計算機輔助制造 概 述課件

第1章計算機輔助制造概述第1章計算機輔助制造概述1第1章計算機輔助制造概述1.1CAD/CAM的基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)1.3CAD/CAM技術(shù)發(fā)展簡史與應(yīng)用現(xiàn)狀1.4CAD與CAM之間的聯(lián)系1.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展第1章計算機輔助制造概述1.1CAD/CAM的基本概念21.1CAD/CAM的基本概念1.1.1CAD/CAM的概念1.1.2產(chǎn)品設(shè)計制造過程與CAD/CAM1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程1.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義1.1CAD/CAM的基本概念1.1.1CAD/CAM的31.1.1CAD/CAM的概念計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign,簡稱CAD）是指工程技術(shù)人員以計算機為輔助工具，完成產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)思和論證，產(chǎn)品總體設(shè)計，技術(shù)設(shè)計，零部件設(shè)計，有關(guān)零件的強度、剛度、熱、電、磁的分析計算和產(chǎn)品圖繪制等工作。一般認為CAD系統(tǒng)應(yīng)包括如下功能：草圖設(shè)計、零件設(shè)計、工程分析、裝配設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換等。

1.1.1CAD/CAM的概念計算機輔助設(shè)計（Compu4CADCAD系統(tǒng)功能模型新產(chǎn)品開發(fā)計劃產(chǎn)品要求性能規(guī)定（輸入）設(shè)計知識數(shù)據(jù)庫CAD軟件計算機硬件（軟硬件環(huán)境）零件圖、裝配圖產(chǎn)品設(shè)計文件零件信息文件（輸出）CADCAD系統(tǒng)功能模型新產(chǎn)品開發(fā)計劃產(chǎn)品要求性能規(guī)定（輸入51.1.1CAD/CAM的概念狹義CAM通常是指計算機輔助數(shù)控加工程序的編制，包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、NC代碼生成以及與數(shù)控機床數(shù)控裝置的軟件接口等

廣義CAM一般是指利用計算機輔助完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、NC自動編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。

1.1.1CAD/CAM的概念狹義CAM通常是指計算機6CAM工藝路線文件工藝內(nèi)容文件零件信息（輸入）加工設(shè)備數(shù)據(jù)庫CAM軟件計算機硬件（軟硬件環(huán)境）NC加工程序NC監(jiān)測程序（輸出）狹義CAM系統(tǒng)功能模型CAM工藝路線文件工藝內(nèi)容文件零件信息（輸入）加工設(shè)備數(shù)據(jù)庫71.1.2產(chǎn)品設(shè)計制造過程與CAD/CAM下圖給出了產(chǎn)品設(shè)計制造過程所包括的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)管理和產(chǎn)品制造四個階段。這是一個串行的過程鏈，但在實際生產(chǎn)中，有些過程是并行進行的。如：在產(chǎn)品設(shè)計時，就要考慮產(chǎn)品的可制造性；產(chǎn)品制造過程中，則始終有生產(chǎn)管理的要求。1.1.2產(chǎn)品設(shè)計制造過程與CAD/CAM下圖給出了產(chǎn)品8方案設(shè)計總體設(shè)計工程分析與計算零件設(shè)計圖紙繪制產(chǎn)品設(shè)計工藝過程設(shè)計毛坯設(shè)計工裝設(shè)計工藝設(shè)計作業(yè)計劃編制物料管理制造資源管理生產(chǎn)管理數(shù)控編程及仿真數(shù)控加工常規(guī)加工質(zhì)量控制產(chǎn)品裝配產(chǎn)品制造產(chǎn)品調(diào)試產(chǎn)品設(shè)計與制造過程方案設(shè)計總體設(shè)計工程分析與計算零件設(shè)計圖紙繪制產(chǎn)品設(shè)計工藝過9計算機輔助繪圖，簡稱CAG計算機輔助工程分析，簡稱CAE計算機輔助工藝設(shè)計，簡稱CAPP計算機輔助數(shù)控編程，簡稱NCP制造資源計劃，簡稱MRPII企業(yè)資源計劃，簡稱ERP計算機輔助質(zhì)量控制，簡稱CAQ產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，簡稱PDM虛擬設(shè)計，簡稱VR-CAD虛擬制造，簡稱VM有代表意義的

CAD/CAM單項技術(shù)計算機輔助繪圖，簡稱CAG有代表意義的CAD/CAM單項技101.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程

CAD／CAM系統(tǒng)是設(shè)計、制造過程中的信息處理系統(tǒng)，它充分利用了計算機高效準確的計算功能、圖形處理功能以及復(fù)雜工程數(shù)據(jù)的存貯、傳遞、加工功能，在運行過程中，結(jié)合人的經(jīng)驗、知識及創(chuàng)造性，形成一個人機交互、各盡所長、緊密配合的系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)輸入的是設(shè)計要求，輸出的是制造加工信息。1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程CAD／CAM系統(tǒng)是11應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進行空間凸輪設(shè)計與制造的基本工作過程

根據(jù)工作要求設(shè)計出凸輪運動曲線及三維模型CAD（DESIGN）由凸輪三維模型自動生成二維工程圖CAD（DRAWING）編制凸輪數(shù)控加工程序并進行加工仿真CAM（NC）將加工程序輸入數(shù)控機床進行凸輪加工數(shù)控加工應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進行空間凸輪設(shè)計與制造的基本工作過程12凸輪三維模型凸輪三維模型13凸輪二維工程圖凸輪二維工程圖14凸輪數(shù)控加工程序編制及加工仿真凸輪數(shù)控加工程序編制及加工仿真15凸輪加工實況凸輪加工實況16輸入設(shè)計要求選擇設(shè)計方案三維幾何造型及幾何模型最優(yōu)化設(shè)計有限元分析裝配仿真運動仿真物性分析滿足產(chǎn)品要求否輸出圖樣、文件CAPP加工模擬滿足設(shè)計工藝要求否加工制造NC自動編程修改設(shè)計程序庫圖形庫設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫刀具切削用量庫NC代碼庫工藝庫CADCAMNNYYCAD/CAM系統(tǒng)工作過程輸入設(shè)計要求選擇設(shè)計方案三維幾何造型及幾何模型最優(yōu)化設(shè)計有限171.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程

通過市場需求調(diào)查以及用戶對產(chǎn)品性能的要求，向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計要求，利用幾何建模功能，構(gòu)造出產(chǎn)品的幾何模型，計算機將此模型轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，存貯在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。

調(diào)用CAD/CAM系統(tǒng)程序庫中的各種應(yīng)用程序?qū)Ξa(chǎn)品模型進行詳細設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化分析，以確定產(chǎn)品總體設(shè)計方案及零部件的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)，同時，調(diào)用CAD/CAM系統(tǒng)中的圖形庫，將設(shè)計的初步結(jié)果以圖形的方式輸出在顯示器上。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程通過市場需求調(diào)查以及181.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程當(dāng)把設(shè)計對象描述為計算機內(nèi)部模型后，通過計算機輔助工程分析計算功能對產(chǎn)品技術(shù)性能指標進行優(yōu)化設(shè)計、性能預(yù)測、結(jié)構(gòu)分析和仿真。即通過計算機數(shù)值分析的求解速度快、效率高的優(yōu)勢，對設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能指標進行必要的工程分析和仿真計算。

根據(jù)計算機顯示的結(jié)果，設(shè)計人員對設(shè)計的初步結(jié)果作出判斷，如果不滿意，可以通過人機交互的方式進行修改，直至滿意為止，修改后的數(shù)據(jù)仍存儲在CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程當(dāng)把設(shè)計對象描述為計算191.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程CAD/CAM系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中提取產(chǎn)品的設(shè)計制造信息，在分析其零件幾何形狀特點及有關(guān)技術(shù)要求后，對產(chǎn)品進行工藝規(guī)程設(shè)計，設(shè)計的結(jié)果存入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時在屏幕上顯示輸出。

工藝設(shè)計人員可以對工藝規(guī)程設(shè)計的結(jié)果進行分析、判斷，并允許以人機交互的方式進行修改。最終的結(jié)果可以是生產(chǎn)中需要的工藝卡片或以數(shù)據(jù)接口文件的形式存入數(shù)據(jù)庫，以供后續(xù)模塊讀取。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程CAD/CAM系統(tǒng)從數(shù)201.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程在打印機上輸出工藝卡片，成為車間生產(chǎn)加工的指導(dǎo)性文件。CAM子系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取零件幾何信息和加工工藝規(guī)程，生成NC加工程序。

有些

CAD／CAM系統(tǒng)在生成了產(chǎn)品加工的工藝規(guī)程之后，對其進行仿真、模擬，驗證其是否合理、可行。同時，還可以進行刀具、夾具、工件之間的干涉、碰撞檢驗。

在普通機床、數(shù)控機床上按照工藝規(guī)程和NC加工程序加工制造出有關(guān)產(chǎn)品。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程在打印機上輸出工藝卡片211.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量

降低生產(chǎn)成本

提高管理水平

1.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義縮短產(chǎn)品開發(fā)周期221.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義

1.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義231.2CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)

1.零件造型2.裝配造型5.工程分析3.標準件庫4.工程繪圖6.優(yōu)化設(shè)計11.應(yīng)用軟件二次開發(fā)10.工程數(shù)據(jù)管理9.模擬仿真8.計算機輔助NC編程7.計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計1.2CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)1.零件造型2.裝241.零件造型

