现代制造技术山颖第二章

1、黑龙江农业工程职业学院黑龙江农业工程职业学院自动化学院自动化学院山颖山颖现代制造技术现代制造技术第一章第一章 现代制造技术概述现代制造技术概述 第二章第二章 CADCAD、CAECAE 、CAPPCAPP与与CAMCAM第三章第三章 数控技术数控技术 第四章第四章 柔性制造柔性制造 第五章第五章 虚拟制造虚拟制造 第六章第六章 快速原型制造快速原型制造 第七章第七章 敏捷制造敏捷制造 第八章第八章 CIMSCIMS：现代集成制造系统：现代集成制造系统 第九章第九章 智能制造与网络制造智能制造与网络制造 第十章第十章 激光技术激光技术第十一章第十一章 绿色制造绿色制造 第二章第二章 CADCAD

2、、CAECAE、CAPPCAPP与与CAMCAM第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化有限元分析的集成化研究研究 第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第六节第六节 新一代新一代CAMCAM即将兴起即将兴起教学目标教学目标v应知：应知：1.1.了解了解CADCAD、 CAPP CAPP、 CAMCAM研究开发热点；研究开发热点； 2.2.了解了解CAECAE的仿真的并行方法及未来的发

3、展方的仿真的并行方法及未来的发展方向。向。v应会：应会：通过网络查询了解通过网络查询了解CADCAD、 CAE CAE、 CAPP CAPP、 CAM CAM的的发展情况。发展情况。v重点：重点：了解了解CADCAD、 CAE CAE、 CAPP CAPP、 CAM CAM发展历程及发展发展历程及发展趋势。趋势。 v难点：难点：了解了解CADCAD、 CAE CAE、 CAPP CAPP、 CAM CAM研究开发热点。研究开发热点。第二章第二章 CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP与与CAMCAM第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望第二节第二节 CAECA

4、E仿真的并行实现仿真的并行实现 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化有限元分析的集成化研究研究 第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第六节第六节 新一代新一代CAMCAM即将兴起即将兴起学习任务学习任务随机抽签分四个大组；选出组长。随机抽签分四个大组；选出组长。组号组号组长组长组员组员第一组第二组第三组第四组步骤步骤1 1：分组分组学习任务学习任务步骤步骤2 2：分任务分任务抽签选取各组学习任务。抽签选取各组学习任务。组号组号组长组长组员组员内容内容第一组第二组第三组第四组CADCAECAPPCAM

5、CADCAECAPPCAM步骤步骤3 3：资讯资讯学习任务学习任务组号组号阅读内容寻找阅读内容寻找关键词关键词第一组第一组PP第二组第二组PP第三组第三组PP第四组第四组PP阅读时间阅读时间2020分钟分钟步骤步骤4 4：每个人绘制思维导图每个人绘制思维导图每人分别以每人分别以CADCAECAPPCAMCADCAECAPPCAM为为主题绘制一张思维导图。主题绘制一张思维导图。制作时间制作时间2020分钟。分钟。什么是什么是思维导图思维导图呢？呢？顺时针交流签名。顺时针交流签名。步骤步骤5 5：每组绘制思维导图每组绘制思维导图学习任务学习任务每组在组长的带领下分别以每组在组长的带领下分别以CAD

6、CAECAPPCAMCADCAECAPPCAM为主题合作绘制一张思维导图。为主题合作绘制一张思维导图。制作时间制作时间2020分钟。分钟。步骤步骤6 6：展示成果展示成果每组选出代表进行每组选出代表进行3 3分钟成果展示汇报。分钟成果展示汇报。步骤步骤7 7：教师简述内容教师简述内容举例举例服装经营对策思维导图服装经营对策思维导图2131234512341423561234？什么什么是思是思维导维导图呢？图呢？第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望v一、一、CADCAD发展历程发展历程v二、二、CADCAD技术的发展趋势技术的发展趋势v三、三、CADCAD技术研究开

7、发热点技术研究开发热点8080年代末年代末9090年代年代深入发展阶段深入发展阶段7070年代中期年代中期8080年代末期年代末期普及应用阶段普及应用阶段5050年代初期年代初期7070年代中期年代中期起步阶段起步阶段19461946年年5050余年发展余年发展诞生计算机诞生计算机专业化的高档专业化的高档图形工作站系图形工作站系统平台；统平台；普及化的微机普及化的微机系统平台系统平台在工业化国家在工业化国家，机械制造业，机械制造业中的中的CADCAD技术技术覆盖率已超过覆盖率已超过60%60%。从从19851985年的年的3535亿美元，亿美元，19901990年达到年达到114114亿美元，

8、亿美元，19951995年更猛增到年更猛增到280280亿美元亿美元平均年增长达到平均年增长达到20%20%。第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望CADCAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化集成化、智能化四四方面发展。方面发展。v1 1标准化标准化v从从8080年代中期起，年代中期起，ISOISO国际国际标准化组织着手酝酿制订这类标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作标准，称作ISO10303ISO10303产品数产品数据表达与交换标准据表达与交换标准，简称，简称STEPSTEPv目前标准有两大类：一是公

