计算机辅助设计与制造教材课件汇总完整版ppt全套课件最全教学教程整本书电子教案全书教案课件合集

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1、计算机辅助设计与制造（第二版）第第1章章CAD概论概论1.1CAD的内涵、功能和任务的内涵、功能和任务1定定义义：CAD是是ComputerAidedDesign(计计算算机机辅辅助助设设计计)的的简简称称。计计算算机机辅辅助助设设计计是是将将人人和和计计算算机机的的最最佳佳特特性性结结合合起起来来，辅辅助助进进行行产产品品的的设设计计与与分分析析的的一一种种技技术术，是是综综合合了了计计算算机机与与工工程程设设计计方方法法的的最最新新发发展展而而形形成成的的一一门门新新兴学科。兴学科。2CAD的的功功能能：工工程程设设计计的的过过程程包包括括设设计计需需求求分分析析、概概念念设设计计、设设计

2、计建建模模、设设计计分分析析、设设计计评评价价和和设设计计表表示示，CAD的的功功能能就就是是在在工工程程设设计计的的过过程程中中起起相相应应的的作作用用，如如图图11所示。所示。图图11CAD系统的功能系统的功能(1)信信息息提提供供：CAD系系统统一一般般都都有有图图形形库库和和数数据据库库，并并且且可可以以通通过过网网络络与与其其它它大大型型信信息息库库相相连连，因因此此，在在设设计计需需求求分分析析阶阶段段，设设计计师师可可以以借借助助CAD系系统统查查询询所所需需的的市市场场需需求求信信息息和和各各种种与与该该产产品品设设计计制制造造有有关关的的技技术术信信息息，从从而而对对产产品品

3、的的功功能能、经经济济性性和和制制造造要要求求等等方方面面的的可可行行性性作作出出科科学学的估计。的估计。(2)决策支持系统：在概念设计过程中，需要用到专家决策支持系统：在概念设计过程中，需要用到专家的知识、经验及创造性思维，应用人工智能中的专家系统的知识、经验及创造性思维，应用人工智能中的专家系统技术而建立的决策支持系统，可以很好地解决结构方案选技术而建立的决策支持系统，可以很好地解决结构方案选择等概念设计问题。择等概念设计问题。(3)几何造型：几何造型是用计算机及其图形系统描述几何造型：几何造型是用计算机及其图形系统描述物体形状，模拟物体动态处理过程的一种技术。这种技术物体形状，模拟物体动

4、态处理过程的一种技术。这种技术的采用，可以使设计师的感觉、空间想象能力和表现能力的采用，可以使设计师的感觉、空间想象能力和表现能力都得到延伸。都得到延伸。(4)工工程程分分析析：工工程程分分析析技技术术是是CAD的的基基础础技技术术，它它包包括括有有限限元元分分析析、优优化化设设计计方方法法、可可靠靠性性设设计计方方法法、物物理理特特性性计计算算（如如体体积积、惯惯性性矩矩等等）、机机械械系系统统运运动动学学和和动动力力学学分析、计算机模拟仿真等。分析、计算机模拟仿真等。(5)评评价价决决策策：对对设设计计的的结结果果进进行行分分析析评评价价，判判断断其其设设计计是是否否满满足足设设计计的的要

5、要求求，若若不不满满足足设设计计要要求求，则则须须进进行行相相应的修改或进行再设计，直到满足设计要求为至。应的修改或进行再设计，直到满足设计要求为至。(6)图形和文字处理：利用图形支撑软件绘制工程图，图形和文字处理：利用图形支撑软件绘制工程图，将图形文件通过绘图机输出。利用文字编辑排版软件进行将图形文件通过绘图机输出。利用文字编辑排版软件进行设计文档制作，如工艺指导文件、设计说明书和产品说明设计文档制作，如工艺指导文件、设计说明书和产品说明书等。书等。3CAD技术的优越性：技术的优越性：(1)可可以以提提高高设设计计效效率率，缩缩短短设设计计周周期期，减减少少设设计计费费用。用。(2)为产品最

6、优设计提供了有效途径和可靠保证。为产品最优设计提供了有效途径和可靠保证。(3)便于修改设计。便于修改设计。(4)利于设计工作的规范化、系列化和标准化。利于设计工作的规范化、系列化和标准化。(5)可可为为计计算算机机辅辅助助制制造造和和检检测测（CAM，CAT）提提供供数据准备。数据准备。(6)有利于设计人员创造性的充分发挥。有利于设计人员创造性的充分发挥。利用利用CAD的目的就是实现某种程度的设计自动化，的目的就是实现某种程度的设计自动化，缩缩设计周期，降低设计成本，提高设计质量，获得较好的设计周期，降低设计成本，提高设计质量，获得较好的经经济效益。济效益。CAD技术所产生的经济效益是十分可观

7、的，美技术所产生的经济效益是十分可观的，美国科学院工程技术委员会对国科学院工程技术委员会对1986年的统计分析是：年的统计分析是：（1）降低工程设计成本）降低工程设计成本13%30%；（2）减少产品设计到投产的时间）减少产品设计到投产的时间30%60%；（3）产品质量的量级提高）产品质量的量级提高25倍；倍；（4）减少加工过程）减少加工过程30%60%；（5）降低人力成本）降低人力成本5%20%；（6）增加产品作业生产率）增加产品作业生产率40%70%；（7）增加设备的生产率）增加设备的生产率23倍；倍；（8）增加工程师分析问题的广度和深度的能力）增加工程师分析问题的广度和深度的能力335倍倍

8、4CAD的主要任务：的主要任务：(1)完成设计信息的计算机存贮和管理。完成设计信息的计算机存贮和管理。(2)开发工程设计的应用程序。开发工程设计的应用程序。(3)建建立立一一个个专专用用图图形形系系统统或或利利用用一一个个通通用用图图形形系系统统，完成产品造型和工程图绘制等任务。完成产品造型和工程图绘制等任务。(4)将工程数据库、应用程序以及图形系统等部分有机将工程数据库、应用程序以及图形系统等部分有机地组成为一个完整的地组成为一个完整的CAD系统，以适应反复建立模型、评系统，以适应反复建立模型、评价模型和修改模型这种设计过程的需要。价模型和修改模型这种设计过程的需要。1.2CAD技术的发展技

9、术的发展1发展历程：发展历程：60年代是年代是CAD发展的起步时期。发展的起步时期。1962年美国学者年美国学者IvanSutherland研制出了名为研制出了名为Sketchpad的系统，这是一个交的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改。从此掀互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改。从此掀起了大规模研究计算机图形学的热潮，并开始出现起了大规模研究计算机图形学的热潮，并开始出现CAD这这一术语。一术语。70年代，年代，CAD技术进入广泛使用时期。到技术进入广泛使用时期。到70年代后期，年代后期，CAD技术在许多工业领域都得到了实际应用。技术在许多工业领域都得到了实际应

10、用。80年代，年代，CAD技术进入突飞猛进时期。技术进入突飞猛进时期。90年代，年代，CAD技术的发展更趋成熟。技术的发展更趋成熟。2发展趋势：发展趋势：未来未来CAD技术的发展将趋向集成化、智能化、标准化和网络化。技术的发展将趋向集成化、智能化、标准化和网络化。(1)集集成成化化。为为适适应应设设计计与与制制造造自自动动化化的的要要求求，特特别别是是适适应应CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem，计计算算机机集集成成制制造造系系统统）的的要要求求，进进一一步步提提高高CAD的的集集成成化化水水平平是是CAD技技术术发发展展的的一一个个重重要要方方

11、向向。将将CAD、CAM、CAPP（计计算算机机辅辅助助工工艺艺编编程程）、NCP（数数控控编编程程）、CAT（计计算算机机辅辅助助实实验验）、PDM（产产品品数数据据管管理理）集集成成为为CAE（ComputerAidedEngineering，计计算算机机辅辅助助工工程程），使使设设计计、制制造造、工工艺艺、数数控控编编程程、数数据据管管理理和和测测试试工工作作一体化。一体化。(2)智能化。传统的智能化。传统的CAD技术在工程设计中主要用于计技术在工程设计中主要用于计算分析和图形处理等方面，对于概念设计、评价、决策及算分析和图形处理等方面，对于概念设计、评价、决策及参数选择等问题的处理却颇

12、为困难，因为这些问题的解决参数选择等问题的处理却颇为困难，因为这些问题的解决需要专家的经验和创造性思维。因此将人工智能的原理和需要专家的经验和创造性思维。因此将人工智能的原理和方法，特别是专家系统的技术，与传统方法，特别是专家系统的技术，与传统CAD技术结合起来，技术结合起来，形成智能化形成智能化CAD系统是工程系统是工程CAD发展的必然趋势。发展的必然趋势。(3)标标准准化化。随随着着CAD技技术术的的发发展展，工工业业标标准准化化问问题题越越来来越越显显示示出出其其重重要要性性。迄迄今今已已制制定定了了许许多多标标准准，例例如如：计计算算机机图图形形接接口口CGI（computergrap

13、hics）、计计算算机机图图形形文文件件标标准准CGM（computergraphicsmetafile）、基基于于图图形形转转换换规规范范IGES（initialgraphicsexchangespecification）和和产产品品数数据据转转换换规规范范STEP（standardfortheexchangeofproductmodeldata）等。）等。(4)网络化。协同设计需要多学科专家的协同工作，而网络化。协同设计需要多学科专家的协同工作，而实现这一协作的基础就是计算机网络和多媒体技术。通过实现这一协作的基础就是计算机网络和多媒体技术。通过计算机网络，可以实现设计成员在设计过程中方便

14、地进行计算机网络，可以实现设计成员在设计过程中方便地进行信息交流，而信息交换的方式可以是电子邮件和视频会议信息交流，而信息交换的方式可以是电子邮件和视频会议系统等系统等。1.3CAD技术的应用技术的应用 1.3.1电子工业电子工业现现在在CAD技技术术在在电电子子工工业业中中的的应应用用已已经经发发展展到到高高度度集集成成化化，即即集集设设计计、制制造造和和分分析析于于一一体体的的CAD/CAM/CAE集集成成系系统统，能能完完成成设设计计图图纸纸输输入入、设设计计验验证证分分析析、数数控控加加工工程序的自动生成和自动测试等一系列工作。程序的自动生成和自动测试等一系列工作。 1.3CAD技术的

15、应用技术的应用1.3.2机械工业机械工业1.机械设计机械设计根据用户要求确定产品应该具备的功能，构想出产品根据用户要求确定产品应该具备的功能，构想出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状、以的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状、以及所用材料等事项，并转化为具体的描述，如图纸和设计及所用材料等事项，并转化为具体的描述，如图纸和设计文件等，以此作为制造、安装、检验的依据。文件等，以此作为制造、安装、检验的依据。机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和生命周机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和生命周期的第一个和最重要的环节，因为产品的成本期的第一个和最重要的环节，因为产品的

16、成本75%在设在设计阶段决定的，产品的性能计阶段决定的，产品的性能80%是在设计阶段决定的。是在设计阶段决定的。机械设计是一个机械设计是一个“设计设计评价评价再设计再设计”的反复的反复迭代、不断优化的过程。迭代、不断优化的过程。2.机械机械CAD设计方法设计方法机械机械CAD就是在机械设计领域采用就是在机械设计领域采用CAD设计方法。设计方法。机械设计机械设计CAD是是CAD技术应用重要领域。技术应用重要领域。3.机械机械CAD的工作方式的工作方式CAD技术的应用从根本上改变了传统设计的过程，技术的应用从根本上改变了传统设计的过程，改变了人们的思维方式，工作方式和生产管理方式。原因改变了人们的

17、思维方式，工作方式和生产管理方式。原因是载体发生了变化，已不再是图纸了。是载体发生了变化，已不再是图纸了。CAD工作方式体现工作方式体现在：在：并行设计。进行产品设计的各部门，可平行地进行并行设计。进行产品设计的各部门，可平行地进行各自地工作，同时，还可共享到他人的信息，从网络上获各自地工作，同时，还可共享到他人的信息，从网络上获得产品总体结构形状和尺寸、各部门的设计结果、分析计得产品总体结构形状和尺寸、各部门的设计结果、分析计算结果和试验测试数据，并能对共同感兴趣的进行讨论和算结果和试验测试数据，并能对共同感兴趣的进行讨论和协调。在设计中，这种协调是必不可少的。协调。在设计中，这种协调是必不

18、可少的。在设计阶段就可模拟零件加工装配，以及早发现加在设计阶段就可模拟零件加工装配，以及早发现加工工艺性方面的问题，甚至运动部件的相碰、相干涉的问工工艺性方面的问题，甚至运动部件的相碰、相干涉的问题。题。在设计阶段可以进行性能仿真，这将大幅度地减少在设计阶段可以进行性能仿真，这将大幅度地减少试验工作量和费用。试验工作量和费用。CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几个方面：技术在机械工业中的主要应用有以下几个方面：(1)二维绘图。二维绘图。(2)图形及符号库。图形及符号库。(3)参数化设计。参数化设计。(4)三维造型。三维造型。(5)工程分析。工程分析。(6)生成设计文档及报表生成设计文档及报

19、表。 1.3.3建筑工业建筑工业CAD技术在建筑领域也得到了充分的应用，目技术在建筑领域也得到了充分的应用，目前的建筑前的建筑CAD系统可以在图形显示屏幕上构画建系统可以在图形显示屏幕上构画建筑物的三维模型，进行建筑外形、周围环境、场地筑物的三维模型，进行建筑外形、周围环境、场地规划、日照效应等的设计，同时还可完成建筑物内规划、日照效应等的设计，同时还可完成建筑物内部的结构设计和内部的平面布置设计以及建筑的管部的结构设计和内部的平面布置设计以及建筑的管道设计、电气线路设计等，有些建筑道设计、电气线路设计等，有些建筑CAD系统还系统还包括工程概预算和工程投标子系统，为设计者、决包括工程概预算和工

20、程投标子系统，为设计者、决策者及工程投标提供支持。策者及工程投标提供支持。目前目前CAD应用中存在的问题：应用中存在的问题：CAD系统仅作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。系统仅作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。产品及零部件的标准化不足。产品及零部件的标准化不足。集成化程度不高，信息交换标准不统一。集成化程度不高，信息交换标准不统一。对数据和文档缺乏完善的编码和有效的分类系统。对数据和文档缺乏完善的编码和有效的分类系统。缺乏完善的数据管理和过程管理系统。缺乏完善的数据管理和过程管理系统。第第2章章计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统由由一一定定的的硬硬件件和和软软件件组组成成的的供供辅辅助助

21、设设计计使使用用的的系系统统称称为为CAD系统。系统。2.1CAD系统的硬件系统的硬件CAD系统的硬件由主机和外围设备组成，如图系统的硬件由主机和外围设备组成，如图2.1所示所示图图2.1CAD系统硬件的组成系统硬件的组成一主机一主机中央处理器中央处理器控制器：解释指令并控制指令的执行顺序控制器：解释指令并控制指令的执行顺序主机主机运算器：执行算术运算和逻辑运算运算器：执行算术运算和逻辑运算内存贮器组成。内存贮器组成。衡量主机的指标主要有以下三项：衡量主机的指标主要有以下三项：(1)字长。字长。(2)运运行行速速度度。常常用用以以下下指指标标来来度度量量主主机机的的运运行行速速度度：MIPS（

22、百百万万条指令条指令/秒）、秒）、Mflops（百万次浮点运算（百万次浮点运算/秒）或时钟频率。秒）或时钟频率。(3)内存容量内存容量。二外存贮器二外存贮器 外存贮器又称为辅助存贮器，简称外存，用来存放需要永久保外存贮器又称为辅助存贮器，简称外存，用来存放需要永久保存的或相对来说暂时不用的程序、数据等信息。存的或相对来说暂时不用的程序、数据等信息。 (1)(1) 磁带磁带: : (2) (2) 磁盘磁盘: : 软软磁盘、硬盘、移动硬盘磁盘、硬盘、移动硬盘(3) (3) 光盘光盘: : 只读型光盘只读型光盘只读型光盘只读型光盘CD-ROMCD-ROMCD-ROMCD-ROM 、DVD-ROMDV

23、D-ROMDVD-ROMDVD-ROM 可写型光盘可写型光盘可写型光盘可写型光盘CD-RCD-RCD-RCD-R、 DVD-RDVD-RDVD-RDVD-R 可重写型光盘可重写型光盘可重写型光盘可重写型光盘CD-RW CD-RW CD-RW CD-RW 、DVD-RWDVD-RWDVD-RWDVD-RW(1)(1)(4) U(4) U盘盘: :三输入设备三输入设备输入设备是向计算机输入数据、信息的设备总称。输入设备是向计算机输入数据、信息的设备总称。(1)键盘键盘(2)鼠标器鼠标器鼠鼠标标器器是是一一种种定定位位输输入入设设备备，可可很很方方便便地地完完成成定定位位、拾拾取取和和选选择择等等功

24、功能能。在在CAD作作业业中中，可可用用它它来来选选择择绘绘图图位位置置，拾取图形上的目标，选择菜单中的选项等。拾取图形上的目标，选择菜单中的选项等。目目前前微微机机上上最最常常见见的的是是串串行行口口鼠鼠标标器器，它它通通过过微微机机上上的的串行接口与主机相连。串行接口与主机相连。(3)数字化仪数字化仪数字化仪因制作原理不同而有多种型式，目前常用电磁数字化仪因制作原理不同而有多种型式，目前常用电磁感应式数字化仪，它是一种电子图数转换设备，该数字化感应式数字化仪，它是一种电子图数转换设备，该数字化仪通常由一块矩形台板和一个电子感应笔或游标指示器组仪通常由一块矩形台板和一个电子感应笔或游标指示器

25、组成，如图成，如图2.2所示。所示。(4)扫描仪扫描仪扫扫描描仪仪是是一一种种图图像像输输入入设设备备，利利用用光光电电转转换换原原理理，通通过过扫扫描描仪仪光光电电管管的的移移动动或或原原稿稿的的移移动动，把把黑黑白白或或彩彩色色的的原原稿稿信信息息数数字字化化后后输输入入到到计计算算机机中中，它它还还用用于于文文字字识识别别、图图像识别等新的领域。像识别等新的领域。扫扫描描仪仪是是一一种种能能将将图图纸纸及及文文件件快快速速输输入入到到计计算算机机的的高高速输入设备。速输入设备。(5)数码相机数码相机数码照相机使用电荷耦合器件作为成像部件。它把进数码照相机使用电荷耦合器件作为成像部件。它把

26、进数码照相机使用电荷耦合器件作为成像部件。它把进数码照相机使用电荷耦合器件作为成像部件。它把进入镜头照射于电荷耦合器件上的光影信号转换为电信号，入镜头照射于电荷耦合器件上的光影信号转换为电信号，入镜头照射于电荷耦合器件上的光影信号转换为电信号，入镜头照射于电荷耦合器件上的光影信号转换为电信号，再经模再经模再经模再经模/ /数转换器处理成数字信息，并把数字图像数据存数转换器处理成数字信息，并把数字图像数据存数转换器处理成数字信息，并把数字图像数据存数转换器处理成数字信息，并把数字图像数据存储在相机内的磁介质中。储在相机内的磁介质中。储在相机内的磁介质中。储在相机内的磁介质中。 数数码码相相机机可

27、可以以将将拍拍摄摄的的图图像像储储存存在在软软盘盘、Flash卡卡、PCMAIC卡卡等等存存储储装装置置中中，用用户户可可通通过过电电缆缆线线将将储储存存卡卡中中的图像输入计算机，并利用软件可对相片进行二次处理。的图像输入计算机，并利用软件可对相片进行二次处理。扫描仪的工作原理如图扫描仪的工作原理如图2.3所示。所示。图2.3扫描仪工作原理图CAD系系统统中中常常用用的的扫扫描描仪仪，其其输输出出的的是是矢矢量量化化的的图图形形，即即扫扫描描仪仪扫扫描描图图纸纸时时，得得到到一一个个光光栅栅文文件件，接接着着进进行行矢矢量量化化处处理理，输输出出一一种种格格式式紧紧凑凑的的二二进进制制矢矢量量

28、文文件件。对对于于不不同同的的CAD系系统统，还还需需对对上上述述的的二二进进制制矢矢量量文文件件进进行行格格式式转转换换，才才能能变变成成特特定定的的CAD系系统统可可接接受受的的图图形形文文件件格格式式，如如图图2.4所示。所示。图图2.4采用扫描仪的图形输入系统采用扫描仪的图形输入系统四输出设备四输出设备(1)打印机：打印机：撞击式打印机：撞击式打印机：24针点阵打印机针点阵打印机打印机打印机激光打印机激光打印机非撞击式打印机：非撞击式打印机：喷墨打印机喷墨打印机(2)绘图机：绘图机：平板式绘图机平板式绘图机笔式绘图机笔式绘图机绘图机绘图机滚筒式绘图机滚筒式绘图机喷墨绘图机喷墨绘图机非笔

29、式绘图机非笔式绘图机激光绘图机激光绘图机静电绘图机静电绘图机五图形显示设备五图形显示设备显显示示器器件件有有阴阴极极射射线线管管（CRT）、液液晶晶显显示示（LCD）、激激光光显显示示、等等离离子子体体显显示示等等。当当前前最最常常用用的的是是阴阴极极射射线线管管显示器和液晶显示器。显示器和液晶显示器。显示器所显示的数字、字符和图像是由一个个象素组显示器所显示的数字、字符和图像是由一个个象素组成的，象素是显示屏上的最小信息，每个小点称作一个象成的，象素是显示屏上的最小信息，每个小点称作一个象素。组成显示网络的象素多少决定了图形的清晰程度，通素。组成显示网络的象素多少决定了图形的清晰程度，通常用

30、分辨率表示，象素越多，分辨率越高。目前微机显示常用分辨率表示，象素越多，分辨率越高。目前微机显示器的分辨率通常有中分辨率（器的分辨率通常有中分辨率（600350，640480）和高分）和高分辨率（辨率（800600，1024768，12801024）两类。）两类。2.2CAD系统的软件系统的软件系统软件系统软件CAD系统的软件可分为三个层次系统的软件可分为三个层次支撑软件支撑软件应用软件应用软件一系统软件一系统软件系统软件指操作系统和系统实用程序等，它用于计算系统软件指操作系统和系统实用程序等，它用于计算机的管理、控制和维护。机的管理、控制和维护。1操作系统。操作系统。2编译系统。编译系统。3

31、系统实用程序。系统实用程序。二支撑软件二支撑软件1图形处理软件。负责图形处理软件。负责CAD的绘图。的绘图。2几何建模软件。几何建模软件。Pro/E等等3数据库管理系统。数据库管理系统。如如FoxBASE，FoxPRO，工程数据库等，工程数据库等计算方法库：如解线性方程组。计算方法库：如解线性方程组。优化方法软件：优化方法软件：4工程分析及计算软件工程分析及计算软件有限元分析软件：有限元分析软件：如如ADINA等等机构分析及机构综合的软件：机构分析及机构综合的软件：系统动态分析软件。系统动态分析软件。5文档制作软件。文档制作软件。WPS，WORD2003等。等。三三应用软件应用软件应应用用软软

32、件件是是用用户户为为解解决决各各类类实实际际问问题题，在在系系统统软软件件的的支支持持下下而而设设计计、开开发发的的程程序序，或或利利用用支支撑撑软软件件进进行行二二次次开开发发形形成成的的程程序序，应应用用软软件件的的功功能能和和质质量量直直接接影影响响CAD系系统统的功能和质量。的功能和质量。2.3CAD系统的型式系统的型式一大（中）型机系统一大（中）型机系统这种系统以大（中）型机为主机，拥有强大的运算能这种系统以大（中）型机为主机，拥有强大的运算能力和丰富的信息资源，可直接集中支持十几个，甚至几十力和丰富的信息资源，可直接集中支持十几个，甚至几十个个CAD终端，还可集中配备某些公用的外部

33、设备，如图形终端，还可集中配备某些公用的外部设备，如图形输入输入/输出设备等。这种系统的优点是主机功能强，可以输出设备等。这种系统的优点是主机功能强，可以完成大型、复杂的完成大型、复杂的CAD作业。作业。二工作站系统二工作站系统CAD工作站是一种适用于单用户、使用工作站是一种适用于单用户、使用UNIX操作系操作系统、具有极高的运算速度和强大的图形处理功能的计算机统、具有极高的运算速度和强大的图形处理功能的计算机系统。工作站在性能上优于微机，目前在我国市场上的国系统。工作站在性能上优于微机，目前在我国市场上的国内外工作站产品有内外工作站产品有HP、SUN、IBM、DEC、三星、华胜、三星、华胜、

34、海信等。海信等。三微机系统三微机系统以以32位位微微机机作作为为主主机机，为为单单用用户户系系统统，配配备备有有一一个个图图形形终终端端、图图形形输输入入设设备备、图图形形输输出出设设备备、外外部部存存储储器器等等设设备备。微机系统有如下两个特点：微机系统有如下两个特点：(1)微机性能价格比高。微机性能价格比高。(2)微机的硬件和软件配置灵活、丰富。微机的硬件和软件配置灵活、丰富。四网络型系统四网络型系统网络型网络型CAD系统是将分布于各处的多台各类计算机以系统是将分布于各处的多台各类计算机以网络形式连接起来。目前常用的网络型网络形式连接起来。目前常用的网络型CAD系统大多采用系统大多采用局域

35、网（局域网（LAN）。）。下面介绍三种常见的局域网网络拓扑结构：下面介绍三种常见的局域网网络拓扑结构：（1）总线拓扑结构：）总线拓扑结构：由由电电缆缆形形成成网网络络的的主主干干（总总线线），各各个个节节点点直直接接或或通通过较短电缆连到这个总线上，信号沿着总线传输。过较短电缆连到这个总线上，信号沿着总线传输。（2）星型拓扑结构：）星型拓扑结构：是是一一种种集集中中控控制制的的主主从从式式结结构构，除除中中心心节节点点外外，任任何何两个节点之间的通信都要经过中心节点。两个节点之间的通信都要经过中心节点。（3）环型拓扑结构：）环型拓扑结构：节点以环状相连，信息沿着这个环按顺序传递。如果节点以环状

36、相连，信息沿着这个环按顺序传递。如果下一个节点是这个信息的接收者，则它就接收这个信息，下一个节点是这个信息的接收者，则它就接收这个信息，否则就把这个信息转发出去。否则就把这个信息转发出去。第第3章章工程数据的处理工程数据的处理从总体上说，处理工程数据的方法有以下三种：从总体上说，处理工程数据的方法有以下三种：1程程序序化化处处理理：在在编编程程时时将将数数据据以以一一定定的的形形式式直直接接放放于于程序中。程序中。特点：程序与数据结合在一起。特点：程序与数据结合在一起。缺点：数据无法共享，增大程序的长度。缺点：数据无法共享，增大程序的长度。2文文件件化化处处理理：将将数数据据放放于于扩扩展展名

37、名为为.DAT的的数数据据文文件件中中，需要数据时，由程序来打开文件并读取数据。需要数据时，由程序来打开文件并读取数据。特点：数据与程序作了初步的分离，实现了有条件的数据特点：数据与程序作了初步的分离，实现了有条件的数据共享。共享。缺点：（缺点：（1）文件只能表示事物而不能表示事物之间）文件只能表示事物而不能表示事物之间的联系。的联系。（2）文件较长。）文件较长。（3）数据与应用程序之间仍有依赖关系。）数据与应用程序之间仍有依赖关系。（4）安全性和保密性差。）安全性和保密性差。3数数据据库库管管理理：将将工工程程数数据据存存放放到到数数据据库库中中，可可以以克克服服文件化处理的不足。文件化处理

38、的不足。特点：（特点：（1）数据共享。）数据共享。（2）数据集中。）数据集中。（3）数数据据结结构构化化，既既表表示示了了事事物物，又又表表示示了了事事物物之之间的联系。间的联系。（4）数据与应用程序无关。）数据与应用程序无关。（5）安全性和保密性好。）安全性和保密性好。由于由于CAD作业的性质以及数据处理的规模大小的不同，因作业的性质以及数据处理的规模大小的不同，因而必须根据实际情况选用上述三种数据处理方式的其中一种。而必须根据实际情况选用上述三种数据处理方式的其中一种。方式的选择原则是：有利于提高方式的选择原则是：有利于提高CAD作业的效率，降低开发作业的效率，降低开发的成本。的成本。3.

