Pro_E和UG之间三维模型数据交换方法
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第17卷第12期2005年12月计算机辅助设计与图形学学报JOURNALOFCOMPUTER2AIDEDDESIGN&COMPUTERGRAPHICSVol117,No112Dec1,2005
收稿日期:2005
-03-18;修回日期:2005-06-23
基金项目:总装备部“十五”预研项目
应用荟萃ProΠE和UG之间三维模型数据交换方法杨洪君 宁汝新(北京理工大学机械与车辆工程学院 北京 100081)(yanghongjun@bit1edu1cn)
摘要 为了实现CAD系统(ProΠE)和CAM系统(UG)之间三维实体模型数据交换,以卫星零部件为对象,根据系统之间数据交换的机制,在分别研究了IGES标准和STEP标准的基础上,基于这2种标准进行了数据交换实验比较,提出了基于STEP标准实现ProΠE和UG之间实体模型数据交换的方法1
关键词 数据交换标准;STEP;IGES;数据交换实验中图法分类号 TP391
Methodon3DModelDataExchangebetweenProΠEandUGYangHongjun NingRuxin(SchoolofMechanicalandVehicularEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing 100081)
Abstract Torealizethedataexchangeof3DmodelofsatellitepartsandcomponentsbetweenCADsys2tem(ProΠE)andCAMsystem(UG),IGESandSTEPstandardsarestudiedinthepaperaccordingtothemechanismofdataexchangebetweensystems1Basedonthestudy,thedatatransitionexperimentismadeandcomparedinthestandardsIGESandSTEP1ThemethodofmodeldataexchangebetweenProΠEandUGhasbeenputforwardbasedonSTEPstandard1
Keywords dataexchangestandard;STEP;IGES;dataexchangeexperiment
0 引 言随着信息技术的推广应用,各企业都在积极使用CADΠCAM软件来缩短产品的开发和制造周期1然而各种CADΠCAM软件的侧重点不同,不同企业不一定选择统一的软件,因此在不同厂商和不同类型的软件之间进行产品数据传递时,由于不同的内部数据记录方式和不同的处理方式,导致数据缺乏一致性和完整性,这成为数据交换和共享必须要解决的问题1ProΠE软件采用参数化设计方法,设计功能强大,被广大设计单位采用;而UG系统的加工性能较
好,大多数的生产单位多采用该系统1目前2种系统之间的数据交换大多是通过二维图纸的形式完成,不仅延长了产品的开发周期,且无法保证模型的一致性1本文以航天部某院的研究课题为背景,分析了三维模型从ProΠE系统转换到UG系统的数据交换标准,从而保证了设计和加工模型的一致性,缩短了产品的开发周期1
1 ProΠE和UG之间的数据交换格式111 数据交换的过程不同厂商的CADΠCAM软件之间模型的交换可以通过设置数据交换接口的形式实现1数据交换接口一般有2种连接形式:1)通过专用数据交换接口实现连接;2)采用与系统无关的通用数据交换接口实现连接1本文采用通用数据接口实现从ProΠE模型到UG模型的交换,具体交换过程如图1所示1
图1 模型交换过程112 数据交换格式对比从ProΠE中能够直接输出的数据接口和UG能够读取的数据接口发现,共有4种格式可以实现三维模型从ProΠE到UG的交换:STL,VRML,
IGES和STEP11)STL格式STL文件是通过对CAD实体或表面模型进行表面三角化离散得到的,相当于用由空间三角形构成的多面体逼近原CAD模型1STL文件有许多用途,但主要是用于快速原型技术,是CAD系统与快速原型系统之间进行数据交换的准标准格式1从STL文件的格式可以看出,通过该文件格式交换的三维模型与实体模型之间必然存在误差,不能根据该交换模型进行数控编程,因此不能采用此文件格式12)VRML格式VRML是用户在网上发布三维虚拟环境的一种标准的描述性语言,用来描述和表现三维场景1VRML采用面片拟合表示三维实体,该文件格式主要用于三维模型在网上的浏览,用户无法对模型进行编辑1因此该格式也不适用13)IGES标准和STEP标准IGES标准和STEP标准是目前最流行的2种交换标准1从使用的实际效果来看,它们能够在模型交换过程中比较好地保留模型信息1本文针对这2种标准进行了研究,并进行了大量的模型交换实验,得到了适用于ProΠE模型(Wildfire版)到UG模型(NX版)的交换标准格式1113 数据交换11311 