制造業(yè)信息化：基于網絡的CAD/CAM集成研究

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ＣＡＤ/ＣＡＭ技術經過近40年的發(fā)展,在產品的設計與制造領域發(fā)揮了不可估量的作用。它廣泛應用于機械、電子、化工、航天、建筑等各個行業(yè),改變了傳統(tǒng)的設計制造方式,企業(yè)取得了顯著的經濟效益。

近年來,Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、ＰＤＭ、網絡數據庫、電子商務等新技術的飛速發(fā)展為ＣＡＤＣＡＭ技術賦予了新的設計理念與技術內容,將徹底改變現有輔助設計與制造的模式與方式?；诰W絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的研究,就是在這個背景下提出來的。網絡化的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)就是充分利用網絡技術、數據庫技術、面向產品設計制造全生命周期,支持動態(tài)建模與產品性能設計的設計技術。在此基礎上研究出新一代的設計制造軟件工具,以適應網絡時代對產品設計制造的要求[1]。計算機在設計制造領域的應用,擺脫了手工設計制造的原始方式。隨著網絡時代的到來,計算機輔助設計的方法將會被網絡輔助設計方法所代替。網絡化的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)將改變現有的傳統(tǒng)設計制造的方式,而進入一個網絡輔助設計制造的新時期。

1基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的必要性

網絡技術是計算機技術和通信技術相互滲透而又密切結合的產物,在計算機應用和信息的傳輸中起到了越來越重要的作用。作為計算機應用的一個重要方面,ＣＡＤ和ＣＡＭ技術與網絡是密不可分的。單臺計算機的處理能力限制了它的應用范圍,只有通過網絡互連起來,才能資源共享和協(xié)調合作,發(fā)揮更大的效能。一個復雜的ＣＡＤ系統(tǒng)本身就可能由一個計算機網絡構成。ＣＡＭ系統(tǒng)涉及加工設備、可編程控制器、傳輸設備、機器人等,更需要網絡將它們和計算機及各種專用的外部設備互連在一起。

ＣＡＤ/ＣＡＭ技術集成化、可視化、智能化的發(fā)展,產品高性能、高質量、低成本和短周期的要求,都對ＣＡＤ/ＣＡＭ技術提出了網絡化的需要。ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)涉及不同結構、品牌及型號的各計算機和外圍設備,因而將它們互連的網絡應是開放式的和標準化的。開放式和標準化也是計算機網絡的發(fā)展方向。制造自動化協(xié)議ＭＡＰ(ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ),是用于制造業(yè)的計算機網絡體系結構中的工業(yè)標準。

 2基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的主要內容

ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)集成就是將企業(yè)各部門的應用ＣＡＤ/ＣＡＭ在總體設計的指導下以數據庫為核心,網絡技術為支撐,用現代的計算機接口方法,把各有關的單項ＣＡＤ/ＣＡＭ應用軟件系統(tǒng),連接成一個有機整體,相互支持,相互調用,共享資源和數據信息,發(fā)揮單項應用所起不到的整體效益。

ＣＡＤ/ＣＡＭ的系統(tǒng)集成是計算機技術發(fā)展到一定階段的必然產物。實現集成的必要條件是要有一定數量、專業(yè)的ＣＡＤ/ＣＡＭ軟件應用的積累,在機械工程領域,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的軟件也較多,比較有名的國外的軟件是ＵｎｉｇｒａｐｈｉｃｓＳｏｌｕ ｔｉｏｎｓ公司開發(fā)的ＵＧ、美國參數技術公司(Ｐａｒａ ｍｅｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ)的Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒ等,而國內的則屬北京北航海爾軟件有限公司的ＣＡＸＡ-ＭＥ制造工程師、廣州紅地技術有限公司開發(fā)的基于ＳＴＥＰ標準的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)的金銀花(Ｌｏｎｉｃｅｒａ)系統(tǒng)、華中理工大學機械學院開發(fā)的開目ＣＡＤ等。對于對這些ＣＡＤ/ＣＡＭ應用軟件有效的集成并不是將現有的這些軟件簡單的堆積,而是可根據本單位的ＣＡＤ/ＣＡＭ總體設計技術規(guī)范的指導下,按照系統(tǒng)工程的原理和軟件工程的方法來進行,對原有的單項ＣＡＤ/ＣＡＭ應用系統(tǒng)進行改造,使之符合集成化的需要。制定單位總體設計,也就是通過分析單位的ＣＡＤ/ＣＡＭ應用的遠期目標和近期目標,確定系統(tǒng)的總體結構并劃分相應子系統(tǒng),選擇適當的物理設備和支撐軟件,制定統(tǒng)一的信息代碼和公共數據庫,規(guī)定各個單項ＣＡＤ/ＣＡＭ應用軟件開發(fā)的應用接口,提出系統(tǒng)運行的保障體系和措施,編制整體的實施步驟和投資估算,為系統(tǒng)分階段實施提供依據和指導。

