第一次课-制造业信息化及CAD技术的应用和发展

机械CAD/CAM技术的应用及制造业信息化工程2013年10月课程安排及要求课程时间安排：第7周到16周考核方式：考试。平时成绩（作业、出勤，40%）+笔试考试成绩（60%）重点考查对本课程所讲述的关键技术的理解和掌握程度。上课要求技术基本理论：关闭计算机，记笔记；授课课件：[e-mail]密码：666666作业发至：[e-mail]基本技能：上机与授课教师同步；课后要有一定时间的练习。课程安排及要求参考书（辽宁工业大学图书馆）课程安排及要求应学习并熟悉的软件1.二维CAD软件：AUTOCAD，CAXA；（之一）2.三维CAD软件：UG，Pre/E，SolidWorks，CATIA等（之一）；3.数据库软件：ACCESS；4.高级语言：VB，VB.Net，VC++，C#等（之一）。CAD/CAM系统概况1.CAD/CAM技术的概念CAD（ComputerAidedDesign）——计算机辅助设计，指以计算机作为辅助手段来完成整个产品设计的技术。CAM（ComputerAidedManufacturing）——计算机辅助制造，指利用计算机系统，通过计算机与生产设备直接或间接联系，进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。相关技术CAE技术CAE是计算机辅助工程（ComputerAidedEngineering）的首字母缩写，又译为计算机辅助分析。CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。相关技术CAPP技术CAPP是计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning），就是向计算机输入被加工零件的几何信息和加工工艺信息（材料、热处理、批量等）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，换言之，也就是利用计算机来定制零件的加工工艺过程，以便把毛坯加工成符合工程图样要求的零件。它利用计算机技术辅助工艺人员设计零件从毛坯到成品的制造方法，是将企业产品设计数据转换为产品制造数据的一种技术。相关技术PDM技术PDM的中文名称为产品数据管理（ProductDataManagement），PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程、更改流程等的技术。它能有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细设计、过程设计、加工制造、试验验证、销售维护直至产品消亡的整个生命周期内及其各个阶段的相关数据，按照一定的数学模型加以定义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内一致、最新、共享和安全。它提供产品生命周期的信息管理，在企业为产品的设计与制造建立了一个并行化的协作环境。相关技术DFx技术DFx技术是并行工程的支持工具之一。它在设计阶段尽可能早地考虑产品的性能、质量、可制造性、可装配性、可测试性、产品服务和价格等因素，对产品进行优化设计或再设计。最常见的DFx技术有：面向装配的设计（DesignforAssembly，DFA）和面向制造的设计（DesignforMaintainability，DFM）、面向性能的设计（DesignforCompatibility，DFC）、面向耐用性的设计（DesignforServiceability，DFS）、面向互换的设计（DesignforInterchangeability，DFI）、面向回收的设计（DesignforRecyclability，DFR）、面向方案的设计（DesignforVariety，DFV）、绿色设计（DesignforGreen，DFG）和后勤设计（DesignforLogistics，DFL）等。相关技术ERP技术企业资源计划（EnterpriseResourcesPlanning，ERP），可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次给出它的定义：1）是由美国著名的计算机技术咨询和评估集团GarterGroupInc提出了一整套企业管理系统体系标准，其实质是在MRPII（ManufacturingResourcesPlanning，“制造资源计划”））基础上进一步发展而成的面向供应链（SupplyChain）的管理思想；2）是综合应用了客户机/服务器体系、关系数据库结构、面向对象技术、图形用户界面、第四代语言（4GL）、网络通讯等信息产业成果，以ERP管理思想为灵魂的软件产品；3）是整合了企业管理理念、业务流程、基础数据、人力物力、计算机硬件和软件于一体的企业资源管理系统。相关技术以上技术常用4C/P/E技术简称。——CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP1.CAD/CAM技术的概念CAD/CAM系统的集成:把CAD、CAM、CAE、CAPP、NCP（数控编程）、PPC（生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行机制来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，以保证系统信息的畅通。即产品设计、生产管理、质量控制等有机地集成在一起的技术。CAD/CAM集成是机械制造迈向CIMS的基础。目前重点研究CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM集成技术，简称“4C/P”技术。1.CAD/CAM技术的概念计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)技术是设计人员和组织产品制造的工艺技术人员在计算机系统的辅助之下，根据产品的设计和制造程序进行设计和制造的一项新技术，是传统技术与计算机技术的结合。