計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）5/9/20241計算機輔助設計與制造主要內(nèi)容

1.概述2.計算機輔助設計(CAD)3.計算機輔助工藝規(guī)程設計(CAPP)4.計算機輔助數(shù)控加工編程(CAM/CANCP)5.工程數(shù)據(jù)處理與工程分析(CAE)6.數(shù)據(jù)庫技術(shù)(DBMS)7.計算機輔助生產(chǎn)管理(CAPMS)參考教材：（1）王啟義，劉永賢主編。CAD/CAM系統(tǒng)集成技術(shù)。沈陽：東北大學出版社，2000，9（2）姚英學，蔡穎主編。計算機輔助設計與制造。北京：高等教育出版社，2001，15/9/20242計算機輔助設計與制造1.概述1.1基本概念(1)計算機輔助設計(CAD）(2)計算機輔助工程分析(CAE)(3)計算機輔助制造(CAM)

(4)計算機輔助工藝規(guī)程設計(CAPP)(5)計算機輔助生產(chǎn)管理(CAPM)

5/9/20243計算機輔助設計與制造1.1.1計算機輔助設計(CAD)計算機輔助設計（ComputerAidedDesign,簡稱CAD)是設計人員在計算機系統(tǒng)的輔助下，完成產(chǎn)品從設計規(guī)劃、方案設計、結(jié)構(gòu)造型與工程分析、到詳細設計（工作圖樣繪制和設計文件編制）的全過程。其中，計算機輔助工分析又稱CAE，（即ComputerAidedEngineering,簡稱CAE）是指計算機輔助下的各種工程分析計算，優(yōu)化設計和計算機仿真等，多數(shù)情況下被視為CAD中的子系統(tǒng)．所謂CAD技術(shù)，實際是CAD環(huán)境技術(shù)、設計方法學和具體產(chǎn)品的專業(yè)設計理論與技術(shù)的綜合。5/9/20244計算機輔助設計與制造1.1.2計算機輔助制造(CAM)計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing,簡稱CAM）是指在計算機輔助下完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品銷售整個過程的各項活動。有廣義CAM和狹義CAM之分。

5/9/20245計算機輔助設計與制造（1）狹義CAM

主要內(nèi)容為：A.計算機輔助工藝規(guī)程設計（CAPP）計算機輔助工藝規(guī)程設計（ComputerAidedProcessPlanning,簡稱CAPP）是在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，那些與將原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P(guān)的過程稱為工藝過程。把工藝過程的有關(guān)內(nèi)容用表格或文件的形式固定下來，成為機械加工工藝規(guī)程。工藝規(guī)程的文件類型很多，主要是。機械加工工藝過程卡（用于單件小批生產(chǎn)）。機械加工工藝卡（用于成批生產(chǎn)）。機械加工工序卡（用于大批、大量生產(chǎn)）5/9/20246計算機輔助設計與制造B.計算機輔助數(shù)控編程（CANCP）

計算機輔助數(shù)控編程（ComputerAidedNumericalControlProgramming,簡稱(CANCP）主要指數(shù)控機床加工程序的編制，也包括自動測量機和工業(yè)機器人作業(yè)程序的編制。C.工裝CAD

主要是計算機輔助下的專用夾具、模具、刀具、量檢具的設計5/9/20247計算機輔助設計與制造（２）廣義ＣＡＭ主要內(nèi)容：A.狹義CAM的各項任務；B.計算機輔助生產(chǎn)管理（CAPM）計算機輔助生產(chǎn)管理（ComputerAidedProductionManagement,簡稱CAPM），就是針對生產(chǎn)管理的任務和目標的要求，及時、準確地采集、存儲、更新和有效地管理又生產(chǎn)有關(guān)的產(chǎn)品信息、制造資源信息、生產(chǎn)活動信息等，并進行及時的信息分析、統(tǒng)計處理和反饋，為生產(chǎn)系統(tǒng)的管理決策提供快捷、準確的信息資料、數(shù)據(jù)和參考方案。內(nèi)容包括工廠生產(chǎn)計劃、車間作業(yè)計劃和物料供應計劃的制定與管理、以及庫存管理、銷售管理、財務管理、人事管理和技術(shù)管理等。5/9/20248計算機輔助設計與制造1.1.3計算機信息集成所謂計算機信息集成，是指不同計算機及其功能模塊之間的信息自動交換與共享，其目的是最大限度地減少數(shù)據(jù)的反復人工輸入與輸出，減少失誤，提高工作效率，保證信息的正確性和一致性。因此，集成化地使用計算機，實現(xiàn)信息共享，也是當代計算機應用的基本理念。CAD/CAM集成，是指在CAD、CAPP、CAM各模塊之間有關(guān)信息的自動傳遞和交換，實現(xiàn)信息共享。集成化的CAD/CAM系統(tǒng)能夠借助于公共的工程數(shù)據(jù)庫（如產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫PDM）、網(wǎng)絡通信技術(shù)、以及標準格式的中性文件接口，把分散于機型各異的計算機中的CAD/CAM模塊高效地集中起來，實現(xiàn)軟、硬件資源共享，保證系統(tǒng)內(nèi)信息的流動暢通無阻。利用數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)CAD與CAPP、CAM集成的基本工作步驟如下：①CAD設計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、繪制產(chǎn)品圖樣，為CAPP、CAM過程準備數(shù)據(jù)；

