第十章产品数据交换技术

第十章产品数据交换技术学习目标：掌握产品数据交换方式，了解常用的产品数据交换标准。学习重点：产品数据交换方式。学习难点：产品数据交换标准。学习建议:本知识点中抽象内容较多，理论性很强，有一定难度，应首先理解和掌握基本概念，在此基础上，结合软件学习具体的应用。学习内容：内容知识点学习要求产品数据交换技术产品数据交换方式掌握产品数据交换标准了解思考题第一节产品数据交换方式产品数据交换方式主要有：(1)通过专用数据格式的文件交换产品信息；(2)通过标准数据格式的中性文件交换产品信息；(3)通过统一的产品模型交换产品信息。１、通过专用数据模式文件交换产品信息的集成方式（点对点交换）这种集成方式如图10-2所示。这种方式，各应用系统所建立的产品模型各不相同，相互间的数据交换需要存在于两个系统之间。其特点是原理简单，转换接口程序易于实现，运行效率较高。但当子系统较多时，接口程序增多（若有n个子系统，则其内部用于数据交换的最大接口数为Im＝2C个，增加一个新子系统需增加的最大接口数为△Im=2n个），而且编写接口时需要了解的数据结构也较多，当一个系统的数据结构发生变化时，引起的修改量也较多。这是CAD/CAPP/CAM系统发展初期所采用的集成方式。２、标准数据格式的中性文件交换产品信息的集成方式（星式交换）这种集成方式如图10-3所示。系统中存在一个与各子系统无关的标准格式，各子系统的数据通过前置处理转换成标准格式的文件。各子系统也可以通过后置处理。将标准格式文件，转换为本系统所需要的数据。这种集成方式，每个子系统只与标准格式文件打交道，无需知道别的系统细节，为系统的开发者和使用者提供了较大的方便，并可以减少集成系统内的接口数（其用于数据交换的最大接口数为Im=2n，增加一个子系统需增加的最大接口数为△Im=2）和降低接口维护难度。但这种集成方式需要解决各子系统间模型统一问题，且运行效率较低，也不能算是一种十分理想的集成方式。３、通过统一的产品模型交换信息的集成方式这种集成方式如图10-4所示。这种方式采用统一的产品数据模型，并采用统一的数据管理软件来管理产品数据。各子系统之间可直接进行信息交换，而不是将产品信息转换数据，再通过文件来交换，这就大大地提高了系统的集成性。这种方式是STEP进行产品信息交换的基础。图10-2通过专用数据格式的文件交换产品信息图10-3通过标准数据格式的文件交换产品信息图10-4通过统一的产品模型交换信息第二节产品数据交换标准为了满足CAD/CAM集成的需要，提高数据交换的速度，保证数据传输的完整、可靠和有效，则必须使用通用的数据交换标准。下面将目前世界上几种著名的数据交换标准作一介绍。一IGES标准IGES是在美国国家标准局的倡导下，由美国国家标准协会(ANSI)公布的美国标准，是CAD/CAM系统之间图形信息交换的一种规范。它由一系列产品的几何、绘图、结构和其它信息组成，可以处理CAD/CAM系统中大部分信息，是用来定义产品几何形状的现代交互图形系统。IGES的1.0版本，偏重于几何图形信息的描述。IGES2.0版本扩大了几何实体范围，并增加了有限元模型数据的交换1987年公布的第三版本，能处理更多的制造用非几何图形信息。1989年公布的第四版本，增加了实体造型的CSG表示，1990年公布的第五版本，又增加了实体造型的B-rep表示。１、IGES描述IGES用单元和单元属性描述产品几何模型。单元是基本的信息单位，分为几何、尺寸标注、结构、属性等四种单元。IGES的每一单元由两部分组成，第一部分称为分类入口或条目目录，具有固定长度；第二部是参数部分，是自由格式，其长度可变。几何单元包括点、线、圆、二次曲线、参数样条以及直纹面和旋转面等。标注尺寸单元有：字符、箭头线段和边界线，能标注角度、直径、半径、直线等尺寸。结构单元用来定义各单元之间的关系和意义。属性单元是描述产品定义的属性。２、IGES文件格式IGES的文件格式分为ASCII格式与二进制格式。ASCII格式便于阅读，二进制格式适于传送大容量文件。