計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）5/9/20241計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造主要內(nèi)容

1.概述2.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)3.計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(CAPP)4.計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(xué)出版社，2000，9（2）姚英學(xué)，蔡穎主編。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造。北京：高等教育出版社，2001，15/9/20242計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.概述1.1基本概念(1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD）(2)計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)(3)計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)

(4)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(CAPP)(5)計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理(CAPM)

5/9/20243計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.1.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign,簡稱CAD)是設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助下，完成產(chǎn)品從設(shè)計(jì)規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)造型與工程分析、到詳細(xì)設(shè)計(jì)（工作圖樣繪制和設(shè)計(jì)文件編制）的全過程。其中，計(jì)算機(jī)輔助工分析又稱CAE，（即ComputerAidedEngineering,簡稱CAE）是指計(jì)算機(jī)輔助下的各種工程分析計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)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(shí)際是CAD環(huán)境技術(shù)、設(shè)計(jì)方法學(xué)和具體產(chǎn)品的專業(yè)設(shè)計(jì)理論與技術(shù)的綜合。5/9/20244計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.1.2計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacturing,簡稱CAM）是指在計(jì)算機(jī)輔助下完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品銷售整個(gè)過程的各項(xiàng)活動(dòng)。有廣義CAM和狹義CAM之分。

5/9/20245計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（1）狹義CAM

主要內(nèi)容為：A.計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（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(jī)械加工工藝規(guī)程。工藝規(guī)程的文件類型很多，主要是。機(jī)械加工工藝過程卡（用于單件小批生產(chǎn)）。機(jī)械加工工藝卡（用于成批生產(chǎn)）。機(jī)械加工工序卡（用于大批、大量生產(chǎn)）5/9/20246計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造B.計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程（CANCP）

計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程（ComputerAidedNumericalControlProgramming,簡稱(CANCP）主要指數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，也包括自動(dòng)測量機(jī)和工業(yè)機(jī)器人作業(yè)程序的編制。C.工裝CAD

主要是計(jì)算機(jī)輔助下的專用夾具、模具、刀具、量檢具的設(shè)計(jì)5/9/20247計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（２）廣義ＣＡＭ主要內(nèi)容：A.狹義CAM的各項(xiàng)任務(wù)；B.計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理（CAPM）計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理（ComputerAidedProductionManagement,簡稱CAPM），就是針對(duì)生產(chǎn)管理的任務(wù)和目標(biāo)的要求，及時(shí)、準(zhǔn)確地采集、存儲(chǔ)、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(dòng)信息等，并進(jìn)行及時(shí)的信息分析、統(tǒng)計(jì)處理和反饋，為生產(chǎn)系統(tǒng)的管理決策提供快捷、準(zhǔn)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(jì)劃、車間作業(yè)計(jì)劃和物料供應(yīng)計(jì)劃的制定與管理、以及庫存管理、銷售管理、財(cái)務(wù)管理、人事管理和技術(shù)管理等。5/9/20248計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.1.3計(jì)算機(jī)信息集成所謂計(jì)算機(jī)信息集成，是指不同計(jì)算機(jī)及其功能模塊之間的信息自動(dòng)交換與共享，其目的是最大限度地減少數(shù)據(jù)的反復(fù)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(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息共享，也是當(dāng)代計(jì)算機(jī)應(yīng)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(dòng)傳遞和交換，實(shí)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(luò)通信技術(shù)、以及標(biāo)準(zhǔn)格式的中性文件接口，把分散于機(jī)型各異的計(jì)算機(jī)中的CAD/CAM模塊高效地集中起來，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源共享，保證系統(tǒng)內(nèi)信息的流動(dòng)暢通無阻。利用數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)CAD與CAPP、CAM集成的基本工作步驟如下：①CAD設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、繪制產(chǎn)品圖樣，為CAPP、CAM過程準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；

5/9/20249計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(dá)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(jì)算機(jī)，要把企業(yè)內(nèi)所有的分散系統(tǒng)集成起來，實(shí)現(xiàn)信息共享。這一設(shè)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(gè)計(jì)算機(jī)集成的制造系統(tǒng)(CIMS—ComputerIntegratedManufacturingSystem)。CAD／CAM技術(shù)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的核心。5/9/202410計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造5/9/202411計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