9、目前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；二是市场标准，标准制定单位；二是市场标准，或行业标准，属私有性质。或行业标准，属私有性质。第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望2 2开放性开放性广泛建立在开放广泛建立在开放式操作系统窗口式操作系统窗口95959898NTNT和和UNIXUNIX平台上；平台上；此外此外CADCAD系统都系统都为最终用户提供为最终用户提供二次开发环境，二次开发环境，甚至这类环境可甚至这类环境可开发其内核源码，开发其内核源码，使用户可定制自使用户可定制自已的已的CADCAD系统。系统。第一节第一节

10、 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望3 3集成化集成化CADCAD技术的集成化体现在技术的集成化体现在三三个层个层次上：次上：一是目前一是目前创新设计能力创新设计能力（CADCAD）与）与现现代企业管理能力代企业管理能力（ERPERP、PDMPDM）的集）的集成，已成为企业信息化的重点；成，已成为企业信息化的重点；其二，是将其二，是将CADCAD技术能采用的算法，技术能采用的算法，甚至甚至功能模块或系统功能模块或系统，做成专用芯，做成专用芯片，以提高片，以提高CADCAD系统的效率；系统的效率；其三是其三是CADCAD基于基于网络计算环境网络计算环境实现异实现异地、异构系统在

11、企业间的集成。应地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。拟企业就是该集成层次上的应用。第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望4 4智能化智能化现有的人工智能技术现有的人工智能技术对模拟人类的思维活对模拟人类的思维活动（包括动（包括形象思维形象思维、抽象思维抽象思维和和创造性思创造性思维维等多种形式）往往等多种形式）往往是束手无策的。因此，是束手无策的。因此，智能智能CADCAD不仅仅是简单不仅仅是简单地将现有的智能技术地将现有的智能技术与与CADCAD技术相结合，更技术相结合，更要深入研

12、究人类设计要深入研究人类设计的思维模型，并用信的思维模型，并用信息技术来表达和模拟息技术来表达和模拟它。它。 第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望AutoCAD2004第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望 v1 1计算机辅助概念设计计算机辅助概念设计 v一方面，产品工本费的一方面，产品工本费的7070是在产品设计阶段决定的。但是在产品设计阶段决定的。但另一方面，在另一方面，在概念设计概念设计期间，期间，是不精确的、近似的或未知的，是不精确的、近似的或未知的，也就是说复杂性很高，这给也就是说复杂性很高，这给CADCAD技术带来很大的难度

13、。技术带来很大的难度。v概念设计的过程主要是概念设计的过程主要是评价评价和决策和决策的过程，它涉及到产品的过程，它涉及到产品功能、动作和结构等因素，它功能、动作和结构等因素，它对产品的价格性能、可靠性、对产品的价格性能、可靠性、安全性等等起决定性的影响作安全性等等起决定性的影响作用。用。 第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望（1 1）自动生成方案）自动生成方案目前主要采用人工智能技术。目前主要采用人工智能技术。即建模问题和推理问题：即建模问题和推理问题：A A前前者是对产品的功能、动作和结者是对产品的功能、动作和结构诸因素之间相互影响的复杂构诸因素之间相互影响的复

14、杂关系进行建模或表达。关系进行建模或表达。 B B而而推理问题实际上就是生成和选推理问题实际上就是生成和选择合适的方案。择合适的方案。建模问题主要是形式描述方建模问题主要是形式描述方法，它能保证计算机有效地进法，它能保证计算机有效地进行推理，称为行推理，称为面向机器的表示面向机器的表示法法。而图象表示法是一种高可。而图象表示法是一种高可视化的表示法（即可视化思维视化的表示法（即可视化思维模型），它侧重于提供一种有模型），它侧重于提供一种有助于辅助设计人员创新工作的助于辅助设计人员创新工作的建模环境，称它为建模环境，称它为面向人的表面向人的表示法。示法。第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及

15、展望技术的发展历程及展望（2 2）交互技术生成方案）交互技术生成方案 由于概念设计的复杂性，由于概念设计的复杂性，自动生成合适的方案是很自动生成合适的方案是很困难的。在自动生成和选困难的。在自动生成和选比方案尚未成熟之前，交比方案尚未成熟之前，交互技术是重要手段。互技术是重要手段。 第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望2 2计算机支持的协同设计计算机支持的协同设计 群体的工作由两个部分组群体的工作由两个部分组成：成：一是个体工作一是个体工作，群体成员，群体成员应完成的各自分工的任务；应完成的各自分工的任务；另一是协同工作另一是协同工作，因为群，因为群体工作不可能分

