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1、,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成,制作：彭浩舸,计算机辅助设计与制造,本章 学习目标,理解CAD/CAM集成系统的概念、体系结构和基本组成 掌握CAD/CAM系统的集成方法 了解产品数据交换标准 理解PDM的基本概念和体系结构 学习基于PDM的CAD/CAM集成系统的集成方式和系统组成,重点：CAD/CAM系统的集成技术和方法,计算机辅助设计与制造,学习内容,CAD/CAM集成技术概述 CAD/CAM集成数据管理 产品数据交换标准 PDM技术集成方案,重点：CAD/CAM数据交换标准,计算机辅助设计与制造,1. CAD/CAM集成技术概述,CAD/CAM集成技术的定义 CAD/CAM
2、的集成方法 CAD/CAM集成的体系结构 CAD/CAM集成系统数据流程图 CAD/CAM集成的关键技术 CAD/CAM集成案例,随着计算机技术日益广泛深入的应用，人们很快发现，采用各自独立的系统不能实现系统之间信息的自动传递和交换，不但影响效率的提高，而且人工转换过程中难免会发生错误,近年来，独立的CAD、CAPP、CAM、CAE、CAFD系统获得了飞速发展，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化等方面起到了重要的作用,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成技术的定义,集成系统应具备基本特征： 数据共享：系统各部分的输入可一次性完成，每一部分不必重新初始化，各子系统产生的
3、输出可为其它有关的子系统直接接收使用，不必人工干预 系统集成化：系统中功能不同的软件系统，按不同用途有机的结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统内信息流畅通，并协调各子系统有效地运行 开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准系统内部，各个组成部分之间易于数据交换、易于扩充系统外部，一个系统能有效地嵌入另一个系统中作为其组成部分，或者通过外部接口，有效地连接、实现数据交换,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成技术的定义,集成系统应具备基本特征： 数据共享：系统各部分的输入可一次性完成，每一部分不必重新初始化，各子系统产生的输出可为其它有关的子系统直接接收使用，不必人
4、工干预 系统集成化：系统中功能不同的软件系统，按不同用途有机的结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统内信息流畅通，并协调各子系统有效地运行 开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准系统内部，各个组成部分之间易于数据交换、易于扩充系统外部，一个系统能有效地嵌入另一个系统中作为其组成部分，或者通过外部接口，有效地连接、实现数据交换,计算机辅助设计与制造,通过专用数据接口实现集成,随着计算机软硬件技术发展和应用CAD/CAM水平的迅速提高，这种集成模式越来越少,被集成的系统之间没有任何联系，必须专门开发接口使两个不同的系统间接地进行沟通； 系统开发商自行开发的专用接口，专为
5、解决自家系列产品之间的信息交换,早期CAD单元系统的独立性非常强，往往是提供一种专门的数据格式，应用非常不便,计算机辅助设计与制造,利用数据交换标准格式接口实现集成,作为系统集成的接口，应用最多的标准数据格式是美国国家标准局（NBS）主持开发的数据交换规范IGES（Initial Graphics Exchange Specification）,为克服专用数据接口集成模式的弊端，有些系统开发商提出用通用数据格式作为系统集成的接口 应用系统数据按标准格式输入/输出，就可集成到一起,比较典型的公用数据交换标准：IGES、STEP、GKS、VDI,计算机辅助设计与制造,基于统一产品模型和数据库的集成
