计算机辅助工程 1

计算机辅助工程计算机辅助工程11机电工程学院机电工程学院制造工程系制造工程系高伟强高伟强博士博士编辑编辑Tel./Fax.:Tel./Fax.:+020+020--3932241839322418ee--mail:mail:[e-mail]@139.com腾讯腾讯QQ:QQ:565262314565262314Ver.1.02007,02,15第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论1.11.1计算机辅助工程基本概念计算机辅助工程基本概念1.1.计算机辅助工程的基本内容计算机辅助工程的基本内容Modeling产品CAD建模DraftingCAEPhotoAssemblySYSTEM/DBOthersOthers3D主模型CAPP工程图纸工艺文件NC程序CAM分析仿真第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论ØØ机电产品开发一般流程机电产品开发一般流程概念设计总体设计零部件详细设计零部件制造、发外加工、外购；生产过程管理及控制……装配校验……模具设计、制造夹具设计、制造装备设计、制造……工艺设计开发销售及售后服务……第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论CADCAMCAE范畴划分●CNC与现代先进制造系统关系:CNC用在制造系统中CNC：DNC–FMC–FMS–CIMS–FA并行工程、敏捷制造、数字化制造、智能制造、网络制造、绿色制造、纳米制造、高速加工等等。初步设计分析模拟详细设计制图生产准备工艺设计NC编程机器人编程制造NC加工装配检验产品CAECADCAMCAD/CAMCAD/CAM/CAE广义CAD广义CAM广义CAD/CAMCAPP第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论2.CAD/CAE/CAPP/CAM2.CAD/CAE/CAPP/CAM的基本概念的基本概念•CAD(ComputerAidedDesign，计算机辅助设计)•CAE(ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程)•CAPP(ComputerAidedProcessPlanning，计算机辅助工艺计划)•CAM(ComputerAidedManufacturing，计算机辅助制造)。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论ØØCAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM软件能做什么？软件能做什么？•产品及其零部件设计•产品分析、仿真•产品宣传•工艺流程、工艺方案设计•产品加工•…...第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论uModelingModeling建模建模ü特征参数化建模ü丰富的曲面造型功能ü实体和曲面能有机地结合在一起ØØCADCAD模块模块uAssembly装配ü支持自顶向下（Top-Down)和ü自底向上设计（Down-Top)ü可建立装配体和各零件之间的相互关系ü支持并行工程ü可方便地检查装配体是否干涉uuDraftingDrafting绘图绘图ü工程图纸设计、计算；ü尺寸及公差等标注；ü标准件、常用件图库；ü自动绘图；第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üüCADCAD应用于航空航天及宇航探测应用于航空航天及宇航探测第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üüCADCAD应用于管路布线和化工设备设计应用于管路布线和化工设备设计第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üüCADCAD应用于应用于3C3C和日用产品开发和日用产品开发第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üüCADCAD应用于模具设计产生应用于模具设计产生第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论ØØCAECAE模块模块DedicatedAnalystDedicatedAnalystDesignEngineerDesignEngineerDesignIntentOptimizedDesignsAnalysisAnalysisSpecializationCAE模块主要是利用计算机进行数值分析、计算，主要包括有限单元法、有限差法、最优化方法、模拟仿真法、模态分析法及运动学、动力学计算等。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论结构分析结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等•静力分析-用于静态载荷.可以考虑结构的线性及非线性行为，例如:大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.模态分析-计算线性结构的自振频率及振形.谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD).第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üü机构运动学分析机构运动学分析第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üü热分析热分析ØØ热分析之后往往进行结构分热分析之后往往进行结构分析析,,计算由于热膨胀或收缩不计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力均匀引起的应力..uu相变相变((熔化及凝固熔化及凝固),),内热源内热源((例如例如电阻发热等电阻发热等))uu三种热传递方式三种热传递方式((热传导、热对热传导、热对流、热辐射流、热辐射))第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üü磁场分析磁场分析u磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等.u磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生.