零件造型是指在計算機中建立零件的三維實體模型。設(shè)計人員在三維CAD軟件的支持下可以根據(jù)自己的設(shè)想將零件從計算機中逐步“制作”出來。在制作過程中，設(shè)計人員可以從各個角度觀察具有真實感的零件造型。如果對模型不滿意，可以立即修改零件造型。零件造型能夠準確表達零件的形狀、尺寸、色澤、體積、重心、表面信息、材料信息等。對已有的零件造型提供方便的管理，以便存儲、歸檔或與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。先進的CAD系統(tǒng)都提供參數(shù)化的基于特征的實體造型方法。1.零件造型零件造型是指在計算機中建立零件的三維實體模型。251.零件造型對于復(fù)雜表面的造型，系統(tǒng)可采用曲面造型或雕塑曲面造型的方法，根據(jù)給定的離散數(shù)據(jù)或有關(guān)具體工程問題的邊界條件來定義、生成、控制和處理過渡曲面，或用掃描的方法得到掃描體、建立曲面的模型。零件造型技術(shù)是CAD／CAM系統(tǒng)的核心，它為產(chǎn)品的設(shè)計、制造提供基本數(shù)據(jù)，同時，也為其它模塊提供原始的信息，例如，所定義的幾何模型的信息可供給有限元分析、繪圖、仿真、加工等模塊調(diào)用。1.零件造型對于復(fù)雜表面的造型，系統(tǒng)可采用曲面造型或雕塑曲面26零件造型舉例-機械零件齒輪凸輪動畫演示零件造型舉例-機械零件齒輪凸輪動畫演示27凸輪運動凸輪運動28零件造型舉例－塑料橡膠件洗滌劑瓶顯示器外殼橡膠輪胎零件造型舉例－塑料橡膠件洗滌劑瓶顯示器外殼橡膠輪胎29零件造型舉例－葉輪零件風(fēng)扇葉輪離心葉輪動畫演示動畫演示零件造型舉例－葉輪零件風(fēng)扇葉輪離心葉輪動畫演示動畫演示30風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)運動風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)運動31離心葉輪旋轉(zhuǎn)運動離心葉輪旋轉(zhuǎn)運動32零件造型舉例－轎車外形零件造型舉例－轎車外形332.裝配造型

裝配造型能夠模仿實際的裝配過程，生成產(chǎn)品的裝配。通過裝配造型可以發(fā)現(xiàn)由于設(shè)計不當(dāng)在實際裝配時可能出現(xiàn)的問題，如間隙過小或過大、零件之間的干涉等。裝配造型還能夠提供產(chǎn)品的外觀效果圖和反映裝配關(guān)系的零件散開分布的爆炸圖。對于復(fù)雜的產(chǎn)品，裝配造型可提供多樣的方法提高造型的效率。裝配造型還提供了完善的系列化產(chǎn)品的設(shè)計方法，如通過更換部分零件來改變一種產(chǎn)品類型。

2.裝配造型裝配造型能夠模仿實際的裝配過程，生成產(chǎn)品的裝34球閥體裝配模型球閥體裝配模型35球閥體裝配模型分解圖球閥體裝配模型分解圖36公用電話裝配模型公用電話裝配模型37釘書器裝配模型釘書器裝配模型38剎車盤裝配動畫剎車盤裝配動畫39電風(fēng)扇裝配動畫電風(fēng)扇裝配動畫40福特發(fā)動機虛擬裝配及工作過程演示福特發(fā)動機虛擬裝配及工作過程演示413.標準件庫

大多數(shù)CAD系統(tǒng)均提供通用標準零件和特征的擴展庫。用戶可以很方便地選取標準特征或零件，并將它們組合進零件或部件的設(shè)計中。常用的標準零件有方形和六角形螺母、螺栓、普通墊圈、彈簧墊圈、半月銷、內(nèi)六角螺釘、鉚釘、開口銷等等。標準特征包括孔、槽、軸、頸、法蘭、加強筋、殼、耳、螺紋、通風(fēng)格柵、管狀特征等等。3.標準件庫大多數(shù)CAD系統(tǒng)均提供通用標準零件和特征的擴42三維CAD系統(tǒng)MDT的螺栓庫三維CAD系統(tǒng)MDT的螺栓庫43三維CAD系統(tǒng)MDT的螺母庫三維CAD系統(tǒng)MDT的螺母庫444.工程繪圖

產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果往往是工程圖的形式，CAD／CAM中的某些中間結(jié)果也是通過圖形表達的。一般的CAD軟件都具有人機交互輸入和處理二維圖形的能力，包括基本圖元的生成，標注尺寸，圖形的編輯（比例變換、平移、圖形拷貝、圖形刪除等）以及顯示控制、附加技術(shù)條件等功能，保證生成符合生產(chǎn)實際要求，也符合國家標準的工程圖。4.工程繪圖產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果往往是工程圖的形式，CAD／CA454.工程繪圖先進的CAD軟件已具備根據(jù)零件的三維零件圖和裝配造型自動生成投影圖、輔助圖、剖面圖和局部視圖的功能，并能自動標注尺寸，其工程圖樣與零件造型密切相關(guān)。如果改變了圖紙中的尺寸，相關(guān)零件的造型尺寸也將隨之改變，圖紙中的線條長度和位置也將反映這種變化，從而保證能夠?qū)υO(shè)計進行快速、一致的修改。4.工程繪圖先進的CAD軟件已具備根據(jù)零件的三維零件圖和裝配46三維零件圖二維工程圖CAD自動生成三維零件圖二維工程圖CAD自動生成475.工程分析

CAD／CAM系統(tǒng)構(gòu)造了產(chǎn)品的幾何模型之后，能夠根據(jù)產(chǎn)品幾何形狀，計算出相應(yīng)的體積、表面積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量等幾何特性和物理特性、為系統(tǒng)進行工程分析和數(shù)值計算提供必要的基本參數(shù)。另一方面，CAD／CAM中的結(jié)構(gòu)分析中需進行大量的應(yīng)力、溫度、位移等分析計算。因此，要求CAD／CAM系統(tǒng)完成各類分析計算的算法正確、全面，能處理大量的數(shù)據(jù)，還要有較高的計算精度。5.工程分析CAD／CAM系統(tǒng)構(gòu)造了產(chǎn)品的幾何模型之后，485.工程分析CAD／CAM系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元法，這是一種數(shù)值近似解方法，用來求解結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜工程構(gòu)件的靜態(tài)和動態(tài)特性，以及構(gòu)件的強度、振動、熱變形、磁場、溫度、應(yīng)力分布狀態(tài)等的計算分析。在進行靜、動態(tài)特性分析計算之前，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，劃分網(wǎng)格、標出單元號、節(jié)點號、并將劃分的結(jié)果顯示在屏幕上；進行分析計算之后，將計算結(jié)果以圖形、文件的形式輸出，例如應(yīng)力分布圖、溫度場分布圖、位移變形曲線等，使用戶方便、直觀地看到分析的結(jié)果。5.工程分析CAD／CAM系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元49

有限元分析步驟幾何建模網(wǎng)格劃分施加約束、分析計算、查看計算結(jié)果有限元分析步驟幾何建模網(wǎng)格劃分施加約束、分析計算、查看計算50有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬

軋制是旋轉(zhuǎn)的軋輥將材料帶入輥縫之間并使之產(chǎn)生變形的過程。軋制生產(chǎn)中，材料的塑性變形規(guī)律、軋輥和軋件之間的摩擦現(xiàn)象、材料中的溫度和微觀組織的變化、軋制過程中的壓下率、寬厚比等及其對軋件質(zhì)量的影響，都是非常復(fù)雜的問題。有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬軋制是旋轉(zhuǎn)的軋輥將51有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬

影響軋制的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的原因很多，從現(xiàn)場和實驗中得到的規(guī)律和理論很難覆蓋所有方面，而且耗費巨大。采用數(shù)值模擬的方法進行數(shù)值實驗是近年來理論研究中的趨勢，將有限元方法應(yīng)用于軋制過程的理論研究不但可以節(jié)省實驗費用，而且因其高速性和可靠性可以對軋制過程中不易進行實驗研究的課題進行深入地探討。

有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬影響軋制的生產(chǎn)效率52平板軋制過程（應(yīng)力及變形模擬）為簡化計算，將三維軋制過程簡化為平面問題，軋輥看成彈性體。平板軋制過程（應(yīng)力及變形模擬）為簡化計算，將三維軋制過程簡化536.優(yōu)化設(shè)計

CAD／CAM系統(tǒng)根據(jù)需要還可配置優(yōu)化設(shè)計功能，也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)計中的預(yù)定指標達到最優(yōu)。優(yōu)化包括總體方案的優(yōu)化、產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、工藝參數(shù)的優(yōu)化等。優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)中的一個重要的組成部分。

6.優(yōu)化設(shè)計CAD／CAM系統(tǒng)根據(jù)需要還可配置優(yōu)化設(shè)計功547.計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計

設(shè)計的后續(xù)過程是加工制造，而工藝設(shè)計是為產(chǎn)品的加工制造提供指導(dǎo)性的文件。因此，計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計（CAPP）是CAD與CAM的中間環(huán)節(jié)。CAPP系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)建模后生成的產(chǎn)品信息及制造要求，自動決策出加工該產(chǎn)品所采用的加工方法、加工步驟、加工設(shè)備及加工參數(shù)。CAPP的設(shè)計結(jié)果一方面能被生產(chǎn)實際所用，生成工藝卡片文件，另一方面能直接輸出一些信息，為CAM中的NC自動編程系統(tǒng)接收、識別，直接轉(zhuǎn)換為刀位文件。

7.計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計設(shè)計的后續(xù)過程是加工制造，而工55CAPP零件幾何信息零件工藝信息（輸入）工藝知識數(shù)據(jù)庫圖形系統(tǒng)計算機硬件（軟硬件環(huán)境）CAPP系統(tǒng)功能模型（輸出）工藝路線文件工時定額文件工藝內(nèi)容文件毛坯圖、工序圖CAPP零件幾何信息零件工藝信息（輸入）工藝知識數(shù)據(jù)庫圖形系568.計算機輔助NC編程

