GB/T 18784.2-2005 CAD/CAM数据质量保证方法

ICS35.240.50

L67

中华人民共和国国家标准

GB/T18784.2-2005

CAD/CAM数据质量保证方法

AssurancemethodofCAD/CAMdataquality

2005-09-09发布2006-04-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T18784.2-2005

目次

前言·······，，·，，，，，，，，，，，···，，·，，，，，·······，，，，，·，，，，，，·，····，···········，，················，，，························……m

弓I言，·····。，··，·，·。。·。。··。。。··。·，···。。····。·，。，··。。，，·，，，，，，······，··，，，·，·····，··········，，，···············，·，……N

1范围··························，························，··························································……1

2规范性引用文件··············，··，····，，···············，······，·············，·，·，·······························……1

3术语和定义，，，··，·，，，，，，，，······，·，，，，，··，，，·，·，，，，，，，·····，·，，·，·，·······················，，·············，，······……1

4缩略语·，··。····。。。···········。。。。··。。。。·。。·。。，，·，···，，，，，，·，，，，，，，····，，，，，，，，，，，，············，，，，，，·，，…2

5质量保证方法。。。···。··。····。。·，·。，，········。。。。。·。··。····。···。。，·，·。。。·。。，···，··，，，，·，·，，，·，··，·，，，·，，，，，，，，一2

6质量要求·········································································，······。，·。，。。·。···。·。····，·。，·一，。。。3

7软件工具，··，·····，·····，·，，··，，·，。。·，··，，，·········，，，···，，，，，，，，，··，，，，········，，，，····，··，········，··，，······……20

附录A(资料性附录)’CAD/CAM数据交换协议，。，。。··。。。。。·····，，。·。。。···········，，·，·，，，，，·····……22

附录B(资料性附录)CAD/CAM数据质量协议表··········································，····。·。··。·一·34

附录C(资料性附录)CAD应用原则·····································································……36

参考文献············································································································……40

GB/T18784.2-2005

前言

GB/T18784的本部分的主要技术内容参考了欧洲远程传送数据交换组织(ODETTE)发布的技术

文献ODG11CQ9504，仅对技术内容做了部分编辑性调整，在编排格式上执行GB/T1.1-2000的

规定。

本部分的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。

本部分由中国标准化研究院提出并归口.

本部分起草单位:中国标准化研究院。

本部分主要起草人:詹俊峰、王平。

GB/T18784.2-2005

引言

随着制造业信息技术的发展和普及，制造商及供应商广泛采用了CAD/CAM系统，用于产品开发

过程.在使用这些信息系统时，传统的图纸和物理模型已无法胜任，三维CAD数字化模型，例如曲面

和实体特征等产品模型，已成为先进制造技术中必不可少的信息表达方式。由于要实现各种不同

CAD/CAM系统之间的信息共享和模型数据交换，因此要求在交换CAD/CAM模型数据时对模型信

息的质量水平达成共同的理解和协议，并约定可靠的质量保证方法。

本部分中的数据质量是指对数据的精确性和适合程度的一种度量，这些数据应当适时提供给数据

需求的各方。本标准的内容主要是为了满足CAD/CAM几何数据的质量保证需求.

本部分描述了数据交换过程中CAD/CAM数据质量保证的一般方法.

本部分的技术内容与GB/T18784-2002CAD/CAM数据质量标准的内容有关联，可以与之配套

使用。

本部分的使用者包括企业中CAD/CAM数据质量的负责人员,CAD/CAM软件开发人员、质量保

证软件的开发人员以及CAD/CAM软件系统的其他最终用户。

GB/T18784.2-2005

CAD/CAM数据质A保证方法

范围

GB/T18784的本部分描述了CAD/CAM数据质量保证方法的一般要求。

本部分适用于保证企业内部及企业间CAD/CAM数据交换的质量，以及作为CAD/CAM软件或

CAD/CAM数据质量检测软件的质量保il依据。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB/T18784的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文

件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而.鼓励根据本部分达成

协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本.凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本

部分。

GB/T19001-2000质量管理体系要求(fatISO9001:20001

GB/T18784-2002CAD/CAM教据质蟹

术语和定义

下列术语和定义适用于本标准.

