縮放(Zoom)和平移(Pan)等功能。

(4)圖檔批注模塊：為用戶提供快速、方便的批注功能，支持使用各種用于批注的實體，包括復線、指引文字和云狀線等。用戶可以通過屏幕工具欄選取批注工具，選擇批注圖層名稱、顏色和批注文件名。批注文件可存放在獨立的文件中，以充分保護原始文件。批注中允許撤銷操作。

3．工作流程管理模塊工作流程管理實現(xiàn)產(chǎn)品設計與修改過程的跟蹤與控制。這一功能為產(chǎn)品開發(fā)過程的自動管理提供了保證，并支持企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程重組，以獲得最大的經(jīng)濟利益。工作流程管理的功能是實現(xiàn)對工作過程的建模、控制與協(xié)調(diào)，如圖9.13所示。圖9.13工作流程管理功能

(1)過程定義：在分析過程特點、關鍵環(huán)節(jié)、實施條件等基礎上，定義一系列過程基本單元(任務)。每一任務須定義其輸入、輸出、資源需求、人員要求和時間要求，根據(jù)任務間的依賴關系組織過程。對該過程可以進行仿真，不合理時可以修改，過程定義中有一些優(yōu)化算法。

(2)過程運行：按定義的過程實施數(shù)據(jù)分發(fā)、資源分配和任務下達。

(3)過程監(jiān)控：通過對資源、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和開發(fā)進度的監(jiān)控，及時反映系統(tǒng)中發(fā)生的各種變更，進行過程重組、數(shù)據(jù)監(jiān)控以判斷數(shù)據(jù)流向的正確性，將已產(chǎn)生數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)進行對比，決定是否調(diào)整計劃。工作流程管理運行過程如圖9.14所示。圖9.14工作流程管理運行過程

4．分類與檢索

PDM需要管理大量的數(shù)據(jù)。為了較好地建立、使用與維護這些數(shù)據(jù)，PDM系統(tǒng)提供了快速方便的分類技術。該技術與面向?qū)ο蠹夹g相結合，將具有相似特性的數(shù)據(jù)與過程分為一類，并賦予一定的屬性和方法，使用戶能夠在分布式環(huán)境中高效地查詢文檔、數(shù)據(jù)、零件、標準元件、過程等對象。分類功能是實現(xiàn)快速查詢的支持技術之一。常用的分類技術有：使用智能化的零件序號、成組技術、搜索技術和零件建庫技術。分類管理是將全廠生產(chǎn)的所有零件按其設計和工藝上的相似性進行分類，采用CT技術，形成零件族。每一零件族中諸零件具有相似的設計或制造特性。

PDM的檢索功能是為最大程度地重新利用現(xiàn)有設計創(chuàng)建新的產(chǎn)品提供支持。其主要功能包括：

(1)零件數(shù)據(jù)庫接口；

(2)基于內(nèi)容的而不是基于分類的檢索；

(3)構造數(shù)據(jù)電子倉庫屬性編碼過濾器的功能。

5．產(chǎn)品配置管理產(chǎn)品配置管理以數(shù)據(jù)倉庫為底層支持，以材料清單(BOM)為組織核心，把定義最終產(chǎn)品的有關工程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來，對產(chǎn)品對象及其相互之間的聯(lián)系進行維護和管理。產(chǎn)品對象之間的聯(lián)系不僅包括產(chǎn)品、部件、組件、零件之間的多對多的裝配聯(lián)系，而且包括其他的相關數(shù)據(jù)，如制造數(shù)據(jù)、成本數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品配置管理能夠建立完善的BOM表，用以高效、靈活地檢索與查詢最新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性與完整性控制。產(chǎn)品配置與變更管理的體系結構如圖9.15所示。圖9.15產(chǎn)品配置與變更管理的體系結構產(chǎn)品配置與變更管理的主要功能如下所述：

(1)產(chǎn)品結構定義與編輯：提供了一種快速訪問和修改BOM表的方法，用戶可以定義和修改自己的產(chǎn)品結構，并將產(chǎn)品結構存入數(shù)據(jù)庫中。

(2)產(chǎn)品結構視圖管理：針對產(chǎn)品設計中的不同批次或同一批次的不同階段(如設計、工藝、制造與組裝等)生成產(chǎn)品結構信息的不同視圖，以滿足對同一產(chǎn)品的不同BOM表描述的