目前的CAM軟件大部分采用圖形交互式自動編程，即以CAD生成的零件幾何信息為基礎(chǔ)，采用人機交互對話方式，在計算機屏幕上指定被加工件的幾何特征、定義相關(guān)的加工參數(shù)后，由計算機進行分析處理，直接產(chǎn)生NC加工程序。仿真功能則能在計算機上動態(tài)顯示加工路徑，模擬實際切削加工。8.計算機輔助NC編程目前的CAM軟件大部分采用圖形交互57模具數(shù)控編程與加工仿真模具數(shù)控編程與加工仿真588.計算機輔助NC編程通過各自接口可將計算機與數(shù)控機床連接起來，利用CAM軟件中的通信模塊，能將計算機上的NC加工程序直接送至數(shù)控機床上的CNC系統(tǒng)（計算機數(shù)字控制系統(tǒng)）中控制數(shù)控加工，這個過程稱為直接數(shù)字控制（DNC）。8.計算機輔助NC編程通過各自接口可將計算機與數(shù)控機床連接59立式加工中心數(shù)控車床五面立式加工中心直接數(shù)字控制（DNC）立式加工中心數(shù)控車床五面立式加工中心直接數(shù)字控制（DNC）609.模擬仿真

在CAD／CAM系統(tǒng)內(nèi)部，建立一個工程設(shè)計的實際系統(tǒng)模型，例如機構(gòu)、機械手、機器人等。通過運行仿真軟件，代替、模擬真實系統(tǒng)的運行，用以預(yù)測產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的可制造性。如數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，從軟件上實現(xiàn)零件試切的加工模擬，避免了現(xiàn)場調(diào)試帶來的人力、物力的投入以及加工設(shè)備損壞的風(fēng)險，減少了制造費用，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期。通常有加工軌跡仿真，機構(gòu)運動學(xué)模擬，機器人仿真，工件、刀具、機床的碰撞、干涉檢驗等。

9.模擬仿真在CAD／CAM系統(tǒng)內(nèi)部，建立一個工程設(shè)計的61數(shù)控加工切削仿真數(shù)控加工切削仿真62公園游樂機運行仿真公園游樂機運行仿真63電風(fēng)扇運行仿真電風(fēng)扇運行仿真64裝載機運行仿真裝載機運行仿真6510.工程數(shù)據(jù)管理

由于

CAD／CAM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種類繁多，既有幾何圖形數(shù)據(jù)，又有屬性語義數(shù)據(jù)；既有產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，又有生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)；既有靜態(tài)標準數(shù)據(jù)，又有動態(tài)過程數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)還相當(dāng)復(fù)雜，因此，CAD／CAM系統(tǒng)應(yīng)能提供有效的管理手段，支持工程設(shè)計與制造全過程的信息流動與交換。目前，CAD／CAM系統(tǒng)中多采用PDM（ProductDataManagement）系統(tǒng)或工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理環(huán)境，實現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的管理。10.工程數(shù)據(jù)管理由于CAD／CAM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種6611.應(yīng)用軟件二次開發(fā)

由于機械產(chǎn)品的用途多種多樣，任何強大的CAD系統(tǒng)都不可能向用戶提供各種具體產(chǎn)品的完善的CAD/CAM解決方案。大多數(shù)商品化CAD系統(tǒng)都提供了基于C、C++、VisualC++、VisualBasic的二次開發(fā)工具，為用戶將自己或者第三方在其基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用軟件提供了很大的方便。二次開發(fā)工具中提供的函數(shù)和方法可以調(diào)用CAD系統(tǒng)內(nèi)部命令，直接存取CAD內(nèi)部數(shù)據(jù)庫。

11.應(yīng)用軟件二次開發(fā)由于機械產(chǎn)品的用途多種多樣，任何強671.3CAD/CAM技術(shù)發(fā)展簡史與應(yīng)用現(xiàn)狀

CAD最初概念的產(chǎn)生；二維繪圖系統(tǒng)SKETCHPAD；“交鑰匙”系統(tǒng)（TurnkeySystem)；80年代超大規(guī)模集成電路；集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、并行化、標準化；反映時代潮流的商品化CAD/CAM軟件在我國應(yīng)用日益廣泛。1.3CAD/CAM技術(shù)發(fā)展簡史與應(yīng)用現(xiàn)狀CAD最初概念681.4CAD與CAM之間的聯(lián)系

CAD/CAM技術(shù)是圍繞產(chǎn)品（工程）的設(shè)計和制造相對獨立發(fā)展起來的。在應(yīng)用時，常常也是以獨立的形式出現(xiàn)，并在各自的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。然而，正如產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品制造是兩個密切關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)一樣，CAD與CAM是企業(yè)生產(chǎn)活動自動化的兩個重要環(huán)節(jié)，兩者之間存在密切的信息聯(lián)系。如CAD系統(tǒng)的輸出是產(chǎn)品圖樣、技術(shù)文檔和其他文件。在進入CAPP系統(tǒng)之前需要從圖樣中提取幾何信息、技術(shù)要求等，以符合CAPP系統(tǒng)所要求的格式輸入。在進行NC加工程序編制時，也需提取大量的零件幾何形狀信息和公差信息才能由CAM系統(tǒng)生成合適的零件NC加工程序。1.4CAD與CAM之間的聯(lián)系CAD/CAM技術(shù)是圍繞產(chǎn)69CAD設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品樣圖、技術(shù)文檔人工轉(zhuǎn)換零件幾何形狀、精度、材料CAPP工藝過程、工序圖人工轉(zhuǎn)換待加工面形狀以及精度CAMNC程序獨立的CAD和CAPP、CAM系統(tǒng)之間的信息傳遞CAD設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品樣圖、人工轉(zhuǎn)換零件幾何形狀、CAPP工藝過701.4CAD與CAM之間的聯(lián)系

集成化的CAD/CAM系統(tǒng)則由計算機系統(tǒng)自動完成上圖所示的零件信息傳輸與交換。一般的CAD/CAM集成指的是把CAD、CAE、CAPP、CAPM、CAM等各種功能軟件有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)一的信息管理和控制軟件實現(xiàn)產(chǎn)品信息的提取、轉(zhuǎn)換和共享，從而達到系統(tǒng)內(nèi)信息的暢通和系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行的目的。1.4CAD與CAM之間的聯(lián)系集成化的CAD/CAM系統(tǒng)71執(zhí)行控制工程應(yīng)用系統(tǒng)(CAD、CAE、CAM)數(shù)據(jù)庫、檔案庫、數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件計算機硬件圖形系統(tǒng)軟件工具CAD/CAM集成系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)CAD/CAM集成系統(tǒng)是建立在計算機硬件基礎(chǔ)之上，在操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件的支持下運行的一種計算機軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)、各種軟件工具直接依賴于計算機操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件，形成CAD/CAM軟件系統(tǒng)的支撐環(huán)境。

執(zhí)行控制工程應(yīng)用系統(tǒng)(CAD、CAE、CAM)數(shù)據(jù)庫、721.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展向精密化、多樣化、復(fù)合化方向發(fā)展向柔性化、集成化、智能化、全球化方向發(fā)展1.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)732022/11/6741.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展集成化從當(dāng)前企業(yè)內(nèi)部的信息集成和功能集成，發(fā)展到過程集成，并正在步入實現(xiàn)企業(yè)間集成的階段。數(shù)字化／虛擬化從產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計開始，發(fā)展到產(chǎn)品全生命周期中各類活動、設(shè)備及實體的數(shù)字化。在數(shù)字化基礎(chǔ)上，虛擬化技術(shù)正在迅速發(fā)展，主要包括虛擬現(xiàn)實應(yīng)用、虛擬產(chǎn)品開發(fā)和虛擬制造。網(wǎng)絡(luò)化從基于局域網(wǎng)發(fā)展到基于Intranet/Extranet/Internet的分布式網(wǎng)絡(luò)制造，以支持全球制造策略的實現(xiàn)。

2022/11/2741.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展集成化2022/11/6751.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展柔性化正積極研究發(fā)展企業(yè)間動態(tài)聯(lián)盟技術(shù)、敏捷設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)、可重組技術(shù)等，以實現(xiàn)敏捷制造。智能化是制造系統(tǒng)在柔性化和集成化基礎(chǔ)上進一步的發(fā)展與延伸，引入各類人工智能和智能控制技術(shù)，實現(xiàn)具有自律、分布、智能、敏捷等特點的新一代制造系統(tǒng)。綠色化包括綠色制造、環(huán)境意識的設(shè)計與制造、生態(tài)工廠、清潔化生產(chǎn)等，它是全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)，是擺在現(xiàn)代制造業(yè)面前的一個嶄新課題。