采用IGES格式进行数据交换20世纪80年代初,美国国家标准局(ANSI)组织包括政府和工业部门在内的联合委员会制定了初始图形交换规范IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification),1981年ANSI将其接受为国家标准,即ANSIY14126M1此后,IGES得到不断完善和扩充,版本不断更新,目前最新的版本为513版[1]1IGES标准描述产品设计和制造信息,IGES标准规定了文件结构的格式、语言格式以及按这些格式所表示的几何的、拓扑的、非几何的产品定义数据[2]1IGES标准数据文件是若干个实体的集合,用几何的和非几何的信息描述产品,其中,几何信息包括点、线、圆弧、参数曲线、NURBS曲线、参数曲面、NURBS曲面和裁剪曲面等各种元素;非几何信息则分为标注、定义和组织等1IGES标准文件组织是以ASCII码、记录长度为80个字符的固定长格式,ASCII码的压缩格式和二进制格式这3种数据格式存储的数据文件1ProΠE前置处理器生成的IGES
文件为ASCII码文件1在实际转换中,使用IGES格式转换存在以下问题:
1)不能转换属性和层信息1
2)IGES本身数据格式过于复杂,同时定义不够严密,元素之间界限模糊,造成数据转换不稳定,
易丢失信息,如当模型中有圆环面时,模型转换到UG中出现错误13)由于一般商用软件只支持图形传送标准的
某些应用协议的子集,且相当多的CAD软件使用的是不同版本号的IGES标准,故经常出现因各系统所采用的IGES标准版本不同及所支持的子集不同而产生的风格不一致问题14)转换数据量大,不利于传送1如一个接头转换成STEP格式文件只有133KB,而转换成IGES
格式文件则为581KB,文件数据量大大增加111312 采用STEP标准进行数据交换1983年,国际标准化组织(ISO)以PDES(ProductDataExchangeSpecification)为基础开始制订并发布
了国际产品数据表达和交换标准———STEP(Standard
forExchangeofProductModelData)标准1其目标是
提供一种不依赖于具体系统的中性机制以描述产品整个生命周期的产品数据,并在不同的CADΠCAM
系统间进行交换时保持数据的一致与完整[3]1
STEP的体系结构可分为3层:1)应用协议及
对应的抽象测试集;2)逻辑层;3)物理层1为了应用系统间的信息交换与共享,在STEP
中规定实现的方法有3种[4]:
1)文件交换1规定了产品数据的中性文件格式
和从EXPRESS描述到中性文件的映射规则;
2)用户编程接口(API)1给出了应用软件对
757212期杨洪君等:ProΠE和UG之间三维模型数据交换方法STEP数据的标准存取界面,以使应用软件独立于数据存取系统;3)数据库和知识库的交换1对于前2种方法,STEP都制定了相应的标准,数据库和知识库实现方式尚在开发研究中1ProΠE前置处理器生成的STEP文件为中性文件,该中性文件由2部分组成:头部段和数据段1头部段提供了一些有关整个中性文件的信息;数据段包含了需交换的产品数据,一般是一些EXPRESS定义的实体类型的实例集合12 模型数据转换实验211 零件数据转换实验1)输出实验首先以图2中3个零件为例,在ProΠE中完成零件的三维建模;然后分别以IGES和STEP格式输出这些零件;输出后得到的文件信息如表1所示1图2 零件转换实验的三维模型表1 零件输出结果零件名称文件格式文件大小ΠMB输出设置大梁 IGES3186SurfacesSTEP0199SolidsShells接头 IGES01581SurfacesSTEP01133SolidsShells仪器盘IGES7125SurfacesSTEP1182SolidsShells 2)导入实验将上述格式的文件导入到UG中生成UG三维模型,导入后得到的文件信息如表2所示1表2 零件导入结果零件名称导入文件格式导入时间s生成文件大小ΠMB模型效果大梁 IGES154 4159 一致STEP3001881一致接头 IGES1901847一致STEP201157一致仪器盘IGES2007142有错STEP731138一致 3)实验结果分析从表1,2可以明显看出,采用IGES格式进行数据转换,输出的文件和导入后生成的文件比用STEP格式进行数据转换输出的文件和导入后生成的文件要大得多且耗时更多1同时采用IGES格式进行数据转换,当模型中有圆柱面、圆锥面或球面时,转换到UG中进行加工,无法选取整个圆柱面、圆锥面或球面,不利于NC编程;当模型中含有圆环面时,模型转换到UG中出现了错误,导入的模型如图3所示,而采用STEP格式进行数据转换则没有上述问题1
图3 仪器盘导入模型212 装配体转换实验1)输出实验
我们还选择了装配体进行数据转换实验,如图4所示的减震支架组件由2个零件、2个内垫、4个螺钉、8个螺母和4个子组件组成,其中子组件又由3个零件、2个螺钉和2个螺母组成(所用螺钉、螺母与组件中的不同)1首先在ProΠE完成装配体的三维建模,如图4所示,然后分别以IGES和STEP格式输出这些零件,输出后得到的文件信息如表3所示,其中文件大小是指组件的转换中性文件的大小1
图4 装配体转换实验的三维模型表3 零件输出结果装配体名称文件格式文件个数文件大小KB输出设置减震支架组件IGES 14857Surfaces,Flat
11Surfaces,OneLevel1215Surfaces,AllLevels491Surfaces,AllPartsSTEP1451000SolidsShells
