1第一章 机械CAD-CAM技术概述

1、机械CAD/CAM技术,机械专业本科课程,何 钢 机电工程学院 河海大学,课程概况,计算机辅助设计与制造(Computer Aided Design 工程数据库得到发展 计算机硬件发展迅速 面向并行设计的CAD/CAM阶段(20世纪90年代) 面向产品全生命周期的建模技术 基于工程数据库的企业级产品数据管理 基于网络的协同工作平台,2D绘图,3D设计,工程分析,虚拟样机,集成平台,、CAD/CAM技术的发展和应用,二、 CAD/CAM技术的应用,虚拟样机的概念： 由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体（CAx、DFx、外观、仿真），这些数字模型联合体即虚拟样机（virtua

2、l prototype），能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上模拟真实产品。 虚拟样机技术是以并行工程思想为指导，建模仿真理论为核心，以各领域CAx（如CAD、CAM、CAE等）/ DFx（如DFA、DFM等）/仿真为工具的一种综合应用技术。,、CAD/CAM技术的发展和应用,多CAD 模型集成装配 动态干涉检查 动态剖面检查 接近度阵列,、CAD/CAM技术的发展和应用,以虚拟样机（Virtual Prototype）为基础，实现虚拟验证、虚拟测试、虚拟试验与仿真，减少物理试验次数，缩短试验周期，提高产品质量,、CAD/CAM技术的发展和应用,铁路机车车辆虚拟样机系统,三、 CAD/C

3、AM技术的研究热点,1计算机支持的协同设计网络化 2CAD/CAM集成技术 3智能CAD/CAM技术智能化专家系统 4与虚拟现实技术的集成-可视化 5. 并行工程 6. 快速原型技术 7计算机安全,、CAD/CAM技术的发展和应用,1计算机支持的协同设计-网络化,用于支持设计群体成员交流设计思想、讨论设计结果、发现成员间接口的矛盾和冲突，及时地加以协调和解决，减少以至避免设计的反复，从而进一步提高设计工作的效率和质量。 协同设计关键技术： 图形、多媒体信息的实时、可靠地交换 协同建模和拓扑元素命名、增量传输 如何保证协同系统在异构环境下的可靠性 协同过程管理和协同冲突管理 一致性维护与并发控制

4、,、CAD/CAM技术的发展和应用,、CAD/CAM技术的发展和应用,计算机支持企业群体协同设计平台,、CAD/CAM技术的发展和应用,2 发展方向,空客A380在4国进行协同研制,机舱内装饰,前后机身,驾驶舱和中段,机翼,发动机机架,垂直尾翼,水平尾翼,、CAD/CAM技术的发展和应用,计算机辅助技术目标：,* *,. ,问题？ 现有的商品化CAD、CAPP、CAM系统相互独立 一个企业购买多个软件公司的产品。 各系统难以沟通，交流困难,工艺规划,NC代码,CAD系统 （厂家A）,CAM系统 （厂家C）,2. 集成技术-信息集成、过程集成、企业集成,CAPP系统 （厂家B）,、CAD/CAM

5、技术的发展和应用,如何集成？,建立转换规范标准 “STANDARD”由谁来建？ 如何维护？,CAE与CAD系统的集成,（一）信息集成 CIMS技术的核心-针对设计、加工、制造及管理中的大量信息孤岛，解决信息正确、高效的共享和交换。 设计系统信息集成：CAD/CAPP/CAM/加工制造/管理信息集成。 关键技术 产品建模 特征建模、STEP、面向全生命周期的数据交换问题 工程数据管理问题 逻辑上集中、物理上分布、异构数据库访问,、CAD/CAM技术的发展和应用,（二）过程集成 CE的核心-信息集成+过程集成 串行过程-并行过程,设计时就考虑可装配性、可制造性、可靠性和成本等因数。 关键： 支持开

6、发过程的重构和建模； 实现协同设计环境； 提供功能集成、信息集成支持并行设计的CAX和DFX工具。 （三）企业集成 企业级信息集成+过程集成 针对某一产品-选择合作伙伴，组建动态联盟-联盟内信息集成+过程集成,、CAD/CAM技术的发展和应用,现代集成制造系统平台、企业建模、应用服务器,PDM,数字化设计与制造系统,ERP,企业管理与电子商务系统,MES,过程自动化系统,重点行业现代集成制造系统 （航空、航天、铝业、镁合金）,典型区域网络化制造系统/ASP (成德绵、关中、浙江、重庆）,制造资源 优化配置,CAPP,3DCAD,EB,SCM,CRM,计划调度,实时数 据库,EPA,、CAD/C