5/9/20249計算機輔助設計與制造②

經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成中性文件(如IGES、STEP文件)；③CAPP系統(tǒng)讀人中性文件，并將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需格式后生成零件工藝過程；④CAD、CAPP系統(tǒng)生成數(shù)控編程所需數(shù)據(jù)，并按一定標準轉(zhuǎn)換成相應的中性文件；⑤CAM系統(tǒng)讀人中件文件，并將其轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所需格式后生成數(shù)控程序以及各種生產(chǎn)管理文件等。這樣所形成的集成系統(tǒng)表達為CAD/CAPP/CAM，也可簡寫為CAD/CAM。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為使企業(yè)產(chǎn)生更大效益，又有人提出集成化地使用企業(yè)內(nèi)各部門的計算機，要把企業(yè)內(nèi)所有的分散系統(tǒng)集成起來，實現(xiàn)信息共享。這一設想不僅包括生產(chǎn)信息，也包括生產(chǎn)管理過程所需全部信息，從而構(gòu)成一個計算機集成的制造系統(tǒng)(CIMS—ComputerIntegratedManufacturingSystem)。CAD／CAM技術(shù)是計算機集成制造系統(tǒng)的核心。5/9/202410計算機輔助設計與制造5/9/202411計算機輔助設計與制造

1.1.4CAD/CAM系統(tǒng)的基本組成5/9/202412計算機輔助設計與制造1.2CAD/CAM的技術(shù)特點1.2.1優(yōu)越性(1)提高產(chǎn)品設計與制造的水平、質(zhì)量和效率,縮短產(chǎn)品交貨期,降低成本,提高市場競爭力;(2)把工程技術(shù)人員從煩瑣的事務性工作中解放出來，從事創(chuàng)造性勞動.1.2.2注意事項初始投資大，對各類人員素質(zhì)要求高，要求人機協(xié)調(diào)，各類專業(yè)的技術(shù)人員緊密配合，協(xié)調(diào)工作等.目前我國開展CAD/CAM的成功因素是“三分技術(shù)，七分人才，十二分數(shù)據(jù)”.5/9/202413計算機輔助設計與制造1.3硬件環(huán)境

主要是網(wǎng)絡化微機系統(tǒng)，也可以用工作站（超型微機）作為服務器.其它類型如主衛(wèi)系統(tǒng)，工作站系統(tǒng)已被取代。具體構(gòu)成包括：主機及普通外設，圖形輸入、輸出設備，生產(chǎn)設備，網(wǎng)絡設備等。5/9/202414計算機輔助設計與制造

CAD/CAM系統(tǒng)的硬件組成5/9/202415計算機輔助設計與制造

1.3.1主機及普通外設（1）主機：CPU（PENTIUMⅣ）性能決定字長,主頻高低和內(nèi)存大小.（2）顯示器：光柵式（CathodeRayTube，CRT）或液晶式（LiquidCrystalDisplay，LCD）；（3）外存：硬盤（海量），軟盤（可能被淘汰），光盤，U盤，移動硬盤；

5/9/202416計算機輔助設計與制造（4）鍵盤：字符鍵，功能鍵（5）鼠標器（定標設備）開始專為CAD配置，現(xiàn)在已成為計算機的通用外設。（6）打印機：針式、激光式、噴墨式打印機，可打印文本、圖形及圖象。（7）語音輸入設備（8）圖象掃描儀5/9/202417計算機輔助設計與制造1.3.2圖形輸入設備

主要是大型圖象掃描儀。其他如光筆，數(shù)字化儀等普及率很低，數(shù)據(jù)手套在研制中。小型圖象掃描儀已成為普通外設。由于圖象掃描儀輸入的圖象是點陣圖，必須經(jīng)矢量處理后，才能被CAD系統(tǒng)采用。