16、解为互相独体工作不可能分解为互相独立的个体工作，群体成员之立的个体工作，群体成员之间存在相互关联的问题，一间存在相互关联的问题，一般称为接口问题，接口难免般称为接口问题，接口难免会出现矛盾和冲突，如不及会出现矛盾和冲突，如不及时发现和协调解决，就会造时发现和协调解决，就会造成返工和损失。成返工和损失。 第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望（1 1）群体成员间多媒体信息）群体成员间多媒体信息传输传输首要的是传输媒体的选择问题，即首要的是传输媒体的选择问题，即基于公用网（如基于公用网（如WWWWWW）还是基于专用）还是基于专用网网 （2 2）异构平台）异构平台 实用的

17、协同设计系统必须能在异构环实用的协同设计系统必须能在异构环境中运行，包括数据传输、工具集成，境中运行，包括数据传输、工具集成，还有跨平台的交互界面，这主要依靠还有跨平台的交互界面，这主要依靠标准化工作来解决异构环境问题。标准化工作来解决异构环境问题。 （3 3）人）人人交互人交互 应该说支持设计群体人员间的人应该说支持设计群体人员间的人人交互是协同设计的核心问题之一，人交互是协同设计的核心问题之一，特别是目前自动发现矛盾和冲突，并特别是目前自动发现矛盾和冲突，并进行自动协同和解决的技术还不成熟，进行自动协同和解决的技术还不成熟，因此人人交互的手段尤为重要。因此人人交互的手段尤为重要。 第一节第

18、一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望3 3海量信息存储、管理和检索海量信息存储、管理和检索4 4设计方法研究及其相关问题设计方法研究及其相关问题针对针对CADCAD的设计法却是最近才有的，称为正规设计流程法，是的设计法却是最近才有的，称为正规设计流程法，是开发新一代开发新一代CADCAD系统的关键。系统的关键。 5 5支持设计创新支持设计创新创新是产品设计的灵魂，如何利用计算机来支持创新，这是创新是产品设计的灵魂，如何利用计算机来支持创新，这是个新的课题。个新的课题。6 6新技术在新技术在CADCAD中的应用中的应用 （1 1）虚拟现实与）虚拟现实与CADCAD集成集成一

19、是可逼真地看到正在设计的产品及其开发过程；另一方面一是可逼真地看到正在设计的产品及其开发过程；另一方面是提高交互能力，使设计人员或群体可以直接和所设计产品是提高交互能力，使设计人员或群体可以直接和所设计产品交互操作。交互操作。 （2 2）计算机安全）计算机安全第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望280280柴油机三维建模柴油机三维建模 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）举例）举例出口澳大利亚粮食漏斗车三维电子样机出口澳大利亚粮食漏斗车三维电子样机 锻造三维建模锻造三维建模 冲压三维建模冲压三维建模 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）举例）举例第二章第二

20、章 CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP与与CAMCAM第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化有限元分析的集成化研究研究 第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第六节第六节 新一代新一代CAMCAM即将兴起即将兴起vCAECAE（计算机辅助工程）技术的突破性进展，导致在分（计算机辅助工程）技术的突破性进展，导致在分布式共享存储器环境下布式共享存储器环境下CAECAE仿真的并行

21、度达到新的高度。仿真的并行度达到新的高度。第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 v从硬件和软件的算法观点看，可以概略地把从硬件和软件的算法观点看，可以概略地把CAECAE仿真仿真“行为行为”分为三类来考虑：分为三类来考虑：隐式隐式、用于结构力学的、用于结构力学的显式显式有限元分析（有限元分析（FEAFEA）和用于流体力学的）和用于流体力学的CFDCFD。 如底特律如底特律三大汽车三大汽车OEMOEM采用了总数达采用了总数达740740个处理器的个处理器的SGI 2800 SGI 2800 服服务器，包括两个分别配置务器，包括两个分别配置128128个处理器的系统，使现有个处理

22、器的系统，使现有计算能力达到计算能力达到375 Gflop375 Gflop。v一个单一系统映像的一个单一系统映像的SGI 2800SGI 2800系统可扩展到系统可扩展到512512个个处理处理器，并且内存可以扩展到器，并且内存可以扩展到1Tb1Tb。 v一、一、CAECAE仿真的并行方法仿真的并行方法v二、未来的发展方向二、未来的发展方向v 运算法则的进步和新的硬件体系结构的出现导致了运算法则的进步和新的硬件体系结构的出现导致了CAECAE方法论的方法论的提高，伴随这些进步，已改善的提高，伴随这些进步，已改善的CAECAE可伸缩能力将进入到一个崭可伸缩能力将进入到一个崭新的十年。新的十年。