39、1数表的程序化处理数表的程序化处理3.1.1一维数表的处理一维数表的处理定定义义：只只由由一一个个已已知知变变量量查查取取所所需需数数据据的的表表格格，称称为为一一维数表。维数表。例例：表表31为为由由小小链链轮轮齿齿数数Z查查取取齿齿数数系系数数K的的一一维维数数表表，试对其进行程序化处理。试对其进行程序化处理。表表31Z9111315171921K0.4460.5550.6670.7750.8931.001.12Z23252729313335K1.231.351.461.581.701.811.94用用TurboC语言编程如下语言编程如下(yyyy1.c)：main()inti,Z1,ip

40、=20;intZ14=9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35;floatK14=0.446,0.555,0.667,0.775,0.893,1.00,1.12,1.23,1.35,1.46,1.58,1.70,1.81,1.94;printf(“请输入链轮齿数请输入链轮齿数Z1：”);scanf(“%d”,&Z1);for(i=0;i14;i+)if(Zi=Z1)ip=i;i=15;if(ip20)printf(“n当当Z=%d时，时，K=%f”,Zip,Kip);elseprintf(“n输入错误！输入错误！”);3.1.2二维数表的处理二维数表的处

41、理定定义义：需需由由二二个个已已知知条条件件才才能能确确定定一一个个未未知知数数据据的的表表格格，称为二维数表。称为二维数表。例例：表表32用用于于链链轮轮设设计计中中，由由节节距距t和和链链轮轮齿齿数数z查查取取链链轮轮轴轴孔孔最最大大直直经经dkmax和和齿齿侧侧凸凸缘缘最最大大直直经经dh，试试对对其其进进行行程程序序化处理。化处理。表表32节距t9.52512.7015.87519.0525.40齿数zdhdkdhdkdhdkdhdkdhdk1122113018372245276038132815382248305736775115352046285837704693611741245

42、434684582531107419472963417951946212684215333714789591077214295235937795199651198015910925654287571097313188175120取变量：取变量：齿数齿数zZii=1,2,3,8节距节距tTii=1,2,3,10dhDHi,ji=1,2,3,8j=1,2,3,10dkDKi,ji=1,2,3,8j=1,2,3,10节距t31.7538.1044.4550.863.50齿数zdhdkdhdkdhdkdhdkdhdk1176509160106711218015210313966411679135911

43、55105193132151178014095164111187129235163171379316511219313222015227519319158108189129221153253177316224211781222141482501752852003572542319913723816527819731822439827825219152263184307217335249438310用用TurboC语言编程如下语言编程如下(yyyy2.c)：main()inti,j,Z1,ip=20,jp=20;floatT1;intZ8=11,13,15,17,19,21,23,25;floa

44、tT10=9.525,12.7,15.875,19.05,25.4,31.75,38.1,44.45,50.8,63.5;intDH810=22,30,37,45,60,76,91,106,121,152,28,38,48,57,77,96,116,135,155,193,35,46,58,70,93,117,140,164,187,235,41,54,68,82,110,137,165,193,220,275,47,63,79,94,126,158,189,221,253,316,53,71,89,107,142,178,214,250,285,357,59,79,99,119,159,19

45、9,238,278,318,398,65,87,109,131,175,219,263,307,315,438,;intDK810=11,18,22,27,38,50,60,71,80,103,15,22,30,36,51,64,79,91,105,132,20,28,37,46,61,80,95,111,129,163,24,34,45,53,74,93,112,132,152,193,29,41,51,62,84,108,129,153,177,224,33,47,59,72,95,122,148,175,200,254,37,51,65,80,109,137,165,196,224,27

46、8,42,57,73,88,120,152,184,217,249,310;printf(“请输入链轮齿数请输入链轮齿数Z1：”);scanf(“%d”,&Z1);for(i=0;i8;i+)if(Zi=Z1)ip=i;i=9;printf(“请输入节距请输入节距T1：”);scanf(“%f”,&T1);for(j=0;j10;j+)if(Tj=T1)jp=j;j=11;if(ip20&jp20)printf(“n当当z=%d,t=%f时，时，dh=%d,dkmax=%d”,Zip,Tjp),DHipjp,DHipjp);elseprintf(“n输入错误！输入错误！”);3.2数表的文件化

47、处理数表的文件化处理1 1用编辑软件产生顺序文件用编辑软件产生顺序文件 2 2用程序生成顺序文件用程序生成顺序文件main()main() int i; int i; int a10=1,2,3,4,5,60,70,80,90,100; int a10=1,2,3,4,5,60,70,80,90,100; FILE *fp; FILE *fp; fp=fopen( fp=fopen(“AA.DATAA.DAT”, , “w w”);); for(i=0;i5;i+) for(i=0;i5;i+) fprintf(fp, fprintf(fp, “%d %d ”; ai); ai); fprin

48、tf(fp, fprintf(fp, “nn”);); for(i=5;i10;i+) for(i=5;i10;i+) fprintf(fp, fprintf(fp, “%d %d ”; ai); ; ai); fclose(fp); fclose(fp); 3 3文件的读取和检索文件的读取和检索以表以表31由小链轮齿数由小链轮齿数Z查齿数系数查齿数系数K的文件化处的文件化处理为例：理为例：建立数据文件建立数据文件ZK.DAT如下：如下：911131517192123252729313335380.4460.5550.6670.7750.8931.01.121.231.351.461.581.

49、701.811.942.12用用TurboC语言编程如下语言编程如下(yyyy3.c)：main()inti,z1,z15,jp=20;floatk15;FILE*fp;fp=fopen(“ZK.DAT”,“r”);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,“%d”,&zi);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,“%f”,&ki);fclose(fp);printf(“请输入链轮齿数请输入链轮齿数z1：”);scanf(“%d”,&z1);for(i=0;i15;i+)if(zi=z1)ip=i;i=16;if(ip20)printf(“n当当z=%d时，时，k=%f”,

50、zip,kip);elseprintf(“n输入错误！输入错误！”);3.3一维数表的插值处理一维数表的插值处理由由于于一一维维数数表表只只给给出出了了结结点点X1，X2，Xn对对应应的的函函数数值值Y1，Y2，Yn，而而对对于于非非结结点点上上的的函函数数值值，如如对对表表31，欲欲取取非非结结点点Z1=18或或Z1=24时时的的K值，则必须用插值法解决。值，则必须用插值法解决。1 1线性插值法：线性插值法：已知：两点（已知：两点（X1，Y1），（），（X2，Y2）求：求：位于位于X1，X2之间的之间的X坐标对应的坐标对应的Y可用如下的线性插值公式：可用如下的线性插值公式：Y=Y1+(Y2Y

51、1)(XX1)/(X2X1)仍仍以以小小链链轮轮齿齿数数Z查查齿齿数数系系数数K为为例例，具具有有线线性性插插值值功功能的文件化处理程序如下能的文件化处理程序如下(yyyy4.c)：main()inti,z1,z15,x1,x2,ip=20,key1=0;floaty1,y2,kz,k15;FILE*fp;fp=fopen(zk.dat,r);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,%d,&zi);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,%f,&ki);fclose(fp);printf(Inputz1:);scanf(%d,&z1);for(i=0;i15;i+)if(z

52、i=z1)kz=ki;key1=1;i=16;if(key1=0)for(i=0;i15;i+)if(ziz1)x1=zi1;y1=ki1;x2=zi;y2=ki;kz=y1+(y2y1)*(z1x1)/(x2x1);printf(nz=%d,k=%f,z1,kz);2 2拉格朗日二次插值（抛物线插值）：拉格朗日二次插值（抛物线插值）：已知：三点（已知：三点（X1，Y1），（），（X2，Y2），（），（X3，Y3）求求：位位于于X1，X2之之间间或或X2，X3之之间间的的X坐坐标标对对应应的的Y可可用用如如下下的的抛抛物物线线插插值公式：值公式：Y=(XX2)(XX3)/(X1X2)(X1X3

53、)*Y1+(XX1)(XX3)/(X2X1)(X2X3)*Y2+(XX1)(XX2)/(X3X1)(X3X2)*Y3抛物线插值的抛物线插值的C语言函数如下：语言函数如下：floatlarg(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x0)intx1,x2,x3,x0;floaty1,y2,y3;inti,j,x3;floatp,y0,y3;x0=x1;y0=y1;x1=x2;y1=y2;x2=x3;y2=y3;y0=0.0;for(i=0;i3;i+)p=1.0;for(j=0;j3;j+)if(i!=j)p=p*(x0xj)/(xixj);y0=y0+p*yi;return(y0);3.4线图的处

54、理线图的处理线图的处理方法有两种，一种是将其转换成表线图的处理方法有两种，一种是将其转换成表格，对非表格节点采用插值法求得；另一种方法是格，对非表格节点采用插值法求得；另一种方法是将其写成公式表示。将其写成公式表示。3.4.1 3.4.1 线图的表格化处理线图的表格化处理如如果果能能把把线线图图转转换换成成表表格格，那那么么就就可可以以使使用用数数表表的的处处理理方方法法对对其其进进行行处处理理。现现有有图图3.1所所示示线线图图，下下面对其进行表格化处理：面对其进行表格化处理： 在在图图3.1所所示示线线图图上上取取n个个节节点点（X1，Y1）（X2，Y2）（Xn,Yn），将将其其制制成成表

55、表格格如如表表33所所示示。节节点点数数取取得得越越多多，精精度度就就越越高高。节节点点的的选选取取原原则则是是使各节点的函数值不致相差很大。使各节点的函数值不致相差很大。图图3.1线图线图X1X2X3.XnY1Y2Y3Yn将将线线图图表表格格化化后后，再再参参照照数数表表处处理理方方法法，用用程程序序化化或或文文件化处理方法进行处理。件化处理方法进行处理。 3.4.2 3.4.2 线图的公式化处理线图的公式化处理上上述述线线图图的的表表格格化化处处理理方方法法，不不仅仅工工作作量量较较大大，而而且且还还需需占占用用大大量量的的存存储储空空间间。因因此此，理理想想的的线线图图处处理理方方法法是

56、是对对线线图图进行公式化处理。进行公式化处理。线线图图的的公公式式化化处处理理有有两两种种方方法法。一一种种是是找找到到线线图图原原来来的的公公式式，另另一一种种是是用用曲曲线线拟拟合合的的方方法法求求出出描描述述线线图图的的经经验验公公式式。曲曲线线拟拟合合的的方方法法很很多多，常常用用的的是是最最小小二二乘乘法法。下下面面介介绍绍曲曲线线拟拟合的最小二乘法。合的最小二乘法。表3-31 1最小二乘法拟合的基本原理最小二乘法拟合的基本原理已知：线图曲线已知：线图曲线I I求：多项式求：多项式y=Pm(x)y=Pm(x)，它表示的曲线为，它表示的曲线为IIII图图3-2 3-2 数据的曲线拟合数

57、据的曲线拟合在曲线在曲线I I上取上取n n个点（个点（xixi，yiyi） i=1i=1，2 2，3 3，n n设拟合公式为设拟合公式为因此每一结点处的偏差为因此每一结点处的偏差为偏差的平方和为偏差的平方和为2 2最小二乘法的多项式拟合最小二乘法的多项式拟合 设拟合的设拟合的m m次多项式为次多项式为 则结点偏差的平方和为则结点偏差的平方和为因因为为是是已已知知的的一一组组数数，它它们们在在式式中中可可看看作作常常数数，因因此此可可以看作是的函数，即以看作是的函数，即求求出出为为极极小小时时的的的的值值，并并将将它它们们代代入入式式（31）中中，所所得得的的多多项项式式即即为为所所求求的的拟

58、拟合合曲曲线线方方程程式式。此此时时的的问问题题是是求求偏偏差平方和的极值，欲使为极小，必须使差平方和的极值，欲使为极小，必须使于是于是的条件也就为的条件也就为即即3.5工程数据的数据库管理工程数据的数据库管理 3.5.1 3.5.1 数据库系统及管理数据库系统及管理数据库系统是一种能够数据库系统是一种能够“管理大量的、持久的、可靠的、管理大量的、持久的、可靠的、共享的数据的工具共享的数据的工具”，通俗地讲，数据库系统可把诸如表格、，通俗地讲，数据库系统可把诸如表格、卡片、设备及零部件等数据有组织地集合在一起，输入到计算卡片、设备及零部件等数据有组织地集合在一起，输入到计算机，然后通过计算机处

59、理，再按一定要求输出结果。机，然后通过计算机处理，再按一定要求输出结果。虽然数据库也是以文件方式存储数据，但它是数据的一种虽然数据库也是以文件方式存储数据，但它是数据的一种高级组织形式。在应用程序和数据库之间，有一个新的数据管高级组织形式。在应用程序和数据库之间，有一个新的数据管理软件理软件DBMS（DataBaseManagementSystem），即数据库管），即数据库管理系统。数据库管理系统是一组专门处理、访问数据库的程序，理系统。数据库管理系统是一组专门处理、访问数据库的程序，它可完成数据库的定义、管理、建立、维护等操作，是用户与它可完成数据库的定义、管理、建立、维护等操作，是用户与数

60、据库之间的接口。数据库之间的接口。每每一一种种数数据据库库管管理理系系统统都都是是基基于于某某种种数数据据模模型型的的。数数据据模模型型是是指指数数据据库库内内部部数数据据的的组组织织方方式式，描描述述了了数数据据之之间间的的各各种种联联系。现行数据库系统中，常用的数据模型有以下三种：系。现行数据库系统中，常用的数据模型有以下三种：1 1层次模型层次模型用树形结构表示实体之间联系的模型称为层次模型，它能描用树形结构表示实体之间联系的模型称为层次模型，它能描述一对多的关系。述一对多的关系。2网状模型网状模型这这种种模模型型是是用用网网状状数数据据结结构构来来描描述述数数据据库库的的总总体体逻逻辑

61、辑结结构构，它体现了事物之间它体现了事物之间“多对多多对多”的关系。的关系。3关系模型上述两种模型都是结构化模型，使用时，事先均上述两种模型都是结构化模型，使用时，事先均需根据应用的需要，将数据之间的逻辑关系固定下来，需根据应用的需要，将数据之间的逻辑关系固定下来，所以缺乏柔性。所以缺乏柔性。关系模型把实体与实体间的联系归结为二维表的关系模型把实体与实体间的联系归结为二维表的组织结构，每一张二维表称为一个关系，其中表中的组织结构，每一张二维表称为一个关系，其中表中的每行为一个记录，每列为数据项（称为字段）。每行为一个记录，每列为数据项（称为字段）。关系模型的特点是结构比较简单，但能够处理复关系

62、模型的特点是结构比较简单，但能够处理复杂的实体之间的联系，因此得到广泛的应用。目前国杂的实体之间的联系，因此得到广泛的应用。目前国内普遍应用的内普遍应用的FoxBASE，FoxPro都是关系数据库系统都是关系数据库系统3.5.2 FoxPro3.5.2 FoxPro关系型数据库系统关系型数据库系统1 1FoxProFoxPro系统简介系统简介(1)命命令令。在在FoxPro语语言言中中，对对数数据据的的操操作作都都是是由由命命令令来来完完成成的的。命命令令相相当当于于一一般般高高级级语语言言中中的的语语句句，但更精炼。但更精炼。FoxPro操作命令的一般形式为：操作命令的一般形式为：命命 令令

63、 动动 词词 FORWHILE(2)函函数数。在在FoxPro中中提提供供了了大大量量的的内内部部函函数数，每每个个函函数数都都有有函函数数名名。FoxPro提提供供了了七七大大类类函函数数，包包括括字字符符处处理理函函数数、数数值值函函数数、逻逻辑辑函函数数、日日期期和和时时间间函函数、数据库操作函数、系统函数和其他函数数、数据库操作函数、系统函数和其他函数。(3)文件。文件。FoxPro有多种文件类型，以扩展名不同有多种文件类型，以扩展名不同来区分。(4)操操作作符符。FoxPro提提供供了了四四种种类类型型的的运运算算，因因而而有有四四种种操操作符：作符：算术操作符算术操作符:+、*、/

64、、*、（）、（）、%关系操作符关系操作符:、=、=、=、or#逻辑操作符逻辑操作符:AND、OR、NOTor！字符串操作符字符串操作符:+、(5)数数据据库库结结构构。对对数数据据库库中中每每个个字字段段的的定定义义建建立立了了数数据据库库文文件的数据结构。字段定义由三项组成：件的数据结构。字段定义由三项组成：字段名字段名:字段名可达字段名可达10个字符长，必须用一个字母打头个字符长，必须用一个字母打头字段类型字段类型:FoxPro针对字段变量定义了五种数据类型：针对字段变量定义了五种数据类型：C字符型字符型N数字型数字型D日期型（月日期型（月/日日/年）年）L逻辑型逻辑型M明细型明细型字段宽

65、度字段宽度:指在字段中含有字符或数字的最大个数。指在字段中含有字符或数字的最大个数。 2 2FoxProFoxPro常用命令常用命令FoxPro数数据据库库系系统统提提供供了了100多多种种操操作作命命令令，包包括括数数据据库库文文件件的的建建立立、编编辑辑、使使用用、检检索索、统统计计、多多重重数数据据库库操操作作、报报表表输输出出及及其其他他辅辅助助功功能能等等。下下面面介介绍一些绍一些FoxPro的常用命令。的常用命令。(1)CREATE命令命令CREATE为为建建立立数数据据库库文文件件基基本本结结构构的的命命令令，其其一般格式为：一般格式为：CREATE该该命命令令将将建建立立一一个

66、个用用户户给给定定的的数数据据库库文文件，默认扩展名为件，默认扩展名为.DBF。(2)APPEND命令命令APPEND命令用于向数据库命令用于向数据库“追加追加”数据记录。数据记录。(3)USE命令命令USE命令用于打开数据库文件，其一般格式为：命令用于打开数据库文件，其一般格式为：USE(4)LIST命令命令LIST命命令令常常被被用用来来显显示示数数据据库库文文件件中中的的所所有有记记录录或显示数据库文件的结构。或显示数据库文件的结构。(5)DISPLAY命令命令DISPLAY命命令令与与LIST命命令令的的功功能能相相似似，但但当当没没有有指定范围时，指定范围时，DISPLAY命令只显示

67、当前一条记录。命令只显示当前一条记录。(6)GOTO命令命令GOTO命令是将记录指针直接定位到指定的记录上命令是将记录指针直接定位到指定的记录上(7)SKIP命令命令SKIP命令的一般格式为：命令的一般格式为：SKIP该该命命令令用用于于将将记记录录指指针针从从当当前前位位置置向向前前或或向向后后移移动动，移移动动的记录数等于的记录数等于的值。的值。(8)EDIT命令命令EDIT命令用于从当前记录开始顺序修改记录。命令用于从当前记录开始顺序修改记录。(9)LOCATE命令命令LOCATE命命令令用用来来在在无无索索引引的的数数据据库库文文件件中中查查找找满满足足条条件件的记录，它的一般格式为：

68、的记录，它的一般格式为：LOCATEFORWHILE(10)SUM命令命令SUM命命令令用用来来对对有有关关数数字字型型字字段段的的表表达达式式求求和和，它它的的一一般般格式为格式为:SUMFORWHILE 3 3FoxProFoxPro常用函数：常用函数：在在FoxPro中中提提供供了了大大量量的的内内部部函函数数,以以满满足足用用户户进进行行数数据据库库编程的需要。下面分类介绍编程的需要。下面分类介绍FoxPro中的常用函数。中的常用函数。(1)数学运算函数数学运算函数*取绝对值函数取绝对值函数ABS()*指数函数指数函数EXP()*取整函数取整函数INT()*自然对数函数自然对数函数LO

69、G()*平方根函数平方根函数SQRT()*最大值函数最大值函数MAX()(2)字符函数字符函数这这里里只只介介绍绍求求子子串串函函数数SUBSTR()，调调用用该该函函数数的的一一般般格格式式为：为：SUBSTR（，）(3)转换函数转换函数*小写转换大写函数小写转换大写函数UPPER()*大写转换小写函数大写转换小写函数LOWER()*数字型转换成字符型函数数字型转换成字符型函数STR()*字符型转换成数字型函数字符型转换成数字型函数VAL()(4)测试函数测试函数*数据类型测试函数数据类型测试函数TYPE()*字符串长度测试函数字符串长度测试函数LEN()*光标行坐标测试函数光标行坐标测试函

70、数ROW()*光标列坐标测试函数光标列坐标测试函数COL()*文件结束测试函数文件结束测试函数EOF() 4 4建立数据库和数据录入建立数据库和数据录入数数据据库库文文件件的的建建立立包包括括两两个个步步骤骤：首首先先是是定定义义数数据据库库结结构构，也也就就是是要要把把数数据据库库含含有有多多少少个个字字段段，每每个个字字段段的的特特征征（字字段段名名、数数据据类类型型、字字段段宽宽度度、小小数数点点位位数数）告告诉诉系系统统。其其次次是是按照定义好的数据库结构输入每条记录的数据内容。按照定义好的数据库结构输入每条记录的数据内容。(1)定义数据库结构：定义数据库结构：可用定义数据库结构的命令

71、可用定义数据库结构的命令CREATE或利用或利用FoxPro菜单系菜单系统定义一个新的数据库。统定义一个新的数据库。(2)数据的输入：数据的输入：FoxPro有多种数据输入方式，最常用的有以下三种：有多种数据输入方式，最常用的有以下三种：*立即方式输入数据立即方式输入数据*扩充方式追加新记录扩充方式追加新记录*使用使用BROWSE命令增加数据命令增加数据 5 5程序设计程序设计FoxPro不仅提供了单命令的工作方式，还允许用不仅提供了单命令的工作方式，还允许用户编写程序执行预定的操作，即可将户编写程序执行预定的操作，即可将FoxPro提供的提供的命令、函数和程序控制语句组织成为有序的集合，命令

72、、函数和程序控制语句组织成为有序的集合，并以文件的形式存放在磁盘上，这个有序的集合称并以文件的形式存放在磁盘上，这个有序的集合称之为之为FoxPro源程序，这个文件称之为源程序文件。源程序，这个文件称之为源程序文件。在在FoxPro中，源程序的扩展名为中，源程序的扩展名为.PRG，程序文件可，程序文件可用任何一种编辑软件建立和修改。程序设计功能为用任何一种编辑软件建立和修改。程序设计功能为用户在用户在FoxPro系统的基础上开发各自所需的数据库系统的基础上开发各自所需的数据库应用软件提供了保证。应用软件提供了保证。3.5.3 3.5.3 数表的数据库处理数表的数据库处理我我们们可可以以用用Fo

73、xPro数数据据库库来来处处理理表表格格数数据据。下下面面以以表表32二二维维数数表表为为例例来来介介绍绍数数表表的的数数据据库库处处理理方方法：法：1建立数据库文件：建立数据库文件：确定数据结构：确定数据结构：字段名字段名类型类型宽度宽度小数小数1齿数齿数ZN202节距节距TN633凸缘直径凸缘直径DHN614轴孔直径轴孔直径DKN61建立建立TABP.DBF库文件，并输入记录的内容：库文件，并输入记录的内容：记录号记录号齿数齿数Z节距节距T凸缘直径凸缘直径DH轴孔直径轴孔直径DK1119.52522112139.52528153159.5253520.8259.525654291112.7

74、03018101312.703822.802563.50438310共有共有80个记录个记录READDOWHILE.NOT.EOF()IF齿数齿数Z=ZZ.AND.节距节距T=TTCLEARDISPLAYGOTOBOTTOMSKIP1ENDIFSKIPENDDOSETTALKONRETURN程程序序文文件件建建好好后后，可可在在FoxPro命命令令窗窗口口使使用用DO命令执行如下：命令执行如下：DOTABP 3.5.4 FoxPro 3.5.4 FoxPro与高级语言的接口与高级语言的接口FoxPro与与高高级级语语言言之之间间的的数数据据通通信信是是以以文文本本文文件件为为媒媒介介的的，其过