1.3.3圖形輸出設備

主要是噴墨式繪圖機：有平臺式，滾筒式，其工作原理與數(shù)控機床相同。筆式已淘汰。

5/9/202418計算機輔助設計與制造

1.3.4生產(chǎn)設備

主要是CNC機床，工業(yè)機器人，自動測量機和自動物流設備等。5/9/202419計算機輔助設計與制造1.3.5網(wǎng)絡設備CAD/CAM系統(tǒng)網(wǎng)絡是建立在一些互相連接的設備基礎之上，包括硬件和軟件系統(tǒng)。其硬件系統(tǒng)的構(gòu)成如下：（1）服務器和工作站：連接到網(wǎng)絡上的計算機一般稱為工作站，其中運行網(wǎng)絡操作系統(tǒng)及提供文件、通訊和打印等服務的大負荷計算機稱為服務器，其工作量是接受網(wǎng)絡服務的普通工作站的幾倍甚至幾十倍。（2）電纜：有細同軸電纜、粗同軸電纜、雙絞線和光纖等多種類型。（3）網(wǎng)卡：通訊適配器，決定網(wǎng)絡性能。（4）集線器（HUB）：又稱集中器，為了克服總線機構(gòu)網(wǎng)絡布線困難和易出故障而引入。

5/9/202420計算機輔助設計與制造（5）中繼器：是一種附加設備，工作在物理層，用以放大電纜上的信號以便增加傳輸距離。（6）網(wǎng)橋：能夠連接相同或不同網(wǎng)段以平均各網(wǎng)段的負荷。（7）路由器：作為連接廣域網(wǎng)WAN的端口設備，可連接多個獨立的網(wǎng)絡和子網(wǎng)，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)間的最佳尋徑。（8）網(wǎng)關(guān)：用于連接兩個協(xié)議差別很大的計算機網(wǎng)絡。5/9/202421計算機輔助設計與制造

1。3。5CAD/CAM系統(tǒng)硬件布局的形式依據(jù)CAD/CAM系統(tǒng)總體配置及組織方式的不同，其布局形式宏觀上可以歸納為兩種基本類型.(1)主衛(wèi)系統(tǒng)（大、中型計算機+終端）這類系統(tǒng)以一個主機為中心，可支持多個終端運行，共享一個CPU，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶共享主機系統(tǒng)的資源。系統(tǒng)可裝備中心數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)集中管理和維護全部數(shù)據(jù)；可配置較大的內(nèi)存和外存以及高精度、高速度、大幅面的圖形輸入輸出設備；可運行規(guī)模較大的支撐軟件和應用軟件，將設計、計算、繪圖、分析等工作結(jié)合起來，進行復雜的作業(yè)。但價格昂貴，已很少采用，僅用于大型工程與管理系統(tǒng)。

5/9/202422計算機輔助設計與制造(2)工程工作站系統(tǒng)工作站是介于個人機與小型機之間的一種計算機，又稱超級微機，通常具有較高的性能。工作站的性能包括：具有良好的人機界面，CPU的運算速度在2Mips以上，具有32位以上的微處理器，支持高分辨串彩色圖形顯示器，同時可支持高技術(shù)指標的外圍設備及網(wǎng)絡環(huán)境。曾經(jīng)是CAD／CAM的主要硬件環(huán)境，當前已被PC機所代替，主要用于分布式微機系統(tǒng)的服務器。

5/9/202423計算機輔助設計與制造(4)個人計算機系統(tǒng)個人計算機即通常所說的PC機。與前述幾類系統(tǒng)相比，PC機成本低廉，運算速度和處理能力相對較低，但隨著微機硬件技術(shù)的提高以及軟件開發(fā)水平的提高，PC機上的CAD／CAM系統(tǒng)也逐步顯示出其獨特的優(yōu)勢，成為當前CAD/CAM系統(tǒng)的主流。PC機的優(yōu)勢表現(xiàn)在：硬件配置與工程工作站的差距越來越??；PC上的CAD系統(tǒng)已從單純的簡單計算、二維圖形處理系統(tǒng)發(fā)展為具有三維交互設計、實體建模、有限元分析、優(yōu)化設計等功能的綜合設計系統(tǒng)。特別是利用計算機技術(shù)與通訊技術(shù)將分布于各處的微機以網(wǎng)絡形式連接起來的分布式系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡軟件提供的通訊功能，結(jié)點之間可進行信息通訊和交互，實現(xiàn)CAD/CAM任務所需的軟硬件資源共享。如大型自動繪圖儀、激光打印機等硬件設備，也能共享某些公共的應用軟件及數(shù)據(jù)文件。這類系統(tǒng)的配置和開發(fā)投資可逐步進行，易于擴展，有利于逐步提高CAD/CAM系統(tǒng)的技術(shù)性能，有利于各專業(yè)同時進行復雜的、需要處理大量信息的工程工作。5/9/202424計算機輔助設計與制造分布式系統(tǒng)的總體配置5/9/202425計算機輔助設計與制造1.4軟件系統(tǒng)計算機軟件是指控制CAD／CAM系統(tǒng)運行，并能使計算機發(fā)揮最大功效的計算機程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔資料等的總和。由前述CAD／CAM系統(tǒng)的組成可知，它利用軟件來實現(xiàn)有效地管理和使用硬件以及人們所希望的各種功能要求。軟件包含了應用和管理計算機的全部技術(shù)，軟件水平是決定CAD／CAM系統(tǒng)的功能、工作效率及使用方便程度的關(guān)鍵因素。