2022/11/2751.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展柔性化2022/11/6761.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展1.5.1敏捷制造1.5.2綠色制造1.5.3計算機集成制造1.5.4網(wǎng)絡(luò)制造1.5.5虛擬制造2022/11/2761.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展1.5.1.5.1敏捷制造敏捷制造起源虛擬企業(yè)1.5.1敏捷制造敏捷制造起源77敏捷制造起源美國國防部撰寫《21世紀制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略報告》，首次提出敏捷制造（AgileManufacturing,AM）的概念。AM的基本思想是充分利用信息時代的通信工具和通信環(huán)境，為某一產(chǎn)品的快速開發(fā)，在一些制造企業(yè)之間建立一個動態(tài)的企業(yè)聯(lián)盟（即虛擬企業(yè)），各虛擬企業(yè)之間加強合作和知識、信息、技術(shù)資源共享，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢和創(chuàng)造能力，在最短的時間內(nèi)以最小的投資完成產(chǎn)品的設(shè)計制造過程，并快速把產(chǎn)品推向市場。AM是一種提高企業(yè)群體競爭能力的全新的制造組織模式。敏捷性使企業(yè)能以更快的速度、更好的質(zhì)量、更低的成本和更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)來贏得市場競爭。敏捷制造起源美國國防部撰寫《21世紀制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略報告》，首78虛擬企業(yè)敏捷制造的核心思想是建立虛擬企業(yè)（VE）以快速應(yīng)對市場。VE是敏捷制造的基本動態(tài)組織形態(tài)，是指為了贏得某一機遇性市場競爭，圍繞某種新產(chǎn)品開發(fā)，通過利用不同組織或企業(yè)的優(yōu)勢資源，組建為靠網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)系的階段性經(jīng)營實體。VE實質(zhì)上是不同組織或企業(yè)間的動態(tài)集成，隨市場機遇的存亡而聚散。在具體表現(xiàn)上，結(jié)盟的可以是同一個大公司的不同組織部門，也可以是不同國家的不同公司。虛擬企業(yè)敏捷制造的核心思想是建立虛擬企業(yè)（VE）以快速應(yīng)對市79虛擬企業(yè)的本質(zhì)特征

虛擬企業(yè)是以整個社會制造資源為基礎(chǔ)的，在組建前不受制造資源的制約，完全以社會對產(chǎn)品的需要為導(dǎo)向。企業(yè)要被虛擬企業(yè)的組織者選中，就必需形成自己的核心能力。虛擬企業(yè)的本質(zhì)特征為企業(yè)制造資源及企業(yè)最終產(chǎn)品關(guān)系的動態(tài)化與模糊化。虛擬企業(yè)不一定非得利用成員企業(yè)的全部制造資源，而是可以利用成員企業(yè)的部分制造資源，甚至一個生產(chǎn)單元、一臺設(shè)備，而且一家企業(yè)可以同時參與不同的虛擬企業(yè)。

虛擬企業(yè)的本質(zhì)特征虛擬企業(yè)是以整個社會制造資源為基礎(chǔ)的，在80虛擬企業(yè)的組織模式

虛擬企業(yè)的組織基礎(chǔ)

指構(gòu)成虛擬企業(yè)中的獨立企業(yè)的制造資源特征，按企業(yè)內(nèi)部效率及企業(yè)間交易成本因素考慮。三種基本類型：

新產(chǎn)品研制與開發(fā)企業(yè)

專用零、部件生產(chǎn)及總裝企業(yè)

通用標準零部件生產(chǎn)企業(yè)

虛擬企業(yè)的組織模式虛擬企業(yè)的組織基礎(chǔ)指構(gòu)成虛擬企業(yè)中的81虛擬企業(yè)的組織模式虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)

根據(jù)虛擬企業(yè)隨市場變化的敏捷特征，設(shè)計虛擬企業(yè)的結(jié)構(gòu)：

核心層由新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)企業(yè)構(gòu)成。核心層企業(yè)之間的關(guān)系是共同分擔(dān)成本與風(fēng)險，分享利潤。

緊密層由專用零部件生產(chǎn)及總裝企業(yè)構(gòu)成，這一層企業(yè)按照合同要求相互配合，合同與核心層代表簽訂，負責(zé)按合同要求生產(chǎn)與裝配。

松散層由通用標準零部件生產(chǎn)企業(yè)組成，以市場形式提供標準化、通用化零部件或按合同進行生產(chǎn)。

虛擬企業(yè)的組織模式虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)根據(jù)虛擬企業(yè)隨市場變821.5.2綠色制造綠色制造起源綠色制造的內(nèi)涵綠色設(shè)計綠色加工綠色制造的發(fā)展趨勢1.5.2綠色制造綠色制造起源83綠色制造起源最有效地利用資源和最低限度地產(chǎn)生廢棄物，是當(dāng)前世界上環(huán)境問題的治本之道。制造業(yè)一方面是創(chuàng)造人類財富的支柱產(chǎn)業(yè)，但同時又是當(dāng)前環(huán)境污染的主要源頭。制造資源（原材料能源等）制造過程產(chǎn)品（使用和處理）廢棄資源環(huán)境污染綠色制造起源最有效地利用資源和最低限度地產(chǎn)生廢棄物，是當(dāng)前世84綠色制造的內(nèi)涵綠色制造定義綠色制造特點綠色制造體系結(jié)構(gòu)綠色制造的內(nèi)涵綠色制造定義85綠色制造定義綠色制造又稱環(huán)境意識制造、面向環(huán)境的制造等。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響（負作用）最小，資源效率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。綠色制造定義綠色制造又稱環(huán)境意識制造、面向環(huán)境的制造等。86綠色制造特點多領(lǐng)域綠色制造涉及的問題領(lǐng)域包括三部分：制造問題，包括產(chǎn)品生命周期全過程；環(huán)境影響問題；資源優(yōu)化問題。綠色制造就是這三部分內(nèi)容的交叉和集成。大制造綠色制造涉及現(xiàn)代制造觀的變革、可持續(xù)制造理論、21世紀制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及大制造、大過程和學(xué)科交叉等一系列制造科學(xué)問題。綠色制造特點多領(lǐng)域綠色制造涉及的問題領(lǐng)域包括三部分：制造問87綠色制造特點廣內(nèi)涵圍繞制造過程中的環(huán)境問題提出了許多與綠色制造相關(guān)或相類似的制造概念。綠色制造環(huán)境意識制造生態(tài)意識制造綠色設(shè)計環(huán)境意識設(shè)計生態(tài)意識設(shè)計綠色工藝規(guī)劃綠色加工技術(shù)清潔技術(shù)綠色包裝綠色材料選擇面向拆卸設(shè)計可回收性設(shè)計面向制造與裝配設(shè)計長壽命設(shè)計綠色制造特點廣內(nèi)涵圍繞制造過程中的環(huán)境問題提出了許多與綠色88綠色制造特點物流閉環(huán)傳統(tǒng)制造的物流是一個開環(huán)系統(tǒng)，物流的終端是產(chǎn)品使用到報廢為止。綠色制造的物流則是一個閉環(huán)系統(tǒng)，其中開環(huán)物流和產(chǎn)品報廢后的反饋形成大閉環(huán)系統(tǒng)。在此過程中，又可能形成若干個小閉環(huán)系統(tǒng)，如圖中的產(chǎn)品綠色包裝，加上包裝件的回收就形成了一個小閉環(huán)系統(tǒng)。綠色制造特點物流閉環(huán)傳統(tǒng)制造的物流是一個開環(huán)系統(tǒng)，物流的終89綠色制造特點—物流閉環(huán)特性原材料開采原材料生產(chǎn)產(chǎn)品加工產(chǎn)品裝配產(chǎn)品綠色包裝用戶產(chǎn)品使用維護產(chǎn)品報廢材料可再生的零部件可修改或改制的零部件材料可再生可重用零部件不可再生的廢棄物無害化處理可回收材料分類包裝回收回收拆卸綠色制造特點—物流閉環(huán)特性原材料開采原材料生產(chǎn)產(chǎn)品加工產(chǎn)品裝90綠色制造體系結(jié)構(gòu)綠色制造的理論體系GM體系結(jié)構(gòu)和多生命周期工程綠色制造系統(tǒng)綠色能源系統(tǒng)綠色設(shè)計技術(shù)綠色加工技術(shù)綠色包裝技術(shù)綠色生產(chǎn)設(shè)備綠色制造工藝綠色制造的數(shù)據(jù)庫和知識庫綠色原材料綠色生產(chǎn)環(huán)境綠色管理模式和綠色供應(yīng)鏈綠色制造的實施工具盒產(chǎn)品綠色制造的理論體系和總體技術(shù)綠色制造的專題技術(shù)綠色制造的支撐技術(shù)綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)體系綠色制造體系結(jié)構(gòu)綠色制造的理論體系GM體系結(jié)構(gòu)和多生命周期工91綠色設(shè)計產(chǎn)品的綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計區(qū)別綠色設(shè)計的主要內(nèi)容綠色設(shè)計產(chǎn)品的綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計區(qū)別92產(chǎn)品的綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計區(qū)別產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計過程僅僅考慮產(chǎn)品的基本屬性，而不考慮環(huán)境屬性。綠色設(shè)計則在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，優(yōu)先考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，然后再考慮產(chǎn)品應(yīng)有的基本屬性。減少廢物排放降低資源消耗減少影響安全健康的風(fēng)險生態(tài)降解適用性可靠性成本低利潤大綜合消費者的審美觀提高品位環(huán)境原則性能原則收益原則美學(xué)原則綠色設(shè)計原則產(chǎn)品的綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計區(qū)別產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計過程僅僅考慮產(chǎn)品的93綠色設(shè)計的主要內(nèi)容產(chǎn)品的綠色材料選擇產(chǎn)品的面向拆卸設(shè)計產(chǎn)品的回收性設(shè)計產(chǎn)品的長壽命設(shè)計綠色設(shè)計的主要內(nèi)容產(chǎn)品的綠色材料選擇94綠色加工技術(shù)綠色鑄造工藝綠色熔煉技術(shù)綠色砂型技術(shù)精密鑄造技術(shù)綠色鍛造工藝精密鍛壓技術(shù)激光彎曲成形技術(shù)冷擠壓、軋制等綠色焊接工藝激光焊接技術(shù)超聲波焊接技術(shù)電子束焊接綠色切削工藝干切削技術(shù)干磨削技術(shù)激光加工粉末冶金工藝快速成形技術(shù)綠色熱處理技術(shù)綠色加工技術(shù)綠色加工技術(shù)綠色熔煉技術(shù)綠色砂型技術(shù)精密鑄造技術(shù)精密鍛壓技術(shù)952022/11/6961.5.3計算機集成制造1974年，美國JosephHarrington博士首次提出了CIM(ComputerintegrationManufacturing)理念。本質(zhì)在于以計算機為工具來輔助制造系統(tǒng)的集成，即以充分的信息交流或信息共享，促進制造系統(tǒng)或制造企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與運行優(yōu)化，其目的在于提高企業(yè)的競爭能力和生存能力。

