计算机辅助制造(CAM)

1、计算机辅助制造（CAM） 机械工程教研室 张玉洁 第1章 概 述 内容提要： 1.1 计算机辅助制造的基本概念 1.2 制造技术及其发展 本章重点： 1、计算机辅助制造的基本概念 2、制造技术的特点、内容 1.1计算机辅助制造的基本概念 1.1.1计算机辅助制造的概念 计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAM）：）：是指应用计算机来进行 产品制造的总称，有广义CAM和狭义CAM之分。 广义广义CAM：是指利用计算机辅助完成从原材料到产 品的全过程，其中包括直接和间接制造过程。 狭义狭义CAM：是指制造过程中某个环节应用计算机， 在CAD/CAM中，通常是指计算机辅助机械加工，即 数控加工。它的输

2、入信息是零件的工艺路线和工序 内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文 件）和数控程序。 1.1.2 计算机辅助制造系统 1、计算机辅助制造系统的概念、计算机辅助制造系统的概念 计算机辅助制造系统是通过计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构计算机分级结构控制和管理控制和管理制制 造过程造过程的多方面工作，它的目标是开发一个集成的的多方面工作，它的目标是开发一个集成的信息网信息网 络络来检测一个广阔的相互关联的来检测一个广阔的相互关联的制造作业范围制造作业范围，并根据一，并根据一 个总体的管理策略控制每项个总体的管理策略控制每项作业作业。 2、计算机辅助制造系统的结构、计算机辅助制造系统的结

3、构 是一个计算机分级结构的网络，它由两级或三级计算机组是一个计算机分级结构的网络，它由两级或三级计算机组 成，中央计算机控制全局，提供经过处理的信息；主计算成，中央计算机控制全局，提供经过处理的信息；主计算 机管理某一方面的工作，并对下属的计算机工作站或微机机管理某一方面的工作，并对下属的计算机工作站或微机 发布指令和进行监视；计算机工作站或微机承担单一的工发布指令和进行监视；计算机工作站或微机承担单一的工 艺过程控制或管理工作。艺过程控制或管理工作。 1.1.2 计算机辅助制造系统 1.2 制造技术及其发展 1.2.1制造技术的重要性制造技术的重要性 1. 1. 制造业是各种产业的支柱工业，

4、各种产业制造业是各种产业的支柱工业，各种产业 的发展有赖于制造业的支持；的发展有赖于制造业的支持； 2. 2. 制造技术的水平决定对市场需求的快速响制造技术的水平决定对市场需求的快速响 应和决策能力应和决策能力 ； 3. 3. 制造技术的水平体现了国家的经济独立性制造技术的水平体现了国家的经济独立性 和工业上的自力更生能力。和工业上的自力更生能力。 1.2.2 先进制造技术的特点 制造工程是一个系统工程 设计与工艺一体化 精密加工技术是关键 产品生命周期的全过程 人、组织、技术三结合 制造形成了科学 1.2.3 现代制造技术的内容和发展方向现代制造技术的内容和发展方向 制造系统自动化 精密工程

5、和微型机械 特种加工 表面工程技术 快速成形制造 传统加工工艺及其设备的改造和革新 智能制造技术 制造单元和生产单元 精良生产 敏捷制造 产品的生命周期和清洁生产 1.2.4 未来制造系统工程的设想 世界水平的制造系统； 柔性的、集成的、并行工作的制造系统； 高质量保证系统； 高效高生产率的系统； 智能制造系统； 多学科高技术密集型综合制造系统 第第2章章 计算机辅助制造的支撑环境计算机辅助制造的支撑环境 2.1 计算机硬件 2.1.1 主机主机 巨型机、小巨型机、大型机、工作站、微机 2.2.1 外部设备外部设备 1、输入装置：键盘、鼠标器、数字化仪、扫描仪、 光笔、操纵杆、轨迹球等 2、输

6、出装置:显示器、打印机、绘图机 3、外存储器：磁存储器、半导体集成电路存储器、 光存储器 第第2章章 计算机辅助制造的支撑环境计算机辅助制造的支撑环境 2.1 计算机硬件 2.1.1 主机主机 巨型机、小巨型机、大型机、工作站、微机 2.2.1 外部设备外部设备 1、输入装置：键盘、鼠标器、数字化仪、扫描仪、 光笔、操纵杆、轨迹球等 2、输出装置:显示器、打印机、绘图机 3、外存储器：磁存储器、半导体集成电路存储器、 光存储器 2.2 计算机软件 2.2.2支持软件支持软件 1、语言及其程序 机器语言、汇编语言、高级语言（程序设计、数据库、仿真、人工智能语言等） 2、基础图形软件系统与标准 图

7、形核心系统GKS、程序员分层交互图形系统PHIGS、计算机图形虚拟设备接口软件 CGI 3、窗口系统软件 窗口系统分成像图形层、基本窗口管理功能层、应用接口和工具箱三个功层。 分为基于核心的窗口系统和基于服务器的窗口系统 4、数据交换标准 数据交换方法：数据交换接口和数据交换标准 数据交换标准：IGES（几何信息）、PDES、STEP 5、专业软件 AutoCAD、UG II 、IDEAS Master Series、CADDS 5、Pro/ENGINEERING、CATIA 等 6、文字处理及办公自动化软件 Wordstar、Wordstar for Windows、WordPefect、C

8、CED等。 2.3 数据库系统 2.3.1 数据库概念数据库概念 概念： 数据是记录下来可鉴别的符号。 CAD、CAPP和CAM系统开发过程中，有大量的数据生 成并要进行管理，于是把数据组织成文件，由一个专 用的文件管理系统实施统一的管理和维护。在文件系 统方式的基础上发展了数据库。 特点：方式简易灵活，便于数据交流 文件只能表示事物，不能表示他们之间的联系； 数据和程序间由依赖性； 数据结构定义后不能改变。 2.3.2 数据库的类型数据库的类型 按数据库的逻辑结构： 格式化数据库格式化数据库 树形结构 网形结构 关系数据库关系数据库 通用和专用、静态和动态、分布式和共享式、 传统和面向对象数