75、程如图其过程如图3.10所示。所示。图图3.10FoxPro与高级语言之间的数据通信与高级语言之间的数据通信 1 1FoxProFoxPro向高级语言传送数据向高级语言传送数据FoxPro与与高高级级语语言言交交换换数数据据可可以以通通过过系系统统数数据据格格式式文文件件（SDF）和和通通用用格格式式文文件件实实现现。FoxPro建建立立文本文件（扩展名为文本文件（扩展名为.TXT）的命令为：）的命令为：COPYTOTYPE该该命命令令是是由由当当前前打打开开的的数数据据库库文文件件生生成成指指定定的的文文本本格格式式文文件件，而而生生成成文文件件的的类类型型由由指定。文件类型可以为：指定。文

76、件类型可以为：SDF系统数据格式文件，又称标准格式文件。系统数据格式文件，又称标准格式文件。DELIMITED通用格式文件通用格式文件,也称带定界符的格也称带定界符的格式文件。式文件。 2 2FoxProFoxPro接收由高级语言传递的文本文件的数据接收由高级语言传递的文本文件的数据如如果果高高级级语语言言按按照照系系统统数数据据格格式式文文件件和和通通用用格格式式文文件件的的格格式式生生成成文文本本文文件件，就就可可将将数数据据追追加加到到数数据据库库文文件件中中去去。APPENDFROMTYPE命命令令是是将将已已有有的的系系统统数数据据格格式式文文件件和和通通用用格格式式文文件件追追加加

77、到到当当前前打开的数据库文件中，该命令的一般格式为：打开的数据库文件中，该命令的一般格式为：APPENDFROMTYPE其中其中为文本格式文件名，为文本格式文件名，为为SDF或或DELIMITED。3.5.5 3.5.5 工程数据库简介工程数据库简介CAD是是一一个个十十分分复复杂杂的的系系统统，具具有有十十分分复复杂杂的的数数据据类类型型和和联联系系以以及及大大量量的的工工程程数数据据。采采用用一一般般的的事事物物管管理理数数据据库库系系统统并并不不能能完完全全满满足足CAD作作业业的的需需要要 ， 因因 而而 出出 现现 了了 工工 程程 数数 据据 库库 管管 理理 系系 统统EDBMS

78、（ Engineering Data Base ManagementSystem）。）。 1 1工程设计中的数据工程设计中的数据在事物型管理领域中，数据类型较单一，主要在事物型管理领域中，数据类型较单一，主要是文字型。而在工程领域中，数据种类多、结构复是文字型。而在工程领域中，数据种类多、结构复杂。工程设计中的数据类型主要有以下杂。工程设计中的数据类型主要有以下4种：种：(1)管理型数据。主要包括产品设计和制造中所管理型数据。主要包括产品设计和制造中所用到的数据资料，如标准、规范、材料、产品目录用到的数据资料，如标准、规范、材料、产品目录等。等。(2)设设计计型型数数据据。指指在在工工程程设设

79、计计与与制制造造中中产产生生的的数数据据，如如设设计计的的产产品品结结构构数数据据、中中间间变变量量以以及及各各子子系系统统间间信信息息交交流流的的数据等。数据等。(3)图图形形数数据据。包包括括各各种种工工程程图图表表、二二维维工工程程图图形形、三三维维几何造型等数据。几何造型等数据。(4)各各种种软软件件包包。进进行行工工程程计计算算及及图图形形处处理理的的软软件件，如如有有限限元元分分析析、优优化化设设计计、强强度度校校核核、动动力力分分析析、三三维维图图形形显显示示等。等。2 2对工程数据库系统的要求对工程数据库系统的要求(1)支持复杂的数据类型，反映复杂的数据结构。支持复杂的数据类型

80、，反映复杂的数据结构。(2)支持反复建立、评价、修改并完善模型的设计过程。支持反复建立、评价、修改并完善模型的设计过程。(3)工程数据模型必须支持层次性的设计结构。工程数据模型必须支持层次性的设计结构。(4)支持多用户的工作环境并保证在这种环境下各类数据支持多用户的工作环境并保证在这种环境下各类数据语义的一致性。语义的一致性。(5)具有良好的用户界面。具有良好的用户界面。 第第4 4章章 图形坐标变换与裁剪图形坐标变换与裁剪4.1 4.1 二维图形的坐标变换二维图形的坐标变换在在图图形形显显示示过过程程中中，用用户户需需对对图图形形进进行行平平移移、放放大大、旋旋转转等等基基本本的的几几何何变

81、变换换操操作作。图图形形的的平平移移、放放大大、旋旋转转从从数数学学上上看看都都是是几几何何性性质质的的“变变换换”，故故又称为图形的几何变换又称为图形的几何变换对对二二维维图图形形的的坐坐标标变变换换，就就是是指指在在不不改改变变图图形形连连线次序的情况下，对一个平面点集进行线性变换。线次序的情况下，对一个平面点集进行线性变换。 1 1二维图形坐标变换的基本原理：二维图形坐标变换的基本原理：(1)平移变换：平移变换：一一个个点点P(x,y)平平移移到到P*(x*,y*)，平平移移后后产产生生的的新新坐坐标如下标如下x*=x+Dxy*=y+Dy(2)变比例变换：变比例变换：X*=SxXY*=S

82、yY对一个三角形进行变比例变换，同样仅需将该三角形的三对一个三角形进行变比例变换，同样仅需将该三角形的三个顶点进行变比例变换。然后在变换后的三顶点间按个顶点进行变比例变换。然后在变换后的三顶点间按A、B、C次序次序连线，就可得到变比例变换后的三角形，如图所示。连线，就可得到变比例变换后的三角形，如图所示。(3)旋转变换：旋转变换：X*=XcosYsinY*=Xsin+Ycos2 2坐标变换的矩阵表示形式：坐标变换的矩阵表示形式：前面已介绍，对二维图形的坐标变换，实际上是对一个前面已介绍，对二维图形的坐标变换，实际上是对一个平面点集进行线性变换。由于点集可用矩阵的方式来表达，因平面点集进行线性变

83、换。由于点集可用矩阵的方式来表达，因此对点的变换可以通过相应的矩阵运算来实现，即：此对点的变换可以通过相应的矩阵运算来实现，即：一个点的坐标可以用矩阵形式一个点的坐标可以用矩阵形式xy或或表示，坐标变表示，坐标变换的矩阵表示形式为：换的矩阵表示形式为：X*Y*=XY=aX+cYbX+dY其中：其中：T=为变换矩阵。为变换矩阵。当当T矩阵各元素取不同值时，便可得到不同的变换结果矩阵各元素取不同值时，便可得到不同的变换结果注意，不论变换矩阵中的元素注意，不论变换矩阵中的元素a、b、c、d为何值时，都不为何值时，都不能使图形产生平移变换，即用能使图形产生平移变换，即用2行行2列的变换矩阵不能实现图列

84、的变换矩阵不能实现图形的平移变换。这就需要使用图形的另一种表示方法形的平移变换。这就需要使用图形的另一种表示方法齐次齐次坐标。坐标。 3 3齐次坐标与齐次变换矩阵：齐次坐标与齐次变换矩阵：为为了了进进行行平平移移变变换换，要要给给二二维维点点的的位位置置矢矢量量增增加加一一个个附附加加坐坐标标，使使之之成成为为三三维维行行向向量量xyl，即即用用点点的的齐齐次次坐坐标标表表示示，这样便可进行运算了。这样便可进行运算了。(1)齐次坐标：齐次坐标：齐齐次次坐坐标标是是将将一一个个n维维空空间间的的点点用用n+1维维坐坐标标来来表表示示。如如在在直直角角坐坐标标系系中中，二二维维点点xy的的齐齐次次

85、坐坐标标通通常常用用三三维维坐坐标标HxHyH表表示示，一一个个三三维维点点xyz的的齐齐次次坐坐标标通通常常用用四四维维坐坐标标HxHyHzH表表示示。在在齐齐次次坐坐标标系系中中，最最后后一一维维坐坐标标H称称为为比例因子。比例因子。三维直角坐标与其齐次坐标的关系是：三维直角坐标与其齐次坐标的关系是：x=Hx/Hy=Hy/Hz=Hz/H由由于于H的的取取值值是是任任意意的的，所所以以任任一一点点可可用用多多组组齐齐次次坐坐标标表表示示。在在一一般般使使用用中中，总总是是将将H设设为为“1”，以以保保持持两两种坐标的一致。种坐标的一致。(2)齐次变换矩阵：齐次变换矩阵：对对于于二二维维坐坐标

86、标系系上上的的点点，齐齐次次坐坐标标为为HxHyH,而而齐齐次坐标变换矩阵的形式是：次坐标变换矩阵的形式是：T=可将该矩阵分为四部分，其作用可将该矩阵分为四部分，其作用分别为：分别为：的作用是对被变换点的坐标进行放大、缩小和旋转变换；的作用是对被变换点的坐标进行放大、缩小和旋转变换；mn的作用是对变换点的坐标进行平移变换；的作用是对变换点的坐标进行平移变换；的作用是对变换点的坐标进行投影变换；的作用是对变换点的坐标进行投影变换；s是整个变换中的比例系数。是整个变换中的比例系数。下面分别介绍利用齐次变换矩阵进行平移变换、变比例变换和下面分别介绍利用齐次变换矩阵进行平移变换、变比例变换和旋转变换：

87、旋转变换：(a)当当T= 时时XHYHH=XY1=X+mY+n1X*=XH/H=X+mY*=YH/H=Y+n这时为平移变换这时为平移变换 4 4二维复合变换：二维复合变换：实际上，上述介绍的几种基本变换一般不单独出现，通常实际上，上述介绍的几种基本变换一般不单独出现，通常出现的都是复合变换。有的图形须经过多次基本变换才能完出现的都是复合变换。有的图形须经过多次基本变换才能完成，这种由两个以上基本变换构成的变换称为复合变换。设成，这种由两个以上基本变换构成的变换称为复合变换。设各次变换的变换矩阵分别为各次变换的变换矩阵分别为T1，T2，Tn，则复合变换矩，则复合变换矩阵是各次变换矩阵的乘积。阵是

88、各次变换矩阵的乘积。例例：当当图图形形要要对对画画面面中中的的某某一一点点(x0,y0)作作放放大大时时，可可通通过过如下三种基本变换复合而成：如下三种基本变换复合而成：(1)首首先先将将坐坐标标原原点点（0，0）平平移移至至（x0，y0），变变换换矩矩阵阵为：为：T1=(2)然后图形以（然后图形以（x0，y0）为中心作放大，变换矩阵为：）为中心作放大，变换矩阵为：(3)最后将坐标原点自（最后将坐标原点自（x0，y0）的位置移回原处（）的位置移回原处（0，0）变换矩阵为：变换矩阵为：T2=T3=则则以以点点（x0，y0）为为中中心心，放放大大系系数数分分别别为为Sx、Sy的的复合变换矩阵为：复

89、合变换矩阵为：T=T1T2T3=同同理理，当当图图形形绕绕坐坐标标原原点点以以外外的的任任意意点点（x0，y0）作作旋旋转转时时，也也可可以以通通过过三三种种基基本本变变换换复复合合而而成成，即即将将旋旋转转中中心心平平移移到到坐坐标标原原点点，其其变变换换矩矩阵阵为为T1；然然后后使使图图形形绕绕坐坐标标原原点点旋旋转转角角，变变换换矩矩阵阵为为T2；最最后后将将旋旋转转中中心心平平移移回回原原来来的的位位置置，其其变变换换矩矩阵阵为为T3。则则绕绕坐坐标标原原点点以以外外的的任任意意点点旋旋转转角的复合变换矩阵为：角的复合变换矩阵为：T=T1T=T1T2T2T3=T3=4.2 4.2 三维

90、图形的坐标变换三维图形的坐标变换三三维维图图形形的的坐坐标标变变换换是是二二维维图图形形坐坐标标变变换换的的简简单单扩扩展。三维齐次坐标变换矩阵的形式是：展。三维齐次坐标变换矩阵的形式是：T= 产生变比例变换、旋转变换、反射（对称）变换等产生变比例变换、旋转变换、反射（对称）变换等lmn产生沿产生沿x、y、z三个方向的平移变换。三个方向的平移变换。s产生全比例变换产生全比例变换产生透视变换产生透视变换 4.2.1 4.2.1 三维基本变换三维基本变换1比例变换：2反射（对称）变换：(1)对对xoy平面的反射变换平面的反射变换(2)对对xoz平面的反射变换平面的反射变换T=T=T=(3)对对yo

91、z平面的反射变换平面的反射变换3 3平移变换：平移变换：平移变换是指立体在空间沿平移变换是指立体在空间沿x、y、z三个方向移动一个位置，而立三个方向移动一个位置，而立体本身的大小和形状并不改变。齐次变换矩阵为：体本身的大小和形状并不改变。齐次变换矩阵为：T=空间一点（空间一点（X，Y，Z）的平移变化结果为：）的平移变化结果为：XYZ1=X+lY+mZ+n1=X*Y*Z*14旋转变换：(1)绕绕X轴旋转轴旋转角角:(2)绕绕Y轴旋转轴旋转角角:(3)绕绕Z轴旋转轴旋转角角:Tz= Tx=Ty=例：已知某长方体各顶点坐标为例：已知某长方体各顶点坐标为A（3，2，1.5）、）、B（1，2，1.5）、

92、）、C（1，2，2.5）、）、D(3，2，2.5)、E（3，1，1.5）、）、F（1，1，1.5）、）、G（1，1，2.5）、）、H（3，1，2.5），将该长方体对），将该长方体对yoz平平面进行反射变换，试求变换结果。面进行反射变换，试求变换结果。解：将长方体各顶点坐标进行反射变换如下：解：将长方体各顶点坐标进行反射变换如下：A321.51-321.51A*B12.51-121.51B*C122.51-1000-122.51C*D322.510100=-322.51D*E311.510010-311.51E*F111.510001-111.51F*G112.51-112.51G*H312.5

93、1-312.51H*其变换结果如图所示。其变换结果如图所示。4.2.2 4.2.2 三维基本变换矩阵的组合三维基本变换矩阵的组合 1绕通过坐标原点的任意轴的旋转变换矩阵设设on为通过坐标原点的任意方向的直线，其方向余弦分别为为通过坐标原点的任意方向的直线，其方向余弦分别为n1、n2、n3，则点，则点p绕绕on轴转动轴转动角到达角到达p点点见图见图4.4（a）的的变换矩阵为变换矩阵为: 2 2绕通过任意点绕通过任意点P(P(l，m m，n)n)，方向，方向余弦分别为余弦分别为n1、n2n2、n3n3的轴的旋转变换矩阵的轴的旋转变换矩阵 TR= 4.3 4.3 三维图形变换的应用三维图形变换的应用

94、 4.3.1 4.3.1 正投影变换正投影变换正正投投影影变变换换可可得得到到国国家家标标准准规规定定的的六六个个基基本本视视图图主视图、俯视图、左视图、右视图、仰视图和后视图主视图、俯视图、左视图、右视图、仰视图和后视图1 1主视图变换矩阵主视图变换矩阵主视图变换矩阵为：主视图变换矩阵为：2 2俯视图变换矩阵俯视图变换矩阵俯视图变换矩阵为：俯视图变换矩阵为：TH= 3 3左视图变换矩阵左视图变换矩阵左视图变换矩阵为：左视图变换矩阵为：TW= 4.3.2 4.3.2 正轴测投影变换正轴测投影变换正正轴轴测测投投影影图图是是工工程程上上应应用用广广泛泛的的二二维维图图形形。其其变变换矩阵为：换矩

95、阵为：T正轴测正轴测=（41）在上述所示的正轴测投影变换矩阵中，只要给在上述所示的正轴测投影变换矩阵中，只要给、不同的值，就可得到不同的正轴测投影图。不同的值，就可得到不同的正轴测投影图。 1 1正等轴测投影变换矩阵正等轴测投影变换矩阵按国家标准规定，以按国家标准规定，以=45、=35.2644代入式（代入式（41）即可）即可得到正等轴测投影变换矩阵。得到正等轴测投影变换矩阵。 2 2正二等轴测投影变换矩阵正二等轴测投影变换矩阵按国家标准规定，以按国家标准规定，以=20.7、=19.47代入式（代入式（41）即可）即可得到正二等轴测投影变换矩阵。得到正二等轴测投影变换矩阵。 4.3.3 4.3

96、.3 透视投影变换透视投影变换透视图是采用中心投影法得到的图形，即通过投视中心透视图是采用中心投影法得到的图形，即通过投视中心（视点），将空间立体投射到二维平面（投影面）上所产生（视点），将空间立体投射到二维平面（投影面）上所产生的图形。的图形。 1 1透视变换矩阵透视变换矩阵2 2一点透视变换一点透视变换4.4 4.4 开窗与裁剪开窗与裁剪4.4.1 4.4.1 基本概念和术语基本概念和术语1 1用户坐标系（世界坐标系）用户坐标系（世界坐标系） 2 2屏幕坐标（设备坐标）屏幕坐标（设备坐标） 3 3窗口：窗口：在实际画面中（用户坐标系），由用户在实际画面中（用户坐标系），由用户确定的矩形区域

97、。确定的矩形区域。 4 4视区：视区：在屏幕上（屏幕坐标系）用来显示窗口在屏幕上（屏幕坐标系）用来显示窗口的画面内容的矩形区域的画面内容的矩形区域 5 5裁剪：裁剪：保留窗口内的画面，擦去窗口外的全部保留窗口内的画面，擦去窗口外的全部画面的方法。画面的方法。 4.4.2 4.4.2 窗口窗口视区变换视区变换4.4.3 4.4.3 二维图形的裁剪二维图形的裁剪1 1点的裁剪点的裁剪在在图图形形剪剪裁裁中中，最最基基本本的的是是点点的的裁裁剪剪。对对于于某某一一点点P(x，y)，只要满足，只要满足xminxxmaxyminyymax则该点一定落在边界所围成的矩形框内。则该点一定落在边界所围成的矩形

98、框内。2 2直线裁剪的直线裁剪的CohenCohenSutherlandSutherland算法算法 延延长长窗窗口口的的边边界界，将将屏屏幕幕分分为为九九个个小小区区域域，中中央央小小区区域域就就是是要要裁裁剪剪的的区区域域。每每个个小小区区域域用用一一个个四四位位二二进制代码表示，其中各位数字的含义如下；进制代码表示，其中各位数字的含义如下；小区域在裁剪区域之左，即小区域在裁剪区域之左，即xxmax，则，则c2=1，否则，否则c2=0小区域在裁剪区域之下，即小区域在裁剪区域之下，即yymax，则，则c4=1，否则，否则c4=03 3直线的矢量裁剪方法直线的矢量裁剪方法这种裁剪方法与上面所说

99、的方法相类似，只是判别端点是这种裁剪方法与上面所说的方法相类似，只是判别端点是否落在窗口框内所采用的过程不一样。在该算法中，同样用四否落在窗口框内所采用的过程不一样。在该算法中，同样用四条窗口边框直线把平面分割成九个区域，为了叙述算法过程方条窗口边框直线把平面分割成九个区域，为了叙述算法过程方便起见，我们把这九个区域分别表上便起见，我们把这九个区域分别表上0、1、2、3、8号码。号码。4 4多边形裁剪的多边形裁剪的SutherlandSutherlandHodgmanHodgman算法算法SutherlandHodgman算法是解决多边形裁剪的较好算法，算法是解决多边形裁剪的较好算法，其处理对

100、象是多边形的顶点，依次用窗口的四条边框线对多边其处理对象是多边形的顶点，依次用窗口的四条边框线对多边形进行裁剪，即先用一条边框线对整个多边形进行裁剪，得到形进行裁剪，即先用一条边框线对整个多边形进行裁剪，得到一个或者若干个新的多边形，再用第二条边对这些新产生的多一个或者若干个新的多边形，再用第二条边对这些新产生的多边形进行裁剪，如此进行下去，直到用四条边框线都裁剪完为边形进行裁剪，如此进行下去，直到用四条边框线都裁剪完为止。止。 第第5 5章章 工程图的绘制工程图的绘制工工程程设设计计的的结结果果一一般般都都是是以以工工程程图图的的形形式式来来表表示示，因因此此，可可把把工工程程图图看看作作是

101、是工工程程的的语语言言。绘绘制制工工程程图图是是CAD的的一一个个重重要要内内容容，本本章章将将介介绍绍使使用用AutoCAD2010图图形形环环境境绘制工程图。绘制工程图。5.1AutoCAD2010简介简介5.1.1AutoCAD2010的工作界面的工作界面AutoCAD2010的工作界面主要由标题栏、下拉菜单的工作界面主要由标题栏、下拉菜单栏、工具栏、绘图窗口、命令行窗口、状态栏和滚动条等栏、工具栏、绘图窗口、命令行窗口、状态栏和滚动条等几部分组成。几部分组成。5.1.2 5.1.2 命令的输入命令的输入AutoCAD要求用户输入命令来实现绘图操作，用户可以用要求用户输入命令来实现绘图操

102、作，用户可以用下列任何一种方式输入命令：下列任何一种方式输入命令：1从键盘输入从键盘输入用户从键盘输入命令时，在命令行窗口中的提示符必须为用户从键盘输入命令时，在命令行窗口中的提示符必须为“Command：”，此时用键盘输入命令名，接着按回车键或空格键，此时用键盘输入命令名，接着按回车键或空格键，就完成了命令的输入。就完成了命令的输入。2从下拉菜单输入从下拉菜单输入用户可从下拉菜单中所列的菜单选项中选择要输入的命令。用户可从下拉菜单中所列的菜单选项中选择要输入的命令。3从工具栏按钮输入从工具栏按钮输入用户可从工具栏中单击一个图标按钮就可完成一个命令的输入用户可从工具栏中单击一个图标按钮就可完成

103、一个命令的输入4从数字化仪菜单输入从数字化仪菜单输入如果定义了数字化仪菜单，输入命令时，只需将数字化仪的如果定义了数字化仪菜单，输入命令时，只需将数字化仪的触笔或者游标指在所需菜单选项上，然后按触笔或者游标指在所需菜单选项上，然后按“拾取拾取”按钮即可。按钮即可。5.1.3 新建、打开与保存图形文件新建、打开与保存图形文件1新建图形文件新建图形文件(new)2打开已有图形文件打开已有图形文件(open)3保存图形文件保存图形文件(save)5.1.4 绘图环境设置绘图环境设置 1设置绘图界限设置绘图界限(limits)2设置图形单位设置图形单位(units)3设置绘图区背景颜色设置绘图区背景颜

104、色4设置捕捉模式设置捕捉模式5设置正交模式设置正交模式(F8)5.1.5 图层设置图层设置 在在AutoCAD中，所有图形对象都画在某个图层上，中，所有图形对象都画在某个图层上，而在每个图层上都对应有颜色、线型和线宽的定义，即而在每个图层上都对应有颜色、线型和线宽的定义，即所有图形对象都具有图层、颜色、线型和线宽这所有图形对象都具有图层、颜色、线型和线宽这4个基本个基本属性。图层设置就是定义这属性。图层设置就是定义这4个基本属性，为完成一幅工个基本属性，为完成一幅工程图纸的设计和绘制提供必要的线型和线宽。程图纸的设计和绘制提供必要的线型和线宽。1图层图层一幅工程图样由粗实线、细实线、点划线、虚

105、线等一幅工程图样由粗实线、细实线、点划线、虚线等不同线型组成。把具有相同线型、颜色和线宽的实体放不同线型组成。把具有相同线型、颜色和线宽的实体放在相应的图层上。在相应的图层上。2颜色颜色每一图层应设置一种颜色，图层的颜色是指在该图层每一图层应设置一种颜色，图层的颜色是指在该图层上所绘实体的颜色。图层的颜色用颜色号来表示，颜色号上所绘实体的颜色。图层的颜色用颜色号来表示，颜色号为为1255的整数。不同的图层可以设置相同的颜色，也可的整数。不同的图层可以设置相同的颜色，也可以设置不同的颜色。为了便于在不同计算机系统之间交换以设置不同的颜色。为了便于在不同计算机系统之间交换图形，图形，AutoCAD

106、将前将前7个颜色号赋予标准颜色，它们是：个颜色号赋予标准颜色，它们是：1Red（红）（红）2Yellow（黄）（黄）3Green（绿）（绿）4Cyan（青）（青）5Blue（蓝）（蓝）6Magenta（洋红）（洋红）7White/Black（白或黑）（白或黑）3线型线型每个实体和每一层都有一个相应的线型，不同的图层每个实体和每一层都有一个相应的线型，不同的图层可以设置相同的线型，也可以设置不同的线型。可以设置相同的线型，也可以设置不同的线型。AutoCAD2010为用户提供了一个标准线型库，该库文件为为用户提供了一个标准线型库，该库文件为ACADISO.LIN，用户可从中选择所需的线型，例如用

107、户可，用户可从中选择所需的线型，例如用户可以从中选择到绘制工程图时常用线型：以从中选择到绘制工程图时常用线型：Continuous（实线）（实线）Dashed（虚线）、（虚线）、Center（中心线）、（中心线）、Divide（双点划线）（双点划线）等。等。4线宽线宽线宽特性是从线宽特性是从AutoCAD2000版本以来新设的一个特版本以来新设的一个特性，用来设置线条的宽度。有了线宽特性，不仅在图形输性，用来设置线条的宽度。有了线宽特性，不仅在图形输出时有线宽的不同，在屏幕上显示也能反映出线宽的不同，出时有线宽的不同，在屏幕上显示也能反映出线宽的不同，使图形的显示和输出效果达到一致。使图形的显

108、示和输出效果达到一致。5图层命令（图层命令（Layer）图层命令（图层命令（Layer）可以用来建立新的图层、）可以用来建立新的图层、选择当前层、为指定的图层设置颜色和线型以选择当前层、为指定的图层设置颜色和线型以及线宽、打开或关闭图层、解冻或冻结图层等。及线宽、打开或关闭图层、解冻或冻结图层等。(1)新建图层新建图层(2)设置图层颜色设置图层颜色(3)设置图层线型设置图层线型(4)设置当前图层设置当前图层(5)删除图层删除图层(6)打开打开/关闭图层关闭图层(7)冻结冻结/解冻图层解冻图层(8)锁定锁定/解锁图层解锁图层(9)设置图层线宽设置图层线宽5.1.6基本绘图命令基本绘图命令1绘制单

