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1、计算机辅助设计与制造任课教师：林 福 严 教授 办公地址：机械工程楼 电话：62331247-8221,第一章 概 述,1.1 CAD/CAM的概念1.2 功能与任务1.3 发展概况及应用,1. 概 述1.1 CAD/CAM的概念,1.1 CAD/CAM的概念1.1.1 CAD/CAM1.1.2 设计制造过程1.1.3 CAD/CAM过程1.1.4 辅助不是自动化1.1.5 几个相关名词,1. 概 述1.1 CAD/CAM的概念,1.1.1 CAD/CAM,1、CAD,CAD（Computer Aided Design）利用计算机在信息管理、分析、计算、绘图等方面具有快速、可靠的特点，以计算机
2、作为辅助工具，帮助设计人员做好设计工作的现代设计方法学。,2、CAM,CAM （Computer Aided Manufacturing）以计算机作为辅助工具或融于生产装备，管理生产、促进生产的先进制造技术和方法学。,3、CAD/CAM,设计和制造是一个关于产品信息的产生、处理、交换和管理的过程。 人们利用计算机作为主要技术手段，对产品从构思到投放市场的整个过程中的信息进行分析和处理，生成和运用各种数字和图形信息，以加速和完善设计制造过程技术方法。,1. 概 述1.1 CAD/CAM的概念,1.1.2 设计制造过程,结 论设计和制造是一个非常复杂的过程，在设计制造过程中应用计算机技术，是非常必
3、要的，迫切的和有可能性的。,1. 概 述1.1 CAD/CAM的概念,1.1.3 CAD/CAM过程,1、基本过程,常分设计、制造两部分；设计制造加工；可能有非顺序过程,2、强调交互,整个过程是交互过程；人起重要作用；,1. 概 述1.1 CAD/CAM的概念,1.1.4 辅助不是自动化,1、80年代的幻想,2、CIMS的反思,自动化生产单元集成自动化厂迅速反映、信息共享柔性协调生产的哲理,结 论辅助强调计算机是工具；自动化是软件设计的长期目标，当前不现实。,1. 概 述1.1 CAD/CAM的概念,1.1.5 几个相关名词,1、CAPP,2、CIMS,3、CE,4、FEM,FEM：有限元方法
4、（Finite Element Method )把连续体划分成有限个离散的、相互关联的单元，通过对离散单元分析求解连续体问题的方法。,5、PDM,PDM：产品数据管理系统（Product Data Management )对产品的设计、制造、生产、销售等各方面的信息进行全生命周期管理的系统（或方法）。,1. 概 述1.2 功能与任务,1.2 功能与任务1.2.1 基础功能1.2.2 基本功能1.2.3 其它常见功能,1. 概 述1.2 功能与任务,1.2.1 基础功能,1、交互功能,交互功能（即人机接口） 在CADCAM系统中，人机接口是用户与系统连接的桥梁。友好的用户界面，是保证用户直接而有
5、效地完成复杂设计任务的必要条件，除软件中界面设计外，还必须有交互设备实现人与计算机之间的不断通信。,2、显示功能,显示功能造型、编辑、修改的结果必须能及时方便的告诉用户，这个功能要由图形显示来完成。,3、输入输出功能,输入输出功能输入：设计的要求、各步骤的具体数据等；输出：设计结果、系统处理结果控制信号（例如图形数据、文本、字符、控制数据等）,4、存储功能,存储功能大量输入输出数据、中间结果、分析逻辑（程序）需要存储,说明：上述四项功能是交互性应用软件的四个基础功能。,1. 概 述1.2 功能与任务,1.2.2 基本功能,1、工程绘图,绘图是基本功能之一，包括基本图元的生成，标注尺寸，图形的编
6、辑（比例变换、平移、图形拷贝、图形删除等）以及显示控制、附加技术条件等功能，保证生成合乎生产实际要求，也符合国家标准的机械图。,2、造型功能,造型也是CAD/CAM的最基本功能产品设计构思需要造型；分析仿真需要造型；制造、装配需要造型；修改、检验需要造型。,3、CAPP,计算机辅助工艺设计 设计的目的是为了加工制造，而工艺设计是为产品的加工制造提供指导性的文件。因此，CAPP是CAD与CAM的中间环节。集成系统一般有该功能。,4、NC编程,NC编程功能数控机床要用专门的加工语言（APT）来操纵，编程复杂。目前较好的CAD/CAM系统都具有NC编程能力。,说明：这4项功能是一般常见CAD/CAM
