基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成

CAD/CAPP/CAM的集成是CIMS的关键技术之一。目前，集成的方法主要有三种，即基于几何造型的CAD系统与CAPP系统的专用集成方法、CAD系统与CAPP系统的通用集成方法、CAD与CAPP系统通过共享数据库的集成方法。在我们所实施的CIMS中，CAD/CAPP/CAM各分系统都基于同一的PDM产品IMAN（InformationManagement）集成平台。在该平台的基础上，按照STEP标准，采用特征格式文件和共享数据库相结合的集成方法，实现了CAD、CAPP及CAM之间的信息集成。

     1、PDM产品特点概述

　　PDM是以软件为基础的技术，其内涵是集成并管理与产品有关的信息与过程。总结起来，PDM主要有以下功能：文档管理；产品结构及配置功能；工作流程控制等。
　　作为PDM产品之一的IMAN，是在关系型数据库系统ORACLE的基础上，加上一个面向对象的层来实现的。IMAN用户可以通过接口层UIL（UserInterfaceLayer）来操纵工程数据库中的数据。既能交互实现，也可以利用IMAN-ITK（IntegratedToolkit）开发工具通过编程来实现，大大丰富了访问数据的途径。

    2、基于PDM的CAD、CAPP及CAM应用系统概述

    2.1　CAD特征造型系统
　　CAD系统以I-DEAS软件为平台，采用特征造型方法，在I-DEAS所定义特征的基础上，建立了外部特征库，并生成了零件的全信息模型。经过进一步的信息提取和匹配，将设计信息传给CAPP，从而满足了CAD/CAPP/CAM集成的需要。
    2.2　创成式CAPP系统
　　创成式CAPP系统采用特征框架理论建立零件特征信息模型，设计专家系统，在工艺资源库和工艺知识库的基础上创成零件工艺。基于特征树理论和面向特征的分类理论，创成式CAPP系统将零件看作是一棵由许多形状特征构成的特征树，对零件的特征进行分类和归纳，并采用IDEF1x的方法进行建模。
    2.3　CAM系统
　　CAM系统建立在I-DEAS软件GM（GeneralManufacturing）模块基础上，根据创成式CAPP系统生成的工序内容，生成加工参数，进而实现刀位文件生成及加工轨迹仿真，经过后置处理自动生成NC程序。

    3、CAD/CAPP/CAM系统集成方案

    3.1　系统结构
　　CAD/CAPP/CAM集成接口结构如图1所示，它实际上包括三个部分，即CAD/CAPP集成接口，CAD/CAM集成接口以及CAPP/CAM集成接口。CAD/CAPP集成接口将CAD特征造型后的特征文件向CAPP特征数据进行映射，并通过IMANITK工具存入数据库中。CAD/CAM集成接口分为两个部分，一部分采用I-EDAS内部的集成接口，将CAD实体模型转换到CAM中，另一部分则通过ITK编程，将CAD特征模型的点面信息（拓扑信息）映射成CAM所需的实体加工模型信息。CAPP/CAM集成接口将存放在数据库中的CAPP系统生成的工艺过程及工序内容信息转换为GM专用数据文件格式。

图1　CAD/CAPP/CAM集成接口结构

    3.2　CAD/CAPP/CAM集成方案
　　所实施的CIMS中CAD/CAPP/CAM集成方案如图2所示。

图2　CAD/CAPP/CAM集成体系#p#分页标题#e#

　　这种集成体系有如下特点：
　　（1）各单元以应用系统封装的形式统一于集成平台　墙板、凸轮类零件CAD应用系统、创成式CAPP系统和CAM系统都以Dataset的形式封装在IMAN下，保证了用户界面的统一和对一切与设计、制造相关过程的统一管理，从而在软件层上实现了集成。
　　（2）在集成方法上采用了文件与共享数据库相结合的方法　在该CIMS中，墙板、凸轮类零件CAD应用系统以专用格式文件作为输出，这使得CAD/CAPP、CAD/CAM的集成接口主要采用专用格式文件的方法。而CAPP/CAM的集成接口主要是基于共享数据库的。
　　（3）采用STEP标准的零件特征信息建模　该系统的零件特征信息模型严格按照STEP标准，特征之间的转换与映射也按照STEP方法进行。
　　（4）数据文件存储统一、获取方便　CAD、CAPP、CAM系统所有数据文件统一存储在IMANVolume下，由IMAN统一管理。这既保证了文件读取的方便性，又使得文件具有保护机制，不能在IMAN之外被随意修改。

    4、集成接口信息模型的建立

　　CAD/CAPP/CAM集成接口信息采用STEP描述语言EXPRESS。在EXPRESS中，实体由属性定义而成。这些属性可以是简单的数据类型（例如整数），或者是另一实体类型。
　　为了衔接CAD输出的特征文件和CAPP所需的特征对象，在所实施的CIMS中CAD/CAPP/CAM集成接口系统将实体分为三类，即尺寸实体、几何元素实体和加工实体。
    4.1　尺寸实体
　　尺寸实体主要描述尺寸组成、实体之间的尺寸关联等，包括长度尺寸、度尺寸、长度关联尺寸以及角度关联尺寸等。
　　在尺寸实体中，首先应定义抽象超类。所谓抽象超类，是指其本身不被实例化的父类。其本身可以包含属性，属性后的关键字表明它们所属的数据类型，属性将被其所有子类所继承。其次在抽象超类的基础上，定义尺寸实体的子类模型。
    4.2　几何元素实体
　　几何元素是形成创成式CAPP零件特征几何形状的基本要素。几何元素实体包括坐标轴、矢量方向、点、曲线（主要指凸轮轮廓曲线）及面等实体。
    4.3　加工实体
　　如前所述，加工实体对应于创成式CAPP所处理的特征。这些特征由所定义的尺寸实体和几何元素实体以及其自身所带有的若干属性和约束条件组成。
　　与前两类实体一样，加工实体也定义了其抽象超类。其下有基本特征、复合特征和分布特征三大类。我们把由尺寸实体、几何元素实体以及其自身的属性所组合而成的CAPP特征称为基本特征，如通光孔、U型槽等。若干基本特征实体可以组合成复合特征，如台阶孔可看作是由几个通光孔特征复合而成。基本特征按照矩形或圆周分布形成分布特征。

    5、结　论
　　PDM是构筑在关系型数据库基础上的集成平台，以一个共享数据库为中心，可以跨越操作系统平台与应用软件平台，能够实现多平台的信息集成。建立在PDM上的CAD/CAPP/CAM集成体系，充分利用了其对数据和软件集成的特点，并以STEP标准为指导，采用EXPRESS描述语言，建立了涵盖所有集成接口的信息模型。从而，采用基于STEP标准的CAD文件和共享数据库相结合的方式，实现了以PDM为平台的CIMS环境中CAD/CAPP/CAM的信息集成。#p#分页标题#e#