109、点和多点绘制单点和多点2绘制直线（绘制直线（Line）绘制直线时需输入直线的端点坐标绘制直线时需输入直线的端点坐标AutoCAD2010可以使用以下可以使用以下4种确定点坐标的方法：种确定点坐标的方法：(1)用定标设备在屏幕上拾取点用定标设备在屏幕上拾取点指定某个点可以使用定标设备（通常为鼠标器），移动鼠标，指定某个点可以使用定标设备（通常为鼠标器），移动鼠标，直到光标到达所要指定的位置，然后单击左键即可。直到光标到达所要指定的位置，然后单击左键即可。(2)使用对象捕捉来指定图上一些特殊点使用对象捕捉来指定图上一些特殊点使用使用AutoCAD的对象捕捉功能可捕捉现存图形对象的特殊点，的对象捕捉

110、功能可捕捉现存图形对象的特殊点，如现存直线或弧的中点、某个圆的圆心、两个图形实体的交点等如现存直线或弧的中点、某个圆的圆心、两个图形实体的交点等(3)通过键盘输入点的坐标通过键盘输入点的坐标通过键盘输入点的坐标是最直接的方式，而且可以准确给定点。通过键盘输入点的坐标是最直接的方式，而且可以准确给定点。对于这种指定点的方法，用户可以使用绝对直角坐标、绝对极坐对于这种指定点的方法，用户可以使用绝对直角坐标、绝对极坐标、相对直角坐标、相对极坐标标、相对直角坐标、相对极坐标4种方式输入。种方式输入。AutoCAD2010提供了以下提供了以下4种坐标形式供用户选用：种坐标形式供用户选用：(1)绝对直角坐

111、标绝对直角坐标在直角坐标系中，在直角坐标系中，X、Y、Z三轴线在原点（三轴线在原点（0，0，0）相交，绘）相交，绘图区内的任何一点均可用（图区内的任何一点均可用（x，y，z）表示，用户可以通过输入）表示，用户可以通过输入x、y、z坐标来定义点的位置。坐标来定义点的位置。(2)绝对极坐标绝对极坐标绝对极坐标均以原点作为极点。用户可以输入一个长度距离和绝对极坐标均以原点作为极点。用户可以输入一个长度距离和一个角度，距离和角度之间用一个角度，距离和角度之间用“”号隔开。例如：号隔开。例如：10030，表示，表示该点离极点（原点）的极长为该点离极点（原点）的极长为100个图形单位，而该点的连线与个图形

112、单位，而该点的连线与0方向之间的夹角为方向之间的夹角为30(3)相对直角坐标相对直角坐标相对直角坐标用（相对直角坐标用（x，y，z）的方式输入）的方式输入(4)相对极坐标相对极坐标相对极坐标用（相对极坐标用（l）的形式表示，其中）的形式表示，其中表示相对，表示相对，l表示极表示极长，长，表示角度。表示角度。例：以例：以A（100，100）为起点坐标，用相对极坐标绘制一个长为）为起点坐标，用相对极坐标绘制一个长为150的五角星。操作过程如下：的五角星。操作过程如下：Command：Line SpecifyFirstPoint：100，100 SpecifynextpointorUndo：1500

113、 SpecifynextpointorUndo：150216 SpecifynextpointorClose/Undo：15072 SpecifynextpointorClose/Undo：150288 SpecifynextpointorClose/Undo：C 3绘制多义线（绘制多义线（Pline）多义线是多义线是AutoCAD中提供的一种非常有用的实体对象，中提供的一种非常有用的实体对象，它是由多段直线段和弧线序列组成，如图它是由多段直线段和弧线序列组成，如图5.20所示。多义线所示。多义线是一个实体，可以统一对其进行编辑。多义线中的线条在是一个实体，可以统一对其进行编辑。多义线中的线条

114、在各连接点处的线宽可在绘图过程中设置。各连接点处的线宽可在绘图过程中设置。4绘制圆（绘制圆（Circle）AutoCAD2010提供了六种画圆的方式，即：提供了六种画圆的方式，即：Center（圆心）（圆心）和和Radius（半径）、（半径）、Center（圆心）和（圆心）和Diameter（直径）、（直径）、2Point（两点）、（两点）、3Point（三点）、双切和半径、三切六种方式，（三点）、双切和半径、三切六种方式，其中系统默认方式为其中系统默认方式为Center（圆心）和（圆心）和Radius（半径）。（半径）。(1)圆心和半径圆心和半径:circle_200,100_60(2)圆心

115、和直径圆心和直径:circle_200,100_D_120(3)三点定圆三点定圆:circle_20,10_60,50_70,100(4)两点定圆两点定圆:circle_20,10_170,100(5)半径和双切定圆半径和双切定圆:(6)三切点定圆三切点定圆:5绘制圆弧（绘制圆弧（Arc）绘制圆弧的命令是绘制圆弧的命令是Arc，AutoCAD2010提供了提供了10种画圆弧的方式。种画圆弧的方式。(1)三点画弧三点画弧:Arc_p1_p2_p3(2)起点、圆心、终点画弧起点、圆心、终点画弧:Arc_p1_C_p2_p3(3)起点、圆心、角度画弧起点、圆心、角度画弧:Arc_p1_C_p2_A_

116、angle(4)起点、圆心、弦长画弧起点、圆心、弦长画弧:Arc_p1_C_p2_L_length(5)起点、终点、角度画弧起点、终点、角度画弧:Arc_p1_E_p2_A_angle(6)起点、终点、方向画弧起点、终点、方向画弧:Arc_p1_E_p2_D_Direction(7)起点、终点、半径画弧起点、终点、半径画弧:Arc_p1_E_p2_R_Radius(8)圆心、起点、终点画弧圆心、起点、终点画弧:(9)圆心、起点、角度画弧圆心、起点、角度画弧:(10)圆心、起点、弦长画弧圆心、起点、弦长画弧:6绘制椭圆（绘制椭圆（Ellipse）(1)轴线和偏心距绘制椭圆轴线和偏心距绘制椭圆El

117、lipse_p1_p2_p3(2)中心点和两条轴线绘制椭圆中心点和两条轴线绘制椭圆Ellipse_C_p1_p2_p37绘制矩形（绘制矩形（Rectangle）用用Rectangle命令绘制矩形时只需要给定矩形对角线上的两个命令绘制矩形时只需要给定矩形对角线上的两个端点即可。用户在绘制矩形时，还可以设置倒角、标高、圆角、端点即可。用户在绘制矩形时，还可以设置倒角、标高、圆角、厚度和线宽，其中标高和厚度一般用于三维绘图。厚度和线宽，其中标高和厚度一般用于三维绘图。(1)绘制矩形绘制矩形:Rectangle_p1_对角点对角点p2(2)绘制带倒角的矩形绘制带倒角的矩形:Rectangle_C_5_

118、5_p1_对角点对角点p2(3)绘制带圆角的矩形绘制带圆角的矩形:Rectangle_F_10_p1_对角点对角点p28图案填充（图案填充（BHatch和和Hatch）在机械或土木建筑工程图中，图案填充用于表达一在机械或土木建筑工程图中，图案填充用于表达一个剖切的区域，即用于绘制剖面阴影线。个剖切的区域，即用于绘制剖面阴影线。AutoCAD2010提供了二种创建图案填充的方式：对话框和命令行。提供了二种创建图案填充的方式：对话框和命令行。BHatch命令用于对话框方式，命令用于对话框方式，Hatch命令用于命令行方式。命令用于命令行方式。(1)对话框方式（对话框方式（BHatch）:输入输入B

119、Hatch命令后，命令后，AutoCAD会弹出会弹出BoundaryHatch（边界图案填充）对话框（边界图案填充）对话框(2)命令行方式（命令行方式（Hatch）:Hatch_U_45_6_N_W_p1_p2_例：按下图填充图案。例：按下图填充图案。9单行文本注释单行文本注释在工程制图中，除了绘制图形外，还需要书写文本，如技术要求、在工程制图中，除了绘制图形外，还需要书写文本，如技术要求、填写明细表等。填写明细表等。AutoCAD提供了提供了Text或或Dtext命令用于文本注释输命令用于文本注释输入命令后，入命令后，AutoCAD将显示如下提示：将显示如下提示：Specifystartpo

120、intoftextorJustify/Style：提示中有提示中有StartPoint（起点）、（起点）、Justfy（对正）、（对正）、Style（样式）三（样式）三个选项个选项:(1)StartPoint（起点）选项（起点）选项(2)Justify（对齐）选项（对齐）选项SpecifystartpointoftextorJustify/Style：JEnteranoptionAlign/Fit/Center/Middle/Right/TL/TC/TR/ML/MC/MR/BL/BC/BR：10多行文本注释多行文本注释AutoCAD提供了提供了Mtext命令，用于一次标注多行文本，并且各命令，

121、用于一次标注多行文本，并且各行文本都以指定宽度排列对齐。行文本都以指定宽度排列对齐。输入输入Mtext命令命令后，后，AutoCAD2010会自动弹出如图所示会自动弹出如图所示“多行多行文本编辑器文本编辑器”对话框，用户可在该对话框内进行标注文本的输入、对话框，用户可在该对话框内进行标注文本的输入、编辑、修改工作。编辑、修改工作。11.特殊字符的输入特殊字符的输入在实际绘图中，时常需要标注一些特殊字符，如表示温度的度在实际绘图中，时常需要标注一些特殊字符，如表示温度的度“”、表示直径的、表示直径的“”等。这些字符不能由键盘直接输入，为等。这些字符不能由键盘直接输入，为此，此，AutoCAD提供

122、控制码来输入这些特殊字符。控制码一般由提供控制码来输入这些特殊字符。控制码一般由2个百分个百分号和一个字母组成号和一个字母组成：(1)%O控制码：用户可通过该控制码在标注的文字上添加上划线控制码：用户可通过该控制码在标注的文字上添加上划线(2)%U控制码：用户可通过该控制码在标注的文字上添加下划线控制码：用户可通过该控制码在标注的文字上添加下划线(3)%D控制码：用户可通过该控制码在标注的文字后添加控制码：用户可通过该控制码在标注的文字后添加“”角角度符号度符号(4)%P控制码：用户可以通过该控制码在标注的文字中添加控制码：用户可以通过该控制码在标注的文字中添加“”正负公差符号正负公差符号(5

123、)%C控制码：用户可以通过该控制码在标注的文字中添加控制码：用户可以通过该控制码在标注的文字中添加“”直径符号直径符号例：绘制如下表格：例：绘制如下表格：5.1.7图形编辑图形编辑1删除与恢复：删除与恢复：(1)删除（删除（Erase）删除（删除（Erase）命令可以删除图形中的对象。命令输入后，）命令可以删除图形中的对象。命令输入后，AutoCAD提示如下：提示如下：Command：Erase Selectobjects：选择对象：选择对象 输入输入Erase命令后，屏幕上的十字光标将变为一个小正方形的拾命令后，屏幕上的十字光标将变为一个小正方形的拾取框，此时用户可使用单个实体目标、多个实体

124、目标、窗口目标、取框，此时用户可使用单个实体目标、多个实体目标、窗口目标、默认窗口和全部图形目标等目标选择方式来选择要删除的图形对默认窗口和全部图形目标等目标选择方式来选择要删除的图形对象。象。(2)恢复（恢复（Oops）Oops能恢复最近一次由能恢复最近一次由Erase命令从图形中删除的对象。命令从图形中删除的对象。(3)取消操作（取消操作（Undo）Undo命令可以取消上一次或多次操作命令可以取消上一次或多次操作2复制和镜像复制和镜像(1)图形复制（图形复制（Copy）Copy命令能复制对象到指定位置。命令能复制对象到指定位置。Copy_选择对象选择对象_指定基点指定基点_指定位移的第二点

125、指定位移的第二点多次复制多次复制:Copy_选择对象选择对象_M_指定基点指定基点_指定位移的第二点指定位移的第二点(2)图形镜像（图形镜像（Mirror）Mirror命令能将目标对象按指定的镜像轴线作对称复制，原目命令能将目标对象按指定的镜像轴线作对称复制，原目标对象可保留也可删除。标对象可保留也可删除。Mirror_选择对象选择对象_镜像轴线的第一端点镜像轴线的第一端点_镜像轴线的第二端点镜像轴线的第二端点_NMirror_选择对象选择对象_镜像轴线的第一端点镜像轴线的第一端点_镜像轴线的第二端点镜像轴线的第二端点_Y3图形阵列（图形阵列（Array）Array能按矩形或环形阵列方式多重复

126、制对象。在启能按矩形或环形阵列方式多重复制对象。在启动动Array命令后，将弹出命令后，将弹出Array对话框，如图所示对话框，如图所示(1)RectangularArray（矩形阵列）（矩形阵列）(2)PolarArray（环形阵列）（环形阵列）4移动和旋转移动和旋转(1)图形移动（图形移动（Move）Move_W_p1_p2_p3(基点基点)_p4(位移的第二点位移的第二点)(2)图形旋转（图形旋转（Rotate）Rotate_W_p1_p2_p3(基点基点)_angle(旋转角度旋转角度)5修改和构造修改和构造(1)修改（修改（Change）用户可使用用户可使用Change命令来改变对象

127、的特性，如颜色、标高、图命令来改变对象的特性，如颜色、标高、图层、线型、线型比例、线宽、厚度。层、线型、线型比例、线宽、厚度。(2)截断截断(Break)Break命令能部分删除对象或把对象分解为两部分命令能部分删除对象或把对象分解为两部分(3)修剪修剪(Trim)Trim命令能利用边界对图形实体进行修剪。命令能利用边界对图形实体进行修剪。(4)延伸延伸(Extend)Extend命令能延伸对象，使它们精确地延伸至由其他对象定义命令能延伸对象，使它们精确地延伸至由其他对象定义的边界，或将对象延伸到它们将要相交的某个边界上。的边界，或将对象延伸到它们将要相交的某个边界上。(5)倒直角倒直角(Ch

128、amfer)(6)倒圆角（倒圆角（Fillet）(7)偏移偏移(Offset)Offset命令能对直线、多义线、圆弧、圆、椭圆作等距偏移复制命令能对直线、多义线、圆弧、圆、椭圆作等距偏移复制。(8)分解分解(Explode)Explode命令能分解组合对象，使其所属的图形实体成为可编辑命令能分解组合对象，使其所属的图形实体成为可编辑实体使用实体使用Explode命令可分解三维实体、三维网格、图块、剖面线、命令可分解三维实体、三维网格、图块、剖面线、多义线、矩形、多边形、多行文字、尺寸标注等。多义线、矩形、多边形、多行文字、尺寸标注等。(9)比例缩放比例缩放(Scale)将被选择对象相对于基点按

129、照比例放大或缩小。将被选择对象相对于基点按照比例放大或缩小。5.1.8图块图块1图块的概念图块的概念在实际绘图过程中，有些东西会重复出现，比如一些符在实际绘图过程中，有些东西会重复出现，比如一些符号、机械图中的标准件、建筑图中的门窗、电子元件符号以号、机械图中的标准件、建筑图中的门窗、电子元件符号以及标题栏等。如不断重复画这些图形，不仅费时，也毫无意及标题栏等。如不断重复画这些图形，不仅费时，也毫无意义。为解决这一问题，义。为解决这一问题，AutoCAD引入了图块的概念。图块是引入了图块的概念。图块是把图形中的若干图形对象组合成一个整体，给它命名并存储把图形中的若干图形对象组合成一个整体，给它

130、命名并存储在图中的一个整体图形单元。在需要用到该图块时，可以通在图中的一个整体图形单元。在需要用到该图块时，可以通过命令把它插入到图中任意位置，在插入时可以给它不同的过命令把它插入到图中任意位置，在插入时可以给它不同的比例和转角。比例和转角。2图块的定义及存盘图块的定义及存盘(1)图块的定义（图块的定义（Block）在定义图形图块之前，必须首先绘制出图块所包含的所有图形在定义图形图块之前，必须首先绘制出图块所包含的所有图形对象，然后再用对象，然后再用Block或或Bmake命令定义图块的名称和插入点，并命令定义图块的名称和插入点，并从现在的图形中选择一部分或整个图形来建立新块。但由上述命从现在

131、的图形中选择一部分或整个图形来建立新块。但由上述命令定义的图块不能作为图形文件存盘，只能在图块所在的当前图令定义的图块不能作为图形文件存盘，只能在图块所在的当前图形文件中使用，所以这种图块成为内部图块。形文件中使用，所以这种图块成为内部图块。(2)图块的存盘（图块的存盘（Wblock）由于内部图块只能在在当前图形文件中定义和使用，而不能插由于内部图块只能在在当前图形文件中定义和使用，而不能插入在其它图形文件中，这给绘图过程带来了不便。为了弥补这种入在其它图形文件中，这给绘图过程带来了不便。为了弥补这种不足，不足，AutoCAD系统提供了系统提供了Wblock命令，它可以定义图块并将其命令，它可

132、以定义图块并将其作为一个独立的图形文件存盘。作为一个独立的图形文件存盘。3图块的插入图块的插入在当前图形文件当中可以插入已定义的图块或被当成图块的外在当前图形文件当中可以插入已定义的图块或被当成图块的外部磁盘文件，在插入时可根据需要改变图形的比例系数和旋转角部磁盘文件，在插入时可根据需要改变图形的比例系数和旋转角度。度。4图块的属性图块的属性属性是从属于图块的非图形信息，它是图块的一个组成部分，属性是从属于图块的非图形信息，它是图块的一个组成部分，是图块的文本或参数说明。属性不能独立存在，也不能独立使是图块的文本或参数说明。属性不能独立存在，也不能独立使用，只有在图块插入时，属性才会出现。用，

133、只有在图块插入时，属性才会出现。5.属性的定义属性的定义(Attdef)完成了属性定义后，接下来的工作就是创建带属性的块了。下完成了属性定义后，接下来的工作就是创建带属性的块了。下面以建立带属性的表面粗糙度符号图块为例，介绍操作步骤：面以建立带属性的表面粗糙度符号图块为例，介绍操作步骤：1）绘制表面粗糙度符号。）绘制表面粗糙度符号。2）用）用Attdef命令定义图块的属性，命令定义图块的属性，3）用）用Block命令定义图块命令定义图块5.1.9尺寸标注尺寸标注1尺寸标注概述尺寸标注概述(1)尺寸标注的组成要素尺寸标注的组成要素尺寸标注的组成要素与工程图绘制的标准类似，是由尺寸界线、尺寸标注的

134、组成要素与工程图绘制的标准类似，是由尺寸界线、尺寸线、箭头和标注文字构成。尺寸线、箭头和标注文字构成。(2)尺寸标注的系统变量尺寸标注的系统变量AutoCAD约有约有60多个用于尺寸标注的系统变量，这些变量大都以多个用于尺寸标注的系统变量，这些变量大都以DIM的形式开头。它们用于确定尺寸界线超出尺寸的距离、设置的形式开头。它们用于确定尺寸界线超出尺寸的距离、设置标注类型、设置箭头大小、设置标注文字高度等标注类型、设置箭头大小、设置标注文字高度等(3)尺寸标注菜单及其工具栏尺寸标注菜单及其工具栏(4)尺寸标注类型尺寸标注类型AutoCAD提供了多种尺寸标注类型，它们是：线性标注、对齐标提供了多种

135、尺寸标注类型，它们是：线性标注、对齐标注、基线标注、连续标注、角度标注、半径标注、直径标注、坐标注、基线标注、连续标注、角度标注、半径标注、直径标注、坐标标注、引线标注、圆心标记、快速标注和公差标注。标注、引线标注、圆心标记、快速标注和公差标注。2尺寸标注的样式设置尺寸标注的样式设置在尺寸标注前，一般先要对标注样式进行设置，用于控制尺寸在尺寸标注前，一般先要对标注样式进行设置，用于控制尺寸界线、尺寸线、箭头和标注文字的格式。界线、尺寸线、箭头和标注文字的格式。标注样式管理器对话框标注样式管理器对话框(1)修改标注样式修改标注样式修改标注样式对话框修改标注样式对话框3长度尺寸标注长度尺寸标注长度

136、尺寸标注的方法有：线性标注（包括水平尺寸、垂直尺寸长度尺寸标注的方法有：线性标注（包括水平尺寸、垂直尺寸和旋转尺寸）、对齐标注、基线标注和连续标注。和旋转尺寸）、对齐标注、基线标注和连续标注。(1)线性标注（线性标注（Dimlinear）(2)对齐标注（对齐标注（Dimaligned）(3)基线标注（基线标注（Dimbaseline）(4)连续标注（连续标注（Dimcontinue）4角度尺寸标注（角度尺寸标注（Dimangular）用于标注两条直线之间的夹角、圆弧的弧度或三点之间的角度。用于标注两条直线之间的夹角、圆弧的弧度或三点之间的角度。5直径和半径尺寸标注直径和半径尺寸标注6.形位公差

137、标注形位公差标注AutoCAD提供提供Tolerance命令供用户标注形位公差命令供用户标注形位公差启动启动Tolerance命令后，命令后，AutoCAD将弹出将弹出“形位公差形位公差”对话框，如对话框，如图所示。在该对话框中，有符号、公差图所示。在该对话框中，有符号、公差1、公差、公差2等选项，下面介绍等选项，下面介绍这些选项的含义：这些选项的含义：(1)符号：设置形位公差类型符号符号：设置形位公差类型符号(2)公差公差1：设置形位公差：设置形位公差1的有关参数的有关参数(3)基准基准1、基准、基准2、基准、基准3：设置基准的有关参数：设置基准的有关参数5.2交互式绘制工程图交互式绘制工程

138、图例例1：绘制如下零件图：绘制如下零件图：例例2：试绘制如图：试绘制如图5.70所示的轴承座的三视图。所示的轴承座的三视图。具体操作步骤如下：具体操作步骤如下：1绘制图形前的准备工作绘制图形前的准备工作2绘制图形绘制图形(1)布置各视图的位置布置各视图的位置(2)绘制主视图绘制主视图(3)绘制俯视图绘制俯视图(4)绘制侧视图绘制侧视图(5)标注尺寸标注尺寸(6)标注表面粗糙度标注表面粗糙度5.4参数化绘图程序设计参数化绘图程序设计5.4.1利用高级语言实现参数化绘图利用高级语言实现参数化绘图1命令组文件命令组文件AutoCAD允许用户建立一个后缀为允许用户建立一个后缀为.SCR的命令组文件，命

139、令组的命令组文件，命令组文件的内容为一组命令，文件的内容为一组命令，AutoCAD运行这个命令组文件时，可执运行这个命令组文件时，可执行预定的命令序列。行预定的命令序列。(1)命令组文件的格式：命令组文件的格式：下面以绘制矩形图形为例，介绍命令组文件的格式，取命令组下面以绘制矩形图形为例，介绍命令组文件的格式，取命令组文件名为文件名为YUAN.SCR。其中下划线。其中下划线_表示空格。表示空格。LIMITS_0,0_500,400ZOOM_ABASE_70,120LAYER_S_1_LINE_70,120_270,120_270,240_70,240_CLAYER_S_6_DIMDIMTXT_

140、5HOR_70,120_270,120_170,100_200_VER_270,120_270,240_290,180_120_EXIT(2)命令组文件的调用：命令组文件的调用：可以使用可以使用AutoCAD的的SCRIPT命令来调用命令组文件命令来调用命令组文件(3)命令组文件中常用的几个命令：命令组文件中常用的几个命令：a）delay命令：命令：delay命令用于延时命令用于延时b）RSCRIPT命令：命令：在命令组文件中加入一条在命令组文件中加入一条RSCRIPT命令，可直接请求重新运行命令，可直接请求重新运行用用SCRIPT命令调用的命令组文件。仍以绘矩形图形为例命令调用的命令组文件。

141、仍以绘矩形图形为例：LIMITS_0,0_500,400ZOOM_ABASE_70,120LAYER_S_1_LINE_70,120_270,120_270,240_70,240_CLAYER_S_6_DIMDIMTXT_5HOR_70,120_270,120_170,100_200_VER_270,120_270,240_290,180_120_EXITDELAY_2000ERASE_W_0,0_500,400_RSCRIPT例：编写绘制如下图所示图形的命令组文件。例：编写绘制如下图所示图形的命令组文件。已知：已知：B=60，D=60，L1=124，L2=200，R=24确定各特征点的坐标如

142、下：确定各特征点的坐标如下：P0=200,200P1=170,200P2=170,260P3=100,260P4=100,200P5=112,200P6=164,200P7=230,200P8=230,260编写的命令组文件如下：编写的命令组文件如下：(yg.scr)LIMITS_0,0_500,400ZOOM_ABASE_200,200LAYER_S_1_LINE_164,200_170,200_170,260_100,260_100,200_112,200_ARC_164,200_E_112,200_A_180MIRROR_W_98,198_172,262_200,198_200,262_

143、NLAYER_S_8_HATCH_U_45_3_W_98,198_303,262_LAYER_S_1_LINE_170,200_230,200_LINE_170,260_230,260_LAYER_S_4_LINE_200,195_200,265_LAYER_S_6_DIMDIMTXT_5HOR_170,260_230,260_200,280_%C60_HOR_138,200_262,200_200,180_124_HOR_100,200_300,200_200,160_200_VER_300,200_300,260_320,220_60_EXIT所绘零件图如图所示。所绘零件图如图所示。2.利

144、用高级语言实现参数化绘图利用高级语言实现参数化绘图可利用命令组文件实现参数化绘图。将命令组文件中的有关可利用命令组文件实现参数化绘图。将命令组文件中的有关数值用参数表示，用高级语言给命令组文件中的参数赋值。实际数值用参数表示，用高级语言给命令组文件中的参数赋值。实际上是利用高级语言的写语句，写出上是利用高级语言的写语句，写出SCR文件实现参数化绘图，如文件实现参数化绘图，如图图5.88所示。所示。图图5.88利用高级语言实现参数化绘图利用高级语言实现参数化绘图仍以绘矩形图形为例：仍以绘矩形图形为例：已知参数：长度已知参数：长度L，宽度，宽度W，起始点坐标，起始点坐标X0，Y0图5.89用用Tu

145、rboC语言来编写绘制图语言来编写绘制图5.89所示矩形图形的参数化绘图所示矩形图形的参数化绘图程序如下程序如下(yuan2.c)：#includestdio.h#includestring.hmain()drawline();return0;intdrawline()FILE*fp;floatx0,y0,l,w;printf(Inputx0,y0,l,w:);scanf(%f,%f,%f,%f,&x0,&y0,&l,&w);fp=fopen(yuan2.scr,w);fprintf(fp,limits0,0500,400n);fprintf(fp,zooman);fprintf(fp,lay