9、据库。 2.3.3 数据库系统结构 计算机硬件计算机硬件 数据库管理系统数据库管理系统 1、数据模型的描述 2、数据库的操作 3、数据库的管理、维护和数据通讯 用户及其应用程序用户及其应用程序 数据库管理员数据库管理员 2.3.4 常用数据库介绍 1、ORACLE 2、SYBASE 3、INGES 4、dBASE 5、FoxBASE 6、TORNADO 7、ObjectiveStore 8、Versant 2.4 计算机网络与通讯 2.4.1计算机网络计算机网络 1、计算机网络的定义 是指地理上分散配置而又具有独立功 能的多台计算机、终端设备，通过通 讯线路、传输设备和网络软件实现相 互连接，

10、形成资源共享的计算机群体。 2.4 计算机网络与通讯 2.4.1计算机网络计算机网络 2、计算机网络类型 按距离和覆盖面积 广域网（WAN）和局域网（LAN） 按网络拓扑结构 点对点传输结构和广播式传输结构 按信息交换方式 线路交换网和分组交换网 2.4 计算机网络与通讯 2.4.1计算机网络计算机网络 2、计算机网络类型 按距离和覆盖面积 广域网（WAN）和局域网（LAN） 按网络拓扑结构 点对点传输结构和广播式传输结构 按信息交换方式 线路交换网和分组交换网 2.4.2 常用计算机网络介绍 以太网 NOVELL网 DECnet SNA 2.4.3常用计算机网络协议介绍 1、TCP/IP协议

11、 2、MAP协议 3、TOP协议 2.4.4 数据通讯 数据通讯的含义数据通讯的含义 是指信息的传输、交换和处理。 数据传输信道数据传输信道 1、数据传输方向的形式：单向、半双向和全双向 2、数字信息的传输形式：基带传输、频带传输 3、数据通讯方式：异步通信、同步通信 4、数字通信传输介质系统：架空明线电话传输系统、同 轴电缆传输系统、光缆传输系统、微波传输系统、卫 星传输系统。 2.4.4 数据通讯 数据通信交换方式数据通信交换方式 线路交换方式、存储交换方式（报 文交换、分组交换） 通信控制规程通信控制规程 基型规程和高级规程基型规程和高级规程 第6 计算机辅助成组技术 6.1基本原理基本

12、原理 理论基础是相似性， 核心是成组工艺。把尺 寸、形状、工艺相近似 的零件组成一个个零件 族（组），按零件族制 定工艺进行生产制造， 可扩大批量，减少品种， 提高效率。 零件在几何形状、尺寸、功能零件在几何形状、尺寸、功能 要素、精度、材料等方面的相似性为要素、精度、材料等方面的相似性为 基本相似性基本相似性；以基本相似性为基础，；以基本相似性为基础， 在制造、装配等生产、经营、管理等在制造、装配等生产、经营、管理等 方面所导出的相似性，称为方面所导出的相似性，称为二次相似二次相似 性性或或派生相似性派生相似性。 零件的相似性零件的相似性是实现成组工艺是实现成组工艺 的基本条件。的基本条件。

13、 6.2成组工艺实施方法 6.2.1 成组工艺的实施步骤：成组工艺的实施步骤： 1、按编码系统分组分类 2、制定成组工艺 3、设计工艺装备 4、建造生产线、设计输送装 置、装卸 装置和仓库。 6.2.2 成组工艺的生产组织形式 6.2.2 成组工艺的生产组织形式：成组工艺的生产组织形式： 独立的成组加工机床和成组加工柔性 制造单元 成组加工和一般加工的混合生产线 成组加工生产线或成组加工柔性制造 系统 6.3 零件的分类编码系统 6.3.1 零件分类的基本原理零件分类的基本原理 根据零件的下列特征分类： 1、结构特征 2、工艺特征 3、生产组织与计划特征 6.3.2 零件的分类系统 6.3.2

14、 零件的分类系统 多级分类系统中又分：多级分类系统中又分： 1、链式结构 2、树式结构 3、混合式结构 6.3.3 零件分类编码系统的编码结构 一、总体结构一、总体结构 1、整体式 2、主辅码混合式 3、子系统组合式 6.3.3 零件分类编码系统的编码结构 二、码域信息排列方式二、码域信息排列方式 1、全组合排列法 2、选择排列法 3、选择组合排列法 （表335） 6.3.4 对零件分类编码系统的基本要求 特征代码含义明确，无特征代码含义明确，无“多义性多义性”； 结构简单，使用方便；结构简单，使用方便； 特征代码应具有永久性，以便延续；特征代码应具有永久性，以便延续； 能满足企业使用要求，为

15、产品发展留能满足企业使用要求，为产品发展留 余地；余地； 便于使用计算机；便于使用计算机； 尽量采用国标、部标，不能满足时建尽量采用国标、部标，不能满足时建 立本企业和本部门的系统。立本企业和本部门的系统。 6.3.5 常用机械加工零件分类编码系统 1、VUOSO零件分类编码系统零件分类编码系统 是一个十进制的是一个十进制的4 4位代码系统，横向分类环节由类位代码系统，横向分类环节由类 级级组组型型4 4位组成，纵向分类环节位位组成，纵向分类环节位1010项。项。 （表37），（图36） 特点：特点：（1 1）位数少，结构简单，易记，使用方便；）位数少，结构简单，易记，使用方便； （2 2）多