7、系统的基本功能。,1. 概 述1.2 功能与任务,1.2.3 其它常见功能,1、结构分析,结构分析常用有限元法用来解决结构形状比较复杂零件的静态、动态特性；强度、振动、热变形、磁场、温度场强度、应力分布状态等计算分析。,2、优化设计,优化求解的功能也就是在某些条件的限制下，使产品或工程设计中的预定指标达到最优。优化包括总体方案的优化、产品零件结构的优化、工艺参数的优化等,3、模拟仿真,模拟仿真功能通过软件使三维工程设计模型按设计要求进行运动，以观察设计效果或模拟机床加工来检验工艺规程或NC程序设计的合理性,4、数据管理,数据管理功能产品数据管理：为各设计、制造和管理的环节提供统一数据库（PDM
8、子系统）。内部数据管理： 为软件各模块提供数据库,5、计算分析,计算分析功能根据产品几何形状，计算出相应的体积、表面积、质量、重心位置、转动惯量等几何特性和物理特性、为系统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。,说明：上述5项功能是CAD/CAM应用软件的5个常见的基本扩展功能。,1. 概 述1.3 发展与应用,1.3 发展与应用1.3.1 发展历程1.3.2 应用现状1.3.3 发展趋势,1. 概 述1.3 发展与应用,1、50年代前孕育,CAD方面1 、1950年美国麻省理工学院（MIT）在它研制的名为旋风的计算机上采用了阴极射线管（CRT）做成的图形终端，并能被动地显示图形2、50年
9、代后半期出现了光笔，由此开始了交互式计算机图形学的研究。3、1958美国Calcomp公司用数字记录仪改制出滚筒绘图仪；GerBer公司用数控机床改制出平板绘图仪,CAM方面1、John T.Parson开发了第一台数控机床，翻开了制造业的新篇章(1948年)。2、在50年代初期，美国开始了数控自动编程技术APT语言的研究。,2、60年代形成,1.3.1 发展历程,1、1962年美国学者Ivan Sutherland研究出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互式图形系统，它能在屏幕上进行图形设计与修改。其博士论文中首次提出计算机图形学和CAD的名词。2、多家公司（IBM公司的CAD/CA
10、M系统，通用汽车的DAC1，1洛克希德飞机公司的CADAM系统等）研究开发了CAD/CAM系统3、半导体及集成电路技术的发展及应用，使数控系统更紧凑和更实用化，加快了数控机床普及的速度。集成电路问世(1960年)；第一台工业机器人获专利登记(1961年)。,1. 概 述1.3 发展与应用,1、50年代前孕育,2、60年代形成,3、7、80年代发展,1、16位小型机系统、交钥匙工程；2、实体造型软件出现；3、工程分析软件（FEM、CAPP、CAQ等）的 成熟；4、光栅扫描显示器、PC系统等硬件的发展；CAD/CAM发展，工业界应用,4、90年代标准、集成和网络化,标准化：图形接口标准：CGI标准
11、，GKS等；图形交换标准：IGES（Initial Graphics Exchange Specifiction）标准，STEP（Standard for Exchange of Product Model Data）标准,集成化：出现了许多集成化软件：UGS公司UG；达索(Dassault)公司CATIA； 由SDRC公司I-DEAS；PTC公司的Pro/E ；,网络化：随Internet的出现，支持网络，资源共享；90年代后期出现虚拟制造、敏捷制造；,1.3.1 发展历程,1. 概 述1.3 发展与应用,1.3.2 应用现状,1、销售增长,2、应用领域,1. 概 述1.3 发展与应用,1.3.3 发展趋势,1、集成化,2、智能化,3、网络化,4、标准化,