2022/11/2961.5.3計算機集成制造1974年，2022/11/697計算機集成制造理念CIM將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等有機結(jié)合，使企業(yè)產(chǎn)品全生命周期各階段活動中有關(guān)的人／組織、經(jīng)營管理和技術(shù)三要素及其信息流、物流和價值流三流有機集成并優(yōu)化運行，以達到產(chǎn)品（P)上市快（T)、高質(zhì)（Q)、低耗（C)、服務(wù)好（S)、環(huán)境清潔（E)，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性、敏捷性，使企業(yè)贏得市場競爭。

2022/11/297計算機集成制造理念CIM將傳統(tǒng)的制造技2022/11/698CIMS的特征數(shù)字化、信息化、智能化、集成化、綠色化。信息集成、過程集成和企業(yè)間集成。CIMS技術(shù)是基于傳統(tǒng)制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)的一門發(fā)展中的綜合性技術(shù)。2022/11/298CIMS的特征數(shù)字化、信息化、智能化、2022/11/6CIMS的構(gòu)成

計算機網(wǎng)絡(luò)支撐子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫支撐子系統(tǒng)管理信息子系統(tǒng)質(zhì)量保證子系統(tǒng)工程設(shè)計自動化子系統(tǒng)制造自動化子系統(tǒng)市場信息原材料產(chǎn)品銷售服務(wù)信息技術(shù)信息2022/11/2CIMS的構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)支撐子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)992022/11/6100CIMS的四個功能子系統(tǒng)管理信息子系統(tǒng)

包括預(yù)測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準備、銷售、供應(yīng)、財務(wù)、成本、設(shè)備、人力資源的管理信息功能。工程設(shè)計自動化子系統(tǒng)通過計算機來輔助產(chǎn)品設(shè)計、制造準備以及產(chǎn)品測試，即CAD/CAPP/CAM階段。

2022/11/2100CIMS的四個功能子系統(tǒng)管理信息子系2022/11/6101CIMS的四個功能子系統(tǒng)制造自動化子系統(tǒng)是CIMS信息流和物流的結(jié)合點，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟效益的聚集地，由數(shù)控機床、加工中心、清洗機、測量機、運輸小車、立體倉庫、多級分布式控制計算機等設(shè)備及相應(yīng)的支持軟件組成。根據(jù)產(chǎn)品工程技術(shù)信息、車間層加工指令，完成對零件毛坯的作業(yè)調(diào)度及制造。

2022/11/2101CIMS的四個功能子系統(tǒng)制造自動化子2022/11/6102CIMS的四個功能子系統(tǒng)質(zhì)量保證子系統(tǒng)包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的采集、質(zhì)量評價、生產(chǎn)加工過程中的質(zhì)量控制與跟蹤功能。系統(tǒng)保證從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品檢測到售后服務(wù)全過程的質(zhì)量。

2022/11/2102CIMS的四個功能子系統(tǒng)質(zhì)量保證子系2022/11/6103CIMS的兩個支撐子系統(tǒng)

計算機網(wǎng)絡(luò)支撐子系統(tǒng)

即企業(yè)外部的廣域網(wǎng)、內(nèi)部的局域網(wǎng)及支持CIMS各子系統(tǒng)的開放型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。采用標準協(xié)議可以實現(xiàn)異機互聯(lián)、異構(gòu)局域網(wǎng)和多種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。系統(tǒng)滿足不同子系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提出的不同需求，支持資源共享、分布處理、分布數(shù)據(jù)庫和適時控制2022/11/2103CIMS的兩個支撐子系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)2022/11/6104CIMS的兩個支撐子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫支撐子系統(tǒng)

支持CIMS各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和信息集成，覆蓋了企業(yè)全部數(shù)據(jù)信息，在邏輯上是統(tǒng)一的，在物理上是分布式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

2022/11/2104CIMS的兩個支撐子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫支撐子2022/11/6105CIMS的體系結(jié)構(gòu)

工廠層車間層單元層工作站層設(shè)備層工廠加工車間虛擬單元1虛擬單元2虛擬單元n切削工作站檢驗工作站物料儲運工作站機器人機床零件倉庫機器人檢驗設(shè)備零件倉庫機器人自動小車傳送器………………2022/11/2105CIMS的體系結(jié)構(gòu)工廠層車間層單元2022/11/6106工廠層控制系統(tǒng)工廠層控制系統(tǒng)為CIMS的最高一級控制，進行生產(chǎn)管理，履行“工廠”或“總公司”的職能。它的規(guī)劃時間范圍（指任何控制層完成任務(wù)的時間長度）可以從幾個月到幾年。該層按主要功能又可分為三個模塊：生產(chǎn)管理模塊、信息管理模塊和制造工程模塊。2022/11/2106工廠層控制系統(tǒng)工廠層控制系統(tǒng)為CIM2022/11/6107工廠層控制系統(tǒng)生產(chǎn)管理模塊

跟蹤主要項目，制定長期生產(chǎn)計劃，明確生產(chǎn)資源需求，確定所需的追加投資，計算出剩余生產(chǎn)能力，匯總質(zhì)量性能數(shù)據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)確定交給下一級的生產(chǎn)指令。信息管理模塊

通過用戶---數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)必要的行政或經(jīng)營的管理功能，如成本估算、庫存估計、用戶訂單處理、采購、人事管理以及工資單處理等。

2022/11/2107工廠層控制系統(tǒng)生產(chǎn)管理模塊跟蹤2022/11/6108工廠層控制系統(tǒng)制造工程模塊其功能一般都是通過用戶——數(shù)據(jù)接口，在人的干預(yù)下實現(xiàn)的。該模塊包括兩個子模塊：CAD子模塊和工藝過程設(shè)計子模塊。CAD子模塊用于設(shè)計幾何尺寸規(guī)格和提出部件、零件、刀具和夾具的材料表（BillofMaterial,BOM)；工藝過程設(shè)計子模塊則用于編制每個零件從原材料到成品的全部工藝規(guī)程。

2022/11/2108工廠層控制系統(tǒng)制造工程模塊其功能2022/11/6109車間層控制系統(tǒng)

任務(wù)管理模塊負責(zé)安排生產(chǎn)能力計劃，對定單進行分批，把任務(wù)及資源分配給各單元，跟蹤訂單直到完成，跟蹤設(shè)備利用情況，安排所有切削刀具、夾具、機器人、機床及物料運輸設(shè)備的預(yù)防性維修，以及其他輔助性工作。資源分配模塊負責(zé)分配單元層控制系統(tǒng)進行各項目具體加工時所需的工作站、儲存區(qū)、托盤、刀具及材料等。它還根據(jù)“按需分配”原則，把一些工作站分配給特定的“虛擬”單元，動態(tài)地改變其組織結(jié)構(gòu)。

2022/11/2109車間層控制系統(tǒng)任務(wù)管理模塊負責(zé)2022/11/6110單元層控制系統(tǒng)

單元層控制系統(tǒng)負責(zé)相似零件分批通過工作站的順序和管理（諸如物料儲運、檢驗）及其他有關(guān)輔助工作。它的規(guī)劃時間范圍可從幾個小時到幾周。具體的工作內(nèi)容是完成任務(wù)分解，資源需求分析，向車間層控制系統(tǒng)報告作業(yè)進展和系統(tǒng)狀態(tài)，決定分批零件的動態(tài)加工路線，安排工作站的工序，給工作站分配任務(wù)以及監(jiān)控任務(wù)的進展情況。

2022/11/2110單元層控制系統(tǒng)單元層控制系統(tǒng)負責(zé)相2022/11/6111工作站層控制系統(tǒng)工作站層控制系統(tǒng)負責(zé)和協(xié)調(diào)車間中一個設(shè)備小組的活動。它的規(guī)劃時間范圍可從幾分鐘到幾小時。一個典型的加工工作站由一臺機器人、一臺機床、一個物料儲存器和一臺控制計算機組成。2022/11/2111工作站層控制系統(tǒng)工作站層控制系統(tǒng)負責(zé)2022/11/6112設(shè)備層控制系統(tǒng)設(shè)備層控制系統(tǒng)是機器人、各種加工機床、測量儀器、小車、傳送裝置等各種設(shè)備的控制器。采用這種控制是為了加工過程中的改善修正、質(zhì)量檢測等方面的自動計量和自動在線檢測、監(jiān)控。該層控制系統(tǒng)向上與工作站控制系統(tǒng)接口連接，向下與廠家供應(yīng)的各單元設(shè)備控制器連接。設(shè)備控制器的功能是把工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有次序的簡單任務(wù)，并通過各種傳感器監(jiān)控這些任務(wù)的執(zhí)行。

