制造業(yè)信息化：基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM集成研究

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ＣＡＤ/ＣＡＭ技術(shù)經(jīng)過近40年的發(fā)展,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域發(fā)揮了不可估量的作用。它廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、航天、建筑等各個(gè)行業(yè),改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方式,企業(yè)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái),Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、ＰＤＭ、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、電子商務(wù)等新技術(shù)的飛速發(fā)展為ＣＡＤＣＡＭ技術(shù)賦予了新的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)內(nèi)容,將徹底改變現(xiàn)有輔助設(shè)計(jì)與制造的模式與方式?；诰W(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的研究,就是在這個(gè)背景下提出來(lái)的。網(wǎng)絡(luò)化的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)就是充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造全生命周期,支持動(dòng)態(tài)建模與產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上研究出新一代的設(shè)計(jì)制造軟件工具,以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的要求[1]。計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用,擺脫了手工設(shè)計(jì)制造的原始方式。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái),計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法將會(huì)被網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)計(jì)方法所代替。網(wǎng)絡(luò)化的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)將改變現(xiàn)有的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的方式,而進(jìn)入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)計(jì)制造的新時(shí)期。

1基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的必要性

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相互滲透而又密切結(jié)合的產(chǎn)物,在計(jì)算機(jī)應(yīng)用和信息的傳輸中起到了越來(lái)越重要的作用。作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要方面,ＣＡＤ和ＣＡＭ技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)是密不可分的。單臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理能力限制了它的應(yīng)用范圍,只有通過網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái),才能資源共享和協(xié)調(diào)合作,發(fā)揮更大的效能。一個(gè)復(fù)雜的ＣＡＤ系統(tǒng)本身就可能由一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。ＣＡＭ系統(tǒng)涉及加工設(shè)備、可編程控制器、傳輸設(shè)備、機(jī)器人等,更需要網(wǎng)絡(luò)將它們和計(jì)算機(jī)及各種專用的外部設(shè)備互連在一起。

ＣＡＤ/ＣＡＭ技術(shù)集成化、可視化、智能化的發(fā)展,產(chǎn)品高性能、高質(zhì)量、低成本和短周期的要求,都對(duì)ＣＡＤ/ＣＡＭ技術(shù)提出了網(wǎng)絡(luò)化的需要。ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)涉及不同結(jié)構(gòu)、品牌及型號(hào)的各計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備,因而將它們互連的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是開放式的和標(biāo)準(zhǔn)化的。開放式和標(biāo)準(zhǔn)化也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。制造自動(dòng)化協(xié)議ＭＡＰ(ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ),是用于制造業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

 2基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的主要內(nèi)容

ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)集成就是將企業(yè)各部門的應(yīng)用ＣＡＤ/ＣＡＭ在總體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐,用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)接口方法,把各有關(guān)的單項(xiàng)ＣＡＤ/ＣＡＭ應(yīng)用軟件系統(tǒng),連接成一個(gè)有機(jī)整體,相互支持,相互調(diào)用,共享資源和數(shù)據(jù)信息,發(fā)揮單項(xiàng)應(yīng)用所起不到的整體效益。