3.1

边界boundary

包含在R二空间中的域X内的数学点s的集合，该集合在R·中有一个包含二的开球U，使U与X

之交unX与闭的d维半空间R草(对于d小于或等于，)中的一个开集合同胚，其中该同胚将X移至

R二中的原点。

注1,尺定义为在侧中的全部数学点(X,,瓜，·，凡)的集合，且X,)0.

注2:在此，“开”字具有通常的数学意义.它与本标准中其他处定义的“开曲面”无关。

仁GB/T16656.42-1998，定义3.1.4]

3.2

曲线curve

一个数学点的集合，它是在实线(R`)连通子集上定义的一个连续函数在2维或3维空间中的图像，

但不是一个简单点

[GB/T16656.42-1998，定义3.1.13]

3.3

1盛overlap

当两个实体具有共同的壳、面、边或顶点时，称该两实体为重叠。

[GB/T16656.42-1998，定义3.1.36习

3.4

自相交self-intersect

如果在曲线或曲面域中的一个数学点是在该对象参数范围内至少两个点的图像，且这两个点的一

个位于参数范围的内部，则该曲线或曲面是自相交的。对于顶点、边或面的自相交定义同上。

注如果曲线或曲面是封闭的，则它们不被认为是自相交的。

[GB/T16656.42-1998，定义3.1.40]

GB/T18784.2-2005

3.5

曲面surface

一个数学点的集合，它是在平面(R})的一个连通子集上定义的连续函数的图像

[GB/T16656.42-1998，定义3.1.44]

4缩略语

本标准采用如下缩略语:

B-Rep边界表达BoundaryRepresentation

CAD计算机辅助设计ComputerAidedDesign

CAM计算机辅助制造ComputerAidedManufacturing

IGES初始图形交换规范InitialGraphicsExchangeSpecification

NURBS非均匀有理B样条Non-UniformRationalB-Splines

ODETTE欧洲远程传送数据交换组织OrganisationforDataExchangebyTeleTransmission

inEurope

SLA光固化成形，激光成型或立体光刻StereoLithographyApparatus

STEP产品数据表达与交换Productdatarepresentationandexchange

VDA德国汽车制造商协会GermanMotorManufacturersAssociation

VDAFSVDA曲面数据接口格式VDASurfaceDataInterfaceFormat

VDAISVDA定义的IGES子集VDAIGESSubset

5质t保证方法

5.1方法说明

本标准建议使用者根据本标准的内容以及相关规范达成协议，协议可以是只针对一个特定零件，也

可以是针对项目中的一组零件。

协议有关各方应遵守以下规定:

—数据发送方和接收方应根据“CAD/CAM数据质量协议表”(见附录B)，确认质量级别，并作

为业务合同内容的组成部分;

—数据发送方对CAD模型的内容和质最负责.

数据接收方应确认收到的数据符合协议规定的质量要求;

如果出现偏差或错误，应通知发送方，重新发送修正的数据。

5.2协议表缤写说明

可参考以下步骤:

—填写“工作组”、“项目/零件”和“限制”(即:模型文件大小的最大允许值等);

填写使用的“模型类型”，以及说明当前状态的“有效性”;

填写“附加信息”，描述诸如所使用的图样类型等信息

确认有效的示例:

工程;

包装;

__一分析事

—测量下

—加丁制造.

有效性说明规定了在什么样的应用条件下模型是有效的，因为不同的使用条件对模型质量的要求

也不同。在该表“协议’，一栏下面的最左列选择框中，可以标识某种模型和/或模型有效性的重要特征.

