计算机辅助设计与制造技术.

计算机辅助设计与制造技术复习要点什么是CAD/CAM？广义上的CAD：计算机辅助设计技术（computeraideddesign,CAD）技术是在产品开发过程中使用计算机系统辅助产品创建、修改、分析和优化的有关技术。（教材第1页）包括设计各个环节中使用的多种技术广义上的CAM：计算机辅助制造（computeraidedmanufacturing,CAM）技术是将计算机系统直接或间接地应用于计划、管理和控制生产作业的有关技术。（教材第2页）CAM主要指底层（单台设备或单个制造单元）的生产控制技术，上层（整个车间或企业）的生产调度和计划通常属于计算机集成制造（computerintegratedmanufacturing，CIM）技术或企业资源计划（enterpriseresourceplanning，ERP）范畴。CAD/CAM用在哪里？从事产品设计或生产制造的企业、事业单位包括：制造、加工、冶金、化工、采掘企业CAD主要用于设计部门的产品设计工艺部门的工艺设计CAM主要用于加工部门的自动化加工装配部门的自动化装配产品设计的主要步骤、产品规划2、概念设计3、系统设计4、详细设计5、测试完善1为什么要用CAD/CAM?CAD/CAM技术能够帮助我们实现“现代制造”CAD/CAM技术能够帮助实现设计的高效化与自动化例如：传统绘图板与现代办公桌CAD/CAM技术能够帮助实现生产的高效化与自动化CAD/CAM技术能够帮助实现制造的集成化与信息化计算机能够帮助我们处理一些复杂设计中的大量计算复杂零件表面需要加工刀具进行多层次叠加的复合运动计算机能够帮助我们计算叠加后的运行轨迹。对于某些特殊工艺，更是离不开计算机控制现代制造的特点（1）高效化与自动化效率一直是制造业追求的目标自动化是提高效率的手段2）集成化与信息化我们能造的东西越来越大信息是实现协同生产的手段3）柔性化与智能化我们期望机器能够帮助人进行更多的工作但赋予机器智能是一项具有难度的挑战CAM技术的未来发展计算机集成制造、系统管理技术微米级制造、智能加工技术软件技术、高性能技术与联网计算机建模与仿真微电子学和光学技术、高清晰成像显示传感器与信号处理、数据存储与外围设备CAD/CAM系统硬件硬件的两个层次（教材第8页图2.1）制造系统层分类：刚性、柔性与可重构内容：加工、装配、运输与检测设备工作站层分类：CAD、CAE、CAPP、CAM与管理系统内容：主机、输入与输出设备制造系统的基本概念刚性制造系统（DMS）产品种类和工艺路线单一生产效率高（性价比好）柔性制造系统（FMS）设备具有复合加工能力能够同时处理多种不同类型的产品实现成本较高（性价比不好可重构制造系统（RMS）一个重构周期内是刚性制造系统不同重构周期之间具有柔性生产能力兼顾前面两者的优点什么是柔性制造？（1）设备柔性（1.1）加工系统的柔性（1.2）运输系统的柔性1.3）生产控制系统的柔性2）工艺柔性（2.1）任务分配的柔性（2.2）工艺路线的柔性1.3）生产控制系统的柔性代表性概念：计算机集成制造系统（CIMS）注意：此系统控制的是整个车间或企业不是单独的设备（2.1）任务分配的柔性刚性制造系统一种零件由固定的设备和工人完成（提高效率）柔性制造系统一种零件可由多个不同的设备和工人完成根据实际负荷灵活调配）的、2.2）工艺路线的柔性刚性制造系统工艺路线固定（方便管理，提高效率）柔性制造系统工艺路线在一定范围内根据实际负荷灵活调节对管理水平和工艺人员的技术水平要求较高2、湖中央有个（）小岛，叫（）。小岛把湖水分成两半，（）像圆圆的太阳，叫（）；（）像弯弯的月亮，叫（柔性制造系统的特点主要特点：柔性和十、小阅读。（8其它特点：（1）设备利用率高，占地面积小（2）减少直接劳动工人数（3）产品质量高而稳定2、按短文填空）减少在制品库存量（5）投资高、风险大，开发周期长，管理水平要求高。柔性制造系统的定义）的龙鳞甲根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义，FMS被定义为：“柔词语________________________________________机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。十一、小习作。（10分）“使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一种集成制造系统。加工中心的技术特点1多种刀具2自动换刀（讨论：为什么？）通过机械手快速换刀3计算机监控刀具状况监控内容：刀具位置刀具磨损程度刀具状态（温度）等等监控方法：激光传感器图像传感器温度传感器等等4高自由度工作台5多轴联动技术适合加工复杂曲面机器人的主要技术指标自由度工作精度工作范围什么是可重构制造？与柔性制造的区别？概念：重构周期柔性制造系统随时可调整可重构制造系统一段时间调整一次斜升时间；重构成本可重构制造系统自动化程度比柔性制造系统重构需要时间，也会产生一定的成本构型可重构制造系统在一个重构周期模式保持稳定一种模式称为系统的一个构型可重构制造系统的概念出现在柔性制造系统之后，目前尚无统一的定义广义上的可重构性包括产品的可重构性（模块化设计；大规模定制）企业的可重构性（企业业务流程重组）企业信息管理系统的重构性（软件重构）车间级制造系统的可重构性狭义上特指车间级制造系统的可重构性问题：我们前面课程哪里提及了可重构概念？车间级制造系统的可重构性（1）物理重构（1.1）设备重构（1.2）车间布局重构（1.3）增、减或更新设备（广义上的重构）（2）逻辑重构（2.1）任务分配规则重构（2.2）工艺路线重构敏捷制造系统美国国防部为了指定21世纪制造业发展而支持的一项研究计划。