ASCII格式已分为定长和压缩两种形式。固定行长的格式中，每行为80个字符，由若干行组成一个文件。文件分成开始段、全局参数段、条目目录段、参数数据段、结束段、标志段。第１行的第73列如果是Ｂ，则是二进制文件，如果是Ｃ，则是压缩二进制文件。下面以固定行长的ASCII文件的格式为例作一说明。开始段：提供人们阅读文件的序言。每行的第73列有字母Ｓ，第74至80列为序号。全局参数段：包括描述前置处理与置处理的有关信息。例如参数界符、文件名、前置处理文本、接受系统标识符以及作者、版本等。所有记录的第73列均有字母G,74至80列为序号。条目目录段：为文件提供一个索引。每行的第73列为字母Ｄ，第74-80列为序号。文件的每个实体都在目录中占有一个条目。条目占两行。每８个字母组成一个域，共20个域。每个域的内容：1)实体类型号；2)指向本实体参数数据记录第１行的指针；3)指向结构的指针；4)线型模型；5)层；6)视图；7)变换矩阵；8)与标号显示有关的指针；9)状态号；10)序号；11)同域；12)线宽加权值号；13)颜色号；14)实体参数数据记录行数；15)格式号；16)和17)保留；18)实体标号；19)实体下标；20)同域10)。参数数据段：列出实体的参数数据。每行的第73列有字母Ｐ。数据按自由格式排列，第１个域含有实体类型。结束段：标志文件的结束占一行。第73列为Ｔ。该行分为10个域，第10域为结束段，该域中填T0000001。下面通过图10-12所示的图形介绍IGES接口数据文件中的实例。３、IGES的前后处理程序IGES是一种中性文件。将某种CAD/CAM系统的输出转成IGES文件时需经前置处理程序处理。IGES文件传至另一种CAD/CAM系统时则需经过后置处理程序处理。因此要求各种应用系统必须具备相应的前后置处理程序，以便利用IGES文件的传递产品的信息。４、IGES标准的缺点IGES标准的缺点主要表现在以下几个方面：首先IGES中定义的实体主要是几何图形方面的信息，而不是产品定义的全面信息。它的目的是在屏幕上显示图形或用绘图机绘出图形、尺寸标注和文字注释。所有这些都是供人理解的，而不是面向计算机的，所以不能满足CAD/CAM集成的要求。其次，IGES对数据传输不可靠，往往一个CAD系统只有一部分数据能转换成IGES数据，在读入IGES数据时，也经常有部分数据被丢失。此外IGES的一些语法结构有二义性，不同的系统会对同一个IGES文件给出不同的解释，这可能导致数据交换的失败。第三个缺点是它的交换文件所占的存储空间大，影响数据文件的处理速度和传输效率。SAMPLEPARTS0000001开始段11H112C87901.5,11HIGESSAMPLES,6HME1.00,1H1,16,11H112C37901.5G00000011.2,2hmm,0,0.01,13H012880,093243,4HT。BAN,4HBCACG0000002124000000011000100D00000011241MTX1D00000021100000002111000000D0000003110011L1D0000004110000003111000000D0000005110011L2D0000006:124,1.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,00000001P0000001110,20.0,20.0,0.0,50.0,0,20.0,0.0;000000003P0000002110,50.0,20.0,0.0,50.0,40.0,0.0;000000005P0000003110,55.0,50.0,0.0,75.0,30.0,0.0;000000007P0000004T000000S0000001G0000002D0000032P00000016结束段二STEP标准STEP标准是一个关于产品数据的计算机可理解的表示和交换国际标准。