一、引言

　　并行工程（CE）需要使用一系列先进的计算机辅助技术，如CAD、CAPP、CAM、CAE（计算机辅助工程分析）、CAFD（计算机辅助工装系统设计）、DFA（面向装配的设计）、DFM（面向制造的设计）、MPS（加工过程仿真）等。为了在各应用子系统之间进行有效的信息传递和产品数据交换，实现并行产品开发，产品数字化建模和基于STEP的产品信息集成成为并行工程中的关键技术之一。
　　产品生命周期数字化定义与数据管理包括以下几个方面的内容：
　　全局产品模型定义CE产品开发过程的实现依靠各种计算机辅助工具，工具之间交换的信息必须以计算机可识别的形式表达。这些工具可能是构造在同一种平台上的，但更多的情况是不同平台上的计算机辅助工具用于全企业或企业之间协作的产品开发。这就导致了生命周期中上下游环节存在信息接口的问题。
　　数字化工具定义即广义的计算机辅助工具集。被广泛用于CE产品开发的各个环节。
　　产品数据管理CE产品开发过程中的各种计算机辅助工具将产生大量的中间数据、图形、文档或资料。为了保证设计前后的一致，必须按产品结构配置的思想，对它们进行全局的管理与控制。

　　二、CAD/CAPP集成

　　在CAD/CAPP集成中有两个最为关键的问题：零件信息的描述及工艺的自动生成方法。研究零件信息描述的目的是实现CAD/CAPP的信息集成。成组技术(GroupTechnology，GT)编码是普遍使用的零件信息描述方法。由于其码位有限，必然要丢失一些详细的零件信息，而无法满足CAPP进行详细工艺设计时的需要。由于零件可以用CAD系统建模，因此，直接用CAD模型作为CAPP的输入，可以避免GT编码描述的局限性。在商品化CAD系统下实现CAD/CAPP集成是当前信息集成的研究热点问题之一，而且迄今仍然是一个尚未完全解决的课题。
　　早期一些工业应用的CAD系统基本上是以对象的几何模型作为建模的基础，而CAPP工艺设计所需的信息是包含加工信息的高层特征，基于特征的零件信息表示是CAPP对CAD输出的基本要求。目前，许多商品化CAD软件如Pro/Engineer、I-DEAS、UG等纷纷推出基于特征的造型方法。
　　特征是构成零件信息的结构单元。根据CAD和CAPP的侧重点不同，特征可分为设计特征和制造特征两种。许多设计特征和制造特征是等同的，存在着相互重叠，但也有一些是不同的。二者虽选用相同的特征，但对同一组特征的表示、组织、调用和参数处理等方面仍存在一定的差异。现代商品化CAD软件都纷纷采用特征造型的新技术，但其构造特征也仅仅限于形状特征，造型数据仍然无法描述完整的产品信息，如公差、粗糙度、材料特性等。这使得它们也无法摆脱传统CAD系统的局限性，不能强有力地支持CAPP等工程应用所需的高层信息。因此，还必须对设计领域的特征信息向制造领域特征信息进行映射处理。
　　目前主要采用三种方法实现CAD/CAPP集成，即特征识别、基于特征的设计和交互式特征定义。而基于商品化CAD系统实现CAD/CAPP集成一般有两种途径：一是在商品化CAD软件上开发具有制造特征功能的软件，使设计信息可为CAPP直接使用；二是基于CAD软件实体造型，开发制造特征识别与提取系统，为CAPP等应用系统提供制造特征信息。863/CIMS关键技术攻关项目“并行工程”中的工程数据产品信息集成就是采用后一种途径实现了CAD/CAPP间的信息集成。

　　三、三维数字化产品建模

　　三维数字化产品建模是工程设计的重要环节，其早期是以几何建模为主，然后发展成为特征建模。另外，机械产品的CAx、DFx等软件技术发展非常迅速，由于各个应用系统具有各自独立的数据结构，缺乏统一的信息模型，这就造成了产品数据在各应用系统中难以进行有效的信息交换与共享。因此，数字化产品建模是贯穿工程设计的核心信息，产品信息的完备性、抽象性和可操作性对于CIMS的信息集成和CAx/DFx之间的数据交换具有决定性的影响。
　　为了避免不同应用系统之间点对点的网型数据转换对多种数据转换接口开发的要求，国际上一些标准化组织通过制定相应的标准，实现产品数据的交换。如美国的IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)初始图形交换标准，能有效支持CAD/CAPP的信息集成。但IGES标准主要支持CAD系统的图形信息交换，不支持产品开发的后续过程设计系统。为了能支持整个产品生命周期的产品数据交换，国际标准化组织ISO10303从1984年开始开发产品数据交换标准STEP(StandardfortheExchangeofPartModelData)，一些应用协议已陆续开发完成并在工业中应用和实施。STEP(ISO10303)作为产品生命周期交换标准，用于定义覆盖产品开发各个环节的信息模型和交换方法。其核心思想包括：层次结构概念(应用层、逻辑层、物理层)、Express信息建模语言定义产品数据模型、多种信息交换途径等。
　　对于机械零件产品，建立其产品模型必须考虑到产品整个生命周期中各个过程所需要的信息，如设计过程、工艺规划、加工过程等。一个完整的产品信息模型不仅是产品数据的集合，还应反映出各类数据的表达方式以及相互间的关系。产品信息模型不但包含了产品的加工和非加工特征信息，还包含了零件模型底层的几何拓扑信息。构成产品零件的特征包括方位特征、形状特征、精度特征和技术管理特征。形状特征可分为基本特征、复合特征和阵列特征等。近30年来，产品数据建模技术经历了从线框建模、表面建模到实体建模等三个过程，相应的产品信息表达层次也不断提高。对于工程应用而言，利用各种几何造型系统获得的产品信息模型，至少存在以下两方面的不足：
　　产品数据不完备只涉及产品的几何形状数据，而反映设计意图和工艺要求的信息如公差、粗糙度、材料、热处理等没有表达，难以满足产品数据交换和信息集成的需要。
　　数据的抽象层次低只用低层次的几何、拓扑信息来表达零件信息，不能提供高层次的概念实体，不利于工程设计的数据表达。
　　基于特征的零件信息建模技术采用了具有一定工程意义的特征作为基本构造单元，使整个信息模型具有丰富的语义，并提供高层次的产品信息，以完整、全面地描述产品信息模型。特征建模既继承了几何建模的优点，又弥补了其存在的种种缺陷，是现代CAD系统普遍采用的技术。特征建模与几何建模是相互联系的，几何建模提供了面向几何的产品信息的表现形式，特征建模提供了连接工程知识和几何信息的工具。特征向下细分需要几何建模提供产品的几何形状信息，向上则反映工程语义的高层次信息。