146、ers1n);fprintf(fp,line%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2fCn,x0,y0,x0+l,y0,x0+l,y0+w,x0,y0+w);fprintf(fp,layers6n);fprintf(fp,dimn);fprintf(fp,dimtxt5n);fprintf(fp,hor%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2fn,x0,y0,x0+l,y0,x0+50,y020,l);fprintf(fp,ver%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2fn,x0+l,y0,x0+l,y0+w,x0+l+20

147、,y0+50,w);fprintf(fp,EXITn);fclose(fp);return0;例：利用高级语言实现图例：利用高级语言实现图5.90所示零件图的参数化绘图所示零件图的参数化绘图：TurboC语言编程如下语言编程如下(yuan3.c)：图图5.90#includestdio.h“#includestring.h“main()drawpart()return0;intdrawpart()FILE*fp;floatx0,y0,l1,d1,d2,r1,r2;printf(Inputx0,y0,l1,d1,d2:);scanf(%f,%f,%f,%f,%f,&x0,&y0,&l1,&d1,

148、&d2);r1=d1/2.0;r2=d2/2.0;fp=fopen(yuan3.scr,w);fprintf(fp,limits0,0500,400n);fprintf(fp,zooman);fprintf(fp,layers1n);fprintf(fp,line%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2fn,x0,y0+r1,x0,y0r2+2,x0+2,y0r2,x0+l12,y0r2,x0+l1,y0r2+2,x0+l1,y0+r1);fprintf(fp,line%.2f,%.2f%.2f,%.2fn,x0+2,y0r2,

149、x0+2,y0);fprintf(fp,line%.2f,%.2f%.2f,%.2fn,x0+l12,y0r2,x0+l12,y0);fprintf(fp,line%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2fCn,x0,y0+r1,x0+l1,y0+r1,x0+l1,y0+r22,x0+l12,y0+r2,x0+2,y0+r2,x0,y0+r22);fprintf(fp,layers8n);fprintf(fp,HATCHU454w%.2f,%.2f%.2f,%.2fn,x05,y0+5,x0+l1+5,y0+r2+5);fpri

150、ntf(fp,layers4n);fprintf(fp,line%.2f,%.2f%.2f,%.2fn,x05,y0,x0+l1+5,y0);fprintf(fp,layers6n);fprintf(fp,dimn);fprintf(fp,dimtxt5n);fprintf(fp,hor%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2fn,x0,y0r2+2,x0+l1,y0r2+2,x0+30,y0r220,l1);fprintf(fp,ver%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2f,%.2f%.2fn,x0+l12,y0r2,x0+l12,y0+r2,x0+l1+20,y0

151、+30,d2);fprintf(fp,EXITn);fclose(fp);return0;5.4.2 5.4.2 利用利用AutoLISPAutoLISP语言实现参数化绘图：语言实现参数化绘图：先介绍先介绍5.3节节AutoLISP语言简介语言简介AutoLISP是是AutoCAD的内部编程语言，利用它实现参数化的内部编程语言，利用它实现参数化绘图有如下好处：绘图有如下好处：（1）不退出）不退出AutoCAD，程序可直接在，程序可直接在AutoCAD的图形编辑状态的图形编辑状态下运行。下运行。（2）输入数据方便。当需要输入一个点时，既可直接键入点的）输入数据方便。当需要输入一个点时，既可直接键

152、入点的坐标，也可用光标给出位置，还可以利用坐标，也可用光标给出位置，还可以利用AutoCAD的捕捉功能捕的捕捉功能捕捉已有实体上的特殊点。捉已有实体上的特殊点。（3）便于）便于AutoCAD的菜单管理，参数化绘图程序可在的菜单管理，参数化绘图程序可在AutoCAD的菜单中调用。的菜单中调用。在机械制图中，由于很多零、部件的形状是相似的，因此它们在机械制图中，由于很多零、部件的形状是相似的，因此它们的二维视图也是相似的。例如键、销、螺钉、螺母、滚动轴承、齿的二维视图也是相似的。例如键、销、螺钉、螺母、滚动轴承、齿轮等。绘制这类零件的视图都可以采用参数化编程方式，即编写带轮等。绘制这类零件的视图都

153、可以采用参数化编程方式，即编写带形参的形参的AutoLISP绘图程序，用户在调用程序时，只需向程序提供所绘图程序，用户在调用程序时，只需向程序提供所要求的参数，程序就能自动绘出相应的零件图。要求的参数，程序就能自动绘出相应的零件图。下面的下面的AutoLISP程序为绘制如图程序为绘制如图5.91a所示零件所示零件样图的参数化绘样图的参数化绘图程序。这类零件的几何参数有图程序。这类零件的几何参数有5个（个（d1、d2、d3、h1、h2），取），取中心线与零件底线的交点（中心线与零件底线的交点（x0,y0）为绘图基点。程序中）为绘图基点。程序中“0”图层图层为粗实线，为粗实线，“2”图层为细实线，

154、图层为细实线，“4”图层为中心线。图层为中心线。图图5.91a带参数的样图带参数的样图图图5.91b零件图零件图(defunpart1(x0y0)(setqd1(getintnEnterdiameterd1:)d2(getintnEnterdiameterd2:)d3(getintnEnterdiameterd3:)h1(getintnEnterlengthh1:)h2(getintnEnterlengthh2:)(setqr1(/d12.0)r2(/d22.0)r3(/d32.0)(commandlimits(list00)(list(+x0r350)(+y0h260)(commandzoo

155、ma)(commandlayers0)(commandline(list(x0r1)y0)(list(x0r1)(+y0h2)(list(x0r3)(+y0h2)(list(x0r3)(+y0h1)(list(x0r2)(+y0h1)(list(x0r2)y0)c)(commandmirrorw(listx0(y05)(list(x0r35)(+y0h25)(listx0y0)(listx0(+y0h2)n)(commandlayers2)(commandhatchu454nw(list(x0r35)(y05)(list(+x0r35)(+y0h25)(commandlayers0)(comm

156、andline(list(x0r1)y0)(list(+x0r1)y0)(commandline(list(x0r1)(+y0h2)(list(+x0r1)(+y0h2)(commandlayers4)(commandline(listx0(y05)(listx0(+y0h25)(commandlayers2)(setqd1(itoad1)d2(itoad2)d3(itoad3)(setqd1(strcat%Cd1)d2(strcat%Cd2)d3(strcat%Cd3)(commanddim)(commandhor(list(x0r1)y0)(list(+x0r1)y0)(listx0(y0

157、15)d1)(commandhor(list(x0r2)y0)(list(+x0r2)y0)(listx0(y025)d2)(commandhor(list(x0r3)(+y0h2)(list(+x0r3)(+y0h2)(listx0(+y0h210)d3)(commandver(list(+x0r2)y0)(list(+x0r3)(+y0h1)(list(+x0r310)(+y05)h1)(commandver(list(+x0r2)y0)(list(+x0r3)(+y0h2)(list(+x0r320)(+y05)h2)(commandexit)用文本编辑程序将上述用文本编辑程序将上述Au

158、toLISP程序存放在一个文件上，文件程序存放在一个文件上，文件的扩展名为的扩展名为“.lsp”，假定该文件为，假定该文件为“part.lsp”。在。在AutoCAD的的图形编辑状态下，用以下格式调入这个图形编辑状态下，用以下格式调入这个lsp文件，其执行绘图过程如文件，其执行绘图过程如下下:Command:(load“part.lsp”)Command:(part14040) Enterdiameterd1:100 Enterdiameterd2:160 Enterdiameterd3:300 Enterlengthh1:180 Enterlengthh2:260 则所绘制的零件图如图则所绘

159、制的零件图如图5.91b所示。所示。5.5 5.5 形状特征拼合法绘制工程图形状特征拼合法绘制工程图一张工程图，可看作是由一系列图形单元所组成。在绘制工程一张工程图，可看作是由一系列图形单元所组成。在绘制工程图时，可由这些图元用拼积木的方式组合起来，图元形状特征拼合图时，可由这些图元用拼积木的方式组合起来，图元形状特征拼合法就是用一些形状特征拼合工程图。图元形状特征可按专业绘图的法就是用一些形状特征拼合工程图。图元形状特征可按专业绘图的需要划分，它可以是简单的图形，也可以是零件、构件甚至是部件需要划分，它可以是简单的图形，也可以是零件、构件甚至是部件总成。例如图总成。例如图5.92(a)所示的

160、螺栓联接，其联接件可由图所示的螺栓联接，其联接件可由图5.92(b)中的中的图元形状特征组合而成，这些图元形状特征中就包含了光垫圈、弹图元形状特征组合而成，这些图元形状特征中就包含了光垫圈、弹性垫圈和螺母三个零件。性垫圈和螺母三个零件。图图5.92螺栓联接与组成螺纹联接件的基本形体螺栓联接与组成螺纹联接件的基本形体图元形状特征拼合法特别适用于形状结构多变的机械图元形状特征拼合法特别适用于形状结构多变的机械零件图和装配图的绘制。如图零件图和装配图的绘制。如图5.93所示，如果将传动轴分所示，如果将传动轴分解为一些图元形状特征，并对每个图元形状特征命名，用解为一些图元形状特征，并对每个图元形状特征

161、命名，用户在绘制传动轴零件图时，就可以调用这些图元形状特征户在绘制传动轴零件图时，就可以调用这些图元形状特征进行拼合，从而提高绘图效率，而且可使用户将主要精力进行拼合，从而提高绘图效率，而且可使用户将主要精力从繁杂的画线工作转移到零件的结构设计上。从繁杂的画线工作转移到零件的结构设计上。可将传动轴分解为八个图元形状特征，如图可将传动轴分解为八个图元形状特征，如图5.93所示，他们所示，他们分别为倒角、开口矩形轴段、退刀槽、矩形轴段、带圆角轴段、分别为倒角、开口矩形轴段、退刀槽、矩形轴段、带圆角轴段、带螺纹轴段、带键槽的轴截面和键槽。对这些图元形状特征可用带螺纹轴段、带键槽的轴截面和键槽。对这些

162、图元形状特征可用AutoLISP编程，即对每个图元形状特征均可定义为编程，即对每个图元形状特征均可定义为AutoCAD的一的一个命令个命令.图图5.93传动轴及其形状特征传动轴及其形状特征图图5.94传动轴形状特征名称及参数传动轴形状特征名称及参数图图5.94列出了传动轴对应的八个图元形状特征的名称及参数，其中参数：列出了传动轴对应的八个图元形状特征的名称及参数，其中参数：P0为基点，为基点，d为直径，为直径，b为轴段宽或退刀槽宽或键槽宽，为轴段宽或退刀槽宽或键槽宽，c为倒角宽，为倒角宽，t为键槽处轴径为键槽处轴径或键槽长。另外用或键槽长。另外用alf表示旋转角。表示旋转角。(1)绘制倒角命令

163、绘制倒角命令feature1(defunc:feature1()(setqP0(getpointn插入点：插入点：)alf(getanglen旋转角：旋转角：)d(getintn轴径：轴径：)c(getintn倒角宽：倒角宽：)(setqpt1(polarP0(+(*0.5pi)alf)(*0.5d)c)pt2(polarpt1(+(*0.25pi)alf)(*1.414c)pt3(polarpt1(+(*1.5pi)alf)(d(*2c)pt4(polarpt2(+(*1.5pi)alf)d)(commandlayers0)(commandlinept2pt1pt3pt4)(2)绘制开口矩形

164、轴段命令绘制开口矩形轴段命令feature2(defunc:feature2()(setqP0(getpointn插入点：插入点：)alf(getanglen旋转角：旋转角：)d(getintn轴径：轴径：)b(getintn轴段宽：轴段宽：)(setqpt1(polarP0(+(*0.5pi)alf)(*0.5d)pt2(polarpt1alfb)pt3(polarpt1(+(*1.5pi)alf)d)pt4(polarpt3alfb)(commandlayers0)(commandlinept2pt1pt3pt4)(3)绘制退刀槽命令绘制退刀槽命令feature3(defunc:featu

165、re3()(setqP0(getpointn插入点：插入点：)alf(getanglen旋转角：旋转角：)d(getintn轴径：轴径：)d1(getintn退刀槽宽处轴径：退刀槽宽处轴径：)b(getintn退刀槽宽：退刀槽宽：)(setqpt1(polarP0(+(*0.5pi)alf)(*0.5d)pt2(polarP0(+(*0.5pi)alf)(*0.5d1)pt3(polarpt2(+(*1.5pi)alf)d1)pt4(polarpt1(+(*1.5pi)alf)d)pt5(polarpt2alfb)pt6(polarpt3alfb)(commandlayers0)(comman

166、dlinept1pt4)(commandlinept2pt5)(commandlinept3pt6)(4)绘制矩形轴段命令绘制矩形轴段命令feature4(defunc:feature4()(setqP0(getpointn插入点：插入点：)alf(getanglen旋转角：旋转角：)d(getintn轴径：轴径：)b(getintn轴段宽：轴段宽：)(setqpt1(polarP0(+(*0.5pi)alf)(*0.5d)pt2(polarpt1alfb)pt3(polarpt1(+(*1.5pi)alf)d)pt4(polarpt3alfb)(commandlinept2pt1pt3pt4

167、c)定义其他命令定义其他命令feature5、feature6、feature7、feature8的程序省略。的程序省略。试按实际尺寸绘制如图所示的法兰盘零件图，并标注尺寸。试按实际尺寸绘制如图所示的法兰盘零件图，并标注尺寸。试设计用参数化绘图方法绘制如图所示图形的程序。该图形的试设计用参数化绘图方法绘制如图所示图形的程序。该图形的参数有参数有D1、D2、W，要求用交互式方法输入这些参数。，要求用交互式方法输入这些参数。第第6 6章章 几何造型几何造型6.1 6.1 几何造型概述几何造型概述工工程程中中的的零零件件和和结结构构件件大大都都是是以以三三维维立立体体形形式式存存在在于于空空间间，它

168、它们们一一般般由由一一些些简简单单的的几几何何形形体体组组成成。几几何何造造型型就就是是利利用用计计算算机机技技术术，有有效效地地将将一一些些简简单单的的几几何何形形体体组组合合成成较较复复杂杂的的立立体体，即即在在计计算算机机屏屏幕幕上上交交互互地地构构造造和和修修改改设设计计对对象象形形体体，并并在在计计算算机机内内建建立立三三维维几几何何模模型型。其其研研究究的的重重点点是是如如何何定定义义和贮存完整的三维几何信息及如何方便地构造各种几何形状。和贮存完整的三维几何信息及如何方便地构造各种几何形状。几何造型系统是计算机绘图的重要研究领域，也是计算几何造型系统是计算机绘图的重要研究领域，也是

169、计算机辅助设计及制造综合系统中的一个核心的图形软件。通常机辅助设计及制造综合系统中的一个核心的图形软件。通常把能够定义、描述、生成几何模型，并能交互地进行编辑的把能够定义、描述、生成几何模型，并能交互地进行编辑的系统称为几何造型系统。目前市场上有许多这样的系统，系统称为几何造型系统。目前市场上有许多这样的系统，AutoCAD2002版就是这样的系统之一。版就是这样的系统之一。三三维维几几何何造造型型在在CAD/CAM中中主主要要应应用用在在设设计计、图图形形、制制造和装配四个方面。造和装配四个方面。(1)设设计计。能能随随时时显显示示零零件件形形状状，并并能能利利用用剖剖切切来来检检查查诸诸如

170、如壁壁的的厚厚薄薄，孔孔是是否否相相交交等等问问题题。能能进进行行物物体体的的物物理理特特性性计计算算；如如计计算算体体积积、面面积积、重重心心、惯惯性性矩矩等等。能能检检查查装装配配中中的的干涉。能作运动机构的模拟等等。干涉。能作运动机构的模拟等等。(2)图形。产生二维工程图，包括零件图，装配图等图形。产生二维工程图，包括零件图，装配图等.(3)制制造造。能能利利用用生生成成的的三三维维几几何何模模型型进进行行数数控控自自动动编编程程及刀具轨迹的仿真。此外还能进行工艺规程设计等。及刀具轨迹的仿真。此外还能进行工艺规程设计等。(4)装配。在机器人及柔性制造中利用三维几何模型进行装配。在机器人及

171、柔性制造中利用三维几何模型进行装配规划、机器人视觉识别、机器人运动学及动力学的分析装配规划、机器人视觉识别、机器人运动学及动力学的分析等。等。6.2几何造型系统的三种模式几何造型系统的三种模式6.2.1线框模型线框模型用直线、圆、圆弧等空间棱线表示一个三维物体就叫作线框模型用直线、圆、圆弧等空间棱线表示一个三维物体就叫作线框模型(a)线框模型线框模型(b)顶点表顶点表(c)棱线表棱线表图图6.1线框模型的数据结构原理线框模型的数据结构原理线线框框模模型型所所存存贮贮的的几几何何信信息息是是一一些些线线段段的的信信息息，一一般般是是各各棱棱线线的的端端点点和和棱棱线线的的类类型型。因因此此，线线

172、框框模模型型所所需需内内存存很很少少，计计算算机机处处理理简简单单、迅迅速速。但但由由于于它它是是用用棱棱线线等等来来表表示示物物体体的的形形状状，只只包包含含了了三三维维立立体体的的一一部部分分形形状状信信息息，诸诸如如一一个个面面由由哪哪几几条条棱棱线线组组成成，立立体体内内部部与与外外部部如如何何区区分分等等，用用线线框框模模型型都都无无法法表表示示。即即用用线线框框模模型型可可以以表表示示机机械械零零件件的的各各种种投投影影图图，但但线线框框模模型型也也有有一一定定的的局局限限性性：(1)存存在在二二义义性性，即即有有时时一一种种数数据据可可以以表表示示成成某某一一种种图图形形，也也可

173、可以以看看成成是是另另外外一一种种图图形形；(2)另另外外用用线线框框模模型型不不能能解解决决两两个个平平面面的的交交线线、消消除除隐隐藏藏线线、隐隐藏藏面面等等问问题题，当当然然也也不不能能输输出出剖剖面图。面图。6.2.26.2.2表面模型表面模型用用平平面面、圆圆柱柱面面、旋旋转转表表面面等等基基本本图图素素和和用用户户自自己己定定义义的的一一些些不不规规则则曲曲面面为为辅辅助助图图素素来来表表示示的的几几何何图图形形叫叫表表面面模模型型。换换句句话话说说，把把在在线线框框模模型型中中棱棱线线所所包包围围的的部部分分再再定定义义为为面面，便便可可构构成成表表面面模模型型，面面是是由由首首

174、尾尾连连接接的的线线段段以以及及所所包包围围面面的的种种类类（平平面面、圆圆柱柱面面等等）定定义义的的。该该模模型型的的数数据据结结构构原原理理见见图图6.3，与与线线框框模模型型相比，除了顶点表和棱线表外，还提供了面表。面表记录了边、面间的拓扑关系相比，除了顶点表和棱线表外，还提供了面表。面表记录了边、面间的拓扑关系。(a)(b)顶点表顶点表(c)棱线表棱线表(d)表面表表面表图图6.3表面模型的数据结构原理表面模型的数据结构原理由由于于增增加加了了有有关关面面的的信信息息，在在提提供供三三维维实实体体信信息息的的完完整整性性、严严密密性性方方法法，表表面面模模型型比比线线框框模模型型进进了

175、了一一步步，它它克克服服了了线线框框模模型型的的许许多多缺缺点点，能能够够比比较较完完整整地地定定义义三三维维立立体体的的表表面面，所所能能描描述述的的零零件件范范围围广广，特特别别是是一一些些复复杂杂自自由由曲曲面面，如如飞飞机机机机翼翼、汽汽车车车车身身、螺螺旋旋浆浆等等难难于于用用简简单单的的数数学学模模型型表表达达的的物物体体，均均可可以以应应用用表表面面模模型型。另另外外，表表面面模模型型可可以以为为CAD/CAM中中的的其其它它场场合合提提供供数数据据，例例如如有有限限元元分分析中的网格划分，就可以直接利用表面模型。析中的网格划分，就可以直接利用表面模型。表面模型也有其局限性，由于

176、所描述的仅是实体的外表面模型也有其局限性，由于所描述的仅是实体的外表面，并没切开物体而展示其内部结构，因而，也就无法表面，并没切开物体而展示其内部结构，因而，也就无法表示零件的立体属性。由此，很难确定一个表面模型生成表示零件的立体属性。由此，很难确定一个表面模型生成的三维物体是一个实心的物体，还是一个具有一定壁厚的的三维物体是一个实心的物体，还是一个具有一定壁厚的壳，这种不确定性同样会给物体的质量特性分析带来问题壳，这种不确定性同样会给物体的质量特性分析带来问题6.2.3 6.2.3 实体模型实体模型线线框框模模型型和和表表面面模模型型在在完完整整、准准确确地地表表达达实实体体形形状状方方面面

177、各各有有其其局局限限性性，要要想想完完整整地地处处理理三三维维立立体体的的各各种种问问题题，就就必必须须采采用用实实体体模模型型。实实体体模模型型是是在在表表面面模模型型的的基基础础上上，再再定定义义物物体体存存在在于于面面的的哪哪一一侧侧而而建建立立的的。图图6.4(a)、图图6.4(b)给给出出了了表表示示表表面面的的某某侧侧面面存存在在实实体体的的定定义义方方法法，即即将将面面的的方方向向定定义义为为实实体体内内部部指指向向实实体体的的外外部部空空间间，而而面面的的方方向向则则由由包包围围该该面面的的各各边边界界线线沿沿逆逆时时针针方方向向（以以从从外外部部朝朝该该面面看看为为标标准准）

178、按按右右手手定定则则来来确确定定。因因此此，只只须须将将图图6.3(d)的的表表面面表表改改成成图图6.4(c)的形式，就可确切地分清体内体外，形成实体模型了。的形式，就可确切地分清体内体外，形成实体模型了。(a)(b)(c)图图6.4实体模型实体模型实实体体模模型型的的数数据据结结构构当当然然不不会会那那么么简简单单,可可能能有有许许多多不不同同的的结结构构.但但有有一一点点是是肯肯定定的的,即即数数据据结结构构不不仅仅记记录录了了全全部部几几何何信信息息,而而且且记记录录了了全全部部点点、线线、面面、体体的的拓拓扑扑信信息息，这这是是实实体体模模型型与与线线框框或或表表面面模模型型的的根根

179、本本区区别别。正正因因为为如如此此，实实体体模模型型成成了了设设计计与与制制造造自自动动化化及及集集成成的的基基础础。依依靠靠机机内内完完整整的的集集合合与与拓拓扑扑信信息息，所所有有前前面面提提到到的的工工作作，从从消消隐隐、剖剖切切、有有限限元元网网络络划划分分、直直到到NC刀刀具具轨轨迹迹生生成成都都能能顺顺利利地地实实现现，而而且且由由于于着着色色、光光照照及及纹纹理理处处理理等等技技术术的的运运用用，使使物物体体有有很很好好的的可可视视性性，使使它它在在CAD/CAM领领域域外外也也有有广泛应用，例如计算机艺术、广告、动画等。广泛应用，例如计算机艺术、广告、动画等。按照物体生成的方法

180、不同，实体模型的构成方法可分为体素法、按照物体生成的方法不同，实体模型的构成方法可分为体素法、扫描法等几种，此处只介绍体素法。体素法是通过基本的集合运算扫描法等几种，此处只介绍体素法。体素法是通过基本的集合运算构造几何实体的建模方法。每一基本体素具有完整的几何信息，是构造几何实体的建模方法。每一基本体素具有完整的几何信息，是真实而唯一的三维物体。体素法包含两部分内容：一是基本体素的真实而唯一的三维物体。体素法包含两部分内容：一是基本体素的定义与描述，二是体素之间的集合运算。常用的基本体素有长方体、定义与描述，二是体素之间的集合运算。常用的基本体素有长方体、球、圆柱、圆锥、圆环、锥台等。体素间的

181、集合运算有交、并、差球、圆柱、圆锥、圆环、锥台等。体素间的集合运算有交、并、差三种，以两个圆柱体素为例，运算结果如图三种，以两个圆柱体素为例，运算结果如图6.5所示。所示。体素体素并（并（）差（）差（）交（交（）图图6.5体素拼合的集合运算几种常见的三维形体素拼合的集合运算几种常见的三维形6.3几种常见的三维形体表示方法几种常见的三维形体表示方法6.3.1 6.3.1 实体几何构建法（实体几何构建法（CSGCSG）CSG法法的的基基本本思思想想是是各各种种各各样样的的几几何何实实体体都都可可由由若若干干个个基基本本单单元元形形体体体体素素经经过过若若干干次次形形状状集集合合的的布布尔尔运运算算

182、（又又称称拼拼和和运运算算）构构建建得得到到。基基本本单单元元形形体体是是预预先先定定义义的的，它它包包括括常常见见的的几几何何形形体体，如如立立方方体体、圆圆柱柱体体、截截头头锥锥体体、菱菱形形体体等等，其其尺尺寸寸大大小小已已参参数数化化，在在调用时赋予所需参数即可。调用时赋予所需参数即可。CSG法法是是一一种种形形体体分分析析模模式式，即即复复杂杂形形体体可可以以逐逐层层地地分分解解为为若若干干个个简简单单几几何何体体，直直至至体体素素的的表表示示模模式式。具具体体表表示示方方法法可可分分为为树树状状结构和二层结构。结构和二层结构。 1 1树状结构树状结构这种结构可以看作一个有序的二叉树

183、。这种结构可以看作一个有序的二叉树。2 2二层结构二层结构此结构将并集合运算（此结构将并集合运算（）的结合与交集合运算（）的结合与交集合运算（）的结合分）的结合分为二层。为二层。6.3.2 6.3.2 边界表示法（边界表示法（B-repB-rep）边边界界把把空空间间分分成成内内和和外外两两部部分分。用用描描述述边边界界来来表表示示形形体体是是最最常常用用的的也也最最容容易易想想到到的的。图图6.9是是1982年年国国际际CAM协协会会CAM1制制定定的的三三维边界文件试行标准维边界文件试行标准XBF1的数据模型。的数据模型。边边界界表表示示法法是是以以物物体体边边界界为为基基础础的的定定义义