7、AM技术的发展和应用,企业集成系统框架,3. 智能CAD/CAM技术-智能化专家系统,设计分类 1）数值计算-计算、分析、绘图-数学模 型，数值处理； 2）符号推理-方案设计、评价、决策、结构设计等-创造性活动,思考+推理。 如概念设计(初始条件，设计需求、目标和各种约束往往是不精确的、近似的、模糊的或未知的。),、CAD/CAM技术的发展和应用,模糊信息处理与决策,创造性思维研究与设计方法学研究,基于知识的辅助设计技术,研究内容,、CAD/CAM技术的发展和应用,将人工智能技术，特别是专家系统的技术，与传统CAD技术结合起来，形成智能化CAD系统是机械CAD发展的必然趋势。,先进专家系统的特

8、性 (1)并行分布式处理功能 (2)多专家协同工作 (3)更强的自学习能力 (4)更新的推理机制 (5)自纠错和自完善能力 (6)先进的智能接口 (7)更多的先进技术被引入和融合,4与虚拟现实技术的集成-可视化,虚拟现实(Virtual Reality-VR)技术是利用计算机生成的一种模拟现实环境的技术，通过数据头盔(Head Mounted Display)、数据手套(DataGlove)、数据衣(Data Suit)等多种传感设备构造虚拟环境，向设计者提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然实时的感知。,、CAD/CAM技术的发展和应用,、CAD/CAM技术的发展和应用,多感知性(Mul

9、ti-Sensory)所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。,沉浸感(Immersion)指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。,交互性(Interactivity)指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。,构想性(Imagination)强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。,虚拟现实技术的主要特征,虚拟现实技术,、CAD/CAM技术的发展和应用,、CAD/CAM

10、技术的发展和应用,、CAD/CAM技术的发展和应用,、CAD/CAM技术的发展和应用,虚拟现实技术的优缺点：,CAD技术与VR技术的有机结合，可显示设计内容、显示设计对象性能特征以及设汁对象与周围环境的关系，设计者可与虚拟设计系统进行自然的交互，灵活地修改设计。 目前，VR技术所需的软硬件价格还相当昂贵，技术开发的复杂性和难度还较大，VR/CAD 集成还有待进一步研究。,、CAD/CAM技术的发展和应用,并行工程是一个关于设计过程的方法，它需要在设计中全面地考虑到相关过程的各种问题，但并非包括制造过程等其它过程。它要求所有设计工作要在生产开始前完成，并不是要求在设计产品的同时就进行生产。 并行

11、工程不是指同时或交错地完成设计和生产任务，而是指对产品及其下游过程进行并行设计，不能随意消除一个完整工程过程中现存的、顺序的、向前传递信息的任一必要阶段。 并行工程是对设计过程的集成，是企业集成的一个侧面，它企图做到的是优化设计，依靠集成各学科专业人员的智慧做到设计一次成功。,5并行工程,、CAD/CAM技术的发展和应用,、CAD/CAM技术的发展和应用,串、并行产品开发流程的对比,丰田汽车公司的并行工程系统,、CAD/CAM技术的发展和应用,快速成形制造技术是综合利用CAD技术、数控技术、激光加工技术和材料技术实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。它采用软件离散材料堆积的原理实现

12、零件的成形。,、CAD/CAM技术的发展和应用,6. 快速原型技术(Rapid Prototyping),、CAD/CAM技术的发展和应用,激光快速原型制造技术,、CAD/CAM技术的发展和应用,快速原型技术的特点,（1）更适合于形状复杂的、不规则零件的加工 （2）没有或极少废弃材料，是一种环保型制造技术 （3）系统柔性高，修改CAD模型就可生成各种形状零件； （4）具有广泛的材料适应性 （5）无需专用工装夹具和模具，大大缩短新产品试制时间 （6）技术集成，设计制造一体化 （7）零件的复杂程度与制造成本关系不大,RPM的应用及发展趋势 RPM的应用主要表现在以下一些方面： （）快速样机制造。 （）快速模具制造。 （）快速制造。 目前的发展趋势一是新型成形方法的研究和开发，其关键是寻找新的分层叠加