产品数据交换技术
前言
产品数据交换的方式 IGES文件的图形数据交换 STEP标准 其他格式的数据交换
为了实现产品设计与制造的无纸化，首先要实现产 品模型的数字化，以便能在异地或同地的设计、工艺、 加工部门间、在制造商和供应商之间、在不同CAx系统 之间顺利地进行产品数据交换。这就要求数字化产品模 型应包含产品整个生产周期中所有的信息，以达到产品 模型信息的统一与共享。其次要规定数据交换的方式。 为此必须制定产品数据交换的标准，本章主要介绍IGES 和STEP产品数据交换标准。 自学DXF文件数据交换相关内容
STEP标准
STEP标准概述 STEP标准的内容 描述方法 集成信息资源 应用协议 实现方法 STEP应用



STEP标准由ISO工业自动化系统技术委员会（TC184）第四分委会 （SC4）制定，并于1988年公布为STEP1.0，标准号为ISO10303。 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 产品数据交换。STEP的产品数据表示是想建立一个包括产品整个 生命周期的、完整的、语义一致的产品数据模型，以满足产品生 命周期内各个阶段对产品信息的不同需求，以及保证对产品信息 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标准的意义是远远超越了产品模型数据的交换，其目标是要 统一产品数据的表达式。它的精髓是要描述整个产品的信息，而 不仅仅是描述其几何形状。因此，这种描述与表达能支持产品整 个生命周期内各种活动对模型信息的需求，即从产品设计到产品 消亡过程中所需的全部信息。
A
B A
接口1 接口2
接口数＝n(n-1)
B
D
C
图1 专用数据格式的交换
n：系统个数 如n＝6，接口数＝30


中性文件交换方式的优缺点： 优点：当系统数n增大时，接口数量不会增加过多。 缺点：每次均需通过前、后处理器接口的数据转换，运行效率低。 中性文件交换的图示（图2）：
C
a a b b b a
A
中性 文件
B
a:前端处理器接口 b:后端处理器接口 接口数2n 如n＝6，则接口数＝12
b
a
D
图2 中性文件的交换


统一的产品数据模型交换方式的优缺点：无需接口，集成性好， 运行效率高，但实现的难度大。 统一的产品数据模型交换的图示（图 3）：
A
B
C
数据管理软件
统一的产品 数据模型
图3 统一的产品数据模型交换
IGES文件的图形数据交换
IGES概述 IGES文件的结构
IGES产品模型
IGES应用中存在的问题
IGES由ANSI公布为美国标准。我国的标准号为 GB/T 14213－93。IGES在不同版本中的内容是 有变化的。 IGES的目标是要定义不同CAD系统间几何设计数 据的交换格式。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。 1992年以后IGES版本不再发展，但现在大多数 CAD商用软件仍支持IGES格式的图形文件的输入 和输出。利用IGES文件，用户可以从中提取所 需数据进行用户应用程序的开发，本节对IGES 规范作简要介绍。
STEP将产品信息的应用、表达（逻辑描述）、数据交换的实 现区分开来，形成了图5的三层结构。
应用层 汽车设计 钣金模具设计 绘图 船舶结构
集成信息资源（集成通用资源＋集成应用资源＋应用解释构件）
表达层
Part 41
Part 42
…….
Part4 9
…….
Part 101
……
Part 501
…….
物理层
表达式
可进行算术运算，关系运算，BINARY运算
（索引与连接），逻辑运算，字符串运算， 聚合运算（索引、交、和、差、子集、超 集），实体运算（关系比较，属性访问，组 访问，复杂实体构成等）
执行语句
如赋值语句、case、if-then-else、ESCAPE、过程调
用、REPEAT、RETURN、SKIP等
STEP标准是由许多部分（称Part）组成的。图4所示给出了 STEP标准包含的五个方面的内容，即：描述方法、集成信息资源、 应用协议、一致性测试及实现方法。
STEP
集成信 息资源 一致性 测试
描述 方法
应用 协议
实现 方法
集成通用资源
集成应用资源
图4 STEP标准的内容
集成解释构件
描述方法
1. STEP的三层组织结构 2. 参考模型 3. 形式化定义语言EXPRESS
产品数据交换的方式
产品数据交换的方式主要有3种： 1.专用数据格式的交换（点对点交换） 2.标准数据格式的中性文件的交换（星式交换） 3.统一的产品数据模型交换


