制造业信息化：基于网络的CAD/CAM集成研究

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

ＣＡＤ/ＣＡＭ技术经过近40年的发展,在产品的设计与制造领域发挥了不可估量的作用。它广泛应用于机械、电子、化工、航天、建筑等各个行业,改变了传统的设计制造方式,企业取得了显著的经济效益。

近年来,Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、ＰＤＭ、网络数据库、电子商务等新技术的飞速发展为ＣＡＤＣＡＭ技术赋予了新的设计理念与技术内容,将彻底改变现有辅助设计与制造的模式与方式。基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统的研究,就是在这个背景下提出来的。网络化的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统就是充分利用网络技术、数据库技术、面向产品设计制造全生命周期,支持动态建模与产品性能设计的设计技术。在此基础上研究出新一代的设计制造软件工具,以适应网络时代对产品设计制造的要求[1]。计算机在设计制造领域的应用,摆脱了手工设计制造的原始方式。随着网络时代的到来,计算机辅助设计的方法将会被网络辅助设计方法所代替。网络化的ＣＡＤ/ＣＡＭ系统将改变现有的传统设计制造的方式,而进入一个网络辅助设计制造的新时期。

1基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的必要性

网络技术是计算机技术和通信技术相互渗透而又密切结合的产物,在计算机应用和信息的传输中起到了越来越重要的作用。作为计算机应用的一个重要方面,ＣＡＤ和ＣＡＭ技术与网络是密不可分的。单台计算机的处理能力限制了它的应用范围,只有通过网络互连起来,才能资源共享和协调合作,发挥更大的效能。一个复杂的ＣＡＤ系统本身就可能由一个计算机网络构成。ＣＡＭ系统涉及加工设备、可编程控制器、传输设备、机器人等,更需要网络将它们和计算机及各种专用的外部设备互连在一起。

ＣＡＤ/ＣＡＭ技术集成化、可视化、智能化的发展,产品高性能、高质量、低成本和短周期的要求,都对ＣＡＤ/ＣＡＭ技术提出了网络化的需要。ＣＡＤ/ＣＡＭ系统涉及不同结构、品牌及型号的各计算机和外围设备,因而将它们互连的网络应是开放式的和标准化的。开放式和标准化也是计算机网络的发展方向。制造自动化协议ＭＡＰ(ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ),是用于制造业的计算机网络体系结构中的工业标准。

 2基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的主要内容

ＣＡＤ/ＣＡＭ系统集成就是将企业各部门的应用ＣＡＤ/ＣＡＭ在总体设计的指导下以数据库为核心,网络技术为支撑,用现代的计算机接口方法,把各有关的单项ＣＡＤ/ＣＡＭ应用软件系统,连接成一个有机整体,相互支持,相互调用,共享资源和数据信息,发挥单项应用所起不到的整体效益。

ＣＡＤ/ＣＡＭ的系统集成是计算机技术发展到一定阶段的必然产物。实现集成的必要条件是要有一定数量、专业的ＣＡＤ/ＣＡＭ软件应用的积累,在机械工程领域,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成的软件也较多,比较有名的国外的软件是ＵｎｉｇｒａｐｈｉｃｓＳｏｌｕ ｔｉｏｎｓ公司开发的ＵＧ、美国参数技术公司(Ｐａｒａ ｍｅｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ)的Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒ等,而国内的则属北京北航海尔软件有限公司的ＣＡＸＡ-ＭＥ制造工程师、广州红地技术有限公司开发的基于ＳＴＥＰ标准的ＣＡＤ/ＣＡＭ系统的金银花(Ｌｏｎｉｃｅｒａ)系统、华中理工大学机械学院开发的开目ＣＡＤ等。对于对这些ＣＡＤ/ＣＡＭ应用软件有效的集成并不是将现有的这些软件简单的堆积,而是可根据本单位的ＣＡＤ/ＣＡＭ总体设计技术规范的指导下,按照系统工程的原理和软件工程的方法来进行,对原有的单项ＣＡＤ/ＣＡＭ应用系统进行改造,使之符合集成化的需要。制定单位总体设计,也就是通过分析单位的ＣＡＤ/ＣＡＭ应用的远期目标和近期目标,确定系统的总体结构并划分相应子系统,选择适当的物理设备和支撑软件,制定统一的信息代码和公共数据库,规定各个单项ＣＡＤ/ＣＡＭ应用软件开发的应用接口,提出系统运行的保障体系和措施,编制整体的实施步骤和投资估算,为系统分阶段实施提供依据和指导。

3基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统的模型与实现

(1)ＣＡＤ/ＣＡＭ系统的组成和集成

ＣＡＤ/ＣＡＭ系统基本上是由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统包括计算机、外部设备和网络设备;软件系统包括系统软件、应用软件(基础软件)和专业软件。系统软件主要包括:操作系统、程序设计语言处理系统、数据库管理系统和网络系统。应用软件主要包括数据库分析处理软件、几何造型系统软件、图形处理软件和有限元分析计算软件等。专业软件则是指针对不同领域而开发的ＣＡＤ/ＣＡＭ软件产品。
    