1.1.4CAD/CAM系統(tǒng)的基本組成5/9/202412計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.2CAD/CAM的技術(shù)特點(diǎn)1.2.1優(yōu)越性(1)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(wù)性工作中解放出來，從事創(chuàng)造性勞動(dòng).1.2.2注意事項(xiàng)初始投資大，對(duì)各類人員素質(zhì)要求高，要求人機(jī)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?jǐn)?shù)據(jù)”.5/9/202413計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.3硬件環(huán)境

主要是網(wǎng)絡(luò)化微機(jī)系統(tǒng)，也可以用工作站（超型微機(jī)）作為服務(wù)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(jī)及普通外設(shè)，圖形輸入、輸出設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。5/9/202414計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

CAD/CAM系統(tǒng)的硬件組成5/9/202415計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

1.3.1主機(jī)及普通外設(shè)（1）主機(jī)：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(dòng)硬盤；

5/9/202416計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（4）鍵盤：字符鍵，功能鍵（5）鼠標(biāo)器（定標(biāo)設(shè)備）開始專為CAD配置，現(xiàn)在已成為計(jì)算機(jī)的通用外設(shè)。（6）打印機(jī)：針式、激光式、噴墨式打印機(jī)，可打印文本、圖形及圖象。（7）語音輸入設(shè)備（8）圖象掃描儀5/9/202417計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.3.2圖形輸入設(shè)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(shè)。由于圖象掃描儀輸入的圖象是點(diǎn)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(shè)備

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

5/9/202418計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

1.3.4生產(chǎn)設(shè)備

主要是CNC機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，自動(dòng)測量機(jī)和自動(dòng)物流設(shè)備等。5/9/202419計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.3.5網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CAD/CAM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是建立在一些互相連接的設(shè)備基礎(chǔ)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(wù)器和工作站：連接到網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)一般稱為工作站，其中運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及提供文件、通訊和打印等服務(wù)的大負(fù)荷計(jì)算機(jī)稱為服務(wù)器，其工作量是接受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的普通工作站的幾倍甚至幾十倍。（2）電纜：有細(xì)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(luò)性能。（4）集線器（HUB）：又稱集中器，為了克服總線機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)布線困難和易出故障而引入。

5/9/202420計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（5）中繼器：是一種附加設(shè)備，工作在物理層，用以放大電纜上的信號(hào)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(fù)荷。（7）路由器：作為連接廣域網(wǎng)WAN的端口設(shè)備，可連接多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)間的最佳尋徑。（8）網(wǎng)關(guān)：用于連接兩個(gè)協(xié)議差別很大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。5/9/202421計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)+終端）這類系統(tǒng)以一個(gè)主機(jī)為中心，可支持多個(gè)終端運(yùn)行，共享一個(gè)CPU，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是用戶共享主機(jī)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(hù)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(shè)備；可運(yùn)行規(guī)模較大的支撐軟件和應(yīng)用軟件，將設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、分析等工作結(jié)合起來，進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)。但價(jià)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(2)工程工作站系統(tǒng)工作站是介于個(gè)人機(jī)與小型機(jī)之間的一種計(jì)算機(jī)，又稱超級(jí)微機(jī)，通常具有較高的性能。工作站的性能包括：具有良好的人機(jī)界面，CPU的運(yùn)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(shí)可支持高技術(shù)指標(biāo)的外圍設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。曾經(jīng)是CAD／CAM的主要硬件環(huán)境，當(dāng)前已被PC機(jī)所代替，主要用于分布式微機(jī)系統(tǒng)的服務(wù)器。

