1.4 图形交换标准

随着CAD/CAM技术和计算机图形学的不断发展，各种图形支撑软件系统、CAD/CAM应用软件系统、CAD/CAM系统内种类繁多的图形输入和输出设备的投入使用，对图形软件系统的标准化问题提出越来越紧迫的要求，具体表现在以下几个方面：

（1）图形支撑软件系统应能支持CAD/CAM应用软件的开发和向其他图形支撑软件系统的移植，这就要求CAD/CAM应用软件与图形支撑软件系统之间的接口标准化。

（2）图形支撑软件系统和CAD/CAM应用软件系统中，图形数据与其他数据的存储格式是不相同的，因而在系统之间交换数据就会发生困难。为克服这一困难，应用软件中图形数据等的格式应标准化。

（3）图形支撑软件系统应能支持不同规格和型号的图形输入/输出设备，以便于用户配置或更换硬件。这要求在图形支撑软件系统中面向用户的界面程序和面向硬件设备的驱动程序之间的接口标准化。

图形支撑软件标准化的问题对于计算机图形和CAD/CAM技术的发展都是非常重要的。图形支撑软件标准化能够增强图形支撑软件系统和CAD/CAM系统的竞争力，使用户的应用软件、图形数据文件有较强的可移植性。因此，计算机图形支撑软件标准化问题是图形支撑软件系统开发人员和用户在开发和选购图形支撑软件系统必须考虑的一个重要问题。

1.支撑软件

所谓支撑软件，是支持其他软件实施设计、开发和维护的软件，它是CAD/CAE/CAM软件系统的核心。它是为了满足CAD/CAE/CAM工作中的共同需要而开发的通用软件。

一般支撑软件的种类繁多，这里主要简述以下几类。

1）图形处理软件

这是CAD/CAE/CAM系统中的重要支撑软件，例如，二维CAD有AutoCAD、PCCAD、CAXA EB等；三维有UG、Solidworks、CATIA、Pro/E、Solid Edge、Mastercam、Inventor、Cinmatron、CAXA实体设计等。其基本功能诸如点、线、圆图形元素的生成，图形的平移、放大与旋转，图形的删除与编辑，以及尺寸标注、文字书写等都是绘制模具图时所必需的。它通常以子程序或指令形式提供一整套绘图语句，供用户在高级程序设计语言，如BSAIC、FORTRAN等编程中调用。

图形处理软件既有较强的计算能力，又具有图形显示或绘图功能。但这类软件往往是由硬件厂家提供的，因而受到硬件设备型号的制约，不像程序设计中的高级语言那样有良好的通用性，为推广造成一定的困难。为此，在国际上出现了一些图形软件标准，如国际标准化组织（ISO）颁布的计算机图形设备接口标准CGI、图形交换规范IGES、图形核心系统GKS等。

2）数据库管理系统

为了适应数量庞大的数据处理和信息交换的需要，发展出了数据库管理系统（DBMS）。它除了保证数据资源共享、信息保密外，还能尽量减少数据库内数据的重复。用户是使用数据库管理系统进行工作的，因而它也是用户与数据间的接口。数据库管理系统中使用的数据模型主要有三种：层次模型、网状模型和关系型模型。

由于在工业设计中涉及的数据量异常庞大，因此一般通用的数据库管理系统在工程中并不太适用。CAD/CAE/CAM的工程数据库管理系统要求能管理数量极大的数据量，数据类型及数据关系也十分复杂，而且信息模式是动态的。因此，工程数据库管理系统多年来一直是重点研究课题。常见的数据库系统有Oracle、DB2、SQL Server、MySQL、PostgreSQL、SQLite、Firebird等，规模有大有小，有开源的和闭源的，有文件型和C/S型等。现在，很多CAD系统借助一般关系型数据库管理系统来实现工程数据的管理，虽然效果不很理想，但基本满足实用的需要。

3）分析软件

分析软件主要用来解决工程设计中各种数值计算问题，如有限元分析，比如ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS等；机构分析模拟、模态分析，比如ADAMS、ME-SCOPE、DASP等；塑料流动分析、冷却分析模拟，比如Moldflow、华塑CAE7.0（HSCAE7.0）、AnyCasting等，都已有功能很强的商品化软件包。

2.图形标准

自20世纪70年代中期以来，各国为制定图形支撑软件标准做了大量的工作。尽管如此，到目前为止，还没有一套统一的、通用的标准，但国际上存在一些可供选择的各类标准。有些标准已被有关国际标准化组织采纳，有些尽管仍处于提案阶段，但已被工业界广泛采用，成为事实上的标准。

1）IGES标准

初始图形交换规范IGES由美国国家标准局（NBS）主持，波音公司和通用电气公司参加编制的。IGES是为在不同厂商的CAD系统间进行产品定义数据的交换而确定的具有代表性的文件存储格式。为了实现这种数据交换，两种有关的CAD系统各自将原来的数据变换成一个中间数据格式，即IGES文件，再将这中间数据格式变换成为对方系统所能接受的数据。因此，各系统要有两种处理器：一种是把本系统的数据变换成为IGES文件的前置处理器；另一种是把外面系统传来的IGES文件变换成本系统数据的后置处理器。有了这两种处理器，就能对所有的CAD系统和数据进行交换，即该规范为产品的定义数字表示和数字传输建立了信息结构，利用该规范可以在不同的CAD/CAM系统之间进行产品定义数据的相互兼容性的交换。

IGES由几何、绘图、结构和其他信息组成，可以处理CAD/CAM系统中的大部分信息，而且还有扩展的余地。IGES目前还不完善，尚不能解决CAD/CAM系统所需的全部信息交换问题。IGES的某些概念对其他图形标准有着重要的影响。

2）PDES标准

PDES是美国制定的一种产品数据交换规范，是在IGES的基础上发展起来的，但其作用与IGES不同。IGES主要是保证不同CAD/CAM系统之间的通信，传递形体的三维图形信息。PDES的目标是要解决在CAD/CAM集成系统中各模块之间产品的完整描述信息，用于定义零件或装配零件，使设计、分析、制造、试验和检查等都能直接应用产品数据（包括几何、拓扑、公差、相互关系、属性和特征等）。PDES由软件系统直接解释，诸如工艺规程设计程序、CAD的直接检查以及刀具轨迹的自动计算等均可直接应用PDES。目前，PDES标准已被融合进STEP标准中，并逐渐被后者替代。

3）STEP标准

产品数据表达和交换标准STEP是由ISO组织，美国、法国、德国和日本等国参与共同开发出来的。其原方案是在美国IGES委员会的专门会议上提出的，并与PDES部门联合制定，经参与国反复修改、补充后，完成的一个新的、统一的国际标准。STEP标准是由三层结构组成的数据体系，即应用层、逻辑层和物理层。其主要特征是规定了与IGES一样的中间数据格式，并进行数据交换；对产品的整个生产工艺建立必要的产品模型数据交换，扩大了CAD数据交换的范围；用语言形式来描述产品模型的构成要素，并利用数据的逻辑结构和物理结构的分离及数据库技术，在开发方法上达到统一，并取得明显的效果；在定义该标准的同时，确定了实现方法和检测方法等综合标准体系。