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1、CAD/CAP P /CAM/CAE 系统集成关键技术及其实现方法黄 烨（浙江工业职业技术学院 数控分院，浙江 绍兴 312000）摘要：在介绍 CAD/ CAPP/ CAM/ CAE 系统功能及组成的基础上，分析了该系统的集成关键技术及实现方式。关键词：CAD/ CAPP/ CAM ；系统集成；关键技术中图分类号：TH166文献标识码：B文章编号：1672- 545X（2009）12- 0054- 03CAD/CAE/CAPP/CAM 的集成，能够实现 CIMS 产品的设计、分析、工艺规划、数控加工及质量检验等工程活动的自动 化处理，提高产品质量，降低成本，缩短生产周期。（4）CAPP 模块
2、。借助于 CAD 生成的工程图，完成加工工艺设计，输出数控加工程序。（5）DBMS 模块。数据库管理系统，完成各个模块间的数 据传递与交换，并按要求输出相关表格。集成系统总体结构1CAD/CAP P /CAM/CAE 系统集成关键技术2随着并行工程和计算机图形处理技术、图形输入和工程图样识别、产品造型技术、参数化设计方法、工程数据管理技 术、数据交换等技术的发展，以及基于 CORBA 组件技术的 ERP /CAx 集成、 基于本体和 PIM 的 PDM /CAx 集成、CAx/PDM /ERP 系统的发展，同时随着企业需求层次的不同， CAD/CAPP/CAM/CAE 集成系统有不同形式，但都
3、由以下 5 部 分组成：（1）CAD 模块。由 CAD 系统组成，主要功能为建立零件 实体、装配实体造型及生成工程图。（2）CAE 模块。进行静力学分析、动力学分析及运动仿 真。若分析结果存在问题，可通过三维造型软件修改初始设计 方案，重新进行分析，直到结构正确为止。（3）CAM 模块。用于数控结构代码的自动编制，若加工方 面存在问题，可通过后置处理模块修改初始设计方案，直到正 确为止。CAD/CAPP/CAM/CAE 的集成，要求产品设计、工艺分析、加工模拟直至产品制造过程中的数据具有一致性，能够直接在系统间传递，但目前所使用的 CAD、CAE、CAPP、CAM 系统 是各自独立发展起来的，
4、彼此的数据模型互不相容。CAD 系统 主要用于完整地描述零件几何信息，但对于非几何信息，如精 度、公差、表面粗糙度和热处理等，则没有在计算机内部逻辑 结构中得到充分表达；CAM 加工所需的上述非几何信息，包 括大量加工特征信息需要，无法自动从 CAPP 中提取，需要手 动输入，人为干预量大。因此，实现数据在各部分之间自由交 换，实现信息的高度共享，成为 CAD/CAPP/CAM/CAE 系统集 成的关键。2.1产品数据交换标准与集成数据管理 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。产品数据交换标准 是 CAD/CAPP/CAM/CAE 集成的重要
5、基础。已有的 CAD/CAM 系统集成，主要通过文件来实现 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CAD 模块三维 CAD 系统CAE 模块模 块N修 改 信 息修 改 信 息静力学分析三维 实体 造型化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，动力学分析 N软 件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N运动仿真接进行信息交换，真正实现 CAD/CAM 之间信息交换与共享。数 据 库 管 理 系统工程图设计定义各模块间的接口关系，使各模块功能单一以保持模块之间的相对独立，并保证软件的并行
6、开发、修改和扩展方便。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，以使多用户并行工 作共享数据。数据的访问可采用客户机 / 服务器二层结构或 三层结构、多层结构等工作模式，集成框架对实现并行工程协CAPP 模块CAPP 系统CAM 模块CAM 系统工 艺 规 程后置处理工 艺 设 计工艺知识获取工艺规则知识库 推理规则、规划决策NCNC加工 仿真NCAEDBMS2.2特征识别技术建立 CAD/CAPP/CAM/CAE 范围内相对统一的、基于特征 的产品定义模型，并以此模型为基础，运用产品数据交换技 术，实现 CAD、CAPP、CAM 间的数据交换与共
7、享。该模型不仅 要求能支持设计与制造各阶段所需的产品定义信息 (几何信 息、拓扑信息、工艺和加工信息)，而且还应该提供符合人们思 维方式的高层次工程描述语义特征，并能表达工程师的设计 与制造意图。特征识别是将几何模型的某一部分与预定义的特征型相 比较，识别出相匹配的特征例，从而实现直接从几何模型数据 库中获得所需要的输入信息。特征识别包括形位公差和粗糙 度的符号特征识别。形状特征识别的实现包括：搜寻特征库，匹配拓扑几何模 式；从数据库中提取已识别的特征；确定特征参数(如孔径、槽 深等)；完成特征的几何模型；将简单的特征进行组合，以获得 高级特征。实现的关键技术主要有：匹配、构形元素(点、线、面
