基于轻量化三维模型的CAD／CAPP／CNC系统集成技术研究
CADCAMCAPP集成的关键技术
CAD/CAM/CAPP集成的关键技术C09机械2 XXX摘要：CAD/CAMCAPP集成的关键是CAD、CAM和CAPP之间的数据交换与共享。
CAPP/CAM系统是制造业信息化的核心技术，主要支持和实现产品设计、分析、工艺规划、数控加工及质量检验等工程活动的自动化处理。
CAD/CAM/CAPP的集成，要求产品设计与制造紧密结合，其目的是保证产品设计、工艺分析、加工模拟，直至产品制造过程中的数据具有一致性，能够直接在计算机间传递，从而克服由图纸、语言、编码造成的信息传递的局限性，减少信息传递误差和编辑出错的可能性。
Summary：T he CAD/CAE/CAPP/CAM integration's key is between CAD, CAE, CAPP and the CAM data exchange and sharing. The CAE/CAPP/CAM system is the manufacturing industry informationization core technologies, mainly supports and realizes project activity and so on product design, analysis, craft plan, numerical control processing and performance test automated processing. The CAD/CAE/CAPP/CAM integration, the request product design and makes the close union, its goal is guaranteed that the product design, the process study, the processing simulation, have the uniformity until the product process of manufacture's in data, can transmit directly in the computer, thus overcomes the information transmission limitation which by the blueprint, the language, the code creates, reduces possibility which the information transmission error and the editor make a mistake.关键词：集成CAD/CAM/CAPP；关键技术Key word：Integrates CAD, CAM, CAPP Key technologies1.引言CAD/CAM/CAPP之间的信息集成。
基于PDM的CAD_CAPP_CAM集成
基于PDM 的CAD /CAPP /CAM 集成清华大学 梁吉元 郁鼎文 黄振旗 张玉峰 王先逵 摘要 首先概要介绍了PDM (Pr oduct Data M anagement:产品数据管理)产品特点:其次简单介绍了所实施的CIMS 中的CAD 、CAPP 及CAM 分系统;然后提出了以PDM 产品IMAN 为集成平台的CAD /CAPP /CAM 系统集成体系结构及实现方案。
以该方案为基础,以ST EP 标准为指导,建立了系统集成所需的信息模型,进而实现了该CIMS 中CAD/CAPP/CAM 的信息集成。
关键词 PDM CAD/CAPP/CAM 集成 ST EP CAD/CAPP/CAM 的集成是CIM S 的关键技术之一。
目前,集成的方法主要有三种,即基于几何造型的CAD 系统与CAPP 系统的专用集成方法、CAD 系统与CAPP 系统的通用集成方法、CAD 与CAPP 系统通过共享数据库的集成方法。