184、和和描描述述三三维维物物体体的的方方法法，它它给给出出完完整整和和显显示示的的界界面面描描述述。边边界界表表示示的的数数据据结结构构一一般般用用体体表表、面表、环表、边表和顶点表五层描述。面表、环表、边表和顶点表五层描述。图图6.9正则体的边界模型正则体的边界模型图图6.10翼边结构翼边结构边边界界表表示示法法中中，体体、壳壳、面面、环环、边边和和顶顶点点等等都都采用采用BNF范式定义。下面进行简单的说明。范式定义。下面进行简单的说明。(1)体体。体体是是由由封封闭闭表表面面围围成成的的维维数数一一致致的的有有效效空间空间(2)壳壳。壳壳是是指指观观察察方方向向上上所所见见到到的的形形体体的的

185、最最大大轮廓线轮廓线(3)面面。面面是是形形体体表表面面的的一一部部分分，由由平平面面方方程程或或参参数数方方程程定定义义，面面具具有有方方向向性性，它它有有一一个个外外环环和和若若干干个个内内环环界界定定其其有有效效范范围围，面面可可以以无无内内环环，但但必必需需有外环。有外环。(4)环环。环环是是有有序序、有有向向边边组组成成的的面面上上的的封封闭闭边边界。界。(5)边。边是形体两个相邻的面的交界。边。边是形体两个相邻的面的交界。(6)顶点。顶点是边的端点或两条不共线线段的顶点。顶点是边的端点或两条不共线线段的交点交点Brep法法的的主主要要优优点点是是能能够够构构造造像像飞飞机机、汽汽车

186、车那那样样具具有有复复杂杂外外形形的的物物体体，这这些些物物体体如如用用CSG法法的的体体素素拼拼合合则则难难于于得得到到。另另一一个个优优点点是是Brep表表示示转转换换成成线线框框模模型型非非常常简简单单，这这是是因因为为这这两两种种模模型型非非常常接接近近。边边界界表表示示法法的的缺缺点点是是数数据据量量大大，数数据据关关系系复复杂杂。它它对对物物体体几几何何特特征征的的整整体体描描述述能能力力弱弱，不不能能反反映映物物体体的的构构造造过过程程和和特特点点，也也不不能能记记录录物物体体的的组组成成元元素素的的原原始始持持征征。目目前前边边界界表表示示是是立立体体造造型型系系统统中中使使用

187、最广泛的表示方法之一。用最广泛的表示方法之一。图图6.11Brep法示意图法示意图6.4三维绘图与实体造型三维绘图与实体造型前面介绍了前面介绍了AutoCAD的二维绘图功能，大家基本上可以完成平的二维绘图功能，大家基本上可以完成平面图形的绘制。但是，二维平面图形是一个缺乏空间立体感的图形，面图形的绘制。但是，二维平面图形是一个缺乏空间立体感的图形，多数人需要经过专门训练才能看得懂其中所表示的确切意义。相反，多数人需要经过专门训练才能看得懂其中所表示的确切意义。相反，三维图形不仅具有较强的真实感效果，而且可以从任意角度对物体三维图形不仅具有较强的真实感效果，而且可以从任意角度对物体对象进行观察，

188、获得各种不同的视觉效果。也就是说在三维空间中对象进行观察，获得各种不同的视觉效果。也就是说在三维空间中观察实体，能得到一个较为接近真实形状和构造的感觉，能看到比观察实体，能得到一个较为接近真实形状和构造的感觉，能看到比二维平面图形更多和更丰富的内容。此外，还能较为容易地从三维二维平面图形更多和更丰富的内容。此外，还能较为容易地从三维模型中得到想要的二维图形，这将节省许多绘图时间。模型中得到想要的二维图形，这将节省许多绘图时间。6.4.1坐标系坐标系前面已经讲过坐标系的基本概念和坐标输入方法（对应于世界前面已经讲过坐标系的基本概念和坐标输入方法（对应于世界坐标系），坐标系），下面介绍如何建立用户

189、坐标系：下面介绍如何建立用户坐标系：改变坐标原点和坐标轴的正向都会改变坐标系。建立用户坐标改变坐标原点和坐标轴的正向都会改变坐标系。建立用户坐标系的命令是系的命令是UCS。可以在可以在“UCS工具栏工具栏”中进行用户坐标系的操作，中进行用户坐标系的操作，“UCS工具工具栏栏”如下图：如下图：设置用户坐标系原点。设置用户坐标系原点。改变坐标轴的方向。改变坐标轴的方向。6.4.2观察三维体图形观察三维体图形AutoCAD2010的三维显示功能很强，尤其是它的三维显示工具的三维显示功能很强，尤其是它的三维显示工具3DOrbit，可供用户适时、交互、动态地旋转模型进行观察，方便，可供用户适时、交互、动

190、态地旋转模型进行观察，方便地选择所需的观察视图。地选择所需的观察视图。使用三维动态观察器使用三维动态观察器动态观察包括两种情况：动态观察和连续动态观察。在动态观察包括两种情况：动态观察和连续动态观察。在“三维三维动态观察器动态观察器”工具栏中单击工具栏中单击“三维动态观察三维动态观察”按钮，图形中会出现按钮，图形中会出现如图所示的活动窗口转盘。在此图形窗口中单击并拖动光标就可以如图所示的活动窗口转盘。在此图形窗口中单击并拖动光标就可以转动视图。转动视图。连续动态观察能够使模型使用一种循环的动作进行展示，用户连续动态观察能够使模型使用一种循环的动作进行展示，用户松开定点设备的拾取键之后，模型能够

191、顺着用户指定的方向继续进松开定点设备的拾取键之后，模型能够顺着用户指定的方向继续进行旋转，旋转的速度和角度均由开始时的拖动情况来控制。行旋转，旋转的速度和角度均由开始时的拖动情况来控制。6.4.3消隐消隐AutoCAD总是用线框来显示三维模型，即使该模型是表面或实总是用线框来显示三维模型，即使该模型是表面或实体模型。这样，在实际的形体上本应被遮挡住的某一条线，系统也体模型。这样，在实际的形体上本应被遮挡住的某一条线，系统也会将其显示出来，影响了三维模型的视觉效果。因此，为使三维模会将其显示出来，影响了三维模型的视觉效果。因此，为使三维模型更具真实感，用户在完成三维形体的建模后，可运用型更具真实

192、感，用户在完成三维形体的建模后，可运用Hide命令消命令消去被隐藏的线或面，产生形体的真实感显示效果。去被隐藏的线或面，产生形体的真实感显示效果。6.5三维实体造型三维实体造型6.5.1绘制基本三维实体绘制基本三维实体AutoCAD2010提供了六种基本三维实体的创提供了六种基本三维实体的创建功能，即建功能，即Box（长方体）、（长方体）、Sphere（球体）、（球体）、Cylinder（圆柱体）、（圆柱体）、Cone（圆锥体）、（圆锥体）、Wedge（楔体）、（楔体）、Torus（圆环体）。（圆环体）。6.5.2通过拉伸创建实体通过拉伸创建实体在在AutoCAD2010中，可以将一些二维图形

193、经过放样或拉中，可以将一些二维图形经过放样或拉伸直接生成三维实体模型。在进行拉伸的过程中，不仅允许伸直接生成三维实体模型。在进行拉伸的过程中，不仅允许指定拉伸的高度，而且还可以使实体的截面沿着拉伸方向发指定拉伸的高度，而且还可以使实体的截面沿着拉伸方向发生变形。此外，也可以将某些二维图形沿着指定的路径进行生变形。此外，也可以将某些二维图形沿着指定的路径进行放样，从而生成一些形状不规则的三维实体。用于拉伸放样放样，从而生成一些形状不规则的三维实体。用于拉伸放样的命令是的命令是Extrude。1.指定拉伸高度指定拉伸高度:2.指定拉伸路径指定拉伸路径:下图所示右边的实体模型就是使用下图所示右边的实

194、体模型就是使用Extrude命令，按照上命令，按照上述方法由左边二维图形沿着指定的路径曲线放样生成的空间述方法由左边二维图形沿着指定的路径曲线放样生成的空间实体。实体。6.5.3通过旋转创建实体通过旋转创建实体在在AutoCAD2010中，可以将一个封闭的二维图形通过绕一条中，可以将一个封闭的二维图形通过绕一条指定的轴旋转而生成三维实体模型。能够用于旋转的二维图形应是指定的轴旋转而生成三维实体模型。能够用于旋转的二维图形应是封闭的，如圆（封闭的，如圆（Circle）、椭圆（）、椭圆（Ellipse）、封闭的二维多义线）、封闭的二维多义线（Pline）、封闭的样条曲线（）、封闭的样条曲线（Spl

195、ine）或面域（）或面域（Region）等。但是，）等。但是，当选择二维图形作为旋转轴时，二维图形只能是线（当选择二维图形作为旋转轴时，二维图形只能是线（Line）或用二）或用二维多义线（维多义线（Pline）命令绘制的直线，否则就不能进行旋转操作。）命令绘制的直线，否则就不能进行旋转操作。6.5.4三维实体的布尔运算三维实体的布尔运算有些对象可以采用前面介绍的建模方法一次生成，但大有些对象可以采用前面介绍的建模方法一次生成，但大多数情况下复杂的实体对象一般不能一次生成，所以只有借多数情况下复杂的实体对象一般不能一次生成，所以只有借助布尔运算对多个相对简单的实体进行助布尔运算对多个相对简单的实

196、体进行“并并”、“交交”、“差差”运算后，才能构造出所需的实体模型。运算后，才能构造出所需的实体模型。2.差集运算差集运算对所选择的实体进行差集运算，实际上就是从一个实体中减去对所选择的实体进行差集运算，实际上就是从一个实体中减去另外一个实体，最终得到一个新的实体，如组合体形成过程中经常另外一个实体，最终得到一个新的实体，如组合体形成过程中经常进行的穿孔和挖切操作。进行的穿孔和挖切操作。AutoCAD2010中用于进行差集运算的命中用于进行差集运算的命令是令是Subtract。3.交集运算交集运算对所选择的实体进行交集运算，最终得到一个由它们的公共部分组对所选择的实体进行交集运算，最终得到一个

197、由它们的公共部分组成的新实体，而每个实体的非公共部分将被删除。成的新实体，而每个实体的非公共部分将被删除。AutoCAD2004中用于进行交集运算的命令是中用于进行交集运算的命令是Intersect。4.用布尔运算构造组合体实例用布尔运算构造组合体实例例例1：按图：按图2112所示的尺寸，完成支架零件的三维实体造型。所示的尺寸，完成支架零件的三维实体造型。第第7章章AutoCAD二次开发技术二次开发技术7.1向向AutoCAD增加新命令增加新命令任何任何CAD系统，都不可能满足所有用户的要求，特别是一些专系统，都不可能满足所有用户的要求，特别是一些专业设计用户的要求。而业设计用户的要求。而Au

198、toCAD的特长就是可以用简单的程序设计，的特长就是可以用简单的程序设计，给系统增加一些专业设计所需要的新命令。利用给系统增加一些专业设计所需要的新命令。利用AutoLISP语言编程语言编程就可以很容易地向就可以很容易地向AutoCAD增加新命令，用户只要用自定义函数增加新命令，用户只要用自定义函数Defun产生一个名为产生一个名为“C：XXX”的函数即可。的函数即可。图图7.1标注粗糙度标注粗糙度下面的下面的AutoLISP函数就是向函数就是向AutoCAD增加一条标注粗糙度的新增加一条标注粗糙度的新命令，命令名为命令，命令名为CCD。(defunC:ccd()(setqbp(getpoin

199、tnEnterbasepoint:)ang(getanglenEnterrotateangle:)txt(getstringnEntervalue:)(commandlinebp(polarbp(+ang(/pi3)12)(setqpt(polarbp(+ang(/pi1.5)7)(commandlinebppt(polarptang7)(cond(angpi)(commandtext(polarpt(+ang70)1.2)2.5(*ang(/180pi)(evaltxt)(T(commandtextjr(polarpt(+ang70)3.7)2.5(*(angpi)(/180pi)(eval

200、txt)7.2 用户界面的开发设计用户界面的开发设计 用户界面是用户与图形系统之间进行信息交换的一种接口。用户界面是用户与图形系统之间进行信息交换的一种接口。菜单是普遍采用的界面形式，它将命令和选择项均列在相对应的菜单是普遍采用的界面形式，它将命令和选择项均列在相对应的交互设备上，通过鼠标器控制光标等办法来点交互设备上，通过鼠标器控制光标等办法来点“菜菜”（即选择拾（即选择拾取）。菜单功能是通过菜单文件来实现的，取）。菜单功能是通过菜单文件来实现的，Auto CAD菜单文件是菜单文件是一个标准的一个标准的ASCII文件，允许用户根据需要对它进行改造或创建，文件，允许用户根据需要对它进行改造或创

201、建，形成用户界面。形成用户界面。 （1）菜单文件的类型）菜单文件的类型 菜单文件实际上是指一组协同定义和控制菜单区域的显示及菜单文件实际上是指一组协同定义和控制菜单区域的显示及操操作的文件。作的文件。 AutoCAD的菜单文件类型主要有以下的菜单文件类型主要有以下5种：种：(1)MNU：样板（样板（Template）菜单文件，是）菜单文件，是ASCII码文本文件。码文本文件。 用用户户可可利利用用该该种种菜菜单单文文件件定定义义自自己己的的菜菜单单源源文文件。件。(2) MNC： 将将MNU菜单源文件编译之后得到的菜单目标文件。菜单源文件编译之后得到的菜单目标文件。(3) MNR：菜单资源文件

202、。这种二进制文件包含有菜单所使用的菜单资源文件。这种二进制文件包含有菜单所使用的 位图资源。位图资源。(4) MNS：AutoCAD系统所生成的菜单源文件。系统所生成的菜单源文件。AutoCAD在编译在编译 MNU用用户户菜菜单单源源文文件件时时，在在生生成成MNC菜菜单单目目标标文件的文件的 同时，还生存更为规范的同时，还生存更为规范的MNS菜单源文件。菜单源文件。 (5) MNL：菜单菜单LISP文件。该类文件包含了菜单中对文件。该类文件包含了菜单中对LISP函数的函数的 定义。定义。 AutoCAD系统提供了一些标准菜单文件，它们分别为系统提供了一些标准菜单文件，它们分别为ACAD.MN

203、U，ACAD.MNC，ACAD.MNR，ACAD.MNS，ACAD.MNL，这些文件安装在，这些文件安装在support文件夹中。文件夹中。 使用使用MENU命令可引导命令可引导AutoCAD从磁盘文件中装载一个新从磁盘文件中装载一个新菜菜单。使用单。使用MENULOAD和和MENUUNLOAD命令可加载和卸载附加命令可加载和卸载附加菜单（局部菜单），并且可以从菜单栏中添加或移去特定的下拉菜单（局部菜单），并且可以从菜单栏中添加或移去特定的下拉菜单。菜单。AutoCAD在系统登记表（在系统登记表（registry）中保存所用的最后一）中保存所用的最后一个菜单名，每当重新启动个菜单名，每当重新启

204、动AutoCAD时，系统自动加载上次时，系统自动加载上次Auto CAD运行时最后调用的菜单文件。运行时最后调用的菜单文件。 （2）菜单文件的结构及格式）菜单文件的结构及格式 1）菜单文件的结构：）菜单文件的结构： 菜菜单单文文件件一一般般为为树树型型结结构构，层层次次很很分分明明。每每个个菜菜单单文文件件由由若干段组成，每段包含若干子菜单和菜单项。若干段组成，每段包含若干子菜单和菜单项。AutoCAD2002标标准菜单包含以下准菜单包含以下10个菜单段。个菜单段。# 下拉菜单段：下拉菜单段：POP1POP11# 光标菜单段：光标菜单段：POP0# 定点设备按钮菜单段：定点设备按钮菜单段：BU

205、TTONS1，BUTTON2# 辅助菜单段：辅助菜单段：AUX1AUX4# 工具栏段：工具栏段：TOOLBARS # 图像块菜单段：图像块菜单段：IMAGE# 屏幕菜单段：屏幕菜单段：SCREEN# 数字化仪菜单段：数字化仪菜单段：TABLET1TABLET4# 快捷键段：快捷键段：ACCELERATORS# 状态栏帮助段：状态栏帮助段：HELPSTRINGS2）菜单文件的格式：）菜单文件的格式： 菜单文件由多个菜单段组成，每段有一个段标题，菜单文件由多个菜单段组成，每段有一个段标题，单独占一行，格式如下：单独占一行，格式如下： * * 段名标识该菜单从属于何种设备。段名标识该菜单从属于何种设

206、备。AutoCAD2002有如下段标号：有如下段标号：*MENUGROUP 菜单组名菜单组名*BUTTONSn 按钮菜单段按钮菜单段*AUXn 辅助菜单段辅助菜单段*POP0 光标菜单段光标菜单段*POPn 下拉菜单段下拉菜单段*IMAGE 图像块菜单段图像块菜单段*SCREEN 屏幕菜单段屏幕菜单段*TABLETn 数字化仪菜单段数字化仪菜单段*ACCELERATORS 快捷键段快捷键段 * *HELPSTRINGS 状态栏帮助段状态栏帮助段 子菜单的起始标记为子菜单的起始标记为“*“*子菜单名子菜单名”，子菜单名可由用户任，子菜单名可由用户任意指定，但各个子菜单名不能相同。意指定，但各个子

207、菜单名不能相同。3）子菜单的调用：）子菜单的调用：用户在菜单项中可用以下格式来调用子菜单：用户在菜单项中可用以下格式来调用子菜单： $菜单类型菜单类型=被调用子菜单名被调用子菜单名被调用子菜单的菜单类型采用缩写形式，它们分别为：被调用子菜单的菜单类型采用缩写形式，它们分别为： 缩写形式缩写形式 菜单类型菜单类型 S 屏幕菜单屏幕菜单 A1A4 辅助菜单辅助菜单 B1B4 按钮菜单按钮菜单 P0P16 弹出式菜单弹出式菜单下面是调用子菜单的例子：下面是调用子菜单的例子：$S=TRAN 调用屏幕子菜单调用屏幕子菜单TRAN$I=PARTS 调用图像块子菜单调用图像块子菜单PARTS$T1=ELEM

208、ENT 调用数字化仪子菜单调用数字化仪子菜单ELEMENT 如果没有指定被调用子菜单名，则返回上一菜单。如果没有指定被调用子菜单名，则返回上一菜单。例如菜单项例如菜单项 AUTOCADY$S= 用来恢复前一屏幕菜单。用来恢复前一屏幕菜单。 4）菜单项的表示：）菜单项的表示： 菜菜单单或或子子菜菜单单中中包包含含的的一一行行行行命命令令串串称称为为菜菜单单项项。菜菜单单项项有以下几种表示：有以下几种表示：(a) 菜单项名菜单项名命令串命令串 该方法用于屏幕菜单项或下拉菜单项的表示。方括号中该方法用于屏幕菜单项或下拉菜单项的表示。方括号中的的菜单项名显示在屏幕的相应区域内，方括号外的命令串可能是菜

209、单项名显示在屏幕的相应区域内，方括号外的命令串可能是AutoCAD的命令、关键字或子菜单调用命令。如果是的命令、关键字或子菜单调用命令。如果是AutoCAD的命令或关键字，则出现在命令行并执行；如果是子菜单调用命的命令或关键字，则出现在命令行并执行；如果是子菜单调用命令，则调出相应的子菜单。由于屏幕菜单区的宽度有限，只能显令，则调出相应的子菜单。由于屏幕菜单区的宽度有限，只能显示出菜单项的前八个字符，故菜单项名的有效字符数为八。示出菜单项的前八个字符，故菜单项名的有效字符数为八。 (b) 字符串字符串 方括号中的字符串只是作为子菜单的标题项使用。方括号中的字符串只是作为子菜单的标题项使用。(c

210、)字符串字符串 该种表示方法是第该种表示方法是第(1)种表示方法的特例，此时，字符串既种表示方法的特例，此时，字符串既作为菜单项名显示在屏幕上，又作为命令串出现在命令行。作为菜单项名显示在屏幕上，又作为命令串出现在命令行。(d) -子菜单名子菜单名和和- 菜单项名菜单项名命令串命令串 前者是调用下拉子菜单或光标子菜单的菜单项。后者是前者是调用下拉子菜单或光标子菜单的菜单项。后者是子菜子菜单的最后一个菜单项，方括号内的菜单项名将显示在屏幕上，命单的最后一个菜单项，方括号内的菜单项名将显示在屏幕上，命令串的作用同令串的作用同(1)所述。所述。 (e) 幻灯片库名（幻灯片名，文字）幻灯片库名（幻灯片

211、名，文字） 命令串命令串 这这是是图图像像块块菜菜单单段段中中菜菜单单项项的的完完整整表表示示形形式式。方方括括号号内内的的幻幻灯灯片片名名所所对对应应的的幻幻灯灯片片或或文文字字显显示示在在列列表表框框中，命令串的作用同中，命令串的作用同(1)所述。所述。(f) 字母字母数字数字 命令串命令串 这是数字化仪菜单段中菜单项的表示形式。每一这是数字化仪菜单段中菜单项的表示形式。每一项对应于数字化仪上的一个小区，字母是小区的行号，项对应于数字化仪上的一个小区，字母是小区的行号，数字是小区的列号。数字是小区的列号。 菜单项的一般格式如下：菜单项的一般格式如下： command_tag label m

212、enu_function(a) “command_tag”为为命命令令标标识识符符，用用作作标标识识名名，它它由由字字母母、下下划划线线和和数数字字构构成成，位位于于菜菜单单项项名名前前面面，是是菜菜单单项项的的标标识识。各各个个菜菜单项的标识名不能同名。单项的标识名不能同名。(b) “label”为为项项标标题题，方方括括号号中中的的项项标标题题作作为为菜菜单单项项名名将将显显示示在在屏屏幕的相应区域内。幕的相应区域内。(c) “menu_function”为为实实现现预预定定功功能能的的操操作作，如如执执行行AutoCAD的的命命令、调用子菜单或令、调用子菜单或AutoLISP函数等。函数

213、等。 下面的一个菜单项是合法的：下面的一个菜单项是合法的： ID_save SaveCC_save其中：其中：ID_save是该菜单项的标识名，方括号中的是该菜单项的标识名，方括号中的Save是菜单项是菜单项名显示在屏幕上。当该菜单项被用户选择后，名显示在屏幕上。当该菜单项被用户选择后，save命令将被执行。命令将被执行。 （3）用户界面开发的一般方法用户界面开发的一般方法 用户界面（即菜单文件）的开发有两种途径：一种是在用户界面（即菜单文件）的开发有两种途径：一种是在AutoCAD的标准菜单文件的标准菜单文件ACAD.MNU中增加新内容；另一种中增加新内容；另一种是用户建立自己的菜单文件。是

214、用户建立自己的菜单文件。1）在）在ACAD.MNU中增加新内容中增加新内容在在ACAD.MNU标准菜单文件中增加新内容的操作步骤如下：标准菜单文件中增加新内容的操作步骤如下：(1) 确确定定要要加加入入的的菜菜单单类类型型，如如下下拉拉菜菜单单、屏屏幕幕菜菜单单、图图像像块块菜菜单单、数字化仪菜单等。数字化仪菜单等。(2) 分分析析所所要要加加入入菜菜单单的的功功能能，如如绘绘图图、编编辑辑、显显示示、图图形形库库管管理理等，以便确定增加到等，以便确定增加到ACAD.MNU中的哪个菜单段或子菜单。中的哪个菜单段或子菜单。(3) 确确定定所所要要增增加加的的菜菜单单的的位位置置，即即菜菜单单在在

215、屏屏幕幕上上的的显显示示位位置置， 或在数字化仪菜单的哪个小区域。或在数字化仪菜单的哪个小区域。(4) 用用文文本本编编辑辑程程序序调调出出ACAD.MNU文文件件，将将要要增增加加的的菜菜单单新新内内容容放到相应的菜单段中或子菜单中。放到相应的菜单段中或子菜单中。 (5) 对增加了新内容的对增加了新内容的ACAD.MNU文件进行编译。文件进行编译。 在启动在启动AutoCAD之前，必须先删除之前，必须先删除ACAD.MNC、ACAD.MNS、ACAD.MNR三个文件，然后启动三个文件，然后启动AutoCAD，系统，系统就会自动编译就会自动编译ACAD.MNU文件，并重新生成文件，并重新生成A

216、CAD.MNC、ACAD.MNS、ACAD.MNR三个菜单文件。三个菜单文件。 例例：在在ACAD.MNU下下拉拉菜菜单单中中增增加加一一个个下下拉拉菜菜单单段段POP14，该该菜菜单单段段包包含含五五个个菜菜单单项项，可可分分别别绘绘制制圆圆形形、三三角角形形、梯梯形形、平平行行四四边形和五角星。具体操作步骤如下：边形和五角星。具体操作步骤如下：(1) 用用文文本本编编辑辑程程序序调调出出ACAD.MNU文文件件，在在POP11下下拉拉菜菜单单段段后后面增加一个面增加一个POP14下拉菜单段，内容如下：下拉菜单段，内容如下：*POP14*绘特殊图形绘特殊图形ID_YDRAW1 绘特殊图形绘特

217、殊图形ID_Circle 圆形圆形CCcircle 200,180 60 ID_Angle 三角形三角形CCline 100,70 300,70 260,240 C ID_Dbtx 梯形梯形CCline 50,50 350,50 300,280 100,280 CID_Pret 平行四边形平行四边形CCline 50,50 300,50 350,240 100,240 C ID_Star 五角星五角星CCline 100,100 1500 150216 15072 150288 C(2) 将修改后的将修改后的ACAD.MNU文件存盘，退出文本编辑程序。文件存盘，退出文本编辑程序。 (3) 删除

218、删除ACAD.MNC、ACAD.MNS、ACAD.MNR三个文件。三个文件。 2）建立用户菜单）建立用户菜单 除了修改除了修改AutoCAD标准菜单文件标准菜单文件ACAD.MNU外，还可以外，还可以开发独立的用户菜单文件。建立用户菜单的操作步骤如下：开发独立的用户菜单文件。建立用户菜单的操作步骤如下：(1) 确确定定要要开开发发的的菜菜单单类类型型，如如下下拉拉菜菜单单、屏屏幕幕菜菜单单、图图像像块块菜菜单单、数字化仪菜单等。数字化仪菜单等。(2) 分分析析所所要要开开发发的的菜菜单单的的功功能能，如如绘绘图图、编编辑辑、显显示示、图图形形库库管管理等，以便确定需开发哪些菜单段或子菜单。理等