5/9/202423計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(4)個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)即通常所說的PC機(jī)。與前述幾類系統(tǒng)相比，PC機(jī)成本低廉，運(yùn)算速度和處理能力相對(duì)較低，但隨著微機(jī)硬件技術(shù)的提高以及軟件開發(fā)水平的提高，PC機(jī)上的CAD／CAM系統(tǒng)也逐步顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢，成為當(dāng)前CAD/CAM系統(tǒng)的主流。PC機(jī)的優(yōu)勢表現(xiàn)在：硬件配置與工程工作站的差距越來越小；PC上的CAD系統(tǒng)已從單純的簡單計(jì)算、二維圖形處理系統(tǒng)發(fā)展為具有三維交互設(shè)計(jì)、實(shí)體建模、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能的綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)。特別是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)將分布于各處的微機(jī)以網(wǎng)絡(luò)形式連接起來的分布式系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)軟件提供的通訊功能，結(jié)點(diǎn)之間可進(jìn)行信息通訊和交互，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM任務(wù)所需的軟硬件資源共享。如大型自動(dòng)繪圖儀、激光打印機(jī)等硬件設(shè)備，也能共享某些公共的應(yīng)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(jìn)行，易于擴(kuò)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(shí)進(jìn)行復(fù)雜的、需要處理大量信息的工程工作。5/9/202424計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造分布式系統(tǒng)的總體配置5/9/202425計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件是指控制CAD／CAM系統(tǒng)運(yùn)行，并能使計(jì)算機(jī)發(fā)揮最大功效的計(jì)算機(jī)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(shí)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(yīng)用和管理計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)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(jià)值，才能實(shí)現(xiàn)商品化。CAD/CAM的軟件系統(tǒng)可分為三個(gè)層次：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。5/9/202426計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是支撐軟件和應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，具有通用性和基礎(chǔ)性，主要包括操作系統(tǒng)、編程語言、網(wǎng)絡(luò)通訊和管理軟件系統(tǒng)三大類型。（1）操作系統(tǒng)是最基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)軟件，直接依賴計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)，其它任何程序都操作系統(tǒng)分配必要的計(jì)算機(jī)資源后才能執(zhí)行。主要有微機(jī)的Windows、ENIX，工作站的UNIX、VMS等。5/9/202427計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造操作系統(tǒng)主要功能日常事務(wù)管理錯(cuò)誤診斷與糾正基本數(shù)學(xué)計(jì)算硬件驅(qū)動(dòng)程序定時(shí)分時(shí)系統(tǒng)任務(wù)隊(duì)列管理硬件資源管理5/9/202428計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（2）編程語言系統(tǒng)計(jì)算機(jī)編程語言是用戶將要完成的任務(wù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別并執(zhí)行的作業(yè)的基本工具,一般分為低級(jí)語言和高級(jí)語言.

低級(jí)語言主要指匯編語言,是一種與計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)的指令符號(hào),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(jí)語言是一種與自然語言比較接近的編程語言,與具體計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（3）網(wǎng)絡(luò)通訊和管理軟件系統(tǒng)主要指網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，此外還有網(wǎng)絡(luò)資源管理,任務(wù)管理,安全管理和通訊瀏覽工具等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為保證網(wǎng)絡(luò)中信息交換能正常有效進(jìn)行，分層次對(duì)雙方通訊的約定，稱為協(xié)議.ISO/OSI（開放系統(tǒng)互連模型）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為七層協(xié)議：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，會(huì)話層，表示層，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)；MAP/TOP(ManufacturingAutomationProtocol/TechnicalOfficeProtocol)協(xié)議,是支持企業(yè)制造自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議。此外，還有現(xiàn)場總線，用于底層設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，可大大減少連線。，5/9/202430計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.2機(jī)械CAD/CAM的支撐軟件

所謂支撐軟件不是針對(duì)具體的應(yīng)用對(duì)象，而是為某一應(yīng)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(shè)計(jì)系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。5/9/202431計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(duì)產(chǎn)品及其零部件進(jìn)行描述，滿足對(duì)產(chǎn)品及其零部件進(jìn)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(diǎn)、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(biāo)注及自動(dòng)繪制。如CAXA二維電子圖板。(2)機(jī)械零件的三維建模，包括線框模型、表面模型、實(shí)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)），DWG等。5/9/202432計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.2.2計(jì)算機(jī)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(jí)語言對(duì)零件的幾何形狀和走刀路線進(jìn)行宏觀定義，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)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(jī)交互圖象編程技術(shù)所代替。（2）數(shù)字化編程通過對(duì)零件模型或圖形進(jìn)行測量或掃描后，由計(jì)算機(jī)生成價(jià)格程序。該方法費(fèi)用昂貴，因此應(yīng)用較少。5/9/202433計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（3）人機(jī)交互圖象編程

又稱CAD/CAM一體化編程，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)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(dòng)數(shù)控加工編程功能，依次通過菜單和對(duì)話框，選擇加工方法、輸入刀具參數(shù)和切削用量，用光標(biāo)在零件圖上拾取加工路線、進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)，由系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)刀位軌跡和加工程序進(jìn)行圖形仿真檢驗(yàn)和編輯修改。這種編程方法是在圖形狀態(tài)下人機(jī)交互完成，形象、直觀、高效，實(shí)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jìn)行結(jié)構(gòu)化組織，由DBMS統(tǒng)一管理，保證信息的獨(dú)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(jì)算系統(tǒng)在CAD/CAM作業(yè)過程中，隨時(shí)都有大量數(shù)據(jù)表格化處理和分析計(jì)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(jì)算。5/9/202435計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.2.4計(jì)算機(jī)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(duì)產(chǎn)品或零、部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)和熱變形等機(jī)械分析或其它工程分析。其數(shù)據(jù)的輸入和輸出都應(yīng)通過圖形化的前置處理和后置處理自動(dòng)、高效地完成。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件選擇優(yōu)化方法，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析求解，獲得最佳設(shè)計(jì)方案。（3）計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)將實(shí)際系統(tǒng)抽象描述為計(jì)算機(jī)求解的仿真模型，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)施的試驗(yàn)，如產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真、加工過程仿真和生產(chǎn)過程仿真等。