程序是指揮硬件工作的指令的集合，是軟件的主要內(nèi)容，相關(guān)的文檔(如系統(tǒng)設計說明書、使用說明書等)也是軟件的重要內(nèi)容，只有具備了合格、完整的文檔資料，軟件才能具有真正的價值，才能實現(xiàn)商品化。CAD/CAM的軟件系統(tǒng)可分為三個層次：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應用軟件。5/9/202426計算機輔助設計與制造1.4.1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是支撐軟件和應用軟件的基礎，具有通用性和基礎性，主要包括操作系統(tǒng)、編程語言、網(wǎng)絡通訊和管理軟件系統(tǒng)三大類型。（1）操作系統(tǒng)是最基礎的計算機軟件，直接依賴計算機的硬件系統(tǒng)，其它任何程序都操作系統(tǒng)分配必要的計算機資源后才能執(zhí)行。主要有微機的Windows、ENIX，工作站的UNIX、VMS等。5/9/202427計算機輔助設計與制造操作系統(tǒng)主要功能日常事務管理錯誤診斷與糾正基本數(shù)學計算硬件驅(qū)動程序定時分時系統(tǒng)任務隊列管理硬件資源管理5/9/202428計算機輔助設計與制造（2）編程語言系統(tǒng)計算機編程語言是用戶將要完成的任務轉(zhuǎn)化為計算機所能識別并執(zhí)行的作業(yè)的基本工具,一般分為低級語言和高級語言.

低級語言主要指匯編語言,是一種與計算機硬件相關(guān)的指令符號,不便記憶，但執(zhí)行速度快，用于開發(fā)最低層的功能.如Intel8088的匯編指令.

高級語言是一種與自然語言比較接近的編程語言,與具體計算機無關(guān),但需經(jīng)編譯和與有關(guān)函數(shù)庫連接后才能執(zhí)行.種類很多且不斷發(fā)展，如FORTRAN,BASIC,現(xiàn)在流行的是C,VC++,VB等.5/9/202429計算機輔助設計與制造（3）網(wǎng)絡通訊和管理軟件系統(tǒng)主要指網(wǎng)絡協(xié)議，此外還有網(wǎng)絡資源管理,任務管理,安全管理和通訊瀏覽工具等。網(wǎng)絡協(xié)議是為保證網(wǎng)絡中信息交換能正常有效進行，分層次對雙方通訊的約定，稱為協(xié)議.ISO/OSI（開放系統(tǒng)互連模型）標準規(guī)定為七層協(xié)議：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡層，傳輸層，會話層，表示層，應用層.CAD/CAM中的主要協(xié)議為:TCP/IP協(xié)議（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）,已成為支持因特網(wǎng)（Internet）和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet,又稱內(nèi)聯(lián)網(wǎng)）的協(xié)議標準；MAP/TOP(ManufacturingAutomationProtocol/TechnicalOfficeProtocol)協(xié)議,是支持企業(yè)制造自動化和辦公自動化的局域網(wǎng)協(xié)議。此外，還有現(xiàn)場總線，用于底層設備的聯(lián)網(wǎng)，可大大減少連線。，5/9/202430計算機輔助設計與制造1.4.2機械CAD/CAM的支撐軟件