磁场分析的类型磁场分析的类型::ØØ静磁场分析静磁场分析--计算直流电（计算直流电（DC)DC)或永磁体或永磁体产生的磁场产生的磁场..ØØ交变磁场分析交变磁场分析--计算由于交流电计算由于交流电(AC)(AC)产产生的磁场生的磁场..ØØ瞬态磁场分析瞬态磁场分析--计算随时间随机变化的计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场电流或外界引起的磁场..第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论üü流体分析流体分析流体分析流体分析用于确定流体的流动及热行为用于确定流体的流动及热行为..流体分析分以下几类流体分析分以下几类::ØØCFDCFD--ANSYS/FLOTRANANSYS/FLOTRAN提供强大的计算提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等组份流等..ØØ声学分析声学分析--考虑流体介质与周围固体考虑流体介质与周围固体的相互作用的相互作用,,进行声波传递或水下结构进行声波传递或水下结构的动力学分析等的动力学分析等..ØØ容器内流体容器内流体分析分析--考虑容器内的非流考虑容器内的非流动流体的影响动流体的影响..可以确定由于晃动引起可以确定由于晃动引起的静水压力的静水压力..ØØ流体动力学耦合流体动力学耦合分析分析--在考虑流体约在考虑流体约束质量的动力响应基础上，束质量的动力响应基础上，在结构动在结构动力学分析中使用流体耦合单元力学分析中使用流体耦合单元..第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论ØØCAMCAM模块模块CAM领域的先驱深厚的工业背景丰富的加工方式稳定的NC算法良好的过程控制CAM模块主要包括工艺规程自动设计（CAPP模块）、数控加工自动编程、机器手编程、工艺准备准备等内容。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论1.21.2计算机辅助工程的历史地位计算机辅助工程的历史地位和应用和应用uCAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM技术为什么这样重要技术为什么这样重要??因为它推动了几乎一切领域的设计革命，CAD技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式．将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论资料资料•1989年美国评出近25年间当代十项最杰出的工程技术成就，其中第4项是CAD/CAE/CAM。•1991年3月20日海湾战争结束后的第三个星期美国政府发表了跨世纪的国家关键技术发展战略，列举了6大技术领域中的22项关键项目，认为这些项目对于美国的长期国家安全和经济繁荣至关重要。而CAD/CAE/CAM技术与其中的两大领域11个项目紧密相关，这就是制造与信息、通信。制造技术为工业界生产一系列创新的、成本上有竞争能力和高质量的产品投入市场打下基础。而信息和通信技术则以惊人的速度不断发展，改变着社会的通信、教育和制造方法。制造技术的关键项目有柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造、系统管理技术；信息和通信技术包括软件、微电子学和光电子学、高性能计算和联网、高清晰度成像显示、传感器相信号处理、数据存贮器和外同设备、计算机仿真和建模。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论uu建立一个产品的建立一个产品的CADCAD系统．首先应该理解为建立一种新系统．首先应该理解为建立一种新的设计和生产技术管理体制。有了这样的新体制，就可的设计和生产技术管理体制。有了这样的新体制，就可以方便地：以方便地：1.组织平行作业。产品的各个部件设计组、系统组、专业分析组、试验组、生产准备组都可以及时从屏幕上看到产品的总休布局。及早进行各种专业协调。2.在产品设计阶段则三维几何模型模拟零件、部件、设备的装配和安装．及早发现结构布局和系统安装的空间干涉。3.组织迅速有效的发图更改。4.进行产品的性能仿真。5.提前进行产品的外观造型设计。这点对轻工业产品尤其重要．及早让订货单位从屏幕上评审产品的色彩、装璜和包装。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论uBoeing777装配车间装配车间日本从波音飞机公司转包生产777客机，在名古屋建立数据中心，与波音的西雅图总部联网，将777的图纸和生产要求转送富士、川崎、三菱三家公司。德国MBB飞机公司与英国、意大利合作生产“狂风”(Tornado)战斗机，1983年在型号管理数据库中存储了7500项用户提出的各种设计更改要求，18000个子厂内部的更改单，8000个三国协作的各种更改通知，95000个同纸更改单，16000个生产更改单。第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论1.3CAD/CAE/CAM1.3CAD/CAE/CAM技术的发展技术的发展概况和发展趋势概况和发展趋势••1.CAD/CAE/CAM1.CAD/CAE/CAM技术的发展概况技术的发展概况第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论ØØ计算机图形学与计算机图形学与CADCAD技术的发展技术的发展•20世纪50年代后期至70年代初期此阶段为初级阶段——线框造型技术–麻省理工，旋风I号–1962，MIT林肯室验室Ivan.E.Sutherland的博士论文：Sketchpad–首次使用ComputerGraphics，–CAD系统的应用，光栅扫描显示器，图形标准化的提出（CGS）•20世纪70年代初期至80年代初此阶段是第一次CAD技术革命——曲面(表面)造型技术•20世纪80年代初期至80年代中期此阶段是第二次CAD技术革命——实体造型技术•20世纪80年代中期至90年代初期此阶段为第三次CAD技术革命——参数化技术•20世纪90年代初期至今此阶段是第四次CAD技术革命——变量化技术第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论•单物理场计算功能扩展•由求解线性工程问题发展到分析非线性问题•增强可视化前、后处理功能•单物理场计算问题发展到多物理场耦合计算问题•CAE软件与CAD软件的无缝集成ØØCAECAE技术的发展过程技术的发展过程第一章第一章计算机辅助工程绪论计算机辅助工程绪论•APT为第一代CAM系统•曲面CAM系统为第二代CAM系统•目前正在发展的新一代