5/9/202436計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.2.5計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)(CAPP)CAPP的任務(wù)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(yīng)提供檢索式、派生式或創(chuàng)成式等不同工藝設(shè)計(jì)方法的支撐環(huán)境。由于工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是復(fù)雜的計(jì)算機(jī)問題，而且不同企業(yè)的設(shè)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.2.6計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)(CAPM)近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)管理與控制中的應(yīng)用日益廣泛。在技術(shù)上大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：（1）基于物料需求計(jì)劃（MRP，MaterialRequirementPlanning）的生產(chǎn)管理系統(tǒng),是基于物料庫存計(jì)劃管理的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。（2）基于制造資源計(jì)劃（MRP-II,ManufacturingResourcesPlanning）的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，在MRP的基礎(chǔ)上，增加了生產(chǎn)能力計(jì)劃、生產(chǎn)活動(dòng)控制、采購及財(cái)務(wù)管理等功能。5/9/202438計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（3）基于企業(yè)資源計(jì)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(diǎn)，包含了供應(yīng)鏈上所有的主導(dǎo)和支持功能，協(xié)調(diào)企業(yè)各個(gè)管理、生產(chǎn)部門圍繞市場導(dǎo)向，更加靈活或柔性地開展業(yè)務(wù)活動(dòng)。針對(duì)上述三種類型，特別是第二種類型，我國已引進(jìn)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(yīng)用開發(fā)平臺(tái)。5/9/202439計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.3機(jī)械CAD/CAM的應(yīng)用軟件1.4.3.1基本任務(wù)針對(duì)具體要求，對(duì)支撐軟件進(jìn)行二次開發(fā)（即應(yīng)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(jìn)一步建立數(shù)據(jù)庫，包括各類產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、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(jī)交互圖形和參數(shù)化圖形庫；（3）建立程序庫：各種分析計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.4.3.2注意事項(xiàng)（1）大項(xiàng)目要統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施；（2）小項(xiàng)目要堅(jiān)持不懈，日集月累；（3）注意成果共享，減少低水平重復(fù)；（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(shè)計(jì)和建立軟件的說明文擋（設(shè)計(jì)說明書和使用說明書）兩項(xiàng)。5/9/202441計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造2.圖形系統(tǒng)是CAD/CAM，特別是CAD的基礎(chǔ)，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(dāng)完備。一般把前者稱為繪圖，后者稱為建模。