6、,CAD/CAM集成系统通常采用工程数据库,从产品设计到制造的所有环节都与工程数据库有数据交换，实现了数据的全系统共享,工程数据库在存储管理大量复杂数据方面具有独到之处，使以工程数据库核心构建的CAD/CAM集成系统得到了广泛应用,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成的体系结构,新一代CAD/CAM集成系统采用数据驱动型系统 基本出发点：着眼产品整个生命周期，寻求产品数据完全实现交换和共享的途径，以期在更高的程度和更宽的范围实现集成 主要途径：采用STEP产品数据交换标准，逐步实现统一的系统信息结构设计和系统功能设计,从应用角度，CAD/CAM集成系统一般采用 递阶控制体系结构，包括公司、
7、厂/所、工作站（单元）及设备等五层,计算机辅助设计与制造,递阶控制的体系结构,从应用角度：CAD/CAM集成系统，一般采用递阶控制体系结构，包括公司、厂/所、车间、工作站（单元）及设备等五层,主要任务是市场预测、生产规划及资源规划、对向厂/所下达的任务及进度进行宏观调控,根据公司下达的计划任务，以产生管理功能为核心，制定主生产计划、物料需求计划、生产能力需求计划，并向EDS和MAS分别下达设计任务和生产任务；制定质量规划、检测计划、综合质量管理信息、向车间下达产品质量的管理任务；完成无图纸的CAD、CAPP、CAFD和CAM任务,从计算机实现角度： CAD/CAM系统的层次结构可分为计算机硬件
8、与系统软件、网络、数据库、应用集成框架/协同工作环境及应用软件五层,计算机辅助设计与制造,递阶控制的体系结构,从应用角度：CAD/CAM集成系统，一般采用递阶控制体系结构，包括公司、厂/所、车间、工作站（单元）及设备等五层,对工厂层下达的生产计划进行分解和车间作业调度仿真，并向各工作站下达并监控刀夹具、物料调度及加工任务；向工作站层下达并监控有关质量检测任务；向工厂层反馈车间生产状态和系统状态,向各工作站管辖的设备下达工作任务，完成物料库的数据采集、监控和管理，向各测量设备分配检测任务，并进行管理和监控；向车间层提供加工、库存及测量等多类数据,完成各类加工、测量和物料储运工作,从计算机实现角度
9、： CAD/CAM系统的层次结构可分为计算机硬件与系统软件、网络、数据库、应用集成框架/协同工作环境及应用软件五层,计算机辅助设计与制造,递阶控制结构图,计算机辅助设计与制造,CAD/CAPP/CAM集成系统数据流程图,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成的关键技术,特征技术 集成数据管理 产品数据交换标准 集成框架,CAD/CAM集成的关键是CAD、CAPP、CAM、CAE之间的数据交换与共享,建立CAD/CAE/CAPP/CAM范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型，运用产品数据交换技术，实现 CAD、CAE、CAPP和CAM间的数据交换与共享 该模型不仅要求能支持设计与制造各阶段所
10、需的产品定义信息（几何信息、拓扑信息、工艺和加工信息），而且应该提供符合人们思维方式的高层次工程描述语义特征，表达工程师的设计与制造意图,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成的关键技术,特征技术 集成数据管理 产品数据交换标准 集成框架,CAD/CAM集成的关键是CAD、CAPP、CAM、CAE之间的数据交换与共享,已有CAD/CAM系统集成，主要通过文件实现CAD与CAM之间的数据交换，不同子系统文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高 为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，采用工程数据库管理系统来管理集成数据，使各系统之间直接进行信息交换
11、，真正实现CAD/CAM之间信息交换与共享,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成的关键技术,特征技术 集成数据管理 产品数据交换标准 集成框架,CAD/CAM集成的关键是CAD、CAPP、CAM、CAE之间的数据交换与共享,产品数据交换标准是CAD/CAE/CAPP/CAM集成的重要基础 为了提高数据交换的速度，保证数据传输完整、可靠和有效，必须采用通用的标准化数据交换标准,集成框架对实现并行工程协同工作至关重要 多用户并行工作，数据的共享和传送通过网络和数据库实现，需要解决异构网络和不同格式数据的数据交换问题,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成案例,基于CAXA的涂布机CAD/CA