23、v 将刺激将刺激CFDCFD建模在瞬间流动状态的应用、建筑机械学不确定性的建模在瞬间流动状态的应用、建筑机械学不确定性的广泛实施应用，以及多规程液流与结构相结合的生产应用等许多广泛实施应用，以及多规程液流与结构相结合的生产应用等许多方面，在其它建模工具应用中也会有提高。方面，在其它建模工具应用中也会有提高。v 结构结构FEAFEA仿真目前正经历一个从确定性到不确定性的历史性转变。仿真目前正经历一个从确定性到不确定性的历史性转变。 v 用于瞬时状态的用于瞬时状态的CFDCFD仿真已进入工业化应用阶段。仿真已进入工业化应用阶段。 v 使用显式使用显式FEAFEA动力学进行高度短暂的非线性造型，诸如

24、汽车等交动力学进行高度短暂的非线性造型，诸如汽车等交通工具的碰撞、气囊与驾驶员的交互作用以及飞机与飞鸟的碰撞，通工具的碰撞、气囊与驾驶员的交互作用以及飞机与飞鸟的碰撞，都呈现出实际参数的分散性。都呈现出实际参数的分散性。 第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 分层保压现象分层保压现象保压流动的准确描述保压流动的准确描述第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 第二章第二章 CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP与与CAMCAM第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 第三节第三

25、节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化有限元分析的集成化研究研究 第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第六节第六节 新一代新一代CAMCAM即将兴起即将兴起 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化研究有限元分析的集成化研究 v广泛应用的有限元分析方法与广泛应用的有限元分析方法与CADCAD技术相集成，共同实现技术相集成，共同实现“设设计计评价评价再设计再设计”任务的自动化，以提高设计的精确程度和效率。任务的自动化，以提高设计的精确程度和效率。v主要困难是：一是如何实现从主要困难是：一是

26、如何实现从几何模型几何模型到到有限元分析模型有限元分析模型的自动的自动转换；二是如何转换；二是如何从有限元分析的结果从有限元分析的结果出发评价和出发评价和修改设计修改设计。 v实现实现CADCAD特征建模与有限元数值计算技术的集成，既是技术上的特征建模与有限元数值计算技术的集成，既是技术上的需要，也是集成发展的方向。需要，也是集成发展的方向。v为了有效地实现为了有效地实现CAD/CAECAD/CAE系统的集成，用特征技术和人工智能相系统的集成，用特征技术和人工智能相结合的方法去集成结合的方法去集成CADCAD特征建模与有限元分析技术系统框架，包括特征建模与有限元分析技术系统框架，包括5 5个部

27、分个部分 。v(1)(1)特征造型。特征造型。 (2)(2)有限元分析建模。有限元分析建模。 (3)(3)有限元分析。有限元分析。 (4)(4)分分析结果解释和评价。析结果解释和评价。 (5)(5)指导再设计。指导再设计。v从总体构架来看，特征造型与有限元分析集成系统有两方面工作从总体构架来看，特征造型与有限元分析集成系统有两方面工作要做：一个是基于特征的有限元前处理；另一个是基于特征的有限要做：一个是基于特征的有限元前处理；另一个是基于特征的有限元后处理。设计人员与专家共同完成元后处理。设计人员与专家共同完成“设计设计分析分析再设计再设计”任务。任务。 v 二、设计特征向有限元分析特征的转换

28、（有限元建模）二、设计特征向有限元分析特征的转换（有限元建模）v从从CADCAD造型中生成的几何模型不能直接用于有限元分析，必须经造型中生成的几何模型不能直接用于有限元分析，必须经过几何模型抽象化，删除某些细节，降维表示某些几何形状，实体过几何模型抽象化，删除某些细节，降维表示某些几何形状，实体对称性简化、网格划分、载荷和边界条件的处理等步骤，最后才能对称性简化、网格划分、载荷和边界条件的处理等步骤，最后才能生成抽象的分析模型。生成抽象的分析模型。v1 1细节特征的删除细节特征的删除（将圆角变成直角等）。（将圆角变成直角等）。v2 2降维问题：降维问题：降维就是用具有高维实体属性的低维实体表示

29、高降维就是用具有高维实体属性的低维实体表示高维的实体。（立体变成平面）维的实体。（立体变成平面）v3 3对称性的简化对称性的简化v4 4载荷与边界条件的自动处理载荷与边界条件的自动处理( (建立建立FEAFEA模型时，通过查询特征模型时，通过查询特征实体的特征信息，自动产生所期望的载荷和边界条件。实体的特征信息，自动产生所期望的载荷和边界条件。v5 5有限元网格的自动划分技术有限元网格的自动划分技术v一些典型的网格自动生成方法如下：一些典型的网格自动生成方法如下：(i)(i)映射法；映射法；(ii)(ii)填充法填充法（结点连接法）；（结点连接法）；(iii) (iii) 三角划分法；三角划分

30、法；(iv)(iv)结构分解法，也称拓扑结构分解法，也称拓扑切割分解法；切割分解法；(v)(v)空间分解法；空间分解法；(vi)(vi)前沿位移法；前沿位移法；(vii)(vii)旋转平移法；旋转平移法；(viii)(viii)混合法。混合法。 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化研究有限元分析的集成化研究 v三、基于特征的有限元后处理三、基于特征的有限元后处理v 1 1结果解释和分析结果解释和分析v (1)(1)从大量的输出数据中过滤出重要的特征信息；从大量的输出数据中过滤出重要的特征信息；v (2)(2)转换特征信息，使之可用于推理；转换特征信息，使之可用于推理