219、，以便确定需开发哪些菜单段或子菜单。(3) 确确定定各各个个菜菜单单的的位位置置，即即菜菜单单在在屏屏幕幕上上的的显显示示位位置置，或或在在数数字字化仪菜单的哪个小区域。化仪菜单的哪个小区域。 (4) 用用文文本本编编辑辑程程序序编编辑辑用用户户自自己己开开发发的的菜菜单单文文件件（.MNU文文件件），然然后后将将其其保保存存在在对对应应于于AutoCAD的的相相应文件夹（应文件夹（SUPPORT）中。）中。(5) 在在AutoCAD系系统统环环境境下下，使使用用MENU命命令令调调用用用用户户菜菜单，格式如下：单，格式如下： Command：MENU 执行该命令后，系统将打开一个对话框，单击

220、用户执行该命令后，系统将打开一个对话框，单击用户建立的菜单文件并按建立的菜单文件并按“确定确定”按钮，系统就开始编译用按钮，系统就开始编译用户户菜单文件，在屏幕上显示出用户菜单的内容。菜单文件，在屏幕上显示出用户菜单的内容。 例例：在在AutoCAD2002中中开开发发用用户户界界面面，建建立立一一个个适适合合机机械械制制图图的的包包含含有有“文文件件”、“图图幅幅设设置置”、“绘绘图图”和和“尺尺寸寸标标注注”4个个下下拉拉菜菜单单的的用用户户菜菜单单文文件件，菜菜单单文文件件名名取取为为YUAN.MNU。具体操作步骤如下：具体操作步骤如下：(1) 用用文文本本编编辑辑程程序序编编辑辑YUA

221、N.MNU文文件件，该该文文件件包包含含4个个下下拉拉菜菜单段单段POP1、POP2、POP3和和POP4，内容如下：，内容如下：*POP1*文件文件ID_Title1 文件文件 ID_New 新建新建CCnew ID_Open 打开打开CCopen -ID_Save 保存保存CCsaveID_Saveas 另存为另存为CCsaveas*POP2*图幅设置图幅设置ID_Tile2 图幅设置图幅设置ID_A 0号号图图幅幅CClimits 0,0 1189,841 zoom a line 0,0 1189,0 0,841 -1189,0 C line 25,10 w 0.7 1154,0 0,8

222、21 -1154,0 CID_A1 1号号图图幅幅CClimits 0,0 841,594 zoom a line 0,0 841,0 0,594 -841,0 C pline 25,10 w 0.7 706,0 0,574 -706,0 C ID_A2 2号号图图幅幅CClimits 0,0 594,420 zoom a line 0,0 594,0 0,420 -594,0 C pline 25,10 w 0.7 559,0 0,400 -559,0 CID_A3 3号号图图幅幅CClimits 0,0 420,297 zoom a line 0,0 420,0 0,297 -420,0

223、C pline 25,5 w 0.7 390,0 0,287 -390,0 C ID_A4 4号号图图幅幅CClimits 0,0 297,210 zoom a line 0,0 297,0 0,210 -297,0 C pline 25,5 w 0.7 267,0 0,200 -267,0 C*POP3*绘图绘图 ID_Title3 绘图绘图 ID_Line 直线直线CCline ID_Pline 多义线多义线CCplineID_Circle 圆圆CCcircleID_Arc 圆弧圆弧CCarcID_Text 文本文本CCdtext*POP4*尺寸标注尺寸标注ID_Title4 尺寸标注尺寸

224、标注ID_Hor 水平标注水平标注CCdim horID_Ver 垂直标注垂直标注CCdim verID_Ali 对齐标注对齐标注CCdim ali -ID_Ang 角度标注角度标注CCdim angularID_Dia 直径标注直径标注CCdim diameterID_Rad 半径标注半径标注CCdim radius(2) 保存该菜单文件，将其存入对应于保存该菜单文件，将其存入对应于AutoCAD 库搜索路径的文件库搜索路径的文件夹内。夹内。菜单文件名取为菜单文件名取为YUAN.MNU。(3) 启动启动AutoCAD2010后，在后，在“命令命令”提示符下输入提示符下输入MENU命令，命令，

225、系统将打开系统将打开“选择菜单文件选择菜单文件”对话框。对话框。在该对话框中选定在该对话框中选定YUAN.MNU文件，然后单击文件，然后单击“Open”（打开）按钮，系统将编（打开）按钮，系统将编译译YUAN.MNU文件，生成文件，生成ACAD.MNC、ACAD.MNS、ACAD.MNR三个菜单文件。三个菜单文件。7.3.1图形交换文件图形交换文件AutoCAD提供了一种固定格式的后缀为提供了一种固定格式的后缀为.DXF的的ASCII码文件，码文件，称为图形交换文件，用于与其它称为图形交换文件，用于与其它CAD系统及用户应用程序间的图形系统及用户应用程序间的图形信息交换。信息交换。1总体结构总

226、体结构DXF文件由文件由6个段（个段（SECTION）组成：）组成：(1)标题段（标题段（HEADER）此段记录了有关图形的各种当前设置和参数，它实际上描述了此段记录了有关图形的各种当前设置和参数，它实际上描述了AutoCAD系统的当前工作环境。系统的当前工作环境。(2)类段（类段（CLASSES）类段保存由应用程序定义的类，而该类的实体则出现在块段，实类段保存由应用程序定义的类，而该类的实体则出现在块段，实体段，对象段中。体段，对象段中。7.3图形系统与外部程序交换信息图形系统与外部程序交换信息(3)表段（表段（TABLES）表段又由表段又由9张表组成，它们依次为：视口配置表（张表组成，它们

227、依次为：视口配置表（VPORT），），线型表（线型表（LTYPE），层表（），层表（LAYER），字体表（），字体表（STYLE），视图），视图表（表（VIEW），坐标系表（），坐标系表（UCS），应用程序名表（），应用程序名表（APPID），标），标注字体表（注字体表（DIMSTYLE），块定义表（），块定义表（BLOCK_RECORD）。）。(4)块段（块段（BLOCKS）此段记录在图形中所使用的块及其各块内所包含实体的描述。此段记录在图形中所使用的块及其各块内所包含实体的描述。(5)实体段（实体段（ENTITIES）此段包含图中所有实体的信息。此段包含图中所有实体的信息。(6)对象段（对

228、象段（OBJECTS）对象段包含图形数据库中所有非图形实体的定义数据对象段包含图形数据库中所有非图形实体的定义数据2组（组（GROUP）DXF文件的最小组成单元为组（文件的最小组成单元为组（GROUP），每个组占两行，第一行为组代），每个组占两行，第一行为组代码，第二行为组值。组代码是非负的整数，而组值的数据类型取决于组代码的数码，第二行为组值。组代码是非负的整数，而组值的数据类型取决于组代码的数值，其规定如下：值，其规定如下：组代码的范围组代码的范围组值的数据类型组值的数据类型09字符型字符型1059实实型型6079整整型型常用组代码的含义如下：常用组代码的含义如下：0：标识一个事物的开始，

229、如一个段、一个表、一个块、一个实体等。：标识一个事物的开始，如一个段、一个表、一个块、一个实体等。2：名字，如段、表、块等名字。：名字，如段、表、块等名字。8：图层名（固定的）。：图层名（固定的）。1018：X坐标值。坐标值。2028：Y坐标值。坐标值。3037：Z坐标值。坐标值。4048：高度、宽度、距离、半径、比例因子等。：高度、宽度、距离、半径、比例因子等。5058：角度值。：角度值。3实体（直线、圆、圆弧）的几何数据描述：实体（直线、圆、圆弧）的几何数据描述：(1)直线的几何数据的组代码直线的几何数据的组代码10，20，30：起点的：起点的X，Y，Z坐标坐标11，21，31：终点的：终

230、点的X，Y，Z坐标坐标(2)圆的几何数据的组代码圆的几何数据的组代码10，20，30：圆心的：圆心的X，Y，Z坐标坐标40：圆的半径：圆的半径(3)圆弧的几何数据的组代码圆弧的几何数据的组代码10，20，30：圆弧中心的：圆弧中心的X，Y，Z坐标坐标40：圆弧的半径：圆弧的半径50：圆弧的起始角：圆弧的起始角51：圆弧的终止角：圆弧的终止角4图形交换命令图形交换命令与与DXF文件有关的文件有关的AutoCAD命令有二个：命令有二个：Dxfout和和Dxfin。(1)Dxfout命令用于将命令用于将AutoCAD屏幕上的图形信息转换成屏幕上的图形信息转换成DXF文件。文件。(2)Dxfin命令用

231、于将命令用于将DXF文件转换成文件转换成AutoCAD的图形，与的图形，与Dxfout命命令相反。令相反。7.3.2用用C语言生成语言生成DXF文件文件用用C语言生成语言生成DXF文件就是编写生成文件就是编写生成DXF文件的接口程序，进文件的接口程序，进行接口程序开发应注意以下行接口程序开发应注意以下2个问题：个问题：(1)实用的实用的DXF文件接口程序应该是一些具有专用功能的函数模文件接口程序应该是一些具有专用功能的函数模块组成。块组成。(2)AutoCAD可以接受缺少任何一些段、表的可以接受缺少任何一些段、表的DXF文件文件.1接口程序的基本函数模块组成接口程序的基本函数模块组成(1)be

232、gin建立一个建立一个DXF新文件，并生成实体段段标题的函数。新文件，并生成实体段段标题的函数。应用程序须最先调用此函数。应用程序须最先调用此函数。begin()charfname14;printf(“EnterDXFfilename:”);scanf(“%s”,fname);strcat(fname,“.dxf”);fp=fopen(“fname,“w”);fprintf(fp,“0nSECTIONn2nENTITIESn”);(2)ending生成段尾和文件结束符的函数，并关闭生成段尾和文件结束符的函数，并关闭DXF文件。文件。应用程序应最后调用此函数。应用程序应最后调用此函数。endin

233、g()fprintf(fp,“0nENDSECn0nEOFn”);fclose(fp);(3)line写直线实体函数。写直线实体函数。line(floatxs,floatys,floatxe,floatye)fprintf(fp,“0nLINEn8n0n”);fprintf(fp,“10n%fn”,xs);fprintf(fp,“20n%fn”,ys);fprintf(fp,“30n0.0n”);fprintf(fp,“11n%fn”,xe);fprintf(fp,“21n%fn”,ye);fprintf(fp,“31n0.0n”);(4)circle写圆实体函数。写圆实体函数。circle(

234、floatxc,floatyc,floatr)fprintf(fp,“0nCIRCLEn8n0n”);fprintf(fp,“10n%fn”,xc);fprintf(fp,“20n%fn”,yc);fprintf(fp,“30n0.0n”);fprintf(fp,“40n%fn”,r);(5)arc写圆弧实体函数。写圆弧实体函数。arc(floatxc,floatyc,floatr,floatang1,floatang2)fprintf(fp,“0nARCn8n0n”);fprintf(fp,“10n%fn”,xc);fprintf(fp,“20n%fn”,yc);fprintf(fp,“30

235、n0.0n”);fprintf(fp,“40n%fn”,r);fprintf(fp,“50n%fn”,ang1);fprintf(fp,“51n%fn”,ang2);2应用举例应用举例(yuan4.c)利用上述利用上述5个接口函数绘制如图所示图形的个接口函数绘制如图所示图形的C语言主程序如下：语言主程序如下：main()floatx0,y0,b,h,d;printf(“Enterx0,y0,b,h,d:”);scanf(“%f,%f,%f,%f,%f”,&x0,&y0,&b,&h,&d);/*调用接口函数调用接口函数*/begin();line(x0,y0,x0+b,y0);line(x0+b

236、,y0,x0+b,y0+h);arc(x0+b/2,y0+h,b/2,0,180);line(x0,y0+h,x0,y0);circle(x0+b/2,y0+h,d/2);ending();7.3.3用用C语言读取语言读取DXF文件文件读取读取DXF文件，从中提取用户应用程序所需信息，这是文件，从中提取用户应用程序所需信息，这是utoCAD与高级语言程序接口的又一种形式。与高级语言程序接口的又一种形式。下面的下面的C语言程序是从语言程序是从DXF文件中提取直线实体几何信息的源程文件中提取直线实体几何信息的源程序，即提取直线的起点坐标序，即提取直线的起点坐标xs，ys，zs和终点坐标和终点坐标x

237、e，ye，ze，并将，并将提取的坐标值存放在用户指定的数据文件中提取的坐标值存放在用户指定的数据文件中(yuan5.c)。/*从从DXF文件提取直线实体几何信息的文件提取直线实体几何信息的C语言源程序语言源程序*/#includestdio.h#includemath.hFILE*fp;inti,gcode;charfname14,gvalue65;floatxs100,ys100,zs100,xe100,ye100,ze100;/*主程序主程序*/main()intn;i=0;scanline();printf(Enterdatafilename:);scanf(%s,fname);fp=f

238、open(fname,w);fprintf(fp,%dn,i);for(n=1;n=i;n+)fprintf(fp,%f,%f,%fn,xsn,ysn,zsn);fprintf(fp,%f,%f,%fn,xen,yen,zen);fclose(fp);/*搜索到实体段的函数搜索到实体段的函数*/intscanline()printf(EnterDXFfilename:);scanf(%s,fname);strcat(fname,.dxf);fp=fopen(fname,r);dofscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%s,gvalue);while(gcode!=2|s

239、trcmp(gvalue,ENTITIES)!=0);dofscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%s,gvalue);if(gcode=0&strcmp(gvalue,LINE)=0)outline();while(gcode!=0|strcmp(gvalue,ENDSEC)!=0);fclose(fp);return0;/*提取直线的起点坐标和终点坐标提取直线的起点坐标和终点坐标*/intoutline()dofscanf(fp,%d,&gcode);if(gcode=10)i=i+1;fscanf(fp,%f,&xsi);elsefscanf(fp,%s,gvalu

240、e);while(gcode!=10);fscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%f,&ysi);fscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%f,&zsi);fscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%f,&xei);fscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%f,&yei);fscanf(fp,%d,&gcode);fscanf(fp,%f,&zei);return0;第第8 8章章 智能智能CADCAD与设计型专家系统与设计型专家系统8.1 8.1 智能智能CADCAD的概念及其发展的概念及其发展8.1.1

241、8.1.1 传统传统CADCAD技术的局限性技术的局限性一一般般来来讲讲，工工程程设设计计大大致致可可以以分分为为两两种种工工作作：一一类类是是数数值值计计算算，包包括括计计算算、分分析析、绘绘图图等等，另另一一类类是是符符号号推推理理，包包括方案设计、评价、决策、结构设计等。括方案设计、评价、决策、结构设计等。传传统统的的CAD技技术术都都以以数数值值计计算算为为基基础础，它它不不包包括括符符号号推推理理，即即没没有有分分析析问问题题和和解解决决问问题题的的能能力力，它它所所能能做做的的工工作作，主主要要是是提提供供方方便便的的设设计计手手段段来来辅辅助助设设计计人人员员进进行行设设计计，即

242、即CAD系统只是一个辅助工具。系统只是一个辅助工具。为了克服传统为了克服传统CAD的不足，人们开始研究新的的不足，人们开始研究新的CAD技技术思想，引入人工智能的原理和方法，采用专家系统技术，术思想，引入人工智能的原理和方法，采用专家系统技术，将将CAD发展为智能发展为智能CAD技术，以适应创造性设计的要求。技术，以适应创造性设计的要求。 8.1.2 8.1.2 智能智能CADCAD的概念的概念智智能能CAD是是人人工工智智能能（AI）和和CAD技技术术相相结结合合的的一一门门综综合合性性研研究领域，其英文名为究领域，其英文名为IntelligentCAD，简写为，简写为ICAD。迄今为止，虽

243、然对迄今为止，虽然对ICAD有许多定义，但还没有一个大家公认的有许多定义，但还没有一个大家公认的统一的定义。本书给出其中的一个定义为：统一的定义。本书给出其中的一个定义为：ICAD是一种由多个智是一种由多个智能体（或称专家系统）与多种能体（或称专家系统）与多种CAD功能模块有机集成的支持产品设功能模块有机集成的支持产品设计的复杂系统。计的复杂系统。上述上述ICAD概念的表述强调了以下思想：概念的表述强调了以下思想：(1)ICAD是传统是传统CAD技术与专家系统技术的有机集成。技术与专家系统技术的有机集成。(2)ICAD中一般包含有多个专家系统，或称智能体，它们独自负中一般包含有多个专家系统，或

244、称智能体，它们独自负责解决某个单一领域的设计问题，但它们又是分布式的。责解决某个单一领域的设计问题，但它们又是分布式的。(3)ICAD系系统统应应该该是是为为复复杂杂产产品品的的创创新新设设计计、革革新新设设计计或或变变型型设设计计提提供供支支持持环环境境或或工工作作平平台台，不不应应该该是是针针对对某某类类产产品品设设计计的的专专用用系系统。统。(4)ICAD支持复杂产品设计的范围应包括产品需求分析、方案设支持复杂产品设计的范围应包括产品需求分析、方案设计、结构设计、可制造性分析、工程分析、优化设计、可靠性设计、计、结构设计、可制造性分析、工程分析、优化设计、可靠性设计、详细设计和运动仿真等

245、环节。详细设计和运动仿真等环节。 8.1.3 8.1.3 智能智能CADCAD的发展的发展根根据据智智能能化化的的水水平平，可可将将ICAD的的发发展展分分为为初初级级和和高级两个阶段。高级两个阶段。1 1ICADICAD的初级阶段的初级阶段设计型专家系统设计型专家系统随着随着CAD技术与专家系统技术的发展，人们开始技术与专家系统技术的发展，人们开始把它们结合起来使把它们结合起来使CAD系统具备某些计算机化的智系统具备某些计算机化的智能来解决某些设计问题。能来解决某些设计问题。2 2ICADICAD的高级阶段的高级阶段面向动态联盟的集成化智能面向动态联盟的集成化智能设计系统设计系统集成化智能设

246、计（集成化智能设计（integratedintelligentCAD，IICAD）系统是智能）系统是智能CAD的高级阶段，代表了的高级阶段，代表了ICAD的发展方向，从而在人的主导下将复杂产品的设计的发展方向，从而在人的主导下将复杂产品的设计自动化推向更高的水平。自动化推向更高的水平。8.2 8.2 智能智能CADCAD的方法与应用的方法与应用8.2.1 8.2.1 面向方案形成过程的智能面向方案形成过程的智能CADCAD方法方法方方案案是是一一个个设设计计的的核核心心，它它表表示示设设计计结结果果或或接接近近设设计计结结果果，所所以以，智智能能CAD的的一一类类方方法法，自自然然是是面面向方

247、案形成过程的，具体如下：向方案形成过程的，具体如下：1 1基于推理的设计方法基于推理的设计方法方方案案的的形形成成过过程程可可以以看看作作为为一一个个推推理理的的过过程程，它它的的输输入入是是已已有有的的设设计计数数据据和和设设计计知知识识，ICAD系系统统借借助助于于推推理理，如如正正向向推推理理、反反向向推推理理、混混合合推推理理等等，由计算机得出设计的方案。由计算机得出设计的方案。至于设计知识的表示，常用的有谓词逻辑、框架至于设计知识的表示，常用的有谓词逻辑、框架结构、产生式规则表示等，将在结构、产生式规则表示等，将在8.3节中进行介绍。节中进行介绍。2 2基于搜索的方法基于搜索的方法如

248、如果果把把设设计计的的各各种种可可能能的的方方案案组组合合成成为为设设计计空空间间，那那么么设设计计过过程程可可被被看看成成是是在在设设计计空空间间中中的的解解的的搜搜索索，设设计计的的结结果果即即是是对对应应于于设设计计空空间间中中的的某某个个点点（一一种种设设计计方方案案）。搜搜索索方方法法可可分分为为两两大大类类，即即盲盲目目搜搜索索和和启启发式搜索。发式搜索。3 3基于约束满足的设计方法基于约束满足的设计方法方案的形成过程可以看成是一个约束满足问题，方案的形成过程可以看成是一个约束满足问题，即所有的设计要求与限制都可被看作是对变量的约束，即所有的设计要求与限制都可被看作是对变量的约束，

249、而最终的方案则是满足所有的约束条件后的设计。约而最终的方案则是满足所有的约束条件后的设计。约束集限制下的子空间即为设计的解空间，而求解的过束集限制下的子空间即为设计的解空间，而求解的过程则是基于约束进行的。程则是基于约束进行的。8.2.2 8.2.2 基于设计对象表达的智能基于设计对象表达的智能CADCAD方法方法对对于于设设计计问问题题的的求求解解，人人们们有有很很多多理理解解，从从信信息息加加工工角角度度来来看看，设设计计是是人人们们对对某某一一领领域域知知识识的的创创造造、检检索索、整整理理、表表示示、传传播播以以及及在在客客观观世世界界的的再再现现，是是一一个个设设计计对对象象的的描描

250、述述信信息息逐逐步步增增加加的的过过程程。因因此此，从从设设计计对对象象表表达达的的角角度度出出发发，人人们们提提出出了了更更适适合合于于设设计计问问题题求求解解的的智智能能CAD方方法法：基基于于实实例例的的设设计计方方法法（CBD）和和基基于于原原型型的的设设计计方方法法（PBD）。）。1基于实例的设计方法基于实例的设计方法一个典型的一个典型的CBD过程包括以下步骤：过程包括以下步骤：(1)根据当前的设计问题从实例中检索出相应的实例。根据当前的设计问题从实例中检索出相应的实例。(2)调调整整该该实实例例中中的的求求解解方方案案，使使之之适适合合于于求求解解当当前前的的设设计问题。计问题。(

251、3)求解当前设计问题并形成新的实例。求解当前设计问题并形成新的实例。(4)根据一定的策略将新实例加入到实例库中。根据一定的策略将新实例加入到实例库中。 2 2基于原型的设计方法基于原型的设计方法设设计计原原型型是是一一些些经经验验性性的的设设计计要要素素的的组组合合，概概括括了了一一类类事事物物的的基基本本特特征征或或共共同同属属性性，是是对对一一类类事事物物的的抽抽象象。在在进进行行设设计计活活动动时时，原原型型既既给给出出了了一一个个基基本本的的设设计计对对象象描描述述模模型型，又又限限定定了了设设计计模模型型，并并对对设设计计过过程程的的推推进进起起导导引引作作用用。一一类类设设计计对对

252、象象的的原原型型可可用用如如下下方方式表示：式表示：原型知识原型知识=原型原型+变换规则变换规则+范例范例原型原型=子原型子原型+结构关系结构关系+特性特性基于原型的设计系统须具备以下两种学习能力：基于原型的设计系统须具备以下两种学习能力：(1)从实例中进行学习。从实例中进行学习。(2)从类比中进行学习。从类比中进行学习。8.2.3 8.2.3 智能智能CADCAD的应用的应用智智能能CAD的的应应用用非非常常广广，在在这这里里只只给给出出其其中中几几个个应应用用的例子。的例子。1 1自动方案生成自动方案生成理理想想的的智智能能CAD是是：人人类类提提出出设设计计的的要要求求，由由计计算算机机

253、来来模模拟拟设设计计师师，自自动动地地设设计计出出形形式式多多样样的的且且能能满满足足要要求求的设计方案来。的设计方案来。2 2智能交互智能交互在在智智能能CAD系系统统中中，系系统统可可以以用用户户输输入入的的信信息息为为基基础础，通通过过计计算算机机已已具具备备的的知知识识和和推推理理，自自动动获获得得更更多多的的信信息息，从而使得交互变得简便。从而使得交互变得简便。3 3智能显示智能显示(1)色彩方面。色彩方面。(2)真实感方面真实感方面。8.3 8.3 知识的表示知识的表示知知识识的的自自动动化化处处理理技技术术是是ICAD的的核核心心技技术术，知知识识处处理理包包括知识表示、知识利用

254、和知识获取，本节只讨论知识表示。括知识表示、知识利用和知识获取，本节只讨论知识表示。知知识识是是人人类类对对于于客客观观事事物物规规律律性性的的认认识识。知知识识可可划划分分为为两两个个层层次次，即即领领域域知知识识和和元元知知识识，其其中中元元知知识识是是“关关于于知知识识的的知知识识”。知识的表示就是研究如何用最合适的形式来组织知识，使知识的表示就是研究如何用最合适的形式来组织知识，使其对所需解决的问题最为有利。知识的表示其对所需解决的问题最为有利。知识的表示也是当今正处于也是当今正处于发展的一个方向，知识表示的方法也日益增多，这里仅简单介发展的一个方向，知识表示的方法也日益增多，这里仅简

255、单介绍几种常见的方法。绍几种常见的方法。8.3.1 8.3.1 谓词逻辑谓词逻辑1 1命题演算命题演算2谓词演算谓词演算8.3.2 8.3.2 框架结构框架结构框框架架是是一一种种描描述述立立体体形形态态的的数数据据结结构构。框框架架有有如如下下形形式：式：（，）（，） （，） )8.3.3 8.3.3 产生式表示法产生式表示法知识用规则表示的专家系统，称为基本规则的专家系知识用规则表示的专家系统，称为基本规则的专家系统或称为产生式系统，这是专家系统中用得最多的一种知统或称为产生式系统，这是专家系统中用得最多的一种知识表示方法。一个产生式系统由规则库、综合数据库和推识表示方法。一个产生式系统由

256、规则库、综合数据库和推理机三个部分组成。理机三个部分组成。1 1规则库规则库产产生生式式系系统统中中所所有有规规则则组组成成的的集集合合称称为为规规则则库库，或称为知识库。产生式规则实质上就是一个以或称为知识库。产生式规则实质上就是一个以IFx为真，为真，THEN执行执行y的形式表示的语句，即：的形式表示的语句，即：IF且且且且 THEN 2 2综合数据库综合数据库综综合合数数据据库库有有时时也也称称作作语语境境（上上下下文文），它它是是规规则则所所涉涉及及的的对对象象。数数据据库库中中的的数数据据可可以以为为表表结结构构，也也可可为为树树或或网网结结构构。工工程程设设计计专专家家系系统统数数