16、层次综合分类标志，分类环节少，结构紧凑；）多层次综合分类标志，分类环节少，结构紧凑； （3 3）三要素全组合排列，标志明显，结构严密，便）三要素全组合排列，标志明显，结构严密，便 于记忆；于记忆； （4 4）考虑零件大小、基本形状，反映了工艺，便）考虑零件大小、基本形状，反映了工艺，便 于工艺设计。考虑了重量，便于毛坯制造和起重运输。于工艺设计。考虑了重量，便于毛坯制造和起重运输。 6.3.5 常用机械加工零件分类编码系统 2、OPITZ零件分类编码系统零件分类编码系统 是一个十进制是一个十进制9 9位代码的组合结构系统。（表位代码的组合结构系统。（表3 3 9 9），（图），（图3 37 7

17、） 特点：特点：（1 1）结构简单，横向分类环节适中，便）结构简单，横向分类环节适中，便 于记忆；于记忆； （2 2）主码描述基本形状要素，隐含工）主码描述基本形状要素，隐含工 艺信息；艺信息； （3 3）纵向分类环节有些采用选择排列，）纵向分类环节有些采用选择排列， 结构欠严紧，易出现多义性；结构欠严紧，易出现多义性； （4 4）辅助码考虑了工艺信息描述；）辅助码考虑了工艺信息描述； （5 5）比）比CUOSOCUOSO系统详尽，应用广泛。系统详尽，应用广泛。 6.3.5 常用机械加工零件分类编码系统 3、KK3零件分类编码系统零件分类编码系统 是一个十进制是一个十进制2121位代码的整体结

18、构系统。位代码的整体结构系统。 （表（表3 310101111） 特点：特点：（1 1）横向分类排在前）横向分类排在前7 7位便于设计使位便于设计使 用；功能名作标志，便于检索；用；功能名作标志，便于检索； （2 2）结构和工艺并重，基本考虑了加）结构和工艺并重，基本考虑了加 工顺序；工顺序； （3 3）采用混合结构，增加分类标志容）采用混合结构，增加分类标志容 量，但不会增加分类环节；量，但不会增加分类环节； 6.3.5 常用机械加工零件分类编码系统 3、KK3零件分类编码系统零件分类编码系统 是一个十进制是一个十进制2121位代码的整体结构系统。位代码的整体结构系统。 （表（表3 3101

19、01111） 特点：特点：（4 4）横向环节多，结构复杂，三要素）横向环节多，结构复杂，三要素 完全组合，便于记忆和应用；完全组合，便于记忆和应用； （5 5）可简缩横向中使用率不高的环节，）可简缩横向中使用率不高的环节， 以便结构紧凑，实用；以便结构紧凑，实用； （6 6）系统结构复杂，适于计算机处理。）系统结构复杂，适于计算机处理。 6.3.5 常用机械加工零件分类编码系统 4、JLBM1零件分类编码系统零件分类编码系统 是一个十进制是一个十进制1515位代码的主辅码组合结构系统位代码的主辅码组合结构系统 （表（表3 31212），（图），（图3 39 9） 特点：特点：（1 1）横向分类

20、环节适中，结构简单明确，规律性）横向分类环节适中，结构简单明确，规律性 强，便于理解记忆；强，便于理解记忆； （2 2）形状及加工码应用广泛；）形状及加工码应用广泛； （3 3）有利于设计部门使用，但信息分散。）有利于设计部门使用，但信息分散。 （4 4）横向前两位为树式，其余链式，标志不全。）横向前两位为树式，其余链式，标志不全。 6.4 零件的分类成组方法 由有经验的工程技术人员把具有相由有经验的工程技术人员把具有相 似特征的零件归为一类，依据结构形状、似特征的零件归为一类，依据结构形状、 尺寸、的相似，也可以是工艺特征的相尺寸、的相似，也可以是工艺特征的相 似，和按生产批量大小来分类。似

21、，和按生产批量大小来分类。 6.4.16.4.1视检法视检法 6.4 零件的分类成组方法 6.4.2 6.4.2 生产流程分析法生产流程分析法 1、 关键机床法（表31314） 2、 顺序分枝法（图310，表31517） 3、 聚类分析法（图311，表31827） 以零件的加工过程为依据，把工艺过以零件的加工过程为依据，把工艺过 程相似的零件归为一类，形成加工族。程相似的零件归为一类，形成加工族。 6.5 成组工艺过程设计 6.5.1 6.5.1 复合零件法复合零件法 1 1、 复合零件的生产复合零件的生产 2 2、成组工艺的制定、成组工艺的制定 6.5 成组工艺过程设计 6.5.2 6.5.

22、2 复合工艺路线法复合工艺路线法 1 1、复合工艺路线的选择产生、复合工艺路线的选择产生 2 2、复合工艺路线的设计产生、复合工艺路线的设计产生 第七章 零件信息描述 7.1零件信息描述的要求 1 1、信息描述要准确、完整；、信息描述要准确、完整； 2 2、信息描述要易于被计算机接受和处理，界面友好、信息描述要易于被计算机接受和处理，界面友好 ， 使用方便，工效高；使用方便，工效高； 3 3、信息描述要易于理解和掌握，便于运用；、信息描述要易于理解和掌握，便于运用； 4 4、信息描述应考虑计算机辅助设计、计算机辅助制、信息描述应考虑计算机辅助设计、计算机辅助制 造、计算机辅助检测等多方面要求，

23、以便信息共享。造、计算机辅助检测等多方面要求，以便信息共享。 7.2 零件信息描述的内容 7.2.1 几何信息几何信息 是指零件的几何形状与尺寸，是最基是指零件的几何形状与尺寸，是最基 本的零件信息。对形状复杂件，可将其分解本的零件信息。对形状复杂件，可将其分解 为若干形体或组成型面，对每一个形体或组为若干形体或组成型面，对每一个形体或组 成型面进行描述，同时描述各个形体或组成成型面进行描述，同时描述各个形体或组成 型面之间的位置关系。型面之间的位置关系。 为便于几何形状的描述，多利用成组为便于几何形状的描述，多利用成组 技术的相似性原理，通常将零件分为回转体技术的相似性原理，通常将零件分为回