ＣＡＤ/ＣＡＭ的系統(tǒng)集成是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。實(shí)現(xiàn)集成的必要條件是要有一定數(shù)量、專業(yè)的ＣＡＤ/ＣＡＭ軟件應(yīng)用的積累,在機(jī)械工程領(lǐng)域,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的軟件也較多,比較有名的國(guó)外的軟件是ＵｎｉｇｒａｐｈｉｃｓＳｏｌｕ ｔｉｏｎｓ公司開發(fā)的ＵＧ、美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司(Ｐａｒａ ｍｅｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ)的Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒ等,而國(guó)內(nèi)的則屬北京北航海爾軟件有限公司的ＣＡＸＡ-ＭＥ制造工程師、廣州紅地技術(shù)有限公司開發(fā)的基于ＳＴＥＰ標(biāo)準(zhǔn)的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)的金銀花(Ｌｏｎｉｃｅｒａ)系統(tǒng)、華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的開目ＣＡＤ等。對(duì)于對(duì)這些ＣＡＤ/ＣＡＭ應(yīng)用軟件有效的集成并不是將現(xiàn)有的這些軟件簡(jiǎn)單的堆積,而是可根據(jù)本單位的ＣＡＤ/ＣＡＭ總體設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的指導(dǎo)下,按照系統(tǒng)工程的原理和軟件工程的方法來(lái)進(jìn)行,對(duì)原有的單項(xiàng)ＣＡＤ/ＣＡＭ應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行改造,使之符合集成化的需要。制定單位總體設(shè)計(jì),也就是通過分析單位的ＣＡＤ/ＣＡＭ應(yīng)用的遠(yuǎn)期目標(biāo)和近期目標(biāo),確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)并劃分相應(yīng)子系統(tǒng),選擇適當(dāng)?shù)奈锢碓O(shè)備和支撐軟件,制定統(tǒng)一的信息代碼和公共數(shù)據(jù)庫(kù),規(guī)定各個(gè)單項(xiàng)ＣＡＤ/ＣＡＭ應(yīng)用軟件開發(fā)的應(yīng)用接口,提出系統(tǒng)運(yùn)行的保障體系和措施,編制整體的實(shí)施步驟和投資估算,為系統(tǒng)分階段實(shí)施提供依據(jù)和指導(dǎo)。

3基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的模型與實(shí)現(xiàn)

(1)ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)的組成和集成

ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)基本上是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件(基礎(chǔ)軟件)和專業(yè)軟件。系統(tǒng)軟件主要包括:操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。應(yīng)用軟件主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)分析處理軟件、幾何造型系統(tǒng)軟件、圖形處理軟件和有限元分析計(jì)算軟件等。專業(yè)軟件則是指針對(duì)不同領(lǐng)域而開發(fā)的ＣＡＤ/ＣＡＭ軟件產(chǎn)品。
    
ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)集成的核心是信息的集成,而信息集成需要有信息管理系統(tǒng),解決各專業(yè)間復(fù)雜的技術(shù)信息交流和管理,并應(yīng)用到信息流的后續(xù)環(huán)節(jié),這才是最經(jīng)濟(jì)最有效率的。那么,企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)活動(dòng)所需的各種分散信息、ＣＡＤ/ＣＡＭ相關(guān)的行政管理信息、技術(shù)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、軟件等有機(jī)地集成起來(lái),建立信息管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息資源共享,才是ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)集成的信息基礎(chǔ)。

建立ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)另一個(gè)重要環(huán)節(jié)是信息的標(biāo)準(zhǔn)化,企業(yè)內(nèi)進(jìn)行交換和處理的信息,要按ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)的要求,給予命名、描述、分類、編碼標(biāo)準(zhǔn)化等實(shí)施細(xì)則,以保障信息的統(tǒng)一性、可靠性和實(shí)用性,減少信息的重復(fù)采集、加工和存儲(chǔ)版本沖突,最大程度地實(shí)現(xiàn)信息的科學(xué)管理,在這個(gè)良好的信息技術(shù)的基礎(chǔ)上,加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工程數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用,才能真正實(shí)現(xiàn)ＣＡＤ/ＣＡＭ的一體化和集成化。

(2)ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)

基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)由因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)和數(shù)控(ＮＣ)機(jī)床等組成。ＣＡＤ/ＣＡＭ及ＮＣ機(jī)床與各自的局域網(wǎng)相連,然后通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ把整個(gè)系統(tǒng)連接在一起。設(shè)計(jì)者利用ＣＡＤ/ＣＡＭ可完成設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)中,可通過網(wǎng)絡(luò)與異地的設(shè)計(jì)者交換設(shè)計(jì)思想、討論設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)資源共享;還可與異地設(shè)計(jì)者進(jìn)行合作設(shè)計(jì)。可把設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)控代碼,通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程的數(shù)控機(jī)床,實(shí)現(xiàn)異地加工。還可通過網(wǎng)絡(luò)接收生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)來(lái)的加工信息,對(duì)加工過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,及時(shí)解決加工中出現(xiàn)的問題。該系統(tǒng)的ＮＣ機(jī)床除了具有普通ＮＣ的功能外,還具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。既能接受網(wǎng)絡(luò)送來(lái)的控制指令,又能通過網(wǎng)絡(luò)向異地的用戶發(fā)送加工狀態(tài)信息。