由于计算机技术的引进，大大地促进了设计和制造能力的提高，其体现在工作效率和工作质量和先进的计算机技术对传统的工作方式的促进和变革方面。但要指出，CAD/CAM技术不能代替人们的设计和制造行为，而只是实现这些行为的先进手段和工具，而人们的设计和制造行为，则由专业技术人员的创造能力和工作经验，以及现代设计方法等提供的科学思维方法和实施办法来确定。2CAD/CAM系统的基本组成与类型一个CAD/CAM系统基本上只适用于某一类产品的设计和制造，如电子产品CAD/CAM只适用于设计制造印制板或集成电路，而机床的CAD/CAM只适用机床的设计和制造，这两个系统不仅基础和专业软件不一样，而且硬件配置上也有差异。但就系统的逻辑功能和系统结构角度来看还是基本相同的。不管是用于何种产品设计和制造的CAD/CAM系统，从其逻辑功能角度来看，CAD/CAM系统基本上是由计算机和一些外部设备（计算机和外部设备通常硬件）及相应的软件组成（其中包括系统软件、支撑软件及应用软件），如图所示。2CAD/CAM系统的基本组成与类型图1－1CADCAM系统的基本结构但对于一个具体的CAD/CAM系统来讲，其硬件、软件相互的配置是需要进行周密考虑的，同时对硬软件的型号、性能以及厂家都需要进行全方位的考虑。2CAD/CAM系统的基本组成与类型CAD/CAM系统的类型可按系统的功能分，也可以按系统中使用的计算机类型分。按系统功能一般分为：通用CAD/CAM系统和专用CAD/CAM系统。通用的CAD/CAM系统使用范围广，其硬件和软件的配置也比较丰富。而专用的CAD/CAM系统是为了实现某种专门产品生产的系统，其硬件配置比较简单，软件也比较单一。当前各单位对CAD/CAM系统的要求不尽相同，所需的硬件和软件性能不同，即应用是多层次的。根据计算机的性能和类型，传统的分类是将CAD/CAM系统分为4种类型。随着计算机技术的发展，正在或已经在不断的变化。下面按组成CAD/CAM系统所用的计算机，按照传统的分类方式来讨论CAD/CAM系统的基本类型。2CAD/CAM系统的基本组成与类型1）大型机CAD/CAM系统顾名思义，该系统一般一具有大容量的存储器和极强的计算功能的大型通用计算机为主机，一台计算机可以连接几十至几百台图形终端和字符终端及其他图形输入和输出设备。2CAD/CAM系统的基本组成与类型大型机CAD/CAM系统的主要优点：（1）系统具有一个大型的数据库，可以对整个系统的数据实行综合管理和维护；（2）计算速度快；（3）给企业的集成管理带来方便；（4）提高了企业在设计、制造方面的效率，为企业的设计、制造一体化提供了条件，为企业生产方式向国际先进水平靠拢奠定了基础。主要缺点有：（1）安全性能低：如果主机出现故障，则整个系统都不能工作；但随着双机容错等先进技术的广泛使用，安全性能已经今非昔比；（3）终端距离不能太大；但随着网络技术的发展，距离的限制是越来越小了；（4）随着计算机的总负荷增加，系统的响应速度将降低。这种现象在三维造型和复杂有限元分析时尤为突出.2CAD/CAM系统的基本组成与类型2）小型机CAD/CAM系统70年代末至80年代初，这类系统处于蓬勃发展时期。我国在此期间从国外购进的CAD/CAM系统大都属这种类型。通过使用，人们逐渐发现了这类小型机系统有一定的局限性，如系统的计算能力和扩充能力差等，而且，不同系统之间数据是很难进行交换的，即不同系统的数据存贮格式式不相同的。2CAD/CAM系统的基本组成与类型3）工程工作站组成的CAD/CAM系统80年代初，32位的工程工作站问世，以工作站组成CAD/CAM系统发展很快。它与小型机CAD/CAM系统不同，一台工作站只能一个人使用，并且具有较强的联网功能，其处理速度很快，一般都赶上或超过了过去的小型机的速度。这类工作站一般都采用RISC技术和开放系统的设计原则，且以UNIX为操作系统。这种类型的工作站式90年代CAD/CAM系统的主要机器。2CAD/CAM系统的基本组成与类型4）PC微机组成的CAD/CAM系统随着微机性能的不断提高，价格的不断下降，以PC及组成的CAD/CAM系统近年来增加很快。过去以PC微机为主机的CAD/CAM系统一般只能进行二维拼图和绘图，而现在可以进行三维造型和复杂的分析计算。值得一提的是，由于网络技术的发展，现在的微机已能与大型机和小型机及工作站联网，成为整个网络的一个节点，共享主机和工作站资源。2CAD/CAM系统的基本组成与类型另外，在实际应用中，目前往往大致按照CAD系统的大小分类：网络环境下的CAD/CAM系统和单机环境下的CAD/CAM系统。在过去几年里，基于微机的单机CAD/CAM系统给小型企业、个人以及教学使用带来了方便，并且这也是CAD/CAM技术普及的必由之路。但是，随着企业集成化管理和生产能力进一步提高的需要，网络化是必然的趋势，现代企业在CAD/CAM的建设过程中，必须要考虑到和CAPP、PDM、MIS等系统的集成问题。根据企业的发展来确定CAD/CAM系统的建设。3.产品的设计过程常规设计与CAD常规设计过程特点：（1）图纸：它是企业领导决策、设计人员的设计思想描述、工艺师制定工艺规程以及工人的加工装配的必要工具。（2）各种技术文档资料需要妥善保管，便于设计人员的设计（借用和参阅）。（3）需要大量查阅技术文献和手册。（4）需要凭经验对重要设计方案进行理论分析和实验验证，实验开销大，有时无法进行。其绝大部分时间没有用到创造性设计上。3.产品的设计过程4.CAD系统的类型检索型CAD系统自动型CAD系统交互型CAD系统智能型CAD系统智能CAD系统由知识库、推理机、解释系统、知识获取系统和人机接口等组成。5.CAD系统的支撑环境CAD系统的支撑环境包括：1）硬件：计算机、图形输入、设备网络设备等。2）系统软件:操作系统、主语言3）支撑软件：图形驱动、窗口管理、图形文件管理、图形处理系统、结构分析系统、数据库及其管理系统、系统接口、网络通讯、汉字处理、知识库、三维几何造型系统等。计算机网络1.计算机网络与CAD系统网络技术2.计算机网络系统的组成按其作用范围分:广域网:（WAN，WideAreaNetwork）：其作用范围为几十到几千公里；城域网:(MAN，MetropolitanAreaNetwork)：作用在一个城市内，其作用范围为5到50公里；局域网:(LAN，LocatAreaNetwor