24、转体 和非回转体。和非回转体。 7.2 零件信息描述的内容 7.2.2 工艺信息工艺信息 是指毛坯特征、零件材料、加工精度、是指毛坯特征、零件材料、加工精度、 表面粗糙度、热处理、表面处理、配合和啮表面粗糙度、热处理、表面处理、配合和啮 合关系等。合关系等。 7.3 零件信息描述方法 7.3.1 分类法分类法 利用成组技术根据特征属性的异同将零 件化分为不同组别。零件的分类是根据其特 征来进行的，即结构特征和工艺特征。 零件分类描述方法： 1、编码描述法 2、特征矩阵描述法 4.3 零件信息描述方法 4.3.2 型面法型面法 将组成零件的各个型面逐个地按一定的顺序 输入到计算机中，就可以描述整

25、个零件。 零件型面描述系统： 1、型面编码描述法 2、型面语言描述 3、型面数学描述 4.3 零件信息描述方法 4.3.3 形体法形体法 将组成零件的各体系按相应的组合关系输 入到计算机，便可以描述整个零件。 1、体素单元的分解 2、形体的形成方法 3、零件的形体描述方法 第8章 计算机辅助工艺过程设计 8.18.1概述概述 8.1.1 基本概念基本概念 1 1、计算机辅助工艺过程设计的含义、计算机辅助工艺过程设计的含义 计算机辅助工艺过程设计（计算机辅助工艺过程设计（computer aided computer aided process planning, CAPPprocess pla

26、nning, CAPP）是通过向计算机输入被加）是通过向计算机输入被加 工零件的几何信息（图形）和加工工艺信息（材工零件的几何信息（图形）和加工工艺信息（材 料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件 的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。简言的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。简言 之，就是利用计算机来制定零件的加工工艺过程，之，就是利用计算机来制定零件的加工工艺过程， 把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。 8.1.1 基本概念基本概念 2 2、计算机辅助工艺过程设计的意义、计算机辅助工艺过程设计的意义 （1 1

27、）可以代替工艺工程师的繁重劳动）可以代替工艺工程师的繁重劳动 （2 2）提高工艺过程设计质量）提高工艺过程设计质量 （3 3）缩短生产准备周期，提高生产效率）缩短生产准备周期，提高生产效率 （4 4）减少工艺过程设计费用及制造费用）减少工艺过程设计费用及制造费用 （5 5）在计算机集成制造系统中，是连接计算机辅）在计算机集成制造系统中，是连接计算机辅 助设计与计算机辅助制造的桥梁助设计与计算机辅助制造的桥梁 8.1.2 计算机辅助工艺过程设计的内容及步骤计算机辅助工艺过程设计的内容及步骤 1 1、工艺过程设计的内容、工艺过程设计的内容 （1 1）毛坯选择及毛坯图生成）毛坯选择及毛坯图生成 （2

28、 2）定位夹紧选择）定位夹紧选择 （3 3）加工方法选择）加工方法选择 （4 4）加工顺序安排（一次转位多次换刀、一次换刀多）加工顺序安排（一次转位多次换刀、一次换刀多 次转位）次转位） （5 5）工艺装备的选择）工艺装备的选择 （6 6）工艺参数的计算）工艺参数的计算 （7 7）工艺装备设计方案的提出）工艺装备设计方案的提出 （8 8）工艺文件的输出（工艺过程卡片、机械加工工序）工艺文件的输出（工艺过程卡片、机械加工工序 卡片、物料需求计划卡片、物料需求计划MRPMRP和制造资源计划和制造资源计划MRPMRPII II） 8.1.2 计算机辅助工艺过程设计的内容及步骤计算机辅助工艺过程设计的

29、内容及步骤 2 2、工艺过程设计的步骤、工艺过程设计的步骤 （1 1）产品图纸信息输入）产品图纸信息输入 （2 2）工艺路线和工序内容拟订）工艺路线和工序内容拟订 （3 3）加工设备和工艺装备的确定）加工设备和工艺装备的确定 （4 4）工艺参数计算）工艺参数计算 （5 5）工艺文件的输出）工艺文件的输出 8.2 8.2 计算机辅助工艺过程设计系统结构计算机辅助工艺过程设计系统结构 8.2.1 工艺过程设计的复杂性工艺过程设计的复杂性 生产技术活动涉及的领域广，面临的问题及生产技术活动涉及的领域广，面临的问题及 其复杂。工艺过程设计中需要大量的决策，由工其复杂。工艺过程设计中需要大量的决策，由工

30、 艺设计人员根据多方面的因素，采用多种决策方艺设计人员根据多方面的因素，采用多种决策方 法来实现。法来实现。 用计算机实现工艺过程设计情况更为复杂。用计算机实现工艺过程设计情况更为复杂。 8.2.2 计算机辅助工艺过程设计的类型计算机辅助工艺过程设计的类型 1 1、标准工艺、标准工艺 （1 1）相对固定不变，数量不多。）相对固定不变，数量不多。 （2 2）零件比较简单）零件比较简单 （3 3）工艺比较简单，其内容相当于工艺）工艺比较简单，其内容相当于工艺 过程卡片过程卡片 8.2.2 计算机辅助工艺过程设计的类型计算机辅助工艺过程设计的类型 2 2、典型工艺、典型工艺 （1 1）是成组工艺，是