其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的产品数据。产品生命周期包括产品的设计、制造、使用、维护、报废等整个周期。这种描述不仅适合于中性文件转换，而且是实现和共享产品数据库以及存档的基础。产品在生命周期的各个过程产生的信息既多又复杂，而且分散在不同的部门和地方。这就要求产品信息应以计算机能理解的形式表示，而且在不同的计算机系统之间进行交换时保持一致和完整。产品信息的交换包括信息的存储、传输、获取和存档。产品数据的表达和交换，构成了STEP标准。STEP把产品信息的表达和用于数据交换的实现方法区别开来。图10-5二维图形STEP标准包括以下五个方面的内容：1)标准的描述方法；2)集成资源；3)应用协议；4)实现形式；5)一致性测试和抽象测试。１、标准的描述方法STEP的体系结构是应用层、逻辑层、物理层三个层次构成。最上层是应用层，包括应用协议及对象的抽象测试集，这是面向具体应用的一个层次。第二层是逻辑层，包括集成通用资源和集成应用资源及由这些资源建造的一个完整的产品模型。它从实际应用中抽象出来，并与具体实现无关。最低层是物理层，包括实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。STEP采用参照模型和形式定义语言进行模型的描述。参照模型可以用来构造其它的模型。不论是应用层还是逻辑层，均由许多参照模型组成。高层次的参照模型可以由低层次的参照模型构成。EXPRESS语言是IPO(IGES/PDESOrganization)专门开发的形式定义语言。采用形式化数据规模规范语言的目的是保证产品描述的一致性和无二义性，同时也要求它具有可读性及能被计算机所理解。EXPRESS语言就是根据这些要求制订的，它是一种信息建模语言，它提供了对集成资源和应用协议中产品数据进行标准描述的机制。有关EXPRESS语言的详细内容见ISO10303－11EXPRESS语言参考手册。２、集成资源STEP逻辑层统一的概念模型为集成的产品信息模型，又称集成资源。它是STEP标准的主要部分，采用EXPRESS语言描述。集成资源提供的资源是产品数据描述的基础。集成资源分为通用资源和应用资源两类，通用资源在应用上有通用性，与应用无关；而应用资源则描述某一应用领域的数据，它们依赖于通用资源的支持。通用资源部分有产品描述与支持的原理、几何与拓扑表示、结构表示、产品结构配置、材料、视图描绘、公差和形状特征等。应用资源部分有制图、舶体结构和有限元分析等。产品描述与支持的基本原理包括通用产品描述资源、通用管理资源及支持资源三部分。应用资源部分有制图、舶体结构和有限元分析等。关于集成资源标准的详细内容见ISO10303－41～48，ISO10303-101～105。３、应用协议STEP标准支持广泛的应用领域，具体的应用系统很难采用标准的全部内容，一般只实现标准的一部分，如果不同的应用系统所实现的部分不一致，则在进行数据交换时，会产生类似IGES数据不可靠的问题。为了避免这种情况，STEP计划制订了一系列应用协议。所谓应用协议是一份文件，用以说明如何用标准的STEP集成资源来解释产品数据模型文本，以满足工业需要。也就是说，根据不同的应用领域的实际需要，确定标准的有关内容，或加上必须补充的信息，强制要求各应用系统在交换、传输和存储产品数据时应符合应用协议的规定。关于应用协议的标准详细内容见ISO10303－202～ISO10303-208。４、实现形式STEP标准将数据交换的实现形式分为四级：第一级为文件交换；第二级为工作格式(Workingform)交换；第三级为数据库交换；第四级为知识库交换。对于不同的CAD/CAM系统，可以根据对数据交换的要求和技术条件选取一种或多种形式。文件交换是最低一级。STEP文件有专门的格式规定，利用明文或二进制编码，提供对应用协议中产品数据描述的读和写操作，是一种中性文件格式STEP文件含有两个节：首部节和数据节。首部节的记录内容为文件名、文件生成日