在我们所实施的CIM S 中,CAD /CAPP /CAM 各分系统都基于同一的PDM 产品IM AN (Inform ation M anag em ent)集成平台。
在该平台的基础上,按照STEP 标准,采用特征格式文件和共享数据库相结合的集成方法,实现了CAD 、CAPP 及CAM 之间的信息集成。
1 PDM 产品特点概述 PDM 是以软件为基础的技术,其内涵是集成并管理与产品有关的信息与过程。
总结起来,PDM 主要有以下功能:文档管理;产品结构及配置功能;工作流程控制等。
作为PDM 产品之一的IM AN ,是在关系型数据库系统ORACLE 的基础上,加上一个面向对象的层来实现的。
IMAN 用户可以通过接口层UIL(User In-terface Layer )来操纵工程数据库中的数据。
既能交互实现,也可以利用IM AN-IT K(Integ rated T oolkit)开发工具通过编程来实现,大大丰富了访问数据的途径。
CAD／CAM／CNC三位一体合成系统的研究
Ｓｔ ｄ ｆＣＡＤ ＣＡＭ／ ｕ ｙ ｏ ／ ＣＮＣ Ｔ ｉｉ ｎ ｈ ｓｓ Ｓｙ ｔ ｍ ｒ ｔ Ｓｙ ｔ ｅ ｉ ｎｙ ｓｅ
ＷＡＮＧ Ｈｏ ｇ ｎ
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势很 明显 一
２ 新 系统 的优 势
（ ）计 算机 与 外部 没备 信 息 交 换 速 度 ， 是 否 能 １ 是 实时有 效完 成 实时控 制 的关 键 ， 是 以 往通 用 汁算机 也
一
外部 信息 交换速 度慢 ， 时性较 差 的情 况下 ， 实 另辟 蹊径
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件和有 关 直用 的 角度 ， 述 以通 用 计 算 机 为控 制 核 心 论 的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ Ｃ Ｃ三 位 一体 合成 系统 满 足 以通 用 计 Ａ ／Ａ ／Ｎ 算机 为实 时控 制核 心的 实时 信息 交换的 串行 通信速 度 条件 已具 备 ， 及以通 用 计算 机 为实 时 控 制 核心 的优 以
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第２ ６卷 第 ２ 期
２０ ０ ７年 ２月
实 验
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研
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基于特征的CAD_CAPP_CAM集成方法的研究与应用
基于特征的CAD /CAPP /CAM 集成方法的研究与应用天津农学院农业工程系(300384) 李艳聪天津大学机械工程学院(300072) 徐燕申 董宏 薛兆鹏【摘要】 对CAD /CAM /CAPP 系统的结构及CAM 工艺信息处理流程进行了分析。
对Pro /E 进行二次开发,实现了CAPP 与C AD /CAM 的无缝连接,完成零件的自动加工过程仿真和NC 代码生成,大大减少了技术人员的工作量。
实际应用表明:此方法集成度高,柔性大。
关键词 CA D /CAM /C APP 加工 特征 数控程序1 引言 计算机集成制造系统是现在制造业的发展方向,而实现CAD /CAPP /CAM 的集成又是关键。
现在广泛使用的CAD /C AM 系统[6],在自动生成NC 代码时依靠将加工零件分为最基本的加工单元———特征,对每一种加工特征的每一加工工步设计固定的NC 程序库,根据CAPP 的加工工步设计固定的NC 程序库,根据C APP 的加工工步排序结果、刀具选择、切削参数选择,生成对特定零件进行加工的NC 程序。