31、根据零件族的代表来制定）是成组工艺，是根据零件族的代表来制定 的工艺的工艺 （2 2）是参考性的，零件的工艺过程是根据所属）是参考性的，零件的工艺过程是根据所属 零件族的典型工艺来修订才能得到。零件族的典型工艺来修订才能得到。 （3 3）有些零件虽然在结构上不尽相似，但工艺）有些零件虽然在结构上不尽相似，但工艺 上基本相同，也可以形成零件族，按典型工艺制上基本相同，也可以形成零件族，按典型工艺制 订其工艺过程。订其工艺过程。 8.2.2 计算机辅助工艺过程设计的类型计算机辅助工艺过程设计的类型 3 3、生成工艺、生成工艺 （1 1）是一种创成工艺，它依靠专家系统中）是一种创成工艺，它依靠专家系

32、统中 的知识库和推理机、决策机制等来生成零的知识库和推理机、决策机制等来生成零 件工艺。件工艺。 （2 2）生成工艺应包含所覆盖某类零件的全）生成工艺应包含所覆盖某类零件的全 部，其设计系统复杂，效率低部，其设计系统复杂，效率低 8.2.3计算机辅助工艺过程设计的体系结构计算机辅助工艺过程设计的体系结构 1 1、计算机辅助工艺过程设计的总统结构、计算机辅助工艺过程设计的总统结构 （1 1）基础层）基础层 （2 2）理论技术基础层）理论技术基础层 （3 3）设计层）设计层 8.2.3 计算机辅助工艺过程设计的体系结构计算机辅助工艺过程设计的体系结构 2 2、计算机辅助工艺过程设计的功能模块图、计

33、算机辅助工艺过程设计的功能模块图 （1 1）零件信息描述）零件信息描述 （2 2）毛坯选择）毛坯选择 （3 3）工艺过程拟定）工艺过程拟定 （4 4）工艺参数计算）工艺参数计算 （5 5）工艺方案分析）工艺方案分析 1) 1) 结构工艺分析结构工艺分析 2 2）加工可行性分析）加工可行性分析 3 3）技术经济分析）技术经济分析 （6 6）工艺文件生成）工艺文件生成 8.3 8.3 工艺设计的决策方式工艺设计的决策方式 8.3.1 数学模型决策数学模型决策 数学模型分3类： 1 1、系统性数学模型、系统性数学模型 2 2、随机性数学模型、随机性数学模型 3 3、模糊性数学模型、模糊性数学模型 8

34、.3.1 数学模型决策数学模型决策 利用数学模型求解尺寸链步骤： 1 1、建立尺寸联系矩阵、建立尺寸联系矩阵 2 2、建立尺寸链矩阵、建立尺寸链矩阵 3 3、计算工序尺寸偏差、计算工序尺寸偏差 8.3 8.3 工艺设计的决策方式工艺设计的决策方式 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 常用的两种形式： 1 1、决策树、决策树 2 2、决策表、决策表 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 1 1、决策树、决策树 （1）决策树的原理和结构 是用树状结构来描述和处理“条件”和 “动作”之间的关系和方法。结点有根结 点、中间结点和终结点之分。分枝边连接 两次测试和动作。 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推

35、理决策 1 1、决策树、决策树 （2）加工方法选择用的决策树 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 2 2、决策表、决策表 （1 1）决策表的结构）决策表的结构 （2 2）决策表的分类）决策表的分类 1）限定条件决策表 2）扩展条件决策表 3）混合条件决策表 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 2 2、决策表、决策表 （3 3）决策表的性能）决策表的性能 1）规则 5）一致性 简单规则简单规则 6）循环 复合规则复合规则 7）合并与分解 2）完整性 8）扩展 3）精确性 4）冗余性 剩余规则剩余规则 特定符号特定符号 循环循环 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 2 2、决策表、决策表 （

36、4 4）决策表的设计）决策表的设计 设计方法：设计方法： 1）顺序设计法）顺序设计法 2）归纳设计法）归纳设计法 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 2 2、决策表、决策表 （4 4）决策表的设计）决策表的设计 设计方法： 1）顺序设计法）顺序设计法 列出所有可能的条件 写出各种规则的条件组合 列出简单规则所需的决策动作 设计出全局动作 将简单规则合并为复合规则 检查决策表的是否完整、有冗余、有矛盾、有死循环 8.3.2 逻辑推理决策逻辑推理决策 2 2、决策表、决策表 （4 4）决策表的设计）决策表的设计 设计方法： 2）归纳设计法）归纳设计法 列出全部简单规则 进行归纳整理，列出所有的条

37、件、动作和决策动作 进行规则合并，包括将简单规则合并为复合规则 检查决策表的性能 8.3.3 智能思维决策智能思维决策 1、专家系统 2、模糊逻辑 3、神经网络 智能决策方法：智能决策方法： 8.3.3 智能思维决策智能思维决策 8.3.3.1 专家系统 1、专家系统的工作过程和组成、专家系统的工作过程和组成 工作过程： 1 1）明确所要解决的问题）明确所要解决的问题 2 2）提取知识库中相应的事实与规则）提取知识库中相应的事实与规则 3 3）进行推理，做出决策）进行推理，做出决策 8.3.3.1 专家系统 2、专家系统的建立过程、专家系统的建立过程 （1）知识获取 是从领域专家、工程技术人员

38、、是从领域专家、工程技术人员、 书籍、资料等处收集所要解决问题书籍、资料等处收集所要解决问题 的专门知识，并变为计算机程序。的专门知识，并变为计算机程序。 8.3.3.1 专家系统 2、专家系统的建立过程、专家系统的建立过程 （2）知识表达方法的选择 知识表达是数据结构和解释过程的结知识表达是数据结构和解释过程的结 合，具有如下性质：合，具有如下性质： 1 1）能精确表达专家知识）能精确表达专家知识 2 2）能简单方便地描述和解释知识）能简单方便地描述和解释知识 3 3）能方便地改变和修改知识。）能方便地改变和修改知识。 8.3.3.1 专家系统 2、专家系统的建立过程、专家系统的建立过程 （