2022/11/2112設(shè)備層控制系統(tǒng)設(shè)備層控制系統(tǒng)是機器人2022/11/6113CIMS開發(fā)步驟CIMS應(yīng)用工程的開發(fā)過程主要分為四個階段：可行性論證、系統(tǒng)設(shè)計、分步實施、運行和維護。CIMS工程的設(shè)計是自頂向下逐步分解、不斷細化的過程，而實施則是自底向上、逐步集成的過程。2022/11/2113CIMS開發(fā)步驟CIMS應(yīng)用工程的開2022/11/6114CIMS開發(fā)步驟可行性論證階段了解企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營特點，分析系統(tǒng)需求，確定系統(tǒng)目標，提出實現(xiàn)方案，指出關(guān)鍵技術(shù)和解決途徑，制定開發(fā)計劃，分析投資效益等。系統(tǒng)設(shè)計階段細化需求分析，確定系統(tǒng)功能模型、信息模型及運行模型，提出系統(tǒng)集成的內(nèi)外部接口要求，運行環(huán)境和限制條件等。系統(tǒng)設(shè)計又分為初步設(shè)計及詳細設(shè)計兩個階段。

2022/11/2114CIMS開發(fā)步驟可行性論證階段了2022/11/6115CIMS開發(fā)步驟分步實施階段按系統(tǒng)設(shè)計的要求，完成系統(tǒng)軟硬件的購買、安裝、開發(fā)、調(diào)試。

運行和維護階段在應(yīng)用中完善系統(tǒng)。

2022/11/2115CIMS開發(fā)步驟分步實施階段按系統(tǒng)2022/11/6116CIMS的實施要點要改造原有的經(jīng)營模式、體制和組織，以適應(yīng)市場競爭的需要。因為CIMS是多技術(shù)支持條件下的一種新的經(jīng)營模式。在企業(yè)經(jīng)營模式、體制和組織的改造過程中，對于人的因素要給予充分的重視，并妥善處理。因為人作為企業(yè)的第一資源，其知識水平、技能和觀念等具有極大的能動性。

CIMS的實施是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，整個的實施過程必須有正確的方法論指導(dǎo)和規(guī)范化的實施步驟，以減少盲目性和不必要的疏漏。

2022/11/2116CIMS的實施要點要改造原有的經(jīng)營模2022/11/6117CIMS成功應(yīng)用的案例

成都飛機工業(yè)公司沈陽鼓風(fēng)機廠波音777飛機2022/11/2117CIMS成功應(yīng)用的案例成都飛機工業(yè)2022/11/61181.5.4網(wǎng)絡(luò)制造網(wǎng)絡(luò)制造2022/11/21181.5.4網(wǎng)絡(luò)制造網(wǎng)絡(luò)制造2022/11/61191.5.5虛擬制造虛擬制造2022/11/21191.5.5虛擬制造虛擬制造思考題

簡述CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程。簡述CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的歷程及其各發(fā)展階段的特點。簡述CAD/CAM技術(shù)可以應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中的哪些方面？解決哪些問題？思考題簡述CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程。120第1章計算機輔助制造概述第1章計算機輔助制造概述121第1章計算機輔助制造概述1.1CAD/CAM的基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)1.3CAD/CAM技術(shù)發(fā)展簡史與應(yīng)用現(xiàn)狀1.4CAD與CAM之間的聯(lián)系1.5計算機輔助制造內(nèi)涵擴展第1章計算機輔助制造概述1.1CAD/CAM的基本概念1221.1CAD/CAM的基本概念1.1.1CAD/CAM的概念1.1.2產(chǎn)品設(shè)計制造過程與CAD/CAM1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程1.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義1.1CAD/CAM的基本概念1.1.1CAD/CAM的1231.1.1CAD/CAM的概念計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign,簡稱CAD）是指工程技術(shù)人員以計算機為輔助工具，完成產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)思和論證，產(chǎn)品總體設(shè)計，技術(shù)設(shè)計，零部件設(shè)計，有關(guān)零件的強度、剛度、熱、電、磁的分析計算和產(chǎn)品圖繪制等工作。一般認為CAD系統(tǒng)應(yīng)包括如下功能：草圖設(shè)計、零件設(shè)計、工程分析、裝配設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換等。

1.1.1CAD/CAM的概念計算機輔助設(shè)計（Compu124CADCAD系統(tǒng)功能模型新產(chǎn)品開發(fā)計劃產(chǎn)品要求性能規(guī)定（輸入）設(shè)計知識數(shù)據(jù)庫CAD軟件計算機硬件（軟硬件環(huán)境）零件圖、裝配圖產(chǎn)品設(shè)計文件零件信息文件（輸出）CADCAD系統(tǒng)功能模型新產(chǎn)品開發(fā)計劃產(chǎn)品要求性能規(guī)定（輸入1251.1.1CAD/CAM的概念狹義CAM通常是指計算機輔助數(shù)控加工程序的編制，包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、NC代碼生成以及與數(shù)控機床數(shù)控裝置的軟件接口等

廣義CAM一般是指利用計算機輔助完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、NC自動編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。

1.1.1CAD/CAM的概念狹義CAM通常是指計算機126CAM工藝路線文件工藝內(nèi)容文件零件信息（輸入）加工設(shè)備數(shù)據(jù)庫CAM軟件計算機硬件（軟硬件環(huán)境）NC加工程序NC監(jiān)測程序（輸出）狹義CAM系統(tǒng)功能模型CAM工藝路線文件工藝內(nèi)容文件零件信息（輸入）加工設(shè)備數(shù)據(jù)庫1271.1.2產(chǎn)品設(shè)計制造過程與CAD/CAM下圖給出了產(chǎn)品設(shè)計制造過程所包括的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)管理和產(chǎn)品制造四個階段。這是一個串行的過程鏈，但在實際生產(chǎn)中，有些過程是并行進行的。如：在產(chǎn)品設(shè)計時，就要考慮產(chǎn)品的可制造性；產(chǎn)品制造過程中，則始終有生產(chǎn)管理的要求。1.1.2產(chǎn)品設(shè)計制造過程與CAD/CAM下圖給出了產(chǎn)品128方案設(shè)計總體設(shè)計工程分析與計算零件設(shè)計圖紙繪制產(chǎn)品設(shè)計工藝過程設(shè)計毛坯設(shè)計工裝設(shè)計工藝設(shè)計作業(yè)計劃編制物料管理制造資源管理生產(chǎn)管理數(shù)控編程及仿真數(shù)控加工常規(guī)加工質(zhì)量控制產(chǎn)品裝配產(chǎn)品制造產(chǎn)品調(diào)試產(chǎn)品設(shè)計與制造過程方案設(shè)計總體設(shè)計工程分析與計算零件設(shè)計圖紙繪制產(chǎn)品設(shè)計工藝過129計算機輔助繪圖，簡稱CAG計算機輔助工程分析，簡稱CAE計算機輔助工藝設(shè)計，簡稱CAPP計算機輔助數(shù)控編程，簡稱NCP制造資源計劃，簡稱MRPII企業(yè)資源計劃，簡稱ERP計算機輔助質(zhì)量控制，簡稱CAQ產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，簡稱PDM虛擬設(shè)計，簡稱VR-CAD虛擬制造，簡稱VM有代表意義的

CAD/CAM單項技術(shù)計算機輔助繪圖，簡稱CAG有代表意義的CAD/CAM單項技1301.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程

CAD／CAM系統(tǒng)是設(shè)計、制造過程中的信息處理系統(tǒng)，它充分利用了計算機高效準確的計算功能、圖形處理功能以及復(fù)雜工程數(shù)據(jù)的存貯、傳遞、加工功能，在運行過程中，結(jié)合人的經(jīng)驗、知識及創(chuàng)造性，形成一個人機交互、各盡所長、緊密配合的系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)輸入的是設(shè)計要求，輸出的是制造加工信息。1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程CAD／CAM系統(tǒng)是131應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進行空間凸輪設(shè)計與制造的基本工作過程

根據(jù)工作要求設(shè)計出凸輪運動曲線及三維模型CAD（DESIGN）由凸輪三維模型自動生成二維工程圖CAD（DRAWING）編制凸輪數(shù)控加工程序并進行加工仿真CAM（NC）將加工程序輸入數(shù)控機床進行凸輪加工數(shù)控加工應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進行空間凸輪設(shè)計與制造的基本工作過程132凸輪三維模型凸輪三維模型133凸輪二維工程圖凸輪二維工程圖134凸輪數(shù)控加工程序編制及加工仿真凸輪數(shù)控加工程序編制及加工仿真135凸輪加工實況凸輪加工實況136輸入設(shè)計要求選擇設(shè)計方案三維幾何造型及幾何模型最優(yōu)化設(shè)計有限元分析裝配仿真運動仿真物性分析滿足產(chǎn)品要求否輸出圖樣、文件CAPP加工模擬滿足設(shè)計工藝要求否加工制造NC自動編程修改設(shè)計程序庫圖形庫設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)庫刀具切削用量庫NC代碼庫工藝庫CADCAMNNYYCAD/CAM系統(tǒng)工作過程輸入設(shè)計要求選擇設(shè)計方案三維幾何造型及幾何模型最優(yōu)化設(shè)計有限1371.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程

通過市場需求調(diào)查以及用戶對產(chǎn)品性能的要求，向CAD系統(tǒng)輸入設(shè)計要求，利用幾何建模功能，構(gòu)造出產(chǎn)品的幾何模型，計算機將此模型轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，存貯在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。

調(diào)用CAD/CAM系統(tǒng)程序庫中的各種應(yīng)用程序?qū)Ξa(chǎn)品模型進行詳細設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化分析，以確定產(chǎn)品總體設(shè)計方案及零部件的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)，同時，調(diào)用CAD/CAM系統(tǒng)中的圖形庫，將設(shè)計的初步結(jié)果以圖形的方式輸出在顯示器上。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程通過市場需求調(diào)查以及1381.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程當(dāng)把設(shè)計對象描述為計算機內(nèi)部模型后，通過計算機輔助工程分析計算功能對產(chǎn)品技術(shù)性能指標進行優(yōu)化設(shè)計、性能預(yù)測、結(jié)構(gòu)分析和仿真。即通過計算機數(shù)值分析的求解速度快、效率高的優(yōu)勢，對設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能指標進行必要的工程分析和仿真計算。