2

GB/T18784.2-2005

建议采用推荐值或协议约定偏差。在协议表中“未能实现”一列的选择框中，应当注明偏差

5.3CAD/CAM数据交换协议

通常在达成数据质量协议之前要先签订数据交换协议，数据交换协议对于保证数据交换过程的质

量具有非常重要的作用，因为数据交换质量对接收CAD模型的质量有很大的影响。CAD模型交换的

管理应遵照GB/T19001-2000标准，因此要遵守文档可追溯性等的规定，此外还必须符合协议各方制

定的与CAD/CAM数据交换有关的规范要求，具体可参见附录A中的内容。

6质f要求

本章规定了对CAD/CAM数据交换所期望或要求的质量进行明确说明的基本准则，以便规范数据

发送方和接收方之间达成的协议。经实例检验，本章推荐的参数取值是有效的CAD/CAM质量协议

表中记录了双方协议确定的推荐值，数据发送方(经检查后)要确认或拒绝。

CAD软件系统和接口的数据处理精度应按要求调整，确保达到所需的数据质量，避免数据交换中

发生问题。所选择的技术—数学取值应当能够使CAD信息在整个产品开发过程链中得到成功应

用，在企业自己的工作规程中可以参考附录C中描述的CAD应用原则。

6.1基本原则

产品描述:产品开发过程链中的工作基础是CAD模型，而不是传统的二维图样。CAD模型描述了

产品的每个阶段的状况和要求。产品设计的各种表现形式(图样、物理模型、分析模型和其他技术文档

等)都应由CAD模型导出，并包含对CAD模型的引用(系统名称、版本号等)。本标准不对相关的法律

责任问题作详细解释，这些问题是合作伙伴所签合同的组成部分

连续性:一旦过程链开始启动，则不允许中断。

工程变更:工程变更必须及时在CAD模型上得到反映，有效的版本应当是可识别的和可理解的。

表达形式:CAD模型描述了具有真实尺寸大小的产品，它应当与其他附属的表达形式(例如图样)

一一对应。(标准件和表格图例外。)

简洁明了:CAD模型不应包含重合的元素

文档结构:CAD模型结构及其文档是基本的质量判定依据。

内容要求:需要交换的CAD/CAM模型的大小应满足过程链中每一步的要求。

术语说明:

。)u,v参数与参数方向:

所有多项式曲线和多项式曲面都可以表达为一个或两个独立参变量u和。的函数，对大多数曲线

表达来说，独立变量的取值区间是。到1，一条曲线的起点处“=。，终点处u1,参数方向是指曲线上

沿“值增加的方向。

b)曲线与曲线段、曲面与曲面片:

一条曲线可以由多个曲线段构成，每个曲线段都可用一个方程来描述。这些曲线段相互之问可具

有不同程度的相关性，最弱的相关性形式是简单的逻辑关联，最高的相关性是高阶连续性。类似的关系

也适用于曲面和曲面片

c)模型空间大小:

模型空间是指在给定的参数条件下，系统所能描述的空间立方体的尺寸大小模型空间采用的尺

寸比例越小，则表示推荐值的精度就越高。本标准中的推荐值都基于以下模型空间大小:5000mmx

5000mmX5000mm,

d)模型的度量单位:

本标准中所有CAD模型采用的单位都是毫米(mm).

GB/T18784.2-2005

6.2曲线

6.2.1多项式次数

多项式次数应尽可能低，以便限制数据交换时所需的近似值处理。

建议:曲线多项式次数小于或等于50

某一段曲线多项式方程的次数决定了方程的系数的数量。多项式次数越高，能表示的曲线复杂程

度越高。

曲线多项式的次数越高，设计人员使曲线穿过一组设定点所具有的自由度也越大。另一方面，高阶

多项式曲线可能会趋于振荡，存储曲线的内存需求量也会随着次数的增加而提高。但对子连续性要求

较高的情况.高阶多项式还是必需的

低阶多项式’(、于或等子5)可以产生光滑、简单的曲线，生成速度快、存储空间合理、计算时间短。

很多CAD系统在创建曲线时，就可以确定曲线多项式的最大许可次数。有些系统还提供工具，检

查选定几何的多项式次数。如图1所示

一次多项式二次多项式

今弃

三次多项式四次多项式

圈1不同次致的单段多项式曲线

6.2.ZG“一非连续性(间隙或，.)

