第十章 产品数据交换技术

第十章 产品数据交换技术10.1 产品数据交换概述1、数据转换接口概念 是一种能够实现两个以上系统间信息交换的程序或 方法。数据转换接口的核心内容就是由其中一个系统 (文件)读出信息，将信息写入另一个系统(文件)。

2、产品数据交换标准意义 任何标准的发展都是和工业需求密切相关的。近年来与 产品定义数据有关的状况主要有： CAD/CAM/CAE系统应用的大量增长； 出现了以数字形式表示的产品定义数据； 数据格式专有； 同一项目中有多种CAD/CAPP/CAM系统； 应用数据的观点各不相同； 这样对产品数据交换就提出了较高的要求。要求数据完整， 传输可靠，有效。

10.2 产品数据交换方式1、专用数据格式的交换(点对点交换) 专用数据格式交换方式。优点是运行效率高，易于实现。 缺点是当系统数n增大时，接口数量急剧增加；此外当某一系 统的数据结构改变时，与之相关的接口必须改变。这是 CAD/CAM系统发展初期采用的方式。

2、标准数据格式的中性文件的交换(星式交换)中性文件的优点是当系统数n增大时，接口数量不会 增加过多。缺点是每次均需通过前、后处理器接口的数据 转换，运行效率较低。也是进行IGES图形数据交换的思想 基础，其目的是减少和简化各系统之间数据转换接口程序 的编写，所以系统的数据传输针对标准的数据格式，所有 的前后置处理程序的编写都非常类似。

3、统一的产品数据模型交换

第三种方式采用统一的产品数据模型，并采用统一的数 据软件来管理产品数据，各系统之间可以直接进行信息交换， 而不是将产品信息转换为数据，再通过文件来交换，这就大 大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。统一的产品数据模型 交换无需接口，集成性好，运行效 率高，但实现的难度大。

10.3 DXF文件的图形数据交换 DXF接口文件格式是美国Autodesk公司开发的首先用于 AutoCAD软件的图形数据交换的文件格式。文件的扩展名 “.DXF”,用于外部程序和图形系统或不同的图形系统之间 交换图形信息。由于它结构简单、可读性好，同时AutoCAD 在全世界二维绘图领域的广泛应用和巨大的影响，因此大多 数其他版本的CAD软件支持该文件格式，以完成与AutoCAD软 件的图形信息交换，或与其他系统以该文件格式进行图形信 息交换。DXF文件已成为事实上的工业标准。

1、 DXF文件 在AutoCAD图形编辑状态下，可以将所绘制的图形用 DXFOUT命令生成DXF格式的文件，也可以用DXFIN命令导入 DXF文件。DXF文件属于文本文件，其扩展名为DXF。 此外，在有关其他对话框中，若选择“ASCⅡ”开

关按钮， 可得ASCⅡ文本的DXF文件；若选择“BINARY”开关按钮，可 得二进制的DXF文件；若选择“select Objects” 复选开关， 可得所选实体的DXF;若选择“Save thumbnail preview image”复选开关，可得含有预视图像的DXF 文件;“Decimal places of accuracy(0 to16)”编辑框用来确定DXF文件 中最长的小数位数。 一个文本文件其实就是一个包含对人可读的文本的标准 文件。另一种类型的文件──二进制文件，则需要计算机对 它进行解释。

2、DXF文件的总体结构 DXF文件有7个段和文件结尾组成 标题段(HEADER )标题段记录了所有标题变量的当前值或当前状态， 且标题变量的值反映了当前图形系统的状态。 类段 记录了应用程序定义的类，而类的实例则包含在块段、实体段和对 象段。 表段 这一段包含各种表：线形表(LTYPE)、层表(LYER)字体表 (STYLE)、视图表(VIEW)、用户坐标系统表(UCS)、视窗配置表 (VPORT)、标注字体表(DIMSTYLE)、申请符号表(APPID) 块段(BLOCKS) 这一段含有块定义实体，这些实体描述了图形中组成 每个块的实体。 实体段(ENTITIES ) 这一段含有实体，包括任何块的调用。 对象段 包含了图形数据库的所有非图形实体定义的数据。 预览段 以位图的形式描述了生成该DXF文件时显示在屏幕上的画面。 END OF FILE(文件结束) 可用C语言从DXF文件中提取数据；用C语言构造DXF文件的接口程序。