专用数据交换方式的优缺点 优点：运行效率高，易于实现。 缺点：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。 专用数据格式的交换如图1：
交换模式，存储模式
图5 STEP的三层组织结构
1. 应用层由针对各种不同应用领域的应用协议及对应的抽象测 试集组成。 2. 表达层根据各应用协议的需求模型，进行分析、归类，找出 共同点，形成各种资源构件（即图中Part41等），统称为集 成信息资源，由集成通用资源、集成应用资源和应用解释构 件三部分组成。 3. 物理层提出数据交换及数据存储的方式。
EXPRESS简介 丰富的数据类型 模式中的各种说明 表达式 执行语句 各种内部常量、函数和过程 接口语句 实例
Hale Waihona Puke 丰富的数据类型简单数据类型。包括NUMBER, REAL,
INTEGER, STING, BOOLEAN, LOGICAL, BINARY。 聚合数据类型。有ARRY, LIST, SET, BAG 命名数据类型。由用户定义，包括 ENTITY,TYPE 构造数据类型。包括ENUMERATION，SELECT

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。本节 主要介绍ASCII码格式。
ASCII码格式的文件由五段组成： 开始段（start)，用S标识； 全局参数段（global)，用G标识； 目录条目录段（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。 文件每行80个字符，每段若干行。
模式中的各种说明
一个实体说明的结构如下： ENTITY 实体标识符； [子类，超类说明]； [显式属性]； [导出属性]； [逆向属性]； [惟一性规则]； [值域约束]； END-ENTITY；
例：定义圆为实体，使用了导出属性
ENTITY circle； center：point； radius：REAL； DERIVE area：REAL：=PI*radius**2； END-ENTITY；
IGES产品模型
1.
实体 2. IGES的产品模型

IGES标准采用实体来定义产品模型。实体为基本的信息单位，可 以是单个几何元素，也可以为若干实体的集合。 实体集合（即结构）可规定其相联性和特性，相联性定义实体之 间的联系；特性规定实体集的颜色、线宽等特性。 实体分为几何实体与非几何实体两大类。 1）几何实体 几何实体用来定义与物体形状有关的信息，以 IGES4.0为例有以下几何实体： （1）几何定义类实体； （2）有限元模型类实体； （3）CSG模型类实体。 2）非几何实体 非几何实体提供将有关实体组合成平面视图 的手段，并可使用注释和尺寸标注。非几何实体分为： （1）注释类实体；(尺寸、剖面线等） （2）结构类实体。（图样、线型定义、关联引用等）
各种常量函数和过程
如常量PI、SELF，函数SIN、COS、SIZEOF，过程
INSERT等。
接口语句
常用的有USE FROM，即使用另一模式中的类型或
实体名，效果等于在本模式中说明一样；还有 REFERENCE FROM，即引用另一模式中的实体、 类型等，但在本模式中不能独立地实例化。

实例
SCHEMA CE_product_definition_schema; REFERENCE FROM product_definition_schema; REFERENCE FROM representation_schema; ENTITY product; id:identifier; name:label; description: text; frame_of _reference: SET[1:?] OF product_context; END_ENTITY; ENTITY product_context SUBTYPE OF (application_context_element); discipline_type: label; END_ENTITY; ENTITY product_definition id: identifier; description: text; formation: product_definition_formation; frame_of_reference: product_definition_context; END_ENTITY; ENTITY product_definition_context SUBTYPE OF (application_context_element); life_cycle_stage: label; END_ENTITY;
ENTITY product_definition_formation id:identifier; description: text; of _product: product; END_ENTITY; ENTITY product_definition_relationship id:identifier; name: label; description: text; relating_product_definition: product_definition; related_product_definition: product_definition; END_ENTITY; ENTITY product_contex SUBTYPE OF (application_context_element); discipline_type: label; END_ENTITY; ENTITY product_definition_shape SUBTYPE OF (property_definition); rep_model: represention; END_ENTITY; ENTITY shape_aspect SUPERTYPE OF (dt_feature,form_feature); name: label; description: text; of_shape: product_definition_shape; product_definitional: LOGICAL; END_ENTITY; END_SCHEMA CE_product_definition_schema;