这种方法的优势在于集成方法简单,但它的NC 程序库是针对特定的数控系统,因此灵活性差,不具备柔性。
而且对操作人员的加工工艺水平要求较高,交互也较复杂,不但容易造成信息的中断,重复输入还会引起信息的丢失和出错。
现在应用非常广泛的Pro /ENGINE ER 软件,能够将CAD /CAM 有效的集成在一起,有着较强的设计功能和加工功能,但此系统缺乏与CAPP 的信息集成,使CAD /CAPP /CAM 的信息集成出现断流,致使CAPP 产生的工艺信息无法直接、自动的为CAM 模块所使用。
因此,如何实现CA M 系统中的工艺信息的自动获取,是实现CAP P /CA M 集成的关键问题。
本文在Pro /ENGINEER 系统的基础上,仔细研究了基于特征的CAD /CAP P /CA M 集成的通用方法,并利用Pro /ENGINEER 提供的二次开发工具Protoolkit ,数据库技术以及32位开发工具VC ++[2]对Pro /E 进行二次开发,来自动提取工艺信息,实现数控代码的自动生成和加工过程仿真。
CAD-CAPP-CAM集成的关键技术
CAD/CAPP/CAM集成的关键技术1.产品的建模技术为了实现信息的高度集成，产品的建模是非常重要的。
一个完善的产品设计模型是CAD/CAPP/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAPP/CAM系统中共享数据的核心，传统的基础基于实体造型的CAD系统仅仅是几何形状的描述、难以在模型中表达特征及公差、精度、表面粗糙度和材料热处理等工艺信息，从而导致CAD/CAPP/CAM系统集成的困难，基于特征的产品定义模型不仅能支持设计与制造各阶段所需的产品定义（几何信息、工艺和加工信息），而且还提供符合人们思维方式的高层次工程描述语—特征，是目前被认为最适合于CAD/CAPP/CAM集成系统的产品描述方法。
因此，产品的特征建模技术已成为集成过程中必须研究和解决的一项关键技术。
2.存储和处理公用信息的工程数据库技术目前在商业领域广泛应用的数据克管理系统大多是用于处理商用事务数据的，对于处理数量大、形式多样、结构烦琐、关系复杂、活动规律差、动态的CAD/CAM过程中的工程数据，还不能满足要求。
而已有的CAD/CAM集成系统，主要是通过文件来实现CAD与CAM之间的数据交换的。
不同子系统的文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高。
为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各子系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，尽量避免数据文件和格式转化，消除数据冗余，应努力建立能处理复杂工程数据的数据管理环境。
因此，研究和采用工程数据库管理方法将成为开发新一代CAD/CAPP/CAM—体化系统的又一关键，也是系统集成的核心。
3.进行数据交换的借口技术数据交换的任务是，在不同的计算机之间，不同的操作系统之间，不同的数据库之间和不同的应用软件之间进行数据通信。
由于历史上各种CAD、CAM系统，甚至同一系统中的各功能模块在最初开发过程中的”孤岛”现象，导致可它们的机内数据表示格式不统一，使不同系统间、不同模块间的数据交换难以进行，影响了用户应用软件效益的发挥。
基于CAPP的CAD／CAM集成式新型数控加工模式的构想
在工艺数据库 中，指针的设定非常重要 ， 作 为工 序的导 向，它不仅 要实现工序有效 、合理 的衔接 ，还要 进行 多路 径下 的寻址 与 目标 的实 现 ，为数控加工提供可供选择 的空间 。此外 ，在工艺数据库 中，还要有 个智能的数控加工参数处理模块 。如果说数据库是一个装满书籍 的图 书馆 ，那么 ，这个智能模 块就是 图书馆 的管理员 ，负责处理 与加 工有关 的参数拟定及项 目选定的问题 。如同 Ｎ Ｃ编程人员在生 成刀位文件 前所 要做 的事情一般 。所不同的是 ，智能模块可 以直接给 出多个 可供 选择的