所謂支撐軟件不是針對具體的應用對象，而是為某一應用領(lǐng)域的用戶提供的通用工具和開發(fā)環(huán)境，一般可以從市場上購買。類型很多：圖形系統(tǒng)，工程分析系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)控編程系統(tǒng)，工藝規(guī)程設計系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。5/9/202431計算機輔助設計與制造1.4.2.1圖形系統(tǒng)圖形系統(tǒng)是CAD系統(tǒng)的核心，其功能是正確、高效地對產(chǎn)品及其零部件進行描述，滿足對產(chǎn)品及其零部件進行分析和加工制造的要求，并能提供相關(guān)數(shù)字化信息，滿足信息集成的要求。主要功能為：(1)二維繪圖：點、直線、圓、弧、解析曲線、樣條曲線等圖形元素的生成、編輯修改、顯示、查詢、標注及自動繪制。如CAXA二維電子圖板。(2)機械零件的三維建模，包括線框模型、表面模型、實體模型以及參數(shù)模型和特征模型等的生成、修改、投影和渲染處理等。(3)裝配模型：產(chǎn)品或組件的生成與修改等。（比較薄弱）(4)應用接口：用于信息集成的各種數(shù)據(jù)接口，如:DXF（圖形數(shù)據(jù)交換文件接口），IGES（原始圖形數(shù)據(jù)交換標準），DWG等。5/9/202432計算機輔助設計與制造1.4.2.2計算機輔助數(shù)控編程(CANCP)這是CAD/CAM系統(tǒng)的又一基本功能.主要有三種方式：（1）數(shù)控語言型用高級語言對零件的幾何形狀和走刀路線進行宏觀定義，由計算機進行復雜的計算和判斷，生成刀位軌跡文件后，經(jīng)后置處理生成適合具體CNC系統(tǒng)的G代碼程序。其代表系統(tǒng)為APT系統(tǒng)。APT系統(tǒng)在我國沒有普及，以為人機交互圖象編程技術(shù)所代替。（2）數(shù)字化編程通過對零件模型或圖形進行測量或掃描后，由計算機生成價格程序。該方法費用昂貴，因此應用較少。5/9/202433計算機輔助設計與制造（3）人機交互圖象編程

又稱CAD/CAM一體化編程，是當前計算機輔助數(shù)控編程的基本方法。其工作原理是首先采用CAD圖形功能，構(gòu)造出零件的幾何形狀，然后啟動數(shù)控加工編程功能，依次通過菜單和對話框，選擇加工方法、輸入刀具參數(shù)和切削用量，用光標在零件圖上拾取加工路線、進刀點和退刀點，由系統(tǒng)自動生成刀位軌跡文件，最后利用后置處理功能，生成指定數(shù)控系統(tǒng)的加工程序，并可對刀位軌跡和加工程序進行圖形仿真檢驗和編輯修改。這種編程方法是在圖形狀態(tài)下人機交互完成，形象、直觀、高效，實現(xiàn)CAD與CAM的信息集成。

支持系統(tǒng)很多：如CAXA系列：ME、TURNING、WEDM，MasterCAM，UG，PRO/E等。5/9/202434計算機輔助設計與制造1.4.2.3工程數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）建立數(shù)據(jù)庫，將各種數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化組織，由DBMS統(tǒng)一管理，保證信息的獨立性、完整性、安全性和和共享性。如ACCESS，SQL-SERVER等（2）數(shù)據(jù)表格化處理與分析計算系統(tǒng)在CAD/CAM作業(yè)過程中，隨時都有大量數(shù)據(jù)表格化處理和分析計算工作，電子表格處理軟件EXCEL除了制表功能外，還具有函數(shù)和公式功能，可在無須編寫程序的情況下完成工程中常用的分析與計算。5/9/202435計算機輔助設計與制造1.4.2.4計算機輔助工程分析系統(tǒng)（1）有限元分析系統(tǒng)（FEA）利用專業(yè)的有限元分析系統(tǒng)，對產(chǎn)品或零、部件進行強度、剛度、振動和熱變形等機械分析或其它工程分析。其數(shù)據(jù)的輸入和輸出都應通過圖形化的前置處理和后置處理自動、高效地完成。（2）優(yōu)化設計軟件選擇優(yōu)化方法，建立優(yōu)化數(shù)學模型，通過計算機進行分析求解，獲得最佳設計方案。（3）計算機仿真系統(tǒng)將實際系統(tǒng)抽象描述為計算機求解的仿真模型，進行仿真實驗并顯示結(jié)果，用于解決一般方法難以解決的大型系統(tǒng)問題，替代難以或無法實施的試驗，如產(chǎn)品的運動學仿真、動力學仿真、加工過程仿真和生產(chǎn)過程仿真等。