系統(tǒng)通信基于ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議。ＴＣＰ/ＩＰ是分層協(xié)議,包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口等4層。ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議沒有包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ＩＳＯ)提出的開放系統(tǒng)互連(ＯＳＩ)參考模型中的最低兩層,即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。ＴＣＰ/ＩＰ只定義了ＴＣＰ/ＩＰ與物理層的接口。該接口負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)ＩＰ報(bào)文,并從網(wǎng)絡(luò)上接受物理幀,提?。桑袌?bào)文送給網(wǎng)際層。網(wǎng)際層負(fù)責(zé)網(wǎng)上主機(jī)之間的通信。它接收傳輸層送來(lái)的ＴＣＰ報(bào)文,加上ＩＰ報(bào)頭,發(fā)往信宿機(jī)。網(wǎng)際層的另一任務(wù)是檢查網(wǎng)上的ＩＰ報(bào)文。如果其目的地不是本機(jī),則按一定的路徑轉(zhuǎn)發(fā)出去;如果目的地是本主機(jī),則去掉ＩＰ報(bào)頭,上交給傳輸層。傳輸層負(fù)責(zé)端到端(ＰｏｒｔｔｏＰｏｒｔ)的通信,它將應(yīng)用層送來(lái)的數(shù)據(jù)流格式化成ＴＣＰ報(bào)文,發(fā)給網(wǎng)際層。接受網(wǎng)際層轉(zhuǎn)來(lái)的數(shù)據(jù),并檢驗(yàn)其正確性。如果不正確,則要求信源機(jī)重發(fā);如果正確,則通過指定的端口送給應(yīng)用層的某應(yīng)用程序。應(yīng)用層協(xié)議提供應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的接口規(guī)范,它以一定的格式顯示收到的信息,或把客戶的輸入信息發(fā)給低層協(xié)議。常用的應(yīng)用層協(xié)議有Ｅｍａｉｌ協(xié)議(ＳＭＴＰ)、文件傳輸協(xié)議(ＦＴＰ)、超文本協(xié)議(ＨＴＴＰ)和遠(yuǎn)程登錄協(xié)議(Ｔｅｌｎｅｔ)等。

可直接利用上述應(yīng)用層協(xié)議為基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)服務(wù)。ＨＴＴＰ協(xié)議可用于向異地的ＮＣ機(jī)床發(fā)送ＮＣ代碼、收集加工信息;利用ＳＭＰＴ協(xié)議,可與異地的設(shè)計(jì)者交換設(shè)計(jì)思想,討論共同關(guān)心的問題;ＦＴＰ協(xié)議可用于發(fā)送較長(zhǎng)的ＮＣ加工程序,或其他較長(zhǎng)的文件;利用Ｔｅｌ ｎｅｔ協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄,實(shí)現(xiàn)資源共享;ＧＯＰＨＥＲ可用于傳遞字符型信息。

4結(jié)論

伴隨計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。應(yīng)用Ｗｅｂ技術(shù)構(gòu)建一個(gè)基于分布式操作、圖形化用戶接口及數(shù)據(jù)庫(kù)管理為一體的網(wǎng)絡(luò)有利于充分利用企業(yè)已有的硬件,為各部門之間的數(shù)據(jù)及資源共享提供快速通道,并通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ實(shí)現(xiàn)與外界的信息交流。另外,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成技術(shù)是國(guó)際上的研究熱點(diǎn)之一,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用已成為衡量一個(gè)國(guó)家的科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志之一。加速ＣＡＤ/ＣＡＭ集成化建設(shè)是傳統(tǒng)制造業(yè)改革和發(fā)展的必由之路,因此,基于網(wǎng)絡(luò)的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成技術(shù)的研究具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

來(lái)源：CAD世界網(wǎng)