39、3）知识库的设计 内容如下：内容如下： 1 1）问题定义）问题定义 2 2）问题分解）问题分解 3 3）问题的计算机表达）问题的计算机表达 4 4）原型系统的建立）原型系统的建立 5 5）验证、完善和改进）验证、完善和改进 8.3.3.1 专家系统 2、专家系统的建立过程、专家系统的建立过程 （4）推理机的设计 特点适用场合 正向推理从初始状态向目标状态的推理，是从 一组事实出发，一条条的执行，不断 加入新事实，直至问题解决。 初始状态明确，目标 状态未知 反向推理从目标状态向初始状态的推理，是从 已定的目标出发，通过一组规则，寻 找支持目标的各个事实，直至目标被 证明。 目标明确，初始状态

40、不清楚 混合推理从初始状态和目标状态出发，各自选 用合适的规则进行推理，当正向和方 向推理的结果匹配时，推理结束。 用于复杂问题的处理 模糊推理不精确推理。解决一些不易确定现 象或要用经验感知来 决策的场合 8.3.3.1 专家系统 2、专家系统的建立过程、专家系统的建立过程 （5）输入/输出接口 8.3.3.1 专家系统 3、专家系统的知识表达方法、专家系统的知识表达方法 （1）知识的类型 1 1）一般性知识和专门知识）一般性知识和专门知识 2 2）说明性知识和过程性知识）说明性知识和过程性知识 （2）知识的表达方法 1 1）谓词逻辑）谓词逻辑 2 2）框架）框架 3 3）语义网络）语义网络

41、 4 4）产生式系统）产生式系统 8.3.3.1 专家系统 4、专家系统的设计、试验、评价和特点、专家系统的设计、试验、评价和特点 （1）专家系统的设计和试验 设计分两个阶段：设计分两个阶段： 1 1）建立专家系统的原型（试验系统）建立专家系统的原型（试验系统） 先研究一小组结论，选确实可信的观测和肯定肯定的先研究一小组结论，选确实可信的观测和肯定肯定的 规则规则 先从组合为确认或区分各种假设所需数量最少的观测先从组合为确认或区分各种假设所需数量最少的观测 开始开始 采用层次结构、模块化结构，采用层次结构、模块化结构， 明确知识领域，设计能够满足要求的小型系统。明确知识领域，设计能够满足要求的

42、小型系统。 2 2）专家系统的试验）专家系统的试验 8.3.3.1 专家系统 4、专家系统的设计、试验、评价和特点、专家系统的设计、试验、评价和特点 （2）专家系统的评价 评价内容：评价内容： 1 1）重点放在系统完成决策的正确性和可靠性）重点放在系统完成决策的正确性和可靠性 2 2）推理方法正确）推理方法正确 3 3）输入）输入/ /输出接口界面友好，易于理解和使用方便输出接口界面友好，易于理解和使用方便 4 4）分析专家系统在实际使用时的效率）分析专家系统在实际使用时的效率 5 5）进行工程经济分析）进行工程经济分析 8.3.3.1 专家系统 4、专家系统的设计、试验、评价和特点、专家系统

43、的设计、试验、评价和特点 （3）专家系统的特点 1 1）专家知识有应用界限，控制策略无柔性，主要适）专家知识有应用界限，控制策略无柔性，主要适 用于解决一些确定问题；用于解决一些确定问题； 2 2）在过程控制中，推理判断有一段延迟过程，不易）在过程控制中，推理判断有一段延迟过程，不易 满足实时性要求；满足实时性要求； 3 3）推理方法单一，系统不能根据联想记忆、识别、）推理方法单一，系统不能根据联想记忆、识别、 模拟来进行决策，智能水平低。模拟来进行决策，智能水平低。 8.3.3.2 模糊逻辑 1、模糊逻辑的概念、模糊逻辑的概念 模糊逻辑又称模糊推理，它是依靠模糊集中模糊逻辑模糊逻辑又称模糊推

44、理，它是依靠模糊集中模糊逻辑 模型（多用关系矩阵算法模型）进行多个相关因素的综合模型（多用关系矩阵算法模型）进行多个相关因素的综合 考虑，处理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。考虑，处理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。 （1 1）知识的模糊表达）知识的模糊表达 讨论概念外延的范围叫讨论概念外延的范围叫论域论域。 设论域设论域U U，其映射，其映射 确定了确定了U U的模糊子集的模糊子集 简称简称 模糊集，即模糊集合。模糊集，即模糊集合。 称为模糊集称为模糊集 的隶属函数，的隶属函数， 为元素为元素u u隶属于隶属于 的程度，简称的程度，简称u u对于对于 的隶属度。的隶属度。 A A A

45、 A )(u A A A 8.3.3.2 模糊逻辑 1、模糊逻辑的概念、模糊逻辑的概念 （1 1）知识的模糊表达）知识的模糊表达 模糊集常用的运算方法：模糊集常用的运算方法： ZadehZadeh算子：算子：“”与与“” 取大运算取大运算 a bmax（a，b） 取小运算取小运算 a bmin（a，b） 概率算子：概率算子：“”与与“ ”或或“+ +” “”概率积运算概率积运算 a bab “ ”概率和运算概率和运算a babab 有界算子：有界算子：“ ”, ,”, ,” 有界和运算有界和运算a b=1 (a+b) 有界积运算有界积运算a b0 （ab1） 有界差运算有界差运算a b0 (a