5/9/202436計算機輔助設計與制造1.4.2.5計算機輔助工藝規(guī)程設計系統(tǒng)(CAPP)CAPP的任務是根據(jù)零件的幾何特征和工藝特征，生成零件的工藝路線和工序卡。作為支撐軟件，應提供檢索式、派生式或創(chuàng)成式等不同工藝設計方法的支撐環(huán)境。由于工藝規(guī)程設計是復雜的計算機問題，而且不同企業(yè)的設備和生產(chǎn)情況差別很大，使得具有通用性的CAPP的支撐軟件的開發(fā)有較大難度。目前，我國的開目CAPP和CAXA/CAPP已具有一定通用性，可作為工具軟件供企業(yè)開發(fā)CAPP使用。5/9/202437計算機輔助設計與制造1.4.2.6計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)(CAPM)近年來，計算機技術(shù)在生產(chǎn)管理與控制中的應用日益廣泛。在技術(shù)上大致經(jīng)歷了以下三個階段：（1）基于物料需求計劃（MRP，MaterialRequirementPlanning）的生產(chǎn)管理系統(tǒng),是基于物料庫存計劃管理的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。（2）基于制造資源計劃（MRP-II,ManufacturingResourcesPlanning）的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，在MRP的基礎上，增加了生產(chǎn)能力計劃、生產(chǎn)活動控制、采購及財務管理等功能。5/9/202438計算機輔助設計與制造（3）基于企業(yè)資源計劃（ERP,EnterpriseResourcesPlanning）的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，整合了離散型生產(chǎn)和流程型生產(chǎn)的特點，包含了供應鏈上所有的主導和支持功能，協(xié)調(diào)企業(yè)各個管理、生產(chǎn)部門圍繞市場導向，更加靈活或柔性地開展業(yè)務活動。針對上述三種類型，特別是第二種類型，我國已引進和開發(fā)了一些生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件，可作為企業(yè)的應用開發(fā)平臺。5/9/202439計算機輔助設計與制造1.4.3機械CAD/CAM的應用軟件1.4.3.1基本任務針對具體要求，對支撐軟件進行二次開發(fā)（即應用開發(fā)），方便使用，提高效率。內(nèi)容包括：（1）專業(yè)圖表和數(shù)據(jù)的電子信息化處理。進一步建立數(shù)據(jù)庫，包括各類產(chǎn)品設計、工藝設計、加工制造、生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)資源。（2）建立圖形庫，包括人機交互圖形和參數(shù)化圖形庫；（3）建立程序庫：各種分析計算程序；（4）自行建立用戶界面，開發(fā)各種旨在提高工作效率的專用命令和菜單等。5/9/202440計算機輔助設計與制造1.4.3.2注意事項（1）大項目要統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施；（2）小項目要堅持不懈，日集月累；（3）注意成果共享，減少低水平重復；（4）注意遵守軟件工程規(guī)范。軟件工程規(guī)范內(nèi)容很多，主要是模塊化設計和建立軟件的說明文擋（設計說明書和使用說明書）兩項。5/9/202441計算機輔助設計與制造2.圖形系統(tǒng)是CAD/CAM，特別是CAD的基礎，是眾多CAD系統(tǒng)的核心功能。早期是二維功能，現(xiàn)在的三維功能已相當完備。一般把前者稱為繪圖，后者稱為建模。

5/9/202442計算機輔助設計與制造

2.1CAD的建模技術(shù)建模技術(shù)是將現(xiàn)實世界中的物體及其屬性轉(zhuǎn)化為計算機內(nèi)部可數(shù)字化表示，可分析、控制和輸出的幾何形體的方法。在CAD/CAM中，建模技術(shù)是產(chǎn)品信息化的源頭，是定義產(chǎn)品在計算機內(nèi)部表示的數(shù)字模型、數(shù)字信息及圖形信息的工具，它為產(chǎn)品設計分析、工程圖生成、數(shù)控編程、數(shù)字化加工與裝配中的碰撞干涉檢查、加工仿真、生產(chǎn)過程管理等提供有關(guān)產(chǎn)品的信息描述與表達方法，是實現(xiàn)計算機輔助設計與制造的前提條件，也是實現(xiàn)CAD/CAM一體化的核心內(nèi)容。CAD的模型類型包括：線框模型，表面模型，實體模型，參數(shù)和變量模型，特征模型等5/9/202443計算機輔助設計與制造2.1.1線框建模（WIREFRAMEMODELING）