ＣＡＤ/ＣＡＭ系统集成的核心是信息的集成,而信息集成需要有信息管理系统,解决各专业间复杂的技术信息交流和管理,并应用到信息流的后续环节,这才是最经济最有效率的。那么,企业内部生产活动所需的各种分散信息、ＣＡＤ/ＣＡＭ相关的行政管理信息、技术数据、产品数据、软件等有机地集成起来,建立信息管理系统,实现信息资源共享,才是ＣＡＤ/ＣＡＭ系统集成的信息基础。

建立ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统另一个重要环节是信息的标准化,企业内进行交换和处理的信息,要按ＣＡＤ/ＣＡＭ系统的要求,给予命名、描述、分类、编码标准化等实施细则,以保障信息的统一性、可靠性和实用性,减少信息的重复采集、加工和存储版本冲突,最大程度地实现信息的科学管理,在这个良好的信息技术的基础上,加上网络技术与工程数据库的应用,才能真正实现ＣＡＤ/ＣＡＭ的一体化和集成化。

(2)ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统的网络化实现

基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ系统由因特网、局域网、计算机辅助设计与制造系统和数控(ＮＣ)机床等组成。ＣＡＤ/ＣＡＭ及ＮＣ机床与各自的局域网相连,然后通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ把整个系统连接在一起。设计者利用ＣＡＤ/ＣＡＭ可完成设计工作。设计中,可通过网络与异地的设计者交换设计思想、讨论设计方案、实现资源共享;还可与异地设计者进行合作设计。可把设计结果转换成数控代码,通过网络发送给远程的数控机床,实现异地加工。还可通过网络接收生产现场发来的加工信息,对加工过程进行远程监控,及时解决加工中出现的问题。该系统的ＮＣ机床除了具有普通ＮＣ的功能外,还具有网络通信功能。既能接受网络送来的控制指令,又能通过网络向异地的用户发送加工状态信息。

系统通信基于ＴＣＰ/ＩＰ协议。ＴＣＰ/ＩＰ是分层协议,包括应用层、传输层、网际层和网络接口等4层。ＴＣＰ/ＩＰ协议没有包括国际标准化组织(ＩＳＯ)提出的开放系统互连(ＯＳＩ)参考模型中的最低两层,即物理层和数据链路层。ＴＣＰ/ＩＰ只定义了ＴＣＰ/ＩＰ与物理层的接口。该接口负责转发ＩＰ报文,并从网络上接受物理帧,提取ＩＰ报文送给网际层。网际层负责网上主机之间的通信。它接收传输层送来的ＴＣＰ报文,加上ＩＰ报头,发往信宿机。网际层的另一任务是检查网上的ＩＰ报文。如果其目的地不是本机,则按一定的路径转发出去;如果目的地是本主机,则去掉ＩＰ报头,上交给传输层。传输层负责端到端(ＰｏｒｔｔｏＰｏｒｔ)的通信,它将应用层送来的数据流格式化成ＴＣＰ报文,发给网际层。接受网际层转来的数据,并检验其正确性。如果不正确,则要求信源机重发;如果正确,则通过指定的端口送给应用层的某应用程序。应用层协议提供应用程序与网络系统的接口规范,它以一定的格式显示收到的信息,或把客户的输入信息发给低层协议。常用的应用层协议有Ｅｍａｉｌ协议(ＳＭＴＰ)、文件传输协议(ＦＴＰ)、超文本协议(ＨＴＴＰ)和远程登录协议(Ｔｅｌｎｅｔ)等。

可直接利用上述应用层协议为基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ系统服务。ＨＴＴＰ协议可用于向异地的ＮＣ机床发送ＮＣ代码、收集加工信息;利用ＳＭＰＴ协议,可与异地的设计者交换设计思想,讨论共同关心的问题;ＦＴＰ协议可用于发送较长的ＮＣ加工程序,或其他较长的文件;利用Ｔｅｌ ｎｅｔ协议实现远程登录,实现资源共享;ＧＯＰＨＥＲ可用于传递字符型信息。

4结论

伴随计算机网络技术的不断发展,基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统是技术发展的必然趋势。应用Ｗｅｂ技术构建一个基于分布式操作、图形化用户接口及数据库管理为一体的网络有利于充分利用企业已有的硬件,为各部门之间的数据及资源共享提供快速通道,并通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ实现与外界的信息交流。另外,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成技术是国际上的研究热点之一,ＣＡＤ/ＣＡＭ集成系统的开发与应用已成为衡量一个国家的科技现代化和工业现代化的主要标志之一。加速ＣＡＤ/ＣＡＭ集成化建设是传统制造业改革和发展的必由之路,因此,基于网络的ＣＡＤ/ＣＡＭ集成技术的研究具有深远的现实意义。

来源：CAD世界网