根據(jù)計算機顯示的結(jié)果，設(shè)計人員對設(shè)計的初步結(jié)果作出判斷，如果不滿意，可以通過人機交互的方式進行修改，直至滿意為止，修改后的數(shù)據(jù)仍存儲在CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程當(dāng)把設(shè)計對象描述為計算1391.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程CAD/CAM系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中提取產(chǎn)品的設(shè)計制造信息，在分析其零件幾何形狀特點及有關(guān)技術(shù)要求后，對產(chǎn)品進行工藝規(guī)程設(shè)計，設(shè)計的結(jié)果存入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時在屏幕上顯示輸出。

工藝設(shè)計人員可以對工藝規(guī)程設(shè)計的結(jié)果進行分析、判斷，并允許以人機交互的方式進行修改。最終的結(jié)果可以是生產(chǎn)中需要的工藝卡片或以數(shù)據(jù)接口文件的形式存入數(shù)據(jù)庫，以供后續(xù)模塊讀取。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程CAD/CAM系統(tǒng)從數(shù)1401.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程在打印機上輸出工藝卡片，成為車間生產(chǎn)加工的指導(dǎo)性文件。CAM子系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取零件幾何信息和加工工藝規(guī)程，生成NC加工程序。

有些

CAD／CAM系統(tǒng)在生成了產(chǎn)品加工的工藝規(guī)程之后，對其進行仿真、模擬，驗證其是否合理、可行。同時，還可以進行刀具、夾具、工件之間的干涉、碰撞檢驗。

在普通機床、數(shù)控機床上按照工藝規(guī)程和NC加工程序加工制造出有關(guān)產(chǎn)品。

1.1.3CAD/CAM系統(tǒng)工作過程在打印機上輸出工藝卡片1411.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量

降低生產(chǎn)成本

提高管理水平

1.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義縮短產(chǎn)品開發(fā)周期1421.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義

1.1.4CAD/CAM的應(yīng)用意義1431.2CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)

1.零件造型2.裝配造型5.工程分析3.標準件庫4.工程繪圖6.優(yōu)化設(shè)計11.應(yīng)用軟件二次開發(fā)10.工程數(shù)據(jù)管理9.模擬仿真8.計算機輔助NC編程7.計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計1.2CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)1.零件造型2.裝1441.零件造型

零件造型是指在計算機中建立零件的三維實體模型。設(shè)計人員在三維CAD軟件的支持下可以根據(jù)自己的設(shè)想將零件從計算機中逐步“制作”出來。在制作過程中，設(shè)計人員可以從各個角度觀察具有真實感的零件造型。如果對模型不滿意，可以立即修改零件造型。零件造型能夠準確表達零件的形狀、尺寸、色澤、體積、重心、表面信息、材料信息等。對已有的零件造型提供方便的管理，以便存儲、歸檔或與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。先進的CAD系統(tǒng)都提供參數(shù)化的基于特征的實體造型方法。1.零件造型零件造型是指在計算機中建立零件的三維實體模型。1451.零件造型對于復(fù)雜表面的造型，系統(tǒng)可采用曲面造型或雕塑曲面造型的方法，根據(jù)給定的離散數(shù)據(jù)或有關(guān)具體工程問題的邊界條件來定義、生成、控制和處理過渡曲面，或用掃描的方法得到掃描體、建立曲面的模型。零件造型技術(shù)是CAD／CAM系統(tǒng)的核心，它為產(chǎn)品的設(shè)計、制造提供基本數(shù)據(jù)，同時，也為其它模塊提供原始的信息，例如，所定義的幾何模型的信息可供給有限元分析、繪圖、仿真、加工等模塊調(diào)用。1.零件造型對于復(fù)雜表面的造型，系統(tǒng)可采用曲面造型或雕塑曲面146零件造型舉例-機械零件齒輪凸輪動畫演示零件造型舉例-機械零件齒輪凸輪動畫演示147凸輪運動凸輪運動148零件造型舉例－塑料橡膠件洗滌劑瓶顯示器外殼橡膠輪胎零件造型舉例－塑料橡膠件洗滌劑瓶顯示器外殼橡膠輪胎149零件造型舉例－葉輪零件風(fēng)扇葉輪離心葉輪動畫演示動畫演示零件造型舉例－葉輪零件風(fēng)扇葉輪離心葉輪動畫演示動畫演示150風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)運動風(fēng)扇葉輪旋轉(zhuǎn)運動151離心葉輪旋轉(zhuǎn)運動離心葉輪旋轉(zhuǎn)運動152零件造型舉例－轎車外形零件造型舉例－轎車外形1532.裝配造型

裝配造型能夠模仿實際的裝配過程，生成產(chǎn)品的裝配。通過裝配造型可以發(fā)現(xiàn)由于設(shè)計不當(dāng)在實際裝配時可能出現(xiàn)的問題，如間隙過小或過大、零件之間的干涉等。裝配造型還能夠提供產(chǎn)品的外觀效果圖和反映裝配關(guān)系的零件散開分布的爆炸圖。對于復(fù)雜的產(chǎn)品，裝配造型可提供多樣的方法提高造型的效率。裝配造型還提供了完善的系列化產(chǎn)品的設(shè)計方法，如通過更換部分零件來改變一種產(chǎn)品類型。

2.裝配造型裝配造型能夠模仿實際的裝配過程，生成產(chǎn)品的裝154球閥體裝配模型球閥體裝配模型155球閥體裝配模型分解圖球閥體裝配模型分解圖156公用電話裝配模型公用電話裝配模型157釘書器裝配模型釘書器裝配模型158剎車盤裝配動畫剎車盤裝配動畫159電風(fēng)扇裝配動畫電風(fēng)扇裝配動畫160福特發(fā)動機虛擬裝配及工作過程演示福特發(fā)動機虛擬裝配及工作過程演示1613.標準件庫

大多數(shù)CAD系統(tǒng)均提供通用標準零件和特征的擴展庫。用戶可以很方便地選取標準特征或零件，并將它們組合進零件或部件的設(shè)計中。常用的標準零件有方形和六角形螺母、螺栓、普通墊圈、彈簧墊圈、半月銷、內(nèi)六角螺釘、鉚釘、開口銷等等。標準特征包括孔、槽、軸、頸、法蘭、加強筋、殼、耳、螺紋、通風(fēng)格柵、管狀特征等等。3.標準件庫大多數(shù)CAD系統(tǒng)均提供通用標準零件和特征的擴162三維CAD系統(tǒng)MDT的螺栓庫三維CAD系統(tǒng)MDT的螺栓庫163三維CAD系統(tǒng)MDT的螺母庫三維CAD系統(tǒng)MDT的螺母庫1644.工程繪圖

產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果往往是工程圖的形式，CAD／CAM中的某些中間結(jié)果也是通過圖形表達的。一般的CAD軟件都具有人機交互輸入和處理二維圖形的能力，包括基本圖元的生成，標注尺寸，圖形的編輯（比例變換、平移、圖形拷貝、圖形刪除等）以及顯示控制、附加技術(shù)條件等功能，保證生成符合生產(chǎn)實際要求，也符合國家標準的工程圖。4.工程繪圖產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果往往是工程圖的形式，CAD／CA1654.工程繪圖先進的CAD軟件已具備根據(jù)零件的三維零件圖和裝配造型自動生成投影圖、輔助圖、剖面圖和局部視圖的功能，并能自動標注尺寸，其工程圖樣與零件造型密切相關(guān)。如果改變了圖紙中的尺寸，相關(guān)零件的造型尺寸也將隨之改變，圖紙中的線條長度和位置也將反映這種變化，從而保證能夠?qū)υO(shè)計進行快速、一致的修改。4.工程繪圖先進的CAD軟件已具備根據(jù)零件的三維零件圖和裝配166三維零件圖二維工程圖CAD自動生成三維零件圖二維工程圖CAD自動生成1675.工程分析

CAD／CAM系統(tǒng)構(gòu)造了產(chǎn)品的幾何模型之后，能夠根據(jù)產(chǎn)品幾何形狀，計算出相應(yīng)的體積、表面積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量等幾何特性和物理特性、為系統(tǒng)進行工程分析和數(shù)值計算提供必要的基本參數(shù)。另一方面，CAD／CAM中的結(jié)構(gòu)分析中需進行大量的應(yīng)力、溫度、位移等分析計算。因此，要求CAD／CAM系統(tǒng)完成各類分析計算的算法正確、全面，能處理大量的數(shù)據(jù)，還要有較高的計算精度。5.工程分析CAD／CAM系統(tǒng)構(gòu)造了產(chǎn)品的幾何模型之后，1685.工程分析CAD／CAM系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元法，這是一種數(shù)值近似解方法，用來求解結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜工程構(gòu)件的靜態(tài)和動態(tài)特性，以及構(gòu)件的強度、振動、熱變形、磁場、溫度、應(yīng)力分布狀態(tài)等的計算分析。在進行靜、動態(tài)特性分析計算之前，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，劃分網(wǎng)格、標出單元號、節(jié)點號、并將劃分的結(jié)果顯示在屏幕上；進行分析計算之后，將計算結(jié)果以圖形、文件的形式輸出，例如應(yīng)力分布圖、溫度場分布圖、位移變形曲線等，使用戶方便、直觀地看到分析的結(jié)果。5.工程分析CAD／CAM系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元169