10.4 IGES文件的图形数据交换

1、 IGES(Initial Graphics Exchange Specification )发展 IGES标准是从1979年开始制定的，目前已公布5.0版本。 1979年底，在美国国家标准局(NBS)的倡导下开始草拟IGES 规范。目的是制定美国国内各种CAD/CAM系统间换几何信息的 统一标准。 于1980年初完成了IGES1.0版本。后经过修订，于1981年9月 由美国国家标准协会(ANSI)公布为美国标准。 IGES1.0中描述产品的实体(Entity)有几何(Geometry)、 注释(Annotation)和结构(Structure)三类，偏重于几何 图形信息的描述。 IGES2.0版本扩大了几何实体的范围，并增加有限元模型数 据的交换。 1987年颂的第三版中，能处理更多的制造用非几何图形信息， 并在这一版本中引入了“压缩ASCII码”文件格式1990年10月 的IGES5.0版本，又增加了实体图形的B-rep表示。

IGES的作用是在不同的CAD/CAM系统之间交换数据，如数据要 从系统A传送到系统B中，必须由系统A中的IGES前处理器把这些数 据转换成IGES格式，而所传送的实体数据须由系统B中的IGES后处 理器把其从IGES格式转换成系统内部的数据格式。将系统B中的数 据传送到系统A也需要相同的过程。它的特点是数据格式相对简单。 IGES重点

支持下列模型的数据交换：二维线框模型、三维线框模 型、三维表面模型、三维实体模型、技术图样模型。 现有大多数CAD商用软件仍支持IGES格式的图形文本的输入输 出。利用IGES文件，用户可从中提取所需数据进行用户应用程序 的开发。

2、 IGES文件的结构 IGES可支持三种格式的文件，分别是ASCⅡ码、压缩 ASCⅡ码和二进制格式。 该文件由5段组成，依次为：开始段(start),用S表识； 全局参数段(global),用G 标识；目录条目段(directory entry), 用D标识；参数数据段(parameter data),用P标识； 结束段(terminate),用T标识。

一个图形及其IGES文件的实例SAMPLE PART S0000001开始段 11H 112C87901.5,11HIGES SAMPLES,6HME1.00,1H1,16,11H112C37901.5 G0000001 1.2, 2hmm,0,0.01,13H012880,093243,4HT。BAN,4HBCAC G0000002 12400000001 1 000100 D0000001 124 1 MTX 1D0000002 1100000002 1 1 10 00000 D0000003 110 0 1 1 L 1D0000004 110000003 1 1 10 00000 D0000005 110 0 1 1 L 2D0000006 : 124,1.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0, 00000001 P0000001 110,20.0,20.0,0.0,50.0,0,20.0,0.0; 000000003 P0000002 110,50.0,20.0,0.0,50.0,40.0,0.0; 000000005 P0000003 110,55.0,50.0,0.0,75.0,30.0,0.0; 000000007 P0000004 T000000 S0000001 G0000002 D0000032 P00000016 结束段

3、 IGES应用中存在的问题 IGES“风味”问题。不同CAD系统间采用IGES文件进行交换，图形发生失真 现象，称为“IGES风味”问题。其原因是：交换双方实体类型子集不同；实 体子集虽同，但具体的实体定义或代码不同；交换双方硬件环境不同，出现 不同圆整精度。 解决此类问题有两个办法： ①加中间调整器。如图所示：A系统经前处理器生成 IGES文件，经中间调整 器，产生调整后的IGES文件，在经B系统的后处理器，得到B系统上不失真的 图形。反之亦然。 ②建立用户协议。在用户组之间订立协议，统一实体子集及实体定义方式， 杜绝发生失真的根源。