对于间隙或重叠的限定值.可采用以下推荐值.

推荐值:G一“非连续性小于或等于。.01mm,

几何(G0)连续性表示相联的两曲线段，其起点和终点有一个是公共的。对于复合曲线中相联的两

个曲线段，有些系统允许这两段之间存在间隙(贝塞尔曲线)，而使用其他数学表达的系统(B样条)要求

同一条曲线中的曲线段之间至少满足绝对几何连续性要求。如图2所示。

圈2曲线段之间.大许可非连续性

GB/T18784.2-2005

当曲线用于生成曲面，以及具有不同数学表达的系统之间进行数据交换时例〔如IGES交换等)，则

曲线间隙将产生问题。

通过规定最大间隙/重叠误差，数据接收方的系统可以避免大量耗时的问题。

有些系统提供了分析工具，可以检查给定曲线的非连续性。而其他系统则需要采用较原始的度量

方法。

6.2.3G'-非连续性(切矢夹角)

曲线段之间切矢夹角非连续性的限定值，可采用以下推荐值。

推荐值:G，一非连续性小于或等于10

G一‘连续性是指两条曲线的连接点处两个曲线切矢间夹角的约束条件。理论上的G'一连续性不允

许存在角度误差。由于大多数系统的数值精度都是有限的，存在小的角度误差是允许的。如图3所示

图3曲线段间.大许可G'-非连续性

两段曲线之间的G'一非连续性会造成偏置曲线产生大的间隙/重叠，如果用这种G'一非连续性曲线

作为曲面的生成曲线，则曲面会产生更大、更明显的不连续性.

检查G'一连续性的好方法是产生一组偏移间距较大(例如，100mm200mm)的偏置曲线

6.2.4口一非连续性(曲率非连续性)

曲线段之间的曲率非连续性限定值，可采用以下推荐值。

2}}R一R.}}__

下R,II份+IIR一了气口·二

式中:R.和R，分别是两曲线连接点左侧和右侧的曲率半径。

推荐值:Gz一非连续性小于或等于00o.1

两条曲线的G，一连续性是指两曲线在连接点处曲率半径的约束条件。理论上的G“连续性要求连

接点处的曲率半径相等并且曲率圆位于同一平面上。由于大多数系统的数值精度是有限的，允许有小

误差存在。如图4所示。

圈4曲线段之间的Gz一非连续性

GB/T18784.2-2005

对于用这种曲线造型的曲面来说.G“一连续性非常重要。建议使用特定的工具检查曲线的G}-连

续性。

6.2.5解析曲线圆〔锥曲线)

解析曲线(例如圆、抛物线等)应采用解析式方法创建和交换。否则，近似处理会产生精度误差。

建议:优先采用解析定义。

如果采用解析式方法表达几何图素，则所交换的信息就可避免近似处理，并能获得较小的存储空

间。如图5所示。

④R}=z}+y'