31、；v (3)(3)在数据表达的基础上，对目标的状态作出推论。在数据表达的基础上，对目标的状态作出推论。v 2 2评价和修改设计概括起来，特征的修改措施有：评价和修改设计概括起来，特征的修改措施有：v (1)(1)删除几何特征；删除几何特征；v (2)(2)增添几何特征；增添几何特征；v (3)(3)修改几何特征的参数（包括定形和定位参数）；修改几何特征的参数（包括定形和定位参数）；v (4)(4)改变材料特征；改变材料特征；v (5)(5)修改技术特征；修改技术特征；v (6)(6)修改外力载荷和边界条件（包括数值和作用范围）。修改外力载荷和边界条件（包括数值和作用范围）。 第三节第三节 特征

32、造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化研究有限元分析的集成化研究 机车连杆变形模拟分析机车连杆变形模拟分析冲压过程模拟系统冲压过程模拟系统铸钢件浇铸铸钢件浇铸过程模拟过程模拟计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）举例）举例机车车体有限元分析机车车体有限元分析货车动力学仿真分析货车动力学仿真分析流体动力模型流体动力模型计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）举例）举例计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）在精密铸造中的应用）在精密铸造中的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）在精密铸造中的应用）在精密铸造中的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECA

33、E）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用结构过渡段的应力分布云图结构过渡段的应力分布云图CAECAE铸造系统模拟过程铸造系统模拟过程车架举升工况的拉车架举升工况的拉压应力云图压应力云图计算机辅助工程（计

34、算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用整机分析的整机分析的Y Y向局部变形与向局部变形与应力分析云图应力分析云图吊臂在工况吊臂在工况3 3失稳前的变失稳前的变形与应力云图形与应力云图弹簧的受力分析弹簧的受力分析计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用机构分析机构分析计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用优化前最小安全系数优化前最小安全系数计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用塑料填充形式塑料填充形式温度分布温度分布型腔冷却温度分布型腔冷却温度分布计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用温度变化对零件的影响温

35、度变化对零件的影响工艺夹头受力分析工艺夹头受力分析计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）的应用）的应用第二章第二章 CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP与与CAMCAM第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化有限元分析的集成化研究研究 第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第六节第六节 新一代新一代CAMCAM

36、即将兴起即将兴起第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述v一、一、CAPPCAPP的概念及系统结构组成的概念及系统结构组成v二、二、CAPPCAPP的发展历程及作用的发展历程及作用v三、三、CAPPCAPP系统的类型及应用系统的类型及应用v四、四、CAPPCAPP系统未来的发展方向系统未来的发展方向vCAPPCAPP即即计算机辅助工程设计计算机辅助工程设计是利用计算机来进行零件加是利用计算机来进行零件加工工艺的制订，把毛坯加工成工程图样上所要求的零件的现代工工艺的制订，把毛坯加工成工程图样上所要求的零件的现代设计技术。设计技术。v它是人们向计算机输入被加工零件的形状、尺寸等几何信息它是人

37、们向计算机输入被加工零件的形状、尺寸等几何信息和材料、热处理、批量等工艺信息后，由计算机自动输出零件和材料、热处理、批量等工艺信息后，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。的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。v1 1）零件信息的输入。）零件信息的输入。v2 2）工艺决策。）工艺决策。v3 3）工艺数据）工艺数据/ /知识库。知识库。v4 4）人机交互界面。）人机交互界面。v5 5）工艺文件管理。）工艺文件管理。v一、一、 CAPP CAPP的概念及系统结构组成的概念及系统结构组成第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述v二、二、 CAPP CAPP的发展历程及作用的

38、发展历程及作用第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述1v2020世纪世纪6060年代年代末末，人们开始在，人们开始在工艺过程设计领工艺过程设计领域应用计算机技域应用计算机技术，进行术，进行CAPPCAPP的的开发和研究工作开发和研究工作。2v19691969年年挪威挪威推出了世推出了世界上第一个界上第一个CAPPCAPP系统系统AUTOPROSAUTOPROS，19731973年正式年正式推出商品化的推出商品化的AUTOPROSAUTOPROS系统，挪威也成为世界系统，挪威也成为世界上最早研究上最早研究CAPPCAPP的国家的国家。在过去的。在过去的4040多年里，多年里，期间经历了交