12、M一体化解决方案应用流程 示例,计算机辅助设计与制造,第一阶段，订单确认即涂布机立项过程,人物：项目主管 内容：接到订单开始立项过程 步骤：新建机型 配置人员及权限 导入项目任务书 导入技术指标说明 完成立项,计算机辅助设计与制造,第二阶段，涂布机原型设计过程,人物：设计组长 内容：接到设计任务开始概念设计 步骤：新建三维零部件 新建涂布机二维示意图 新建二维布局图 三维导入二维布局图 放置零部件 搭建总装配 完成概念设计,计算机辅助设计与制造,第三阶段，涂布机详细设计过程,人物：设计员A 内容：三维设计、装配及二维出图 步骤：三维零部件设计 三维部件装配 导入三维部件 自动三维部件生成二维装
13、配图,计算机辅助设计与制造,第三阶段，涂布机详细设计过程,人物：设计员B 内容：三维运动仿真 有限元分析 步骤：运动部件选取 运动附 运动仿真 导入三维零部件 选择材质 加载荷 应力分析,计算机辅助设计与制造,第四阶段，涂布机零部件工艺设计过程,人物：工艺员A 内容：工艺编制过程 步骤：选取自制件二维图 编制工艺路线 填写工序卡片 完成工艺编制,计算机辅助设计与制造,第五阶段，涂布机生产过程,人物：数控编程 内容：工艺编制过程 步骤：导入加工模型 定义毛坯、加工工艺参数 生成加工轨迹 数控仿真 输出工艺清单、加工代码 加工执行,计算机辅助设计与制造,2. CAD/CAM集成数据管理,CAD/C
14、AM集成中的数据类型 异构分布式数据库系统 CAD/CAM集成环境工程数据库管理系统,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成中的数据类型,产品数据模型可以理解为所有与产品有关的信息构成的逻辑单元集成，不仅包括产品生命周期内的全部相关信息，而且在结构上应清楚地表达这些信息的关联特性,工程设计和分析数据： 产品模型数据： 产品图形数据： 专家知识和推理规则： 产品的加工数据：,CAD/CAM集成过程中要利用和生成大量工程数据：,CAD/CAM工程数据的特点：,数据结构复杂： 数据联系复杂 要求数据具有一致性 数据使用和管理复杂,计算机辅助设计与制造,异构分布式数据库系统,由于CAD/CAM各子系
15、统的数据库往往分布在不同的地方，而且共享数据环境是异构的（即硬件、网络、操作、数据环境不同），集中式数据库系统不能适应要求,分布式数据库系统开放体系结构中最引人注明的是基于客户/服务器的分布式数据库系统,计算机辅助设计与制造,CAD/CAM集成环境工程数据库管理系统,计算机辅助设计与制造,3. 产品数据交换标准,图形软件标准 产品数据交换标准,数据格式标准是规范产品设计的一种描述式语言,用来实现CAD 工具或设计师之间的数据传递、原理图和版图之间的数据交换以及设计与制造测试之间的无缝衔接,历史上 CAD、CAM 软件最初开发过程中的孤岛显现，导致了数据表示格式的不统一，使用不同系统、不同模块间
16、的数据交换难于进行，数据交换欠缺标准化间接导致了设计/ 制造的成本上升，影响了CAD/CAM集成，因此提出了通用的数据交换规范,计算机辅助设计与制造,图形软件标准,计算机图形硬件设备和各种类型的图形软件系统不断地推出的过程中，由于系统开发者不同等诸多原因，通用性较差，影响计算机图形学的进一步的发展，从而导致了计算机图形标准的出现,70年代初，开始研究计算机图形软件功能标准化问题； 1974年美国成立了图形标准化规划委员会（GSPC），提出了其提出了世界上第一个图形标准方案Core；同期，德国制订出著名的GKS标准；,1985年计算机图形信息标准既计算机图形核心系统（GKS）正式颁布； 之后，三维图形核心系统(GKS-3D)、程序员层次交互式图形系统(PHIGS)、计算机图形原文件（CGM）、计算机图形接口(CGI）、初始图形交换规范(IGES)以及产品数据交换标准(STEP)等相继制订并颁布,计算机辅助设计与制造,产品数据交换标准,随着各种数据交换标准的开发与问世，人们逐渐认识到，为解决不同的C