不能定义产品的全部信息，既不能构成完整的产品信息模 型，只能描述产品的几何信息并进行数据交换，例如，工程 图的几何图形，尺寸标注，注释说明等。 IGES标准本身不够完善，如格式过于复杂，定义不够严密， 缺乏实现的指导性意见等。

10.5 STEP文件的图形数据交换 1、简介 为了克服IGES存在的问题，扩大CAD/CAM系统数据交换中几 何、拓扑数据的范围，国际标准化组织(ISO)于1988年开发了 产品模型数据转换标准STEP( Standard for the Exchange of Product model Data)。标准号为ISO 10303, 我国的标准号为 GB/T 16656。 制定STEP标准有两个目的：一是统一产品的数据表示，二 是规范产品数据的交换。

2、特点 STEP产品的数据表示是想建立一个包括产品整个生命周期的、 完整的、语义一致产品数据模型，从而满足产

品生命周期内各 个阶段对产品信息的不同需求，并保证对产品信息理解的一致 性。STEP的产品数据交换是想建立一种独立于任何CAx系统，具 有多种形式的交换方法。 STEP标准是以中性格式概括出一个在产品生命周期内具有完 整性与集成性的计算机化的产品模型所需信息，它采用统一的 产品数据模型，并采用统一的数据管理，各系统间可直接进行 信息交换，而不必转换为数据，从而提高信息传递的准确性和 系统的集成性。 STEP标准采用全局数据模型的方法，模型所包含的信息不仅 有几何信息，还有特征信息，因而能从根本上解决CAD/CAM信息 集成问题，使企业在计算机环境下共享产品数据,加快制造业的 巨大发展。

表：STEP与IGES的差异 比较内容 标准级别 目标 支持面 IGES 美国 重点为几何信息，面向工 程图 单一零件 STEP 国际 产品整个信息，面向生命周期 零件，装配件

定义手段 存在形式

文本文件，无正式定义的 产品模型 正文文件 无标准的二进制格式文件 无标准程序界面不严格(指需求定义，测 试)

EXPRESS,为机器所理解 正文文件 二进制文件 定义了标准程序界面严格(指需求定义，一致性测试 方法与工具)

实施

STEP是启图克服IGES在实践中出现的缺点而发展起来的。 IGES虽然应用广泛，但问题也不少。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表或用绘图机 绘出图纸、绘出尺寸标准和文字注释。所有这些输出形式都是 供人使用理解的，不是面向计算机的，所以不能满足CAD/CAM集 成的要求。其次，IGES的另一个缺点是数据传输不可靠，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忽略。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。IGES的第三个缺点是它的交换文件所 占的存储空间太大，虽然后来提出了压缩的ASCII码格式，但多 数IGES处理器都不支持。由于这个缺点也影响了数据文件的处 理速度，使得传输效率不高。IGES的这些缺点，正是STEP标准 要注意解决的问题。

3、STEP标准体系结构STEP标准由若干部分组成，按功能主要分5类，既描述方 法、集成信息资源、应用协议、实现方法、一致性测试方法等。 形式化定义语言EXPRESS 是一种面向对象的非编程语言， 用于信息建模，既能为人所理解，又能被计算机处理(通过 EXPRESS编译程序)。EXPRESS主要用来描述应用协议或集成资 源中的产品数据，使描述规范化，它是STEP中数据模型

的形式 化描述工具。作为一种形式化描述语言，EXPRESS吸收了Ada, C, C++, Modula 2, Pascal, PL/1, SQL多种语言的功能，有 强大的描述信息模型的能力，但有不同于编程语言，不具有输 入与输出语句。

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