39、互式、派期间经历了交互式、派生式、创成式、综合式生式、创成式、综合式、专家系统等不同的发、专家系统等不同的发展阶段，并涌现了一大展阶段，并涌现了一大批批CAPPCAPP原型系统和商品原型系统和商品化的化的CAPPCAPP系统。系统。3vCAPPCAPP是将产品设是将产品设计信息转换为加工计信息转换为加工制造信息制造信息的关键环的关键环节，是企业信息化节，是企业信息化建设中联系设计与建设中联系设计与生产的纽带，同时生产的纽带，同时也可以为企业的管也可以为企业的管理部门提供相关的理部门提供相关的数据，是企业信息数据，是企业信息交换的中间环节。交换的中间环节。1vCAPPCAPP在实现生产在实现生产

40、自动化中占有重要自动化中占有重要地位。借助于地位。借助于CAPPCAPP系统，可以有效地系统，可以有效地解决解决手工工艺设计手工工艺设计效率低、一致性差效率低、一致性差、质量不稳定、不、质量不稳定、不容易优化等问题容易优化等问题。v1.1.交互式交互式CAPPCAPP系系统统采用采用人机对话的方式人机对话的方式，基于标准工步和典型工序进行工艺设计基于标准工步和典型工序进行工艺设计，将一些经验性强、模糊难定的问题留给设计人员去完成，这就简化了系统的开发难度，将一些经验性强、模糊难定的问题留给设计人员去完成，这就简化了系统的开发难度，同时使系统更灵活、方便。这种系统能充分体现人的主观能动性，可变性

41、和可扩展性，同时使系统更灵活、方便。这种系统能充分体现人的主观能动性，可变性和可扩展性好，但系统的好，但系统的自动化程度不高，运行效率低，自动化程度不高，运行效率低，工艺规程的设计质量与人的关联性很大。工艺规程的设计质量与人的关联性很大。v三、三、 CAPP CAPP系统的类型及应用系统的类型及应用第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述v2.2.派生式派生式CAPPCAPP系统系统也称也称变异式变异式CAPPCAPP系统系统，它是以成组技术为基础，利用零件的相，它是以成组技术为基础，利用零件的相似性，通过对似性，通过对产品零件的分类归组（族），可以把工艺相似的零件汇集在零件组（产品零件

42、的分类归组（族），可以把工艺相似的零件汇集在零件组（族）族），然后编制每个零件的标准工艺，并将其存入，然后编制每个零件的标准工艺，并将其存入CAPPCAPP系统的数据库中。派生式系统的数据库中。派生式CAPPCAPP系统继系统继承和应用了企业较成熟的传统工艺，应用范围比较广泛，承和应用了企业较成熟的传统工艺，应用范围比较广泛，有较好的实用性，有较好的实用性，但系统的柔但系统的柔性较差，性较差，对于复杂零件和相似性较差的零件，不适宜采用。对于复杂零件和相似性较差的零件，不适宜采用。v3.3.创成式创成式CAPPCAPP系统系统是一个能是一个能综合零件加工信息，自动为一个新零件创造工艺规程综合零件

43、加工信息，自动为一个新零件创造工艺规程的系统，它能够根据工艺数据库的信息和零件模型，的系统，它能够根据工艺数据库的信息和零件模型，在没有人干预的条件下，系统自动在没有人干预的条件下，系统自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床、刀具的选产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床、刀具的选择和加工过程的优化，通过应用决策逻辑，择和加工过程的优化，通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程，模拟工艺设计人员的决策过程，自动创成新自动创成新的零件加工工艺规程。创成式的零件加工工艺规程。创成式CAPPCAPP系统便于实现计算机辅助设计和计算机辅助

44、制造系统系统便于实现计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成，具有较高的的集成，具有较高的柔性适应范围广，但由于系统自动化要求高，柔性适应范围广，但由于系统自动化要求高，应用范围广，系统实应用范围广，系统实现较为困难，目前系统的应用还处于探索发展阶段。现较为困难，目前系统的应用还处于探索发展阶段。v4.4.综合式综合式CAPPCAPP系统系统也称也称半创成式半创成式CAPPCAPP系统系统，它综合，它综合派生式派生式CAPPCAPP系统与创成式系统与创成式CAPPCAPP系统的方法和原理，采用派生与自动决策相结合的方法生成工艺规程，如需对一个新零系统的方法和原理，采用派生与自动决策相结合的方法

45、生成工艺规程，如需对一个新零件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属零件族的标准工艺零件族的标准工艺，然后根据零件的具体，然后根据零件的具体情况，对标准工艺进行情况，对标准工艺进行自动修改自动修改，工序设计则采用自动决策产生。综合式，工序设计则采用自动决策产生。综合式CAPPCAPP系统兼顾系统兼顾了派生式了派生式CAPPCAPP系统和创成式系统和创成式CAPPCAPP系统两者的优点，系统两者的优点，克服各自的不足，既具有系统的简洁克服各自的不足，既具有系统的简洁性，性，又具有系统的快捷和灵活性，有很强的实际应用性。又具有系统的快捷和灵活性，有很强的实际