8、 等)生长、体积分解和从构造实体几何表示法(CSG 树)中识别 特征等。采用特征识别技术从 CAD 中获取 CAPP 所需信息，基 于模式识辨理论的特征技术是实现 CAX 系统集成的有效方 法，它是从产品的实体模型出发，自动识辨出具有一定工程意 义的加工特征，进而生成产品的特征模型和制造信息。采用特征设计的方法，可以把产品的几何信息和拓扑几 何信息紧密的联系起来，构造产品模型，实现对零件的准确描 述，并简化零件设计规范。2.3OLE /COM 技术CAD/CAPP/CAM/CAE 的集成，需要连接各相应模块和程 序，OLE(Object Linking and Embedding 对象连接与嵌
9、入)提供了 一种以应用程序控制其他应用程序的技术，采用 OLE 技术可 以将 AutoCAD, Pro/E, UG 等软件嵌入到 PDM 系统中，用户在 PDM 统一的用户界面中，可以方便地实现 CAX 软件的各种功 能，也能及时地将设计过程中产生的设计数据整理保存，并把 设计的图纸文件、工艺文件统一管理起来。2.4CAP P 技术CAPP 确定加工过程、加工内容、所需机床、刀具、工时定 额等，作为信息集成的中枢，CAPP 是连接 CAD 和 CAM 之间 的桥梁和纽带。同 CAD、CAM 等计算机辅助技术相比，CAPP 在应用方面仍是薄弱环节，需要大量人为干预。在制造企业 中，最终产品在整个
10、生命周期内的工艺设计，通常涉及到产品 装配、机械加工、钣金冲压、焊接、热表处理、毛坯制造、返修处 理等各类工艺设计，在一般产品的机械加工工艺中，通常涉及 到回转体类零件、箱体类零件、支架类零件等各种零件类型。 显然，若采用以零组件为主体对象的 CAPP 应用模式，CAPP 在企业的应用只能是局部的应用，必将造成企业工艺管理上 的不一致与不协调，阻碍 CAPP 的应用和发展。因此，应以整 个产品为对象，实现产品工艺设计与管理的一体化，建立企业 制造工艺信息系统。所以，CAPP 系统首先应是以产品工艺数 据为中心的集工艺设计与信息管理为一体的交互式计算机应 用系统，并逐步集成检索、修订、创成等多工
11、艺决策混合技术 及多人工智能技术，实现人机混合智能和人、技术与管理的集成，逐步和部分实现工艺设计与管理的自动化。CAD/CAP P /CAM/CAE 系统集成实现方式3国内外著名的 CAD/CAM 软件，其总体趋势朝着产品做大功能做全方向发展，致使其价格越来越高，不能满足不同行业 客户的特殊要求，对于许多产品专门化程度高的用户来说，只 用其部分功能模块或需要重新开发；中小制造企业需要投入 产出比小的辅助加工软件，购买大而全的 CAD/CAM 软件，不 仅经济上不堪重负，而且资源上也未得到充分利用；同时，这 些大型软件功能全，但有些功能比较弱，还需要利用其他相关 软件才能完成产品全部设计与制造。
12、目前 CAD/CAPP/CAM/CAE 集成系统开发主要有两种途径：（1）开发全新的 CAD/CAPP/CAM/CAE（或 CAD/CAM）集 成系统。例如，以 Windows 为平台，以 STEP 作为产品数据交换 标准，以 ORACLE、ACCESS 等相关软件为数据库管理系统，利 用开发语言如 VC6.0+，借助于 ACIS 和 HOOPS 进行系统开 发，完成各模块功能，这种方法难度较大，目前仅用于结构比 较简单、大批量生产的零件，如轴类、箱体类零件。（2）利用已有的软件，进行二次开发。如利用 VC6.0+ 和具有强大的三维造型、工程图功能、CAM 功能的 PRO/E、UG、CATIA
13、 等软件，分析软件则采用 Ansys 等。CAD/CAP P /CAM 集成实现的实例4以 UG 和 Pro/E 的二次开发为例，予以说明。UG/Open 主要包括 UG/Open MenuScript，UG/Open UIStyle，UG/Open API 和 U G/ Open GRIP。UG/Open API 提供了对 UG的各种数据库对象进行访问、操作和控制的用户函数（User Function），允许 C 或 C+ 程序调用，功能强大，比较适用于大 型程序模块的开发。由于 UG 程序不能直接使用 MFC 对话框 资源，采用动态链接库(DLL)方式实现二者的通信，因为通信是 通过直接的
14、函数调用来实现，所以有执行速度快的优点，接口 方案如图 2 所示。DLL方式DLL方式UG/Open 内部程序(A.dll)MFC 应用程序(B.dll)UG 系统图 2 UG 与 MFC 的接口实现方案Pro/TOOLK 是 Pro/E 的一个应用程序接口(API)，其编程语 言是 C 语言，可以对 Pro/E 进行功能扩展，满足 PTC 客户的特 定需求。而且，Pro/TOOLK 提供了定制标准 Pro/E 用户界面的 能力，自动执行重复性的程序，通过 Pro/E 集成的内部程序 (Dll)或外部应用程序（Exe）可以为造型用户提供自定义的应用 程序、设计规划和绘图自动化。Pro/TOOL