际实践 的调整 。 比如，本着提高机器使用率 ，降低成本等考虑 ，某个产 品需要使用 三轴联 动的数控铣床来进行加工 ，那么设计产 品的过程 就应 该是去 除材 料的过程。产 品一步步生产 的过程尽量是铣削能够完 成的过程 。这样 一 来 ，设计与制造就一一对应上 了，剩下的只是按照新 的模式去处理 的流 程了 。 ４、结束语 在计算机技术及软件研发技 术的不断前 进 ，本着高 速化 、高 效化 、 可视化 的需求 ，从设计到制造成 型 的 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｍ集 成式数 控必将 出现 。 低成本 、短周期 、高效益的数控 加工是市场 的大势所趋 ，希望 这一新 的 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｍ集成式数控加工模式的构想能为今 后数控加 工的发 展提供一 点有益的参考 。（ 作者单位 ：青岛海诺水务科技股份有 限公司 ）
三 、智 能 工 艺数 据 库 不管是设计前处理子系统 ，还是制造后处理子系统 ，存在及 连接实 现 的基础都在于工艺。所以需要一个强大 的工艺数据库 ，其 中的工艺是 最 大化实现计算机处理能力的无限细化下 的工艺 。这样才能对 设计的特 征和制造 的单元进行多种工艺的选择及 多种工序 的组合 及调配 ，以满足 设 计与制造 的需求 。
基于特征的CAD／CAPP／CAM集成方法的研究与应用
成 ， 大减 少 了技 术 人 员 的 工 作 量 。 实 际 应 用 表 大
明 ： 方法 集成 度 高， 性 大。 此 柔
关 键词
Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ／ Ａ Ｐ 加工 Ａ ／Ａ Ｃ Ｐ
数控 程序
特征
１ 引 言
计 算机 集 成 制 造 系 统 是 现 在 制 造 业 的 发 展 方 向 ， 实 现 Ｃ ／ ＡＰ ／ Ａ 的 集 成 又 是 关 键 。 现 而 ＡＤ Ｃ Ｐ Ｃ Ｍ
机
、 二＝ ： 『 ＝＝ ＝ ｒ 一 一 ＝ ＝ －
图 １
选择 、 削参 数选 择 ， 成 对 特 定 零 件 进 行 加 工 的 切 生
ＮＣ程 序 。 这 种 方 法 的 优 势 在 于 集 成 方 法 简 单 ， 但 它 的 ＮＣ程 序 库 是 针 对 特 定 的 数 控 系 统 ， 此 灵 活 因 性 差 ， 具 备 柔 性 。 而 且 对 操 作 人 员 的 加 工 工 艺 水 不
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基 于 特 征 的 Ｃ ／ ＡＰ ／ ＡＭ 集 成 方 法 的 研 究 与 应 用 ＡＤ Ｃ Ｐ
．９ ．
基 于 特 征 的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｐ ／ Ａ 集 成 方 法 的 研 究 与 应 用 Ａ ／ Ａ ＰＣ Ｍ
使用。 因此 ， 如何 实 现 Ｃ Ｍ 系 统 中 的工 艺 信 息 的 Ａ
自动 获 取 ， 实 现 Ｃ Ｐ Ｃ 是 ＡＰ ／ ＡＭ 集 成 的 关 键 问 题 。 本 文 在 Ｐｏ ＥＮ ＮＥ Ｒ 系 统 的 基 础 上 ， 细 研 究 了 ｒ／ ＧＩ Ｅ 仔 基 于 特 征 的 ｃ ／ ＡＰ ／ ＡＭ 集 成 的 通 用 方 法 ， ＡＤ Ｃ Ｐ Ｃ 并
天 津农 学 院 农 业 工 程 系（ ０３ ４ 李 艳 聪 ３０８ ） 天 津 大 学机 械 工 程 学 院 （ Ｏ ０ ２ 徐 燕 申 董 宏 ３０７ ） 薛 兆 鹏
基于三维模型的CAPP专家系统的研究