始于1991年，有100多家公司参加，由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、AT＆T、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共20人组成了核心研究队伍。于1994年底提出了《21世纪制造企业战略》，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式，即敏捷制造。敏捷制造系统广义上企业使用各种措施敏捷地应对市场变化包含部分可重构制造系统的思想包含部分大规模定制思想狭义上通过调整企业组织结构来敏捷地应对市场变化，类似于动态联盟思想教材17-19页（1）计算机主机大中型机小型机工程工作站2）图形输入设备键盘、鼠标、触摸屏扫描仪、数码相机与数码摄像机（3）图形输出设备显示设备绘图设备大中型、小型计算机的用途工程与科学计算大型商用服务器大型、中小型计算机的用途科学计算：天气预报科学计算：搜索外星文明微机能否代替大型、中小型计算机？微机的优势：性价比好，软件通用性好微机取代大型、中小型计算机的途径：分布式计算系统：在一个分布式系统中，一组独立的计算机展现给用户的是一个统一的整体，就好像是一个系统似的CAD/CAM系统硬件的基本功能教材10-11页（1）计算功能（2）存储功能（3）输入输出功能（4）交互功能AD/CAM系统软件4个层次（教材第9页图2.2）1、硬件软件、系统软件操作系统；网络协议3工具软件；数据库4、应用软件1、硬件软件相关概念：计算机设备驱动程序可以使计算机和设备通信的特殊程序，相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。通常情况下，硬盘、显示器、光驱、键盘、鼠标等就不需要安装驱动程序，而显卡、声卡、扫描Modem等就需要安装驱动程序。1、硬件软件相关概念：嵌入式开发嵌入式操作系统（EmbeddedSystem）是指以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。2微机操作系统（教材第11-12页）：Windows市场占有率高、操作方便、相对稳定、更新快管理信息系统的主要应用平台UNIX最早出现、专业、可定制网络功能强（服务器多采用UNIX系统）Linux开源、便宜、可移植性好我国基础工业和国防系统应用（例如红旗Linux）Apple公司的Macintosh系统已退出主流市场2、系统软件TCP/IP协议TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。PDA时代的主流操作系统PalmOS曾经是PDA平台的主流操作系统主要面向工业应用和低端市场WindowsMobileMicrosoft开发的PDA操作系统目前向WindowsPhone过渡LinuxOS在我国主要存在于电子字典产品中移动开发工具的比较目前移动平台的开发工具之争源于操作系统之争开发语言的Android：Java为主，也可用C/C++，上手容易IOS：Object-C，一种非标准C语言，上手较难WindowsPhone:C#，上手容易系统封闭性Android：开放IOS：封闭（需“越狱”）WindowsPhone:封闭未来可能部分开放3、支撑软件（1）图形核心系统（GKS）应用程序与图形输入、输出设备的接口提供了一组国际ISO通用标准的绘图功能用以增强应用程序的通用性（2）工程绘图系统例如：AutoCAD（3）几何造型系统（4）有限元分析系统5）优化方法软件多是以控件形式出现以智能优化算法为主（6）数据库系统软件（7）系统运动学/动力学模拟仿真软件在GKS的支持下，程序员只需了解GKS提供的标准API接口，而不需要了解不同硬件设备（显或不同图形格式的工作原理参考教材3.3节（8）应用软件开发平台（补充）CAD/CAM领域的应用软件传统上多直接使用工程绘图系统或几何造型软件（AutoCAD、Pro/Engineer、UG等）提供的开发工具直接开发（例如VBA）但近期开发的高级CAD/CAM应用软件（例如CAPP与PDM）越来越多的使用了通用应用软件发平台主流开发工具微软派MicrosoftSQLserver+VisualStudio.NET优点：学习资料丰富、硬件需求相对较低反微软派（目前是主流）Oracle+Java优点：可移植性好软件选用原则教材第21-22页（1）系统功能与集成1.注意与ERP软件的集成2.注意具备网络化CAD/CAM系统3.未来还需注意对移动平台的支持（2）开放性与不同软件交互图纸（3）系统的扩展能力方便升级，方便开发新功能（4）可靠性与可维护性对远程通信线路故障、多用户操作冲突、共享数据的大量分发与传递，具有超强的稳定性；对黑客入侵越权操作等有健全的安全防线。（5）软件公司的背景与销售商的技术能力形系统的基本功能图教材第25页（1）运算功能（2）数据交换功能（3）交互功能（4）输入功能（5）输出功能图形系统的层次结构教材第25页API：与设备无关的图形软件工具提供给软件程序员CGI：设备相关图形服务与设备无关图形操作之间的接口直接制作在图形卡上CGM：定义标准图元文件格式图形变换指对图形的几何信息经过几何变换后产生新的图形，提出的构造或修改图形的方法。除图形的位置变动外可以将图形放大或缩小或者对图形作不同方向的拉伸来使其扭曲变形等等坐标系从定义一个零件的几何外形到图形设备上生成相应图形，需要建立相应的坐标系统来描述，并通过坐标变换来实现图形的表达,教材第28页世界坐标系（多用于示意图）显示坐标系（显示器输出习惯）视点坐标系（多用于透视图）其它常用图形处理技术（1）图形消隐技术当沿投影视线观察一个三维物体时，由于物体中各种表面或其它物体的遮挡，某些线段或面不可见，这些不可见的线段或面称为隐藏线或隐藏面。要消除二义性，就必须在绘制时消除实际不可见的线和面，习惯上将这些隐藏线或隐藏面消除的过程称为消隐。（2）图形的光照处