15、KIT 是 Pro/E 软件系统自带的二次开发模块，可 以直接访问 Pro/E 软件的最底层数据库资源，几乎能够访问所 有 Pro/E 的资源，Pro/E 与 MFC 的接口就是 Pro/E 系统调用 MFC 应用程序的途径。Pro/E 系统、Pro/TOOLKIT 应用程序与调用实现的，所以有执行速度快的优点,接口方案如图 3。参考文献：1 苏守宝，范王康，等. CAx 集成研究与应用模式J. 现代制造工程，2009（, 4）：137- 142.2 潘国新，王斌修. 现代制造业 CAx/PDM /ERP 系统集成研究J. 机 械，2007, 34( 11)：67- 70.3 万 能，莫 蓉，
16、陈泽峰，等. CAD 系统与异构数字化系统互操作技 术研究J. 计算机集成制造系统，2008，14( 6): 1085- 1089.4 邵晓东，陈 锋，刘焕玲，等. 基于特征的异构 CAD 模型转换技术 研究J. 中国机械工程，2007, 18 (1)：60- 64.5 林建冬，原思聪，郑建校. 基于 P ro/E 与 ANSYS 的 CAD/C AE 数据 交换方法研究J. 工程机械，2007，（8）：32- 36.DLL 方式DLL 方式Pro/TOOLKIT 程序(A.dll)MFC 应用程序(B.dll)Pro/E 系统图 3 MFC 的接口实现方案结束语5CAD/CAPP/CAM/C
17、AE 的集成，实现了 CAD、CAE、CAPP、CAM 各部分之间的信息自动交换，实现了不同平台的产品模The Ke y Te chnologie s a nd Inte gra tion Imple me nta tions Me thodsof CAD/CAP P /CAM/CAE S ys te mHUANG Ye（Zhejiang Industry Polytechnic College, Shaoxing Zhejiang 312000, China）Abs tra ct: This paper introduces the CAD/CAPP/CAM/CAE system funct
18、ions and composition, analysis the key technologies and integrationimplementations methods of CAD/CAPP/CAM/CAE system.Ke y words : CAD/CAPP/CAM ；system integration；key technologies!（上接第 49 页）学，2002.2 QC/T 529- 2000，中华人民共和国汽车行业标准汽车动力转向器 总成台架试验方法S3 戴鹏飞，王胜开，王格芳，等. 测试工程与 Labview 应用M. 北京：电 子工业出版社，2006.4
19、Measurement Computing Corporation . PMD- 1208FS 用 户 手 册 K.Massachusetts：Measure Computing Corportion，2007.5 杨宝清现代传感器技术基础（第一版）M北京：中国铁道出版 社，2001.6 孙传友测控系统原理与设计（第二版）M北京：北京航空航天 大学出版社，2002.De s ign of a S te e ring S ys te m Te s t- be nch Me a s ure me nt S ys te m Ba s e d on La bvie wXIE Hou- xun1,2 ,
20、 ZHANG Jun- fa2，XU Ting2(1. Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013,China; 2. Suzhou Polytechnic Institute of Agriculture, Suzhou Jiangsu 215008, China)Abs tra ct: A steering system test- bench measurement system is built based on combination of DAQ and Labview. Real time steer angle andtorque
21、data acquisition are achieved with the system, and the acquired data are analyzed and displayed. The steering system test- benchs functions are improved with the measurement system. It showed that the methods have the advantage of convenient and effective, and can simplify computer programming, are presented to give reference to other data acquisition projects.Ke y words : Labview software; steer system test bench; data acquisition; PMD- 1208FS DAQ