2.1.1.1概述（1）基本定義僅用形體的頂點和棱邊對形體進行描述的造型方法，如一個六面體用8個頂點和12條棱邊表示，一個四面體用4個頂點和6條棱邊表示，是最簡單的三維形體。零件的二維投影圖可視為線框模型（的特例）。（2）特點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，只有相應的點表和線表，數(shù)據(jù)量小，計算簡單，計算機響應速度快。但對形體的表達有二義性（如圓柱的棱邊，凸臺與空腔等，表達的不清楚）。（3）棱邊類型簡單的棱邊是直線段、圓和圓??；其他復雜曲線，在CAD中它們一般都表示成樣條曲線。5/9/202444計算機輔助設計與制造2.1.1.2樣條曲線（1）基本概念解析曲線：可以用簡單的運算式、表示成顯函數(shù)、隱函數(shù)或參數(shù)方程式，如各種二次曲線。樣條曲線：可根據(jù)任意離散點進行構(gòu)造，但只能用參數(shù)方程表示的曲線。又稱為自由曲線。其構(gòu)造方法是由兩點間的曲線段聯(lián)結(jié)而成，因此又稱為合成曲線。對樣條曲線和樣條曲面進行定義和處理已是多數(shù)CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能。除圓弧之外的其他二次曲線，一般也按樣條曲線處理。常用樣條曲線有：三次參數(shù)樣條，又稱弗格森（Ferguson）曲線或三次厄米特（Hermite）曲線、貝塞爾曲線(Bezier)、B樣條曲線和非均勻有理B樣條曲線（NURBS）等。5/9/202445計算機輔助設計與制造5/9/202446計算機輔助設計與制造2.1.2表面模型（SURFACEMODELING）2.1.2.1概述（1）基本定義在線框模型的基礎上增加表面的定義（即面表），如一個六面體的表面模型除用8個頂點和12條棱邊表示外，還要增加六個平面的定義。（2）特點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡單，基本消除了二義性，并可方便地進行剖視處理。（3）曲面類型平面，線形拉伸面，直紋面，旋轉(zhuǎn)面，放樣面，導動面和樣條曲面（網(wǎng)格面）等，樣條曲面有COONS（孔斯）曲面、BEZIER（貝塞爾）曲面，B樣條曲面，NURBS曲面等。5/9/202447計算機輔助設計與制造2.1.2.2樣條曲面與樣條曲線相對應，有COONS曲面、BEZIER曲面，B樣條曲面，NURBS曲面。5/9/202448計算機輔助設計與制造2.1.3實體模型（SOLIDMODELING）2.1.3.1基本定義和特點不僅具有物體頂點、棱邊和表面的定義，而且定義了表面的哪一面存在實體，可以毫無二義性的完整的表達物體，特別是可以生成真實感圖象、進行運動分析、干涉檢查、有限元分析、機器人和數(shù)控加工編程等。2.1.3.2造型的基本方法主要有：掃掠法（Sweeping），邊界表示法（B-Rep），構(gòu)造立體幾何法（CSG）和空間單元表示法等。5/9/202449計算機輔助設計與制造

（1）掃掠法（Sweeping）

用平面圖形或簡單物體，沿一條軌跡曲線運動所掃出的空間來描述一個物體形狀的方法。有平移掃描和旋轉(zhuǎn)掃描兩大類，使用比較方便。（2）邊界表示法（B-Rep，即BoundaryRepresentation）是用實體的邊界即若干封閉的平面或曲面表示形體的方法。這種方法包含點、線和面的信息，便于表示形狀復雜的物體，易于同二維繪圖系統(tǒng)和曲面建模軟件相關(guān)聯(lián)。