之 间 的 混 合 编 程 ， 时 对 Ｃ Ｐ专 家 系 统 的 实 用 性 进 行 了探 讨 。 同 ＡＰ 关 键 词 ： ＡＰ 专 家 系 统 ； 艺 决 策 ； 维 ； 用 性 Ｃ Ｐ； 工 三 实
中 图 分 类 号 ： Ｐ ９１ ７ Ｔ ３ ，２
文 献标 识码 ： Ａ
Ｔｈ ｔ ｄ ｆＣＡＰ ｘ ｅ ｔＳ ｓ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ａ Ｔｈ ｅ ｍｅ ｓｏ ａ ｄ ｏ ｅ ｅＳ ｕ ｙ ｏ Ｐ Ｅ ｐ ｒ ｙ ｔｍ ｓ ｄ ｏ ｒ ｅ Ｄｉ ｎ ｉｎ ｌＢｏ ｙ Ｍ ｄ Ｉ
Ｃ Ｅ ａ ， ｉ—ｈ ｎ ， Ｅ Ｙ ｎ — ｕ ， Ａ Ｇ Ｘ ｎｚ Ｈ Ｎ Ｈ ｏ ＭＡ Ｑｕ ｃｅ ｇ Ｈ ｏ ｇｓ ｎ Ｔ Ｎ ｉ－ ｈ ｉ （ ｃｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｘａ ｇａ ｎ ｅｉ ｙ Ｘ ａ ｇ ｎＨ ｎ ｎ４ １５， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃ ｇｎ ｅｉ ， ｉ ｔ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉ ｔ ｕ ａ Ｍｅ ａＥ ｎ ｎ ｎ ｖ ｓ ｎ ａ １ Ｃ ｉａ １０
当前 Ｃ Ｐ系 统 在 应 用 上 受 到 了一 些 限 制 。 当 前 存 在 ＡＰ
专 家 系统 是 利 用 计 算 机 来 模 拟 专 家 的思 维 方 式 ，
并 对 复杂 问题 进 行 工 程 求 解 的 过 程 。基 于 三 维 Ｃ ＡＤ
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西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊｕ ａ ｆＮ ｒｈ ｅ ｔｒ ｏｙｅｈ ｉａ ｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ｌｏ ｏｔｗ ｓｅｎ Ｐ ｌｔｃ ｎｃ ｌＵ ｉｅｓｔ ｎ ｙ
Ａｕ ． ２ １ ｇ ０ １
第２ ９卷第 ４期
Ｖｏ ． ９ ｏ ４ １ ２ Ｎ ．
基 于 轻 量 化 三维 模 型 的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｐ ／ Ｎ Ａ ／ＡＰＣ Ｃ 系 统 集 成 技 术 研 究
岛” 。与采用 二维 工程 图 的传 统产 品设计 方式 相
比， 应用三维模型进行产 品设计具有其天然 的优越 性 ， 维 Ｃ Ｄ 系统在 企业 得 到 了广泛 的应 用 ， 三 Ａ 而 Ｃ Ｐ 、Ａ Ａ Ｐ Ｃ Ｍ及 Ｃ Ｃ系统却仍停 留在基于二维图的 Ｎ 传 统设计 方 式上 ， 法共 享上 游 Ｃ 无 ＡＤ系 统 的三 维 模 型信息 ， 导致系统间信息共享和交换 困难 。基于三 维产品模型的设计、 工艺规划及制造集成技术 已经 成为制造企业的迫切需求 。
基金项 目： 国家 ８３计￣ （ ０ ７ Ａ ４ ５ ３ 资助 ６ Ｊ ｌ２ ０ Ａ ０ ００ ）
作者 简介 ： 李洲洋 （９９ ）西北工业大 学讲 师 、 士 ， １７一 ， 博 主要从事 Ｃ Ｄ Ｃ Ｐ 、 Ａ 、Ａ Ｐ企业信 息化的研究 。
・
５ ４・ ０
西
北
工
业
大
学
学
报
第２ ９卷
关 键 词 ： 算机 输助 设 计 ， 算机 辅 助制 造 ， 算机 集 成制 造 ， 征提 取 ， 算机数 字控 制 ， 算 计 计 计 特 计 计
机辅 助 工 艺设 计 ， 型 ， 量化 三 维模 型 模 轻
中图分 类号 ：Ｈ１ ４ Ｔ ６
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编 号 ：０ ０２ ５ （ ０ １ ０ －５ ３０ １０ －７ ８ ２ １ ） ４０ ０ －６