圈5圆的解析裹达

有些交换语法不允许用解析式方法表达所有几何图素，这种特殊情况是允许出现的。如果这种几

何类型作为NURBS来交换，则建议增加解析式表达作为几何实体的属性。

6.2.6曲线段数

参与数据交换的各方必须对一条曲线的最大段数取得一致。

建议:在协议中确定最大段数。

从几何学的角度看，当把几何从一个基于B样条表达的系统转换到一个基于Bezier(贝赛尔)表达

的系统中时，B样条表达的一个曲线段将被转换成一条单独的Bezier曲线，从而导致孤立的曲线段元素

数量的大量增加，这会使用户和系统对模型中元素的总数量有限制时发生问题。因此应当对B样条曲

线段的数量进行限定。如图6所示

圈6曲线的段数

6.2.7曲线段的最小长度

曲线段的最小长度应大于曲线总长的I%

建议:最小曲线段长度大于曲线总长的1%或大于。Zmm,

当采用B样条算法时，系统在几何计算时会引人大量微小的曲线段(长度小于0.1mm)。这些微

小曲线段由于小于特定的公差而可能被接收系统忽略不计，造成最终形成的曲线包含大量的微小、几乎

不可见的间隙。这些间隙导致数控加工的刀具路径计算错误，并且经常难以发现这些错误。如图了

所示

GB/T18784.2-2005

图7单个曲线段与曲线总长的最小关系

用含有间隙和微小曲线段的曲线生成曲面时，需要耗用大量存储空间并且操作过程非常复杂。包

含大量微小曲线段的曲线由于占用额外的内存空间.经常造成系统不稳定。

曲线段的最小长度建议值取决于曲线的长度和模型的尺寸。

6.2.8曲线段的定向

在复合曲线中，所有曲线段的方向必须一致。

建议:相邻连续。

在复合曲线中，所有曲线段应具有相同的参数方向，一个曲线段的终点应当在公差允许范围内与相

邻曲线段的起点相联。如果曲线段的方向不一致，则产生的曲面将发生扭曲。此外，这还会造成有些系

统在产生数控加工的刀具轨迹时出现方向问题。

大多数情况下，系统自动采用统一的方法处理参数方向，无需用户干预。只有在把已定义的几何

曲线组合成复合曲线时，才需要用户考虑曲线段之间的方向一致性问题通常情况下，错误的方向会给

几何模型的接收方或其他用户造成困难。如图8所示。

图8复合曲线的曲线段必须具有相同的参数方向

有些系统在曲线生成过程中会自动生成曲线的方向。而有些系统则必须采用专用的分析软件来

产生。

6.3曲面

6.3.1曲面多项式次数

多项式次数应尽可能低，以限制数据交换时的近似计算。

建议:曲面多项式次数小于或等于5X50

7

GB/T18784.2-2005

曲面多项式方程的次数决定了曲面算子的自由度，曲面的复杂程度越高，所需的多项式次数也越

大。高次曲面使曲面在通过一组给定的曲线和点时，给予算子更多的自由度，但多项式次数高也会使曲

面趋向波动，曲面所需的内存空间也随着。和。方向次数的增大而显著增加。但是由于曲面连续性的

要求，有时高次曲面是必要的。

低阶多项式((d、于或等于5)可以给出光滑、简单的曲面，且具有生成速度快、需要的存储空间合理、

计算速度快等特点。多数系统在生成曲面时规定了曲面的最大许可次数，有些系统还提供软件工具来

检查特定几何的次数。如图9所示。

圈9单片多项式曲面的次数.3X3

6.3.ZG"-非连续性(间除和/或孟处)

针对曲面集合中曲面间的间隙/重叠限定值，给出以下建议。

建议:G。一非连续性小于或等于。.02mm,

几何(G0)连续性表示相联曲面片间具有公共的边界曲线。有些系统允许复合曲面(采用Bezier算

法)的两个曲面片之间存在间隙，而采用其他算法(B样条算法)的系统则要求同一曲面上的相联曲面片

至少应绝对满足G一“连续性。如图10所示。

圈10曲面片之间最大推荐间隙/，.

如果复合曲面的曲面片之间有间隙存在，则当该曲面被其他曲面裁剪时，或者在进行CAD/CAM

系统专用格式与中性表达格式(例如STEPAGES)的交换时，会产生间题。通过规定最大间隙/重叠公

差，接收系统可以避免很多诸如数控刀具无法加工曲面、实体泄漏等耗时问题.

有些系统配置有分析软件，可检查给定曲面的不连续性。其他系统中用户只能使用原始的检查

工具。

6.3.3G，一非连续性(法矢夹角)

给出曲面法线矢量非连续性的椎荐限定值。