3基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的模型與實現

(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)包括計算機、外部設備和網絡設備;軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、應用軟件(基礎軟件)和專業(yè)軟件。系統(tǒng)軟件主要包括:操作系統(tǒng)、程序設計語言處理系統(tǒng)、數據庫管理系統(tǒng)和網絡系統(tǒng)。應用軟件主要包括數據庫分析處理軟件、幾何造型系統(tǒng)軟件、圖形處理軟件和有限元分析計算軟件等。專業(yè)軟件則是指針對不同領域而開發(fā)的ＣＡＤ/ＣＡＭ軟件產品。
    
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)間復雜的技術信息交流和管理,并應用到信息流的后續(xù)環(huán)節(jié),這才是最經濟最有效率的。那么,企業(yè)內部生產活動所需的各種分散信息、ＣＡＤ/ＣＡＭ相關的行政管理信息、技術數據、產品數據、軟件等有機地集成起來,建立信息管理系統(tǒng),實現信息資源共享,才是ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)集成的信息基礎。

建立ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)另一個重要環(huán)節(jié)是信息的標準化,企業(yè)內進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、編碼標準化等實施細則,以保障信息的統(tǒng)一性、可靠性和實用性,減少信息的重復采集、加工和存儲版本沖突,最大程度地實現信息的科學管理,在這個良好的信息技術的基礎上,加上網絡技術與工程數據庫的應用,才能真正實現ＣＡＤ/ＣＡＭ的一體化和集成化。

(2)ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的網絡化實現

基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)由因特網、局域網、計算機輔助設計與制造系統(tǒng)和數控(ＮＣ)機床等組成。ＣＡＤ/ＣＡＭ及ＮＣ機床與各自的局域網相連,然后通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ把整個系統(tǒng)連接在一起。設計者利用ＣＡＤ/ＣＡＭ可完成設計工作。設計中,可通過網絡與異地的設計者交換設計思想、討論設計方案、實現資源共享;還可與異地設計者進行合作設計?？砂言O計結果轉換成數控代碼,通過網絡發(fā)送給遠程的數控機床,實現異地加工。還可通過網絡接收生產現場發(fā)來的加工信息,對加工過程進行遠程監(jiān)控,及時解決加工中出現的問題。該系統(tǒng)的ＮＣ機床除了具有普通ＮＣ的功能外,還具有網絡通信功能。既能接受網絡送來的控制指令,又能通過網絡向異地的用戶發(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,包括應用層、傳輸層、網際層和網絡接口等4層。ＴＣＰ/ＩＰ協(xié)議沒有包括國際標準化組織(ＩＳＯ)提出的開放系統(tǒng)互連(ＯＳＩ)參考模型中的最低兩層,即物理層和數據鏈路層。ＴＣＰ/ＩＰ只定義了ＴＣＰ/ＩＰ與物理層的接口。該接口負責轉發(fā)ＩＰ報文,并從網絡上接受物理幀,提取ＩＰ報文送給網際層。網際層負責網上主機之間的通信。它接收傳輸層送來的ＴＣＰ報文,加上ＩＰ報頭,發(fā)往信宿機。網際層的另一任務是檢查網上的ＩＰ報文。如果其目的地不是本機,則按一定的路徑轉發(fā)出去;如果目的地是本主機,則去掉ＩＰ報頭,上交給傳輸層。傳輸層負責端到端(ＰｏｒｔｔｏＰｏｒｔ)的通信,它將應用層送來的數據流格式化成ＴＣＰ報文,發(fā)給網際層。接受網際層轉來的數據,并檢驗其正確性。如果不正確,則要求信源機重發(fā);如果正確,則通過指定的端口送給應用層的某應用程序。應用層協(xié)議提供應用程序與網絡系統(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)和遠程登錄協(xié)議(Ｔｅｌｎｅｔ)等。

可直接利用上述應用層協(xié)議為基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ系統(tǒng)服務。ＨＴＴＰ協(xié)議可用于向異地的ＮＣ機床發(fā)送ＮＣ代碼、收集加工信息;利用ＳＭＰＴ協(xié)議,可與異地的設計者交換設計思想,討論共同關心的問題;ＦＴＰ協(xié)議可用于發(fā)送較長的ＮＣ加工程序,或其他較長的文件;利用Ｔｅｌ ｎｅｔ協(xié)議實現遠程登錄,實現資源共享;ＧＯＰＨＥＲ可用于傳遞字符型信息。

4結論

伴隨計算機網絡技術的不斷發(fā)展,基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)是技術發(fā)展的必然趨勢。應用Ｗｅｂ技術構建一個基于分布式操作、圖形化用戶接口及數據庫管理為一體的網絡有利于充分利用企業(yè)已有的硬件,為各部門之間的數據及資源共享提供快速通道,并通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ實現與外界的信息交流。另外,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成技術是國際上的研究熱點之一,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系統(tǒng)的開發(fā)與應用已成為衡量一個國家的科技現代化和工業(yè)現代化的主要標志之一。加速ＣＡＤ/ＣＡＭ集成化建設是傳統(tǒng)制造業(yè)改革和發(fā)展的必由之路,因此,基于網絡的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成技術的研究具有深遠的現實意義。

來源：CAD世界網