46、-b) 8.3.3.2 模糊逻辑 1、模糊逻辑的概念、模糊逻辑的概念 模糊关系： 设X，Y为普通集合，称XY的模糊集 为从X到 Y的模糊关系， 模糊集 的隶属函数， 为（x，y）隶属于模糊关系 的程度。 设 为X到Y的模糊关系， 为Y到Z的模糊关系， 则 称为 与 的合成，“”为算子。 R R R ),(yx R R R S S R R S 8.3.3.2 模糊逻辑 1、模糊逻辑的概念、模糊逻辑的概念 （2 2）知识模糊表达举例）知识模糊表达举例 1 1）产生式规则的模糊关系表达）产生式规则的模糊关系表达 将条件和行动用模糊集表示，再根据二者的关联将条件和行动用模糊集表示，再根据二者的关联 程

47、度及特征选择算子计算，便可得到模糊关系表程度及特征选择算子计算，便可得到模糊关系表 达的规则。达的规则。 2 2）事实的模糊关系表达）事实的模糊关系表达 事实的模糊关系表达就是利用隶属度。事实的模糊关系表达就是利用隶属度。 8.3.3.2 模糊逻辑 2、模糊推理、模糊推理 （1）模糊评判的步骤： 1）给出备择的对象集 U=u1,u2,um 2）确定因素集 Vv1，v2，vn 3）确定评语集 Ww1,w2,wk 4）确定评判矩阵 R：UV0,1,rij=R(ui,vj) 5）确定评判函数f Df(z1,z2,zn) 6）计算评判指标 先计算D(ui),再对D(ui)按大小 排序择优。 8.3.3

48、.2 模糊逻辑 2、模糊推理、模糊推理 （2）模糊评判的分类： 1）单因素评判 2）多因素评判综合评判（可分为一级和二级 评判） 8.3.3.2 模糊逻辑 3、模糊逻辑的特点、模糊逻辑的特点 （1 1）主要解决不确定和模糊现象，是具有多年经验的一）主要解决不确定和模糊现象，是具有多年经验的一 种感知判断；种感知判断； （2 2）决策过程由模糊化、模糊推理、逆模糊化三部分组）决策过程由模糊化、模糊推理、逆模糊化三部分组 成；成； （3 3）模糊推理常和专家系统相结合，构成模糊决策专家）模糊推理常和专家系统相结合，构成模糊决策专家 系统；系统； （4 4）模糊推理中的关键是隶属度的确定；）模糊推理

49、中的关键是隶属度的确定； （5 5）模糊逻辑的理论基础是模糊数学，应用将更加广泛。）模糊逻辑的理论基础是模糊数学，应用将更加广泛。 8.3.3.3 神经网络 1、基本概念、基本概念 人工神经网络（人工神经网络（artificial neural networkartificial neural network，ANNANN） 是人脑部分功能的某些抽象、简化的模拟，是用大量是人脑部分功能的某些抽象、简化的模拟，是用大量 的神经元构成的非线形系统，具有学习、记忆、计算的神经元构成的非线形系统，具有学习、记忆、计算 和智能处理功能，能在不同程度和层次上模仿人脑神和智能处理功能，能在不同程度和层次上模

50、仿人脑神 经系统的信息处理、存储和检索等工作，最终形成神经系统的信息处理、存储和检索等工作，最终形成神 经网络计算机。经网络计算机。 （1）定义 8.3.3.3 神经网络 1、基本概念、基本概念 （2）数学模型MeCuloch-Pitts模型 )sgn( j ijiji xwy 式中：yi 神经元i的输出； xj 神经元i的输入，j1，2，n； 对神经元i的净输入； sgn 符号函数； 阈值，当净输入超过阈值时，该神经元输出 取值1，反之1。 j jijx w 8.3.3.3 神经网络 1、基本概念、基本概念 （3）人工神经网络的功能 1）信息处理 2）知识和信息存储 3）学习、识别和优化 8

51、.3.3.3 神经网络 1、基本概念、基本概念 （4）人工神经网络的应用场合 1）信号处理与模式识别 2）知识处理工程或专家系统 3）运动过程控制 8.3.3.3 神经网络 2、人工神经网络中的知识表达与获取、人工神经网络中的知识表达与获取 （1）知识的显式表达与隐式表达 1 1）专家系统中知识多以产生式规则描述出来，即显式表达；）专家系统中知识多以产生式规则描述出来，即显式表达； 2 2）人工神经网络中的多层网络，由输入层、输出层和隐含）人工神经网络中的多层网络，由输入层、输出层和隐含 层的神经元组成，每个神经元对输入进行加权求知，对和进行层的神经元组成，每个神经元对输入进行加权求知，对和进

52、行 阈值处理产生输出值。知识是以隐式的方式分布地存储在各权阈值处理产生输出值。知识是以隐式的方式分布地存储在各权 重中，成为隐式表达。重中，成为隐式表达。 （2）基于实例的知识获取方式 人工神经网络中，知识来源于样本实例，是从用户输入的大量人工神经网络中，知识来源于样本实例，是从用户输入的大量 实例中通过自学习得到规律、规则。学习就是改变神经网络中实例中通过自学习得到规律、规则。学习就是改变神经网络中 各神经元的权重。各神经元的权重。 8.48.4计算机辅助工艺设计的原理和方法计算机辅助工艺设计的原理和方法 计算机辅助工艺过程设计方法： 1 1、检索式、检索式 2 2、派生式、派生式 3 3、

53、创成式、创成式 8.4.1 检索式工艺过程设计系统检索式工艺过程设计系统 1 1、检索式工艺过程设计的工作过程、检索式工艺过程设计的工作过程 （1）准备阶段）准备阶段 1）建立标准工艺库）建立标准工艺库 2）确定零件信息描述方法）确定零件信息描述方法 3）确定搜索方法（盲目搜索和启发式搜索）确定搜索方法（盲目搜索和启发式搜索） （2）运行阶段）运行阶段 1）输入零件信息）输入零件信息 2）搜索标准工艺）搜索标准工艺 3）存储标准工艺）存储标准工艺 8.4.1 检索式工艺过程设计系统检索式工艺过程设计系统 2 2、标准工艺的关键字启发式搜索法、标准工艺的关键字启发式搜索法 （1）标准工艺关键字的