交换三维模型信息的瓶颈问题 。
许多学者对 Ｃ Ｄ Ｃ Ｐ ／ Ｎ Ａ ／ Ａ Ｐ ｃ ｃ集成 的理论体 系 和关键技术进行 了探索和研究 ， 如基 于 Ｐ Ｍ（ 品 Ｄ 产 数据 管理 ） 台的系 统 集 成研 究 Ｊ基 于 Ｓ Ｅ 平 、 Ｔ Ｐ及 Ｓ Ｅ ．Ｃ的 系统集 成研 究 ， Ｔ ＰＮ 取得 了一些成 果 ， 但
始终没能完全解决全生命周期 的三维模 型信息集成 和共享的瓶 颈问题。Ｃ Ｄ系统生成 三维模型数据 Ａ
１ 基 于 轻 量 化 三 维 模 型 的 系 统 集 成 体 系
基于轻量化三维模型的 ｃ Ｄ Ｃ Ｐ ／ Ｎ Ａ ／ Ａ Ｐ Ｃ ｃ系统 集成功能模型如图 １ 所示 ， 主要包括产品结构设计 、
李洲洋，田锡天 ， 耿俊浩，田富君
（ 西北工业大 学 机 电学 院 ， 陕西 西安 ７０７ ） １０ ２
摘
要 ： 对 Ｃ Ｄ、Ａ Ｐ Ｃ Ｍ 及 Ｃ Ｃ 系统 间共 享和 交换 三 维模 型信 息瓶 颈 问题 ， 针 Ａ Ｃ Ｐ 、Ａ Ｎ 在综合 分析各 系统
的不 同功 能及 对 三维模 型信 息 需求的基础 上 ， 据 轻量化 三维模 型标准 ， 依 建立 了基 于轻 量化 三维模 型
过程 ， 各大 Ｃ Ｄ厂商都推出了轻量化三维模型数据 Ａ 格式 ， 如达索的 ３ Ｘ Ｌ格式 ， Ｇ ＤＭ Ｕ Ｓ的 Ｊ Ｔ格式等 ， 但
这些数据格式仍互不兼容。为了解决该问题 ， 由英 特 尔 、 ｄｂ Ａ ｏ ｅ以及 微 软 等 ２ ５家公 司 组 成 的 ３ Ｄ工 业 论 坛 （ Ｄ Ｉｄ ｓｙＦ ｒｍ， Ｄ Ｆ） 欧洲 计 算 机 制 造 ３ ｎ ｕｔ ｏ ｒ ｕ ３Ｉ 同 商协会 （ ｃ ａ ｎ ｒａｏａ 联合推出了轻量化标准 Ｅ ｍ ｔ ｔｎ ） Ｉｅ ｉ １ ｎ 通用三维 （ ｎ ｅ ａ ３ ， ３ ） Ｕ ｉ ｒ ｌ Ｄ Ｕ Ｄ 文件格 式 ｊ ｖ ｓ 。它通
求 ， 用 Ｃ Ｄ 系统 进 行 产 品 的结 构 设 计 工 艺 、 工 资 源 及 制 加
量 化 三维 模 型文 件 。该 文件 仅仅 包 含 了零件 的几 何
随着制造企业信息化程度 的不断提高 ， 计算机 辅助设计（ Ａ ） 计算机辅助工艺设计 （ Ａ Ｐ 、 ＣＤ 、 Ｃ Ｐ ） 计
算机辅助制造 （ Ａ 和计算机数字控制 （ Ｎ ） Ｃ Ｍ） Ｃ Ｃ 单 元 技术 作 为 Ｃ Ｍ Ｉ Ｓ系统 的关 键 组 成 部 分 得 到 了快 速 的发展 ， 它们 只关 注 于各 自相 关 的应用 领 域 ， 但 而在 Ｃ Ｄ、Ａ Ｐ Ｃ Ｍ 和 Ｃ Ｃ系统 之 间形 成 “ 息 孤 Ａ Ｃ Ｐ 、Ａ Ｎ 信
的 系统 集成信 息模 型 ， 并在此基 础上 构建 了基 于轻 量 化 三维模 型 的 ｃ Ｄ Ｃ Ｐ ／ Ｎ Ａ ／ Ａ Ｐ Ｃ Ｃ集成 系统 ， 实现 了各 系统 间共享和 交换 三 维模 型信 息 的 目的。对 系统集 成信 息模 型 、 于轻量 化 三 维模 型 的 制造特 基
征转换等关键技术进行 了详细的研究， 并通过 实例验证 了方法的可行性和有效性。
量庞大 ， 处理效率低 ， 不同 Ｃ Ｄ系统 的数据互不兼 Ａ
容， 从而导致系统间三维模 型信息 的交换 和共享发
生困难 。为了将三维模型信息应用到产品制造的全
收稿 日期 ：０ ００ －２ ２１－ ２ ４
制造特征提取 、 艺设 计、 工 刀具路径 规划及加工仿 真， 以及加工过程控制等几部分。依据产品功能需
过简化三维模型数据 ， 提高模型的显示与处理效率 ， 使得三维模型可以方便地应用到产品全生命周期的
各个 阶段 。本 文 在研 究 Ｕ Ｄ标 准 的基 础 上 ， 立 能 ３ 建 够支 持 产 品全生 命周 期 的基 于轻 量化 三维 模 型 的集
成信 息 模 型， 建 基 于轻 量 化 三 维 产 品模 型 的 构 Ｃ Ｄ Ｃ Ｐ／ Ｎ Ａ ／ Ａ Ｐ Ｃ Ｃ系统集成体系 ， 解决各 系统共享和