46、应用性。v三、三、 CAPP CAPP系统的类型及应用系统的类型及应用第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述v5.CAPP5.CAPP专家系统专家系统CAPPCAPP专家系统是专家系统是一种一种基于人工智能技术的基于人工智能技术的CAPPCAPP系统系统，也，也称智能型称智能型CAPPCAPP系统。系统。CAPPCAPP专家系统和创专家系统和创成式成式CAPPCAPP系统都自动生成工艺规程，其系统都自动生成工艺规程，其中创成式中创成式CAPPCAPP系统是以工艺决策加逻辑系统是以工艺决策加逻辑算法为特征的，而算法为特征的，而CAPPCAPP专家系统则以专家系统则以知知识库加推理机为特征

47、，识库加推理机为特征，原理更加完善，原理更加完善，应用更加方便，是应用更加方便，是CAPPCAPP系统的发展方向系统的发展方向，也是当今国内外研究的热点之一。，也是当今国内外研究的热点之一。v四、四、 CAPP CAPP系统的未来的发展方向系统的未来的发展方向第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述CAPPCAPP的数据是的数据是产品数据的重产品数据的重要组成部分，要组成部分，CAPPCAPP与产品数与产品数据管理（据管理（PDMPDM）及产品全生命及产品全生命周期管理（周期管理（PLMPLM）的集成是关键。的集成是关键。基于基于PDM/PLMPDM/PLM的的产品全生命周产品全生命周期

48、的期的CAPPCAPP系统系统将是重要的发将是重要的发展方向。展方向。面向面向产品全产品全生命周期生命周期的的CAPPCAPP系统系统随着三维随着三维CADCAD技技术的进一步应术的进一步应用，基于三维用，基于三维CADCAD的工艺设计，的工艺设计，特别是基于三特别是基于三维维CADCAD的装配工的装配工艺设计，正成艺设计，正成为企业需求的为企业需求的热点。可以预热点。可以预见，基于三维见，基于三维CADCAD的的CAPPCAPP系统系统将会成为研究将会成为研究的热点。的热点。基于基于三维三维CADCAD的的CAPPCAPP系统系统CAPPCAPP已经很好已经很好地解决了工艺地解决了工艺设计效

49、率和标设计效率和标准化的问题，准化的问题，系统开发人员系统开发人员进一步总结、进一步总结、提炼企业的工提炼企业的工艺设计知识，艺设计知识，以提高以提高CAPPCAPP的的知识水平，这知识水平，这将会是将会是CAPPCAPP系系统应用和发展统应用和发展的重要方向。的重要方向。基于基于知识的知识的CAPPCAPP系统系统工艺的个性很强，工艺的个性很强，CAPPCAPP系统必须能系统必须能够持续满足客户够持续满足客户的个性化和不断的个性化和不断的需求。的需求。CAPPCAPP工工具系统（或称开具系统（或称开发平台）是发平台）是CAPPCAPP系统研究的热点系统研究的热点之一。基于平台之一。基于平台技

50、术、具有二次技术、具有二次开发功能、可重开发功能、可重构的构的CAPPCAPP系统将系统将是是CAPPCAPP系统未来系统未来重要的发展方向。重要的发展方向。开放性的开放性的CAPPCAPP系统系统第二章第二章 CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP与与CAMCAM第一节第一节 CADCAD技术的发展历程及展望技术的发展历程及展望第二节第二节 CAECAE仿真的并行实现仿真的并行实现 第三节第三节 特征造型与特征造型与CAECAE有限元分析的集成化有限元分析的集成化研究研究 第四节第四节 CAPPCAPP系统概述系统概述第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第六节第六

51、节 新一代新一代CAMCAM即将兴起即将兴起v一、一、CAD/CAMCAD/CAM技术应用概况技术应用概况v二、二、CAD/CAMCAD/CAM领域的技术现状领域的技术现状v三、国内三、国内CADCAD市场状况及市场状况及CAD/CAMCAD/CAM主流软主流软件产品件产品第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术一、一、CAD/CAMCAD/CAM技术应用概况技术应用概况1 1CAD/CAMCAD/CAM的产生和发展的产生和发展vCAD/CAM(CAD/CAM(计算机辅助设计及制造计算机辅助设计及制造) )技术产生于技

52、术产生于2020世纪世纪5050年代后期发达国家年代后期发达国家的的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。速成长起来。v19891989年美国国家工程科学院将年美国国家工程科学院将CAD/CAMCAD/CAM技术评为当代技术评为当代(1964(19641989)1989)十项最十项最杰出的工程技术成就之一。杰出的工程技术成就之一。v在工业发达国家，在工业发达国家，CAD/CAMCAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小

53、企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家“流向流向”发展中国家。发展中国家。v如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAMCAD/CAM技术进技术进行产品设计，而且投入大量的人力、物力及资金进行行产品设计，而且投入大量的人力、物力及资金进行CAD/CAMCAD/CAM软件的开发，软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。以保持自己技术上的领先地