54、确定）标准工艺关键字的确定 （2）关键字树的构成）关键字树的构成 （3）关键字树的启发式搜索）关键字树的启发式搜索 8.4.1 检索式工艺过程设计系统检索式工艺过程设计系统 3 3、检索式工艺过程设计的特点、检索式工艺过程设计的特点 1）比较简单，易于实现，比较稳定可行；）比较简单，易于实现，比较稳定可行； 2）有较高的实用价值，受到工厂的广泛欢迎；）有较高的实用价值，受到工厂的广泛欢迎； 3）因标准工艺为数有限，大量的零件不能覆盖，因此应用）因标准工艺为数有限，大量的零件不能覆盖，因此应用 范围有限。范围有限。 8.4.2 派生式工艺过程设计系统派生式工艺过程设计系统 1 1、派生式工艺过程

55、设计原理、派生式工艺过程设计原理 利用相似零件具有相似的工艺过程的原理，利用相似零件具有相似的工艺过程的原理， 通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删 或编辑而派生一个新零件的工艺过程。或编辑而派生一个新零件的工艺过程。 工作过程：工作过程： （1）准备阶段）准备阶段 （2）运行阶段）运行阶段 8.4.2 派生式工艺过程设计系统派生式工艺过程设计系统 1 1、派生式工艺过程设计原理、派生式工艺过程设计原理 （1）准备阶段）准备阶段 1 1）对零件进行编码；）对零件进行编码； 2 2）根据编码及工艺过程，对零件进行分组分类，形成零）根据编码及工艺过程，对

56、零件进行分组分类，形成零 件族，建立零件族特征矩阵；件族，建立零件族特征矩阵； 3 3）实际典型零件；）实际典型零件； 4 4）编制典型零件的工艺过程；）编制典型零件的工艺过程； 5 5）设计搜索模块；）设计搜索模块； 6 6）设计编辑和修改模块。）设计编辑和修改模块。 8.4.2 派生式工艺过程设计系统派生式工艺过程设计系统 1 1、派生式工艺过程设计原理、派生式工艺过程设计原理 （2）运行阶段）运行阶段 1 1）对零件进行编码；）对零件进行编码； 2 2）根据检索程序，查出零件所属零件族；）根据检索程序，查出零件所属零件族； 3 3）调出该零件族的典型工艺；）调出该零件族的典型工艺； 4

57、4）根据零件信息对典型工艺过程进行修改和编辑，形成）根据零件信息对典型工艺过程进行修改和编辑，形成 该零件的工艺过程，并输出工艺文件。该零件的工艺过程，并输出工艺文件。 8.4.2 派生式工艺过程设计系统派生式工艺过程设计系统 2 2、典型零件的设计、典型零件的设计 （1）零件的频谱分析 （2）零件族矩阵的建立 （3）典型零件的合成 8.4.2 派生式工艺过程设计系统派生式工艺过程设计系统 3 3、派生式工艺过程设计特点、派生式工艺过程设计特点 4 4、国内外典型派生式计算机辅助设计工艺过、国内外典型派生式计算机辅助设计工艺过 程设计系统程设计系统 （1）以成组技术为理论基础，利用其相似性原理

58、和零 件分类编码系统，比较成熟； （2）较好的实用价值，应用范围广； （3）适用于结构比较简单的零件，以回转体类零件应 用最广，对复杂件或不规则件不易胜任； （4）相似性差的零件，难以形成零件族，不适于用派 生式方法。 8.4.3 创成式工艺过程设计系统创成式工艺过程设计系统 1 1、创成式工艺过程设计原理、创成式工艺过程设计原理 是根据输入的零件信息，依靠系统中的工程数据和决是根据输入的零件信息，依靠系统中的工程数据和决 策方法自动生成零件的工艺过程，创建过程如下：策方法自动生成零件的工艺过程，创建过程如下： （1 1）确定系统的对象范围；）确定系统的对象范围； （2 2）设计零件信息描述方

59、法，多用型面系统谓词描述、）设计零件信息描述方法，多用型面系统谓词描述、 体素组合语言描述等；体素组合语言描述等； （3 3）确定工艺过程设计中决策方式；）确定工艺过程设计中决策方式； （4 4）建立可用的资源库；）建立可用的资源库； （5 5）设计工艺文件的生成和输出系统。）设计工艺文件的生成和输出系统。 8.4.3 创成式工艺过程设计系统创成式工艺过程设计系统 2 2、创成式工艺过程设计系统的体系结构、创成式工艺过程设计系统的体系结构 8.4.3 创成式工艺过程设计系统创成式工艺过程设计系统 3 3、创成式工艺过程设计系统的特点、创成式工艺过程设计系统的特点 （1）自动生成零件工艺，是一种

60、理想而有前途的方法； （2）具有较高的柔性，适应范围广； （3）便于计算机辅助设计和计算机辅助制造的集成； （4）由于工艺过程设计的复杂性、智能性和实用性，目 前难以建造自动化程度高，功能全的创成系统。 4 4、国内外典型创成式工艺过程设计系统、国内外典型创成式工艺过程设计系统 第第6章章 计算机辅助数控加工计算机辅助数控加工 6.1 计算机辅助数控加工内容 计算机辅助数控加工的主要工作内容： 1、工艺分析和加工参数设置 2、几何分析 3、刀具轨迹生成模块 4、刀位仿真模块 5、后置处理模块 6、加工过程仿真 （图61） 6.2 计算机辅助数控加工程序编制 6.2.1计算机辅助数控程序编制过程