5/9/202442計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

2.1CAD的建模技術(shù)建模技術(shù)是將現(xiàn)實(shí)世界中的物體及其屬性轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)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(dá)方法，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的前提條件，也是實(shí)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(shí)體模型，參數(shù)和變量模型，特征模型等5/9/202443計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(diǎn)和棱邊對(duì)形體進(jìn)行描述的造型方法，如一個(gè)六面體用8個(gè)頂點(diǎn)和12條棱邊表示，一個(gè)四面體用4個(gè)頂點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，只有相應(yīng)的點(diǎn)表和線表，數(shù)據(jù)量小，計(jì)算簡單，計(jì)算機(jī)響應(yīng)速度快。但對(duì)形體的表達(dá)有二義性（如圓柱的棱邊，凸臺(tái)與空腔等，表達(dá)的不清楚）。（3）棱邊類型簡單的棱邊是直線段、圓和圓?。黄渌麖?fù)雜曲線，在CAD中它們一般都表示成樣條曲線。5/9/202444計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(yùn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)間的曲線段聯(lián)結(jié)而成，因此又稱為合成曲線。對(duì)樣條曲線和樣條曲面進(jìn)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造5/9/202446計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(chǔ)上增加表面的定義（即面表），如一個(gè)六面體的表面模型除用8個(gè)頂點(diǎn)和12條棱邊表示外，還要增加六個(gè)平面的定義。（2）特點(diǎn)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(jìn)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(dǎo)動(dòng)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造2.1.2.2樣條曲面與樣條曲線相對(duì)應(yīng)，有COONS曲面、BEZIER曲面，B樣條曲面，NURBS曲面。5/9/202448計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造2.1.3實(shí)體模型（SOLIDMODELING）2.1.3.1基本定義和特點(diǎn)不僅具有物體頂點(diǎn)、棱邊和表面的定義，而且定義了表面的哪一面存在實(shí)體，可以毫無二義性的完整的表達(dá)物體，特別是可以生成真實(shí)感圖象、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、有限元分析、機(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)所掃出的空間來描述一個(gè)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(shí)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(diǎn)、線和面的信息，便于表示形狀復(fù)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造5/9/202451計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(yùn)算（即并、交和差）式來表示復(fù)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(diǎn)。5/9/202452計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造5/9/202453計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造5/9/202455計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造２.１.４參數(shù)化和變量化模型（１）參數(shù)化模型對(duì)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(shè)計(jì)速度。多數(shù)ＣＡＤ／ＣＡＭ系統(tǒng)都具有該功能，又稱為尺寸驅(qū)動(dòng)功能。實(shí)踐中，修改參數(shù)占設(shè)計(jì)工作的60~80%，特別是系列化產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)。（２）變量化模型定義零件設(shè)計(jì)的約束變量，如最小壁厚、最小強(qiáng)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(fù)雜，應(yīng)用較少。5/9/202456計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)體模型完整、準(zhǔn)確地定義了三維實(shí)體的幾何和拓?fù)湫畔?，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(duì)于一個(gè)零件而言，其定義是不完整的。此外，三維實(shí)體模型雖然提供了點(diǎn)、線、面和體素拼合這樣等幾何構(gòu)形手段，而設(shè)計(jì)和加工所面對(duì)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(tái)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造因此，相對(duì)幾何實(shí)體建模，特征建模對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)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?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)提供充分的工程、工藝信息，是實(shí)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(shí)，各個(gè)形狀特征的位置和尺寸可以通過尺寸驅(qū)動(dòng)方便地進(jìn)行修改，其附屬的屬性也隨之修改，這樣設(shè)計(jì)人員就可以真正按照自己的設(shè)計(jì)意圖，動(dòng)態(tài)地、創(chuàng)造性地進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。（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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造２.２圖形系統(tǒng)的基本功能與應(yīng)用（二維和三維CAXA/EB）２.２.１用戶界面風(fēng)格不同，大同小異（１）繪圖區(qū)，位于屏幕中心區(qū)，設(shè)有二維或三維直角坐標(biāo)系，稱為世界坐標(biāo)系。十字線光標(biāo)指示當(dāng)前坐標(biāo)位置，原點(diǎn)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(jī)繪圖時(shí)要明確指定。繪圖中可建立用戶坐標(biāo)，還可進(jìn)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(huì)彈出一個(gè)“立即菜單”，并在“狀態(tài)攔”顯示相應(yīng)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(diǎn)坐標(biāo)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(xiàng)后，即可得到立即響應(yīng)。如果是點(diǎn)坐標(biāo)輸入，會(huì)出現(xiàn)“點(diǎn)坐標(biāo)輸入條”，輸入坐標(biāo)值后，按回車鍵確認(rèn)。

5/9/202459計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（4）工具條，分組排列各種命令按鈕，包括：標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)處于不同位置，按鼠標(biāo)右鍵會(huì)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(biāo)移到特征樹中XY、YZ或ZX基準(zhǔn)平面上，會(huì)彈出快捷菜單“創(chuàng)建草圖”等。（6）點(diǎn)工具菜單（捕捉點(diǎn)）（7）矢量工具（8）選擇集拾取工具（9）對(duì)話框（用于設(shè)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(gè)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(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)或相對(duì)坐標(biāo)，或圖形的部分幾何參數(shù)（如圓的半徑）；右側(cè)，自動(dòng)顯示當(dāng)前點(diǎn)的性質(zhì)或?qū)嶓w拾取方式；最右側(cè)，顯示和設(shè)置點(diǎn)的捕捉狀態(tài)，即自由、智能、導(dǎo)航和柵格，可用F6鍵切換。5/9/202460計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(fù)命令輸入（空格鍵）（２）對(duì)命令進(jìn)行響應(yīng)在立即菜單中點(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)）。（３）結(jié)束命令在任何情況下按“Ｅｓｃ”鍵5/9/202461計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造２.２.３點(diǎn)的輸入1）