54、位和国际市场上的优势。一、一、CAD/CAMCAD/CAM技术应用概况技术应用概况2 2CAD/CAMCAD/CAM系统的应用系统的应用第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术v从从CADCAD、CAMCAM的发展进程来看，的发展进程来看，数控机床的出现，发展了数控机床的出现，发展了CAMCAM，而，而CAMCAM的要求又促进了的要求又促进了CADCAD的发展。的发展。目前，已能够将目前，已能够将CADCAD和和CAMCAM系统中系统中的不同模块和公用的工程数据库的不同模块和公用的工程数据库进行连接，使信息能连接传递，进行连接，使信息能连接传递，将越来越多的将越来越多的CAD

55、CAD和和CAMCAM功能融合功能融合为一体，组成为一体，组成CAD/CAMCAD/CAM系统。系统。v随着科学技术的发展与进步，计算机辅助技术已经逐步应用随着科学技术的发展与进步，计算机辅助技术已经逐步应用到机械产品的设计、工艺和制造等各个生产阶段，先后推出到机械产品的设计、工艺和制造等各个生产阶段，先后推出了许多优秀的商品化了许多优秀的商品化CADCAD、CAPPCAPP和和CAMCAM软件系统软件系统。二、二、CAD/CAMCAD/CAM系统集成系统集成第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术CADCAMCAPP产品设计工艺设计生产实施产品输出产品需求概念设计技术设计施

56、工设计工艺参数工艺规程工时定额NC编程仿 真NC加工装 配检 验1.1. CAD/CAM CAD/CAM集成技术的发展集成技术的发展第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术v 1 1）以专用格式文件的集成。）以专用格式文件的集成。2.2.CAD/CAMCAD/CAM系统的集成方式系统的集成方式系 统 A专 用 数 据 文 件系 统 B系 统 CRFRRRRRFFFFF专 用 数 据 文 件专 用 数 据 文 件v 2 2）以标准格式文件的集成）以标准格式文件的集成F R系 统 A系 统 B系 统 C标 准 格 式数 据 文 件FF RR二、二、CAD/CAMCAD/CAM系统

57、集成系统集成第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术共 享 工 程 数 据 库CAPPCADCAMv 3 3）以共享工程数据库的集成）以共享工程数据库的集成2.2.CAD/CAMCAD/CAM系统的集成方式系统的集成方式二、二、CAD/CAMCAD/CAM系统集成系统集成v1 1）基础造型技术）基础造型技术( (参数化设计、变量化设计及特征造型技术参数化设计、变量化设计及特征造型技术) )在在CADCAD技技术发展的初期，术发展的初期，CADCAD仅限于计算机辅助绘图，随着计算机软、硬件技术的飞仅限于计算机辅助绘图，随着计算机软、硬件技术的飞速发展，速发展，CADCAD技术从

58、二维平面绘图发展到三维产品建模，随之也就产生了三技术从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之也就产生了三维线框造型、曲面造型以及实体造型技术。参数化及变量化设计思想和特征维线框造型、曲面造型以及实体造型技术。参数化及变量化设计思想和特征造型代表着造型代表着CADCAD技术的发展方向。技术的发展方向。第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术v2 2）CAD/CAMCAD/CAM系统集成的关键技术系统集成的关键技术。CAD/CAMCAD/CAM系统的集成就是按照产品设计与系统的集成就是按照产品设计与制造的实际进程，在计算机内实现各应用程序所需的信息处理和交换，形成联制造的实际进程，

59、在计算机内实现各应用程序所需的信息处理和交换，形成联系的、协调的和科学的信息流。产生公共信息的产品造型技术、存储和处理公系的、协调的和科学的信息流。产生公共信息的产品造型技术、存储和处理公共信息的工程数据技术、进行数据交换的接口技术、对系统资源进行统一管理、共信息的工程数据技术、进行数据交换的接口技术、对系统资源进行统一管理、对系统运行统一组织的执行控制程序、实现系统内部的通信和数据等，构成了对系统运行统一组织的执行控制程序、实现系统内部的通信和数据等，构成了CAD/CAMCAD/CAM系统集成的关键技术，其主要体现在产品建模技术、集成的数据管理系统集成的关键技术，其主要体现在产品建模技术、集

60、成的数据管理技术、产品数据交换接口技术、集成的执行控制程序四个方面。技术、产品数据交换接口技术、集成的执行控制程序四个方面。3.3.当今当今CAD/CAMCAD/CAM领域的主流技术领域的主流技术二、二、CAD/CAMCAD/CAM系统集成系统集成第五节第五节 CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术三、三、CAD/CAMCAD/CAM系统的软件系统的软件v1 1）系统软件。）系统软件。它主要用于计算机的管理、维护、控制与运行，以及计算机它主要用于计算机的管理、维护、控制与运行，以及计算机程序的翻译、装入及运行，主要包括操作系统、语言编译系统与图形接口标准程序的翻译、装入及运行，主要包括操