有限元分析步驟幾何建模網(wǎng)格劃分施加約束、分析計算、查看計算結(jié)果有限元分析步驟幾何建模網(wǎng)格劃分施加約束、分析計算、查看計算170有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬

軋制是旋轉(zhuǎn)的軋輥將材料帶入輥縫之間并使之產(chǎn)生變形的過程。軋制生產(chǎn)中，材料的塑性變形規(guī)律、軋輥和軋件之間的摩擦現(xiàn)象、材料中的溫度和微觀組織的變化、軋制過程中的壓下率、寬厚比等及其對軋件質(zhì)量的影響，都是非常復(fù)雜的問題。有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬軋制是旋轉(zhuǎn)的軋輥將171有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬

影響軋制的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的原因很多，從現(xiàn)場和實驗中得到的規(guī)律和理論很難覆蓋所有方面，而且耗費巨大。采用數(shù)值模擬的方法進行數(shù)值實驗是近年來理論研究中的趨勢，將有限元方法應(yīng)用于軋制過程的理論研究不但可以節(jié)省實驗費用，而且因其高速性和可靠性可以對軋制過程中不易進行實驗研究的課題進行深入地探討。

有限元分析實例—平板軋制過程的有限元模擬影響軋制的生產(chǎn)效率172平板軋制過程（應(yīng)力及變形模擬）為簡化計算，將三維軋制過程簡化為平面問題，軋輥看成彈性體。平板軋制過程（應(yīng)力及變形模擬）為簡化計算，將三維軋制過程簡化1736.優(yōu)化設(shè)計

CAD／CAM系統(tǒng)根據(jù)需要還可配置優(yōu)化設(shè)計功能，也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)計中的預(yù)定指標達到最優(yōu)。優(yōu)化包括總體方案的優(yōu)化、產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、工藝參數(shù)的優(yōu)化等。優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)中的一個重要的組成部分。

6.優(yōu)化設(shè)計CAD／CAM系統(tǒng)根據(jù)需要還可配置優(yōu)化設(shè)計功1747.計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計

設(shè)計的后續(xù)過程是加工制造，而工藝設(shè)計是為產(chǎn)品的加工制造提供指導(dǎo)性的文件。因此，計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計（CAPP）是CAD與CAM的中間環(huán)節(jié)。CAPP系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)建模后生成的產(chǎn)品信息及制造要求，自動決策出加工該產(chǎn)品所采用的加工方法、加工步驟、加工設(shè)備及加工參數(shù)。CAPP的設(shè)計結(jié)果一方面能被生產(chǎn)實際所用，生成工藝卡片文件，另一方面能直接輸出一些信息，為CAM中的NC自動編程系統(tǒng)接收、識別，直接轉(zhuǎn)換為刀位文件。

7.計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計設(shè)計的后續(xù)過程是加工制造，而工175CAPP零件幾何信息零件工藝信息（輸入）工藝知識數(shù)據(jù)庫圖形系統(tǒng)計算機硬件（軟硬件環(huán)境）CAPP系統(tǒng)功能模型（輸出）工藝路線文件工時定額文件工藝內(nèi)容文件毛坯圖、工序圖CAPP零件幾何信息零件工藝信息（輸入）工藝知識數(shù)據(jù)庫圖形系1768.計算機輔助NC編程

目前的CAM軟件大部分采用圖形交互式自動編程，即以CAD生成的零件幾何信息為基礎(chǔ)，采用人機交互對話方式，在計算機屏幕上指定被加工件的幾何特征、定義相關(guān)的加工參數(shù)后，由計算機進行分析處理，直接產(chǎn)生NC加工程序。仿真功能則能在計算機上動態(tài)顯示加工路徑，模擬實際切削加工。8.計算機輔助NC編程目前的CAM軟件大部分采用圖形交互177模具數(shù)控編程與加工仿真模具數(shù)控編程與加工仿真1788.計算機輔助NC編程通過各自接口可將計算機與數(shù)控機床連接起來，利用CAM軟件中的通信模塊，能將計算機上的NC加工程序直接送至數(shù)控機床上的CNC系統(tǒng)（計算機數(shù)字控制系統(tǒng)）中控制數(shù)控加工，這個過程稱為直接數(shù)字控制（DNC）。8.計算機輔助NC編程通過各自接口可將計算機與數(shù)控機床連接179立式加工中心數(shù)控車床五面立式加工中心直接數(shù)字控制（DNC）立式加工中心數(shù)控車床五面立式加工中心直接數(shù)字控制（DNC）1809.模擬仿真

在CAD／CAM系統(tǒng)內(nèi)部，建立一個工程設(shè)計的實際系統(tǒng)模型，例如機構(gòu)、機械手、機器人等。通過運行仿真軟件，代替、模擬真實系統(tǒng)的運行，用以預(yù)測產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的可制造性。如數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，從軟件上實現(xiàn)零件試切的加工模擬，避免了現(xiàn)場調(diào)試帶來的人力、物力的投入以及加工設(shè)備損壞的風(fēng)險，減少了制造費用，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期。通常有加工軌跡仿真，機構(gòu)運動學(xué)模擬，機器人仿真，工件、刀具、機床的碰撞、干涉檢驗等。

9.模擬仿真在CAD／CAM系統(tǒng)內(nèi)部，建立一個工程設(shè)計的181數(shù)控加工切削仿真數(shù)控加工切削仿真182公園游樂機運行仿真公園游樂機運行仿真183電風(fēng)扇運行仿真電風(fēng)扇運行仿真184裝載機運行仿真裝載機運行仿真18510.工程數(shù)據(jù)管理

由于

CAD／CAM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種類繁多，既有幾何圖形數(shù)據(jù)，又有屬性語義數(shù)據(jù)；既有產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，又有生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)；既有靜態(tài)標準數(shù)據(jù)，又有動態(tài)過程數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)還相當(dāng)復(fù)雜，因此，CAD／CAM系統(tǒng)應(yīng)能提供有效的管理手段，支持工程設(shè)計與制造全過程的信息流動與交換。目前，CAD／CAM系統(tǒng)中多采用PDM（ProductDataManagement）系統(tǒng)或工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理環(huán)境，實現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的管理。10.工程數(shù)據(jù)管理由于CAD／CAM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種18611.應(yīng)用軟件二次開發(fā)

由于機械產(chǎn)品的用途多種多樣，任何強大的CAD系統(tǒng)都不可能向用戶提供各種具體產(chǎn)品的完善的CAD/CAM解決方案。大多數(shù)商品化CAD系統(tǒng)都提供了基于C、C++、VisualC++、VisualBasic的二次開發(fā)工具，為用戶將自己或者第三方在其基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用軟件提供了很大的方便。二次開發(fā)工具中提供的函數(shù)和方法可以調(diào)用CAD系統(tǒng)內(nèi)部命令，直接存取CAD內(nèi)部數(shù)據(jù)庫。

11.應(yīng)用軟件二次開發(fā)由于機械產(chǎn)品的用途多種多樣，任何強1871.3CAD/CAM技術(shù)發(fā)展簡史與應(yīng)用現(xiàn)狀

CAD最初概念的產(chǎn)生；二維繪圖系統(tǒng)SKETCHPAD；“交鑰匙”系統(tǒng)（TurnkeySystem)；80年代超大規(guī)模集成電路；集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、并行化、標準化；反映時代潮流的商品化CAD/CAM軟件在我國應(yīng)用日益廣泛。1.3CAD/CAM技術(shù)發(fā)展簡史與應(yīng)用現(xiàn)狀CAD最初概念1881.4CAD與CAM之間的聯(lián)系

CAD/CAM技術(shù)是圍繞產(chǎn)品（工程）的設(shè)計和制造相對獨立發(fā)展起來的。在應(yīng)用時，常常也是以獨立的形式出現(xiàn)，并在各自的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。然而，正如產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品制造是兩個密切關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)一樣，CAD與CAM是企業(yè)生產(chǎn)活動自動化的兩個重要環(huán)節(jié)，兩者之間存在密切的信息聯(lián)系。如CAD系統(tǒng)的輸出是產(chǎn)品圖樣、技術(shù)文檔和其他文件。在進入CAPP系統(tǒng)之前需要從圖樣中提取幾何信息、技術(shù)要求等，以符合CAPP系統(tǒng)所要求的格式輸入。在進行NC加工程序編制時，也需提取大量的零件幾何形狀信息和公差信息才能由CAM系統(tǒng)生成合適的零件NC加工程序。1.4CAD與CAM之間的聯(lián)系CAD/CAM技術(shù)是圍繞產(chǎn)189CAD設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品樣圖、技術(shù)文檔人工轉(zhuǎn)換零件幾何形狀、精度、材料CAPP工藝過程、工序圖人工轉(zhuǎn)換待加工面形狀以及精度CAMNC程序獨立的CAD和CAPP、CAM系統(tǒng)之間的信息傳遞CAD設(shè)計任務(wù)產(chǎn)品樣圖、人工轉(zhuǎn)換零件幾何形狀、CAPP工藝過1901.4CAD與CAM之間的聯(lián)系

集成化的CAD/CAM系統(tǒng)則由計算機系統(tǒng)自動完成上圖所示的零件信息傳輸與交換。一般的CAD/CAM集成指的是把CAD、CAE、CAPP、CAPM、CAM等各種功能軟件有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)一的信息管理和控制軟件實現(xiàn)產(chǎn)品信息的提取、轉(zhuǎn)換和共享，從而達到系統(tǒng)內(nèi)信息的暢通和系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行的目的。1.4CAD與CAM之間的聯(lián)系集成化的CAD/CAM系統(tǒng)191執(zhí)行控制工程應(yīng)用系統(tǒng)(CAD、CAE、CAM)數(shù)據(jù)庫、檔案庫、數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)