5/9/202450計算機輔助設計與制造5/9/202451計算機輔助設計與制造（３）構(gòu)造立體幾何法（CSG，即ConstructiveSolidGeometry）用事先定義好的基本體素，如長方體，圓柱體，圓錐體，棱錐體，圓環(huán)，圓球等，通過用二叉樹表示的布爾運算（即并、交和差）式來表示復雜形體。用前述兩種方法構(gòu)造的形體也可作為基本體素使用。但仍存在局部修改較困難等缺點。5/9/202452計算機輔助設計與制造5/9/202453計算機輔助設計與制造（４）空間單元表示法使用八叉樹結(jié)構(gòu)，用立方體有或無來描述和構(gòu)造各種形體。5/9/202454計算機輔助設計與制造5/9/202455計算機輔助設計與制造２.１.４參數(shù)化和變量化模型（１）參數(shù)化模型對形狀相似但尺寸不同的圖形或形體定義尺寸參數(shù)，改變參數(shù)的賦值便可生成不同的形體，以便提高設計速度。多數(shù)ＣＡＤ／ＣＡＭ系統(tǒng)都具有該功能，又稱為尺寸驅(qū)動功能。實踐中，修改參數(shù)占設計工作的60~80%，特別是系列化產(chǎn)品和標準件設計。（２）變量化模型定義零件設計的約束變量，如最小壁厚、最小強度等變量，通過求解約束方程組來確定零件尺寸。該方法較參數(shù)化方法復雜，應用較少。5/9/202456計算機輔助設計與制造２.１.５特征化模型（１）基本思想所謂特征是指從工程對象中高度概括和抽象后得到的具有工程語義的功能要素。特征建模即是通過特征及其集合來定義、描述零件模型的過程。三維實體模型完整、準確地定義了三維實體的幾何和拓撲信息，但缺少產(chǎn)品開發(fā)過程中所需要的諸如材料種類與性能、尺寸和形位公差、表面粗糙度、熱處理等加工信息，因而對于一個零件而言，其定義是不完整的。此外，三維實體模型雖然提供了點、線、面和體素拼合這樣等幾何構(gòu)形手段，而設計和加工所面對的往往是有著明確工程語義的功能要素或稱特征，如孔、槽、凸臺等，它不僅包含了確定的幾何信息，還包含有材料、形位公差、粗糙度、裝配要求以及工藝等各種屬性。5/9/202457計算機輔助設計與制造因此，相對幾何實體建模，特征建模對設計對象具有更高的定義層次，易于被工程技術(shù)人員理解和使用，并能夠為設計和制造過程的各個環(huán)節(jié)提供充分的工程、工藝信息，是實現(xiàn)CAD/CAM集成化和智能化的關(guān)鍵技術(shù)。特征本身是參數(shù)化的，在特征建模時，各個形狀特征的位置和尺寸可以通過尺寸驅(qū)動方便地進行修改，其附屬的屬性也隨之修改，這樣設計人員就可以真正按照自己的設計意圖，動態(tài)地、創(chuàng)造性地進行新產(chǎn)品的開發(fā)設計。（2）特征模型的類型形狀特征模型、精度特征模型、材料特征模型、裝配特征模型、管理特征模型等。

5/9/202458計算機輔助設計與制造２.２圖形系統(tǒng)的基本功能與應用（二維和三維CAXA/EB）２.２.１用戶界面風格不同，大同小異（１）繪圖區(qū)，位于屏幕中心區(qū)，設有二維或三維直角坐標系，稱為世界坐標系。十字線光標指示當前坐標位置，原點為０，０，０，單位是繪圖單位，精度為0。0001，可代表任意尺寸，在用繪圖機繪圖時要明確指定。繪圖中可建立用戶坐標，還可進行旋轉(zhuǎn)和平移。（２）主菜單或下拉式主菜單，是樹狀（分層）結(jié)構(gòu)。單擊子菜單中的命令后，會彈出一個“立即菜單”，并在“狀態(tài)攔”顯示相應的操作提示和執(zhí)行命令狀態(tài)。（3）立即菜單，狀態(tài)提示欄和點坐標輸入條，用于描述相關(guān)命令執(zhí)行的各種情況和使用條件，用戶正確選擇某一項后，即可得到立即響應。如果是點坐標輸入，會出現(xiàn)“點坐標輸入條”，輸入坐標值后，按回車鍵確認。

5/9/202459計算機輔助設計與制造（4）工具條，分組排列各種命令按鈕，包括：標準工具，顯示工具，狀態(tài)工具，曲線工具，幾何變換工具，線面編輯工具，曲面工具，特征工具，特征樹。（5）快捷菜單（或彈出式菜單），光標處于不同位置，按鼠標右鍵會彈出各種不同的快捷菜單。熟練地使用快捷菜單，可以提高繪圖速度。如將光標移到特征樹中XY、YZ或ZX基準平面上，會彈出快捷菜單“創(chuàng)建草圖”等。（6）點工具菜單（捕捉點）（7）矢量工具（8）選擇集拾取工具（9）對話框（用于設置類命令，如線型，顏色，圖層，圖幅和文件管理）（10）狀態(tài)攔，又可劃分為4個區(qū)域：最左側(cè)，用于鍵盤輸入命令或所需數(shù)據(jù)；中部，動態(tài)顯示當前點的絕對坐標或相對坐標，或圖形的部分幾何參數(shù)（如圓的半徑）；右側(cè)，自動顯示當前點的性質(zhì)或?qū)嶓w拾取方式；最右側(cè)，顯示和設置點的捕捉狀態(tài)，即自由、智能、導航和柵格，可用F6鍵切換。5/9/202460計算機輔助設計與制造２.２.２命令及操作（１）命令輸入方法從下拉式主菜單，工具條輸入；用鍵盤輸入重復命令輸入（空格鍵）（２）對命令進行響應在立即菜單中點擊選擇不同的功能；根據(jù)狀態(tài)提示欄的提示輸入數(shù)據(jù)（如點坐標）。（３）結(jié)束命令在任何情況下按“Ｅｓｃ”鍵5/9/202461計算機輔助設計與制造２.２.３點的輸入1）