257、据据库库中中的的数数据据结结构构，多多半半采采用用树树结结构构或或层层次次性性的的树树或或网网状状结结构构，以以表表示示各各参参数数之之间间的的层层次次与与类类别关系。别关系。3 3推理机推理机推推理理机机可可以以根根据据当当前前语语境境的的状状态态，控控制制下下一一步步应应选选择择哪哪一个规则。一个规则。产产生生式式系系统统的的最最大大特特点点是是模模块块性性和和自自然然性性。由由于于规规则则表表示示具具有有良良好好的的模模块块化化结结构构，因因此此每每条条规规则则可可自自由由增增删删、修修改改，规规则则间间的的关关系系通通过过语语境境间间接接地地表表示示出出来来，所所以以易易于于实实现现知

258、知识识库库和和推推理理机机的的分分离离；由由于于规规则则是是一一种种自自然然的的知知识识表表达达方方式式，因此可充分地表示各种知识。因此可充分地表示各种知识。除除上上述述表表示示方方法法外外，还还有有过过程程模模式式表表示示、语语义义网网络络模模式式等表示方法。读者可参阅有关文献。等表示方法。读者可参阅有关文献。8.4 8.4 知识推理知识推理知知识识的的利利用用问问题题，即即怎怎样样设设计计推推理理机机构构去去利利用用知知识识，按按一一定定的的推推理理策策略略，解解决决具具体体的的工工程程问问题题。目目前前，常常用用的的推理方法有以下四类：推理方法有以下四类：(1)演演绎绎推推理理。演演绎绎

259、推推理理也也称称为为单单调调推推理理。演演绎绎推推理理是是在在已已知知领领域域一一般般性性知知识识的的前前提提下下，通通过过演演绎绎求求解解一一个个具具体体问问题题或或证证明明一一个个结结论论的的正正确确性性，所所以以它它所所得得的的结结论论实实际际上上早早就就隐隐含含在在前前提提之之中中，只只不不过过通通过过演演绎绎将将已已有有的的事事实实揭揭露出来。露出来。(2)归归纳纳推推理理。与与演演绎绎相相反反，归归纳纳推推理理则则是是一一种种需需要要有有知知识识生生殖殖的的过过程程，即即它它是是由由一一类类事事物物的的大大量量事事例例推推出出该该类事物普遍规律的一种推理方法。类事物普遍规律的一种推

260、理方法。(3)不精确推理。似然推理和模糊推理是不精确推理不精确推理。似然推理和模糊推理是不精确推理的两种主要表现形式。的两种主要表现形式。(4)非非单单调调推推理理。非非单单调调推推理理中中，较较为为典典型型的的推推理理形形式式有有默默认认逻逻辑辑和和约约束束逻逻辑辑。默默认认逻逻辑辑可可以以表表示示为为：“当当且且仅仅当当没没有有事事实实证证明明S不不成成立立时时，S总总是是成成立立的的”。约约束束逻逻辑辑可可以以表表示示为为：“当当且且仅仅当当没没有有事事实实证证明明S在在更更大大范范围围内内成成立立时，时，S只能在指定的范围内成立只能在指定的范围内成立”。专专家家系系统统中中，推推理理以

261、以知知识识库库中中的的已已有有知知识识为为基基础础，是是一一种种基基于于知知识识的的推推理理，基基于于知知识识的的推推理理的的计计算算机机实实现现构构成成推推理理机机。这这种种基基于于规规则则的的推推理理系系统统，其其推推理理方方法法有有正正向向推推理、反向推理和正反向混合推理。理、反向推理和正反向混合推理。正正向向推推理理是是从从已已知知事事实实的的一一个个初初始始状状态态出出发发，按按一一定定的推理策略，运用知识库中的的推理策略，运用知识库中的知识，推断出结论。知识，推断出结论。反反向向推推理理则则是是先先提提出出结结论论（假假设设），然然后后寻寻找找支支持持这这个结论的证据。个结论的证据

262、。正反向混合推理是指把正向推理和反向推理结合起来正反向混合推理是指把正向推理和反向推理结合起来8.5 8.5 设计型专家系统设计型专家系统8.5.1 8.5.1 专家系统的基本结构专家系统的基本结构一一个个较较为为完完整整的的专专家家系系统统的的基基本本结结构构如如图图8.2所所示示，它它由由六六个部分组成。个部分组成。(1)知知识识库库。它它是是领领域域知知识识的的存存贮贮器器，用用以以存存放放一一定定形形式式表表达的专家知识、经验和书本知识及常识，以备系统推理判断用达的专家知识、经验和书本知识及常识，以备系统推理判断用(2)综综合合数数据据库库。它它用用于于存存贮贮某某一一领领域域内内的的

263、固固有有数数据据和和在在推推理过程中得到的各种中间信息。理过程中得到的各种中间信息。图图8.2专家系统的基本结构专家系统的基本结构(3)推推理理机机。推推理理机机是是一一组组程程序序，用用来来控控制制推推理理的过程。的过程。(4)解解释释模模块块。它它是是一一组组程程序序，负负责责对对推推理理给给出出必必要要的的解解释释，为为用用户户了了解解系系统统的的推推理理过过程程、向向系系统统学习和维护系统提供方便，使用户易于接受。学习和维护系统提供方便，使用户易于接受。(5)知知识识获获取取模模块块。知知识识的的获获取取模模块块是是一一组组知知识识库库管管理理程程序序，它它不不仅仅负负责责维维护护知知

264、识识库库的的一一致致性性，更更重重要要的的是是在在帮帮助助获获取取知知识识的的过过程程中中提提供供知知识识的的构构造造、排排错错和和更更新新功功能能，使使知知识识库库能能根根据据领领域域专专家家的的要要求求，方便地建立、扩充和维护。方便地建立、扩充和维护。(6)人机接口。人机接口负责管理并执行用户、人机接口。人机接口负责管理并执行用户、领域专家与专家系统之间的对话通信。它控制调度领域专家与专家系统之间的对话通信。它控制调度推理、解释、维护知识库等过程。推理、解释、维护知识库等过程。8.5.2 8.5.2 设计型专家系统的特点设计型专家系统的特点专家系统的共有特点如下：专家系统的共有特点如下：(

265、1)具有丰富的知识和科学的推理能力。具有丰富的知识和科学的推理能力。专专家家系系统统能能运运用用专专家家级级的的知知识识和和经经验验，结结合合数数值值计算的结果进行推理和判断。计算的结果进行推理和判断。(2)具有透明性的特点。具有透明性的特点。专专家家系系统统具具有有很很强强的的解解释释功功能能和和咨咨询询功功能能，即即正正确、详细地解释推理的过程和作出结论的理由。确、详细地解释推理的过程和作出结论的理由。(3)具有灵活性的特点。具有灵活性的特点。专家系统能不断地接纳新知识，修改原有知识，专家系统能不断地接纳新知识，修改原有知识，以使自身在工程实践中日趋完善。以使自身在工程实践中日趋完善。此外

266、，设计型专家系统还有如下特点：此外，设计型专家系统还有如下特点：1 1常常采采用用“设设计计评评价价再再设设计计”的的设设计计过过程程模模型型这这种种设设计计模模型型要要求求专专家家系系统统必必须须能能揭揭示示上上一一设设计计方方案案不不能能被被接接受受的的原原因因，并并能能吸吸收收上上次次设设计计过过程程中中的的成成功功经经验验和和失失败败教教训训，进进行行自自我我修修改改，调调整整设设计计参参数数、改变判定条件等等。改变判定条件等等。2 2设设计计过过程程决决策策、技技术术问问题题决决策策及及判判断断决决策策需需要要多种资源支持多种资源支持图图8.4中给出了设计型专家系统所需的各种资源，他

267、中给出了设计型专家系统所需的各种资源，他们大多数也是当前们大多数也是当前CAD中所用的资源，因而说明有关中所用的资源，因而说明有关决策与相应决策与相应CAD的资源是紧密结合的。的资源是紧密结合的。8.5.3设计型专家系统的建立设计型专家系统的建立1知识库的建造知识库的建造(1)知识的获取知识的获取知识的获取就是把用于求解某专门问题的知识知识的获取就是把用于求解某专门问题的知识从知识源中提取出来，并转换成计算机能识别的代码。从知识源中提取出来，并转换成计算机能识别的代码。专家知识的获取方法，如图专家知识的获取方法，如图8.5所示，大体上分所示，大体上分为两种。为两种。第一种方法第一种方法如图如图

268、8.5（a），是通过知识工程师，是通过知识工程师从领域专家处获取知识。从领域专家处获取知识。第二种方法第二种方法如图如图8.5（b），是通过知识获取工，是通过知识获取工具获取知识。具获取知识。图图8.5知识的获取方法知识的获取方法知识的获取过程通常要经过以下五个主要步骤：知识的获取过程通常要经过以下五个主要步骤：1）定知识源阶段。）定知识源阶段。知知识识源源包包括括专专家家过过去去的的问问题题求求解解实实例例、教教科科书书以以及及隐含在专家头脑中的问题求解经验等。隐含在专家头脑中的问题求解经验等。2）概念化阶段。）概念化阶段。本阶段的任务是将前一阶段获得的知识源进行整理本阶段的任务是将前一阶段

269、获得的知识源进行整理3）形式化阶段。）形式化阶段。本本阶阶段段的的任任务务就就是是要要把把上上个个阶阶段段得得出出的的相相关关概概念念映映射成知识的形式化表示。射成知识的形式化表示。4）实现阶段。）实现阶段。把把形形式式化化的的知知识识映映射射成成一一个个可可执执行行的的程程序序，形形成成一一个原形（个原形（prototype）专家系统。）专家系统。5）完善阶段。）完善阶段。(2)知识库的组织结构知识库的组织结构由由于于工工程程设设计计领领域域问问题题的的复复杂杂性性，其其知知识识库库也也比比较较庞庞大大，这这时时往往往往首首先先采采用用任任务务分分解解的的思思想想将将一一个个大大型型的的设设

270、计计任任务务分分解解成成许多相对独立的子任务。许多相对独立的子任务。对对于于机机械械设设计计知知识识的的多多样样性性和和设设计计过过程程的的阶阶段段性性，我我们们可可以以把把机机械械设设计计过过程程分分解解为为不不同同的的层层次次，如如图图8.7所所示示。位位于于某某一一层层次次的的具具体体设设计计对对象象所所用用的的知知识识，既既与与其其它它部部分分的的知知识识有有一一定定程度的关联又表现为相对独立。程度的关联又表现为相对独立。图图8.7机械设计的分层结构机械设计的分层结构2设计型专家系统的控制策略我我们们以以机机械械设设计计专专家家系系统统为为例例来来讨讨论论设设计计型型专专家家系系统统的

271、的控控制制策略。策略。在在机机械械设设计计中中，常常采采用用“设设计计评评价价再再设设计计”的的总总体体控控制制结结构构（以以后后简简称称为为再再设设计计结结构构），这这种种结结构构已已被被广广泛泛应应用用在在机机械设计专家系统中，使用效果良好。械设计专家系统中，使用效果良好。图图8.8描述了再设计结构，图中有五个主要的功能模块，现描述了再设计结构，图中有五个主要的功能模块，现分述如下：分述如下：图图8.8再设计结构再设计结构(1)初初始始设设计计模模块块。该该模模块块一一般般完完成成方方案案设设计计，常常采采用类比法，因而需要丰富的经验和知识。用类比法，因而需要丰富的经验和知识。(2)分分析

272、析模模块块。这这个个模模块块主主要要应应用用各各种种方方法法对对方方案案进进行行分分析析，包包括括有有限限元元分分析析方方法法、可可靠靠性性分分析析方方法法、失失效效分析方法等。分析方法等。(3)评评价价模模块块。评评价价就就是是确确定定方方案案的的各各项项评评价价指指标标的的具体数值，为下一阶段的可接受性决策提供依据。具体数值，为下一阶段的可接受性决策提供依据。(4)可可接接受受性性决决策策模模块块。该该模模块块的的任任务务是是检检查查对对设设计计方方案案评评价价的的结结果果是是否否达达到到了了可可接接受受性性指指标标，可可由由多多个个评评价指标综合建立起可接受性指标。价指标综合建立起可接受

273、性指标。(5)再设计模块。该模块的任务是根据评价模块和可再设计模块。该模块的任务是根据评价模块和可接受性决策模块反馈的信息，运用专家知识，对原方案接受性决策模块反馈的信息，运用专家知识，对原方案进行修改，提交新的设计方案，使设计方案向可接受性进行修改，提交新的设计方案，使设计方案向可接受性指标逼近。指标逼近。第第9 9章章 成组技术成组技术9.1 9.1 成组技术的基本原理成组技术的基本原理9.1.1 9.1.1 成组技术基本原理成组技术基本原理传统的单件小批量生产模式主要有下列一些问题：传统的单件小批量生产模式主要有下列一些问题：（1）生产计划、组织管理复杂化）生产计划、组织管理复杂化（2）

274、零零件件从从投投料料至至加加工工成成成成品品和和总总生生产产时时间间（生生产产周周期期）较长较长（3）生产准备工作量极大）生产准备工作量极大（4）产量小限制了先进生产技术的采用）产量小限制了先进生产技术的采用成组技术成组技术GT（GroupTechnology）就是为了解决这些问）就是为了解决这些问题而产生和发展起来的一项新技术。它是一门生产技术科学，题而产生和发展起来的一项新技术。它是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相利用它，即把相似的问题归类成组，寻求

275、解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。9.1.2 9.1.2 成组技术的发展成组技术的发展50年代末年代末60年代初，成组技术传入东欧和西欧各国。年代初，成组技术传入东欧和西欧各国。60年年代代以以后后，日日本本、美美国国也也积积极极采采用用成成组组技技术术，并并取取得得效效果。果。数数控控机机床床自自1952年年在在美美国国问问世世以以来来，近近30年年的的生生产产实实践践显显示了它的一系列优越性。示了它的一系列优越性。分分类类编编码码方方法法和和技技术术文文件件的的统统一一化化，使使各各级级计计算算机机管管理理系系统统便便于于联

276、联网网，由由此此可可实实现现技技术术经经济济信信息息这这一一社社会会智智力力资资源源的的共共享。享。我我国国早早在在60年年代代初初就就在在纺纺织织机机械械、飞飞机机、机机床床及及工工程程机机械械等机械制造业中推广应用成组技术，并初见成效。等机械制造业中推广应用成组技术，并初见成效。进入进入80年代成组技术在我国得到广泛应用。机械设计研究年代成组技术在我国得到广泛应用。机械设计研究总院组织研制了全国机械零件分类编码系统总院组织研制了全国机械零件分类编码系统JLBM19.2 9.2 零件的分类编码系统零件的分类编码系统9.2.1 9.2.1 零件的代码零件的代码1 1零件的识别码零件的识别码产产

277、品品中中每每种种基基本本零零件件都都必必须须有有自自己己的的“识识别别码码”，借借以以与与产产品品中中的的其其它它零零件件相相区区别别。这这种种零零件件的的识识别别码码，也也就就是是零零件件的的件件号号或或图图号号。零零件件的的识识别别码码是是唯唯一一的的，即即每每种种基基本本零零件件只只应应有有、也也只只能能有有一一个个件件号或图号。号或图号。2 2零件的分类码零件的分类码零零件件的的分分类类码码是是推推行行成成组组技技术术时时才才提提出出的的,这这是是因为：因为：（1）单单有有零零件件的的识识别别码码，并并不不能能按按成成组组技技术术要要求求组织生产。组织生产。（2）为为了了推推行行成成组

278、组技技术术的的需需要要，零零件件除除了了必必须须拥拥有自己唯一的识别码外，还必须拥有分类码。有自己唯一的识别码外，还必须拥有分类码。9.2.2零件分类编码的作用零件分类编码的作用在实施成组技术的步骤中，首先要建立符合企业生产特点的零在实施成组技术的步骤中，首先要建立符合企业生产特点的零件分类编码系统。零件分类编码系统并非只对零件的分类分组有件分类编码系统。零件分类编码系统并非只对零件的分类分组有用，其作用和意义远比分类分组深刻得多。对产品零件进行分类用，其作用和意义远比分类分组深刻得多。对产品零件进行分类分组，那只是零件分类编码系统的功能之一。何况，零件的分类分组，那只是零件分类编码系统的功能

279、之一。何况，零件的分类分组也并非单纯依靠零件分类编码系统便可完全解决的。此处必分组也并非单纯依靠零件分类编码系统便可完全解决的。此处必须强调的是，除了能对零件分类分组外，零件分类编码系统的主须强调的是，除了能对零件分类分组外，零件分类编码系统的主要功能还在于能搜集和检索有关零件从设计、工艺到生产的各种要功能还在于能搜集和检索有关零件从设计、工艺到生产的各种信息。其主要表现在以下几个方面：信息。其主要表现在以下几个方面：(1)利用零件分类编码结果得出企业的零件频谱利用零件分类编码结果得出企业的零件频谱汇总全部产品中自制零件的分类码，并统计出其中每个码位汇总全部产品中自制零件的分类码，并统计出其中

280、每个码位上的每个代码的出现频率，便可得出企业产品零件总体在每个结上的每个代码的出现频率，便可得出企业产品零件总体在每个结构一工艺持祉上的统计分。这些统计分布便构成企业的产品零件构一工艺持祉上的统计分。这些统计分布便构成企业的产品零件频谱，或简称零件谱。频谱，或简称零件谱。（2）零件分类编码的结果是实现设计一工艺标准化的基础）零件分类编码的结果是实现设计一工艺标准化的基础通过整理零件分类编码的结果，便能汇集出相似结构一工艺通过整理零件分类编码的结果，便能汇集出相似结构一工艺的零件组。这就为实现相似零件的结构标准化、通用化和系列化，的零件组。这就为实现相似零件的结构标准化、通用化和系列化，以及为制

281、造相似零件所用的工艺规程及其工艺装备的标准化、专以及为制造相似零件所用的工艺规程及其工艺装备的标准化、专业化、自动化奠定了基础，从而能显著提高企业在产品设计和工业化、自动化奠定了基础，从而能显著提高企业在产品设计和工艺准备方面的标准化水平。艺准备方面的标准化水平。（3）零件分类编码的结果提供了有效的检索手段）零件分类编码的结果提供了有效的检索手段利用分类编码结果，按类组整理已有的有关零件的各种技术相利用分类编码结果，按类组整理已有的有关零件的各种技术相生产方面的资料，然后便可按零件的分类码进行检索提取。这样生产方面的资料，然后便可按零件的分类码进行检索提取。这样便能使大量已有的、并被证明是十分

282、可靠的资料，能够得到重复便能使大量已有的、并被证明是十分可靠的资料，能够得到重复利用，因而便可大大节约不必要的重复劳动，充分做到物尽其用，利用，因而便可大大节约不必要的重复劳动，充分做到物尽其用，杜绝一切可能的浪费。这样也有利于提高企业的经济效益。杜绝一切可能的浪费。这样也有利于提高企业的经济效益。(4)零件分类编码系统的推广应用有利于实现专业化生产零件分类编码系统的推广应用有利于实现专业化生产如果零件分类编码系统的应用不是局限于个别企业，而是延伸如果零件分类编码系统的应用不是局限于个别企业，而是延伸到整个行业，乃至整个部门。则能从行业的或部门的产品中找出到整个行业，乃至整个部门。则能从行业的

283、或部门的产品中找出更多的结构一工艺相似曲军部件来，组织成先进的按零部件专业更多的结构一工艺相似曲军部件来，组织成先进的按零部件专业化的集中生产，以克服历来将相似零部件按产品专业比分散生产化的集中生产，以克服历来将相似零部件按产品专业比分散生产的弊病。的弊病。（5）零件分类编码系统的应用有助于生产信息管理）零件分类编码系统的应用有助于生产信息管理人类社会正步入一个崭新的信息时代。持别是现代机械制造企业人类社会正步入一个崭新的信息时代。持别是现代机械制造企业面对科学技术突飞猛进、社会需求多样多变、市场竞争口益激烈的面对科学技术突飞猛进、社会需求多样多变、市场竞争口益激烈的严峻环境，企业为了谋求生存

284、和发展，必须对外部环境的瞬息变化，严峻环境，企业为了谋求生存和发展，必须对外部环境的瞬息变化，作出迅速的决策和反应。这便需要依靠及时准确地向企业领导部门作出迅速的决策和反应。这便需要依靠及时准确地向企业领导部门提供各种必要的信息，作为制订决策的依据。若按传统的手工作业提供各种必要的信息，作为制订决策的依据。若按传统的手工作业方式来汇集和处理企业生产活动中的浩确信息，则将必然延误时机。方式来汇集和处理企业生产活动中的浩确信息，则将必然延误时机。从而使企业的经营决策因跟不上外部环境的迅速变化，而蒙受经济从而使企业的经营决策因跟不上外部环境的迅速变化，而蒙受经济上的打击和损失。因此，现代企业必须重视

285、生产经营信息，而且必上的打击和损失。因此，现代企业必须重视生产经营信息，而且必须借助计算机进行信息管理。须借助计算机进行信息管理。9.2.3 9.2.3 零件分类编码原理和概念零件分类编码原理和概念1 1零件的分类原理和概念零件的分类原理和概念本本小小节节仅仅限限于于讨讨论论分分类类原原理理与与概概念念而而不不涉涉及及编编码码。有有关关编编码问题将在下一小节中阐述。码问题将在下一小节中阐述。(1)分类分类分分类类是是人人类类认认识识客客观观世世界界的的重重要要工工具具，是是科科学学赖赖以以产产生生的的基础。基础。(2)分类系统分类系统分分类类系系统统是是为为了了达达到到一一定定分分类类目目的的

286、和和要要求求而而采采用用的的相相应应分分类原理、规则和步骤所构成的一个体系的总称。类原理、规则和步骤所构成的一个体系的总称。(3)分类环节分类环节分类环节是事物在分类过程中所经历的每个层次或步骤。分类环节是事物在分类过程中所经历的每个层次或步骤。(4)分类标志分类标志分分类类标标志志是是事事物物赖赖以以进进行行分分类类的的依依据据。分分类类标标志志往往往往选选取取被分类事物所固有的特征和属性。被分类事物所固有的特征和属性。2 2分类系统的结构形式分类系统的结构形式(1) (1) 按横向分类环节的多少来分按横向分类环节的多少来分1）少少环环节节分分类类系系统统这这类类分分类类系系统统的的横横向向

287、分分类类环环节节数数量量一一般般不不超超过过9个个。主主要要适适用用于于手手工工分分类类场场合合，以以便便于于记记忆忆和和实实际际使用。使用。2）多多环环节节分分类类系系统统这这类类分分类类系系统统的的横横向向分分类类环环节节数数量量都都在在9个以上。主要宜于采用计算机辅助分类。个以上。主要宜于采用计算机辅助分类。(2) (2) 按横向分类环节间的相互关系来分按横向分类环节间的相互关系来分1）独独立立环环节节的的分分类类系系统统若若系系统统内内各各横横向向分分类类环环节节之之间间彼彼此完全独立而互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节此完全独立而互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节2）

288、关关联联环环节节的的分分类类系系统统一一般般地地说说，若若系系统统中中相相邻邻横横向向分分类类环环节节之之间间有有从从属属关关系系而而互互相相关关联联，则则这这样样的的横横向向分分类类环环节节便便称作关联环节。称作关联环节。3）混合环节的分类系统）混合环节的分类系统这种分类系统中的横向分类环节这种分类系统中的横向分类环节既有独立环节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结既有独立环节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结构的混合结构。构的混合结构。(3) (3) 按分类系统的用途来分按分类系统的用途来分1）供供设设计计检检索索用用的的分分类类系系统统这这种种系系统统的的主主要要特特点在于

289、所选用的分类标志偏重在零件结构特征方面。点在于所选用的分类标志偏重在零件结构特征方面。2）供供工工艺艺标标准准化化用用的的分分类类系系统统此此处处主主要要偏偏重重于于零件的工艺特点。零件的工艺特点。3）设设计计与与工工艺艺兼兼顾顾的的分分类类系系统统目目前前许许多多分分类类系系统都是制订成设计与工艺兼顾的。统都是制订成设计与工艺兼顾的。(4) (4) 按分类系统结构的表达形式分按分类系统结构的表达形式分1）表表格格式式分分类类系系统统这这种种用用表表格格形形式式来来表表达达的的分分类类系统，是目前流行的表达形式。系统，是目前流行的表达形式。2）决决策策树树式式分分类类系系统统这这是是一一种种新

290、新的的、有有发发展展前前途的表达形式，这种决策树的逻辑性强。途的表达形式，这种决策树的逻辑性强。9.2.4 9.2.4 常用的零件分类编码系统常用的零件分类编码系统1 1VUOSOVUOSO零件分类编码系统零件分类编码系统VUOSO零件分类编码系统是成组技术中最早出现的零件分类零件分类编码系统是成组技术中最早出现的零件分类编码系统。目前许多现有的零件分类编码系统，大体上都是以编码系统。目前许多现有的零件分类编码系统，大体上都是以VUOSO系统演变而来的。系统演变而来的。VUOSO系统的基本结构即如图系统的基本结构即如图9.8所示。所示。图图9.8VUOSO分类编码系统的基本结构分类编码系统的基

291、本结构VUOSO系系统统的的第第一一个个横横向向分分类类环环节节称称为为“类类”，主主要要用用来来区区分分：回回转转体体类类零零件件、非非回回转转体体类类零零件件，以以及及用用除除机机械械加加工工以以外外的的其其它它工工艺艺方方法法（如如：弯弯曲曲、焊焊接接、成成型型等等）所所获获得的零件。第一横向分类环节下，设有得的零件。第一横向分类环节下，设有8个纵向分类环节。个纵向分类环节。VUOSO系系统统的的第第二二横横向向分分类类环环节节称称为为“级级”。主主要要用用来来区区分分零零件件的的大大小小和和重重量量，借借此此也也同同时时描描述述零零件件的的基基本本形形状状。对对于于回回转转体体零零件件

292、，此此处处采采用用最最大大外外径径D以以及及最最大大长长度度L与与最最大大外外径径D之之比比，便便可可很很容容易易地地区区分分回回转转体体类类零零件件中中的的盘盘盖盖类类、短轴与套筒类、长轴类。短轴与套筒类、长轴类。VUOSO系系统统第第三三个个横横向向分分类类环环节节称称为为“组组”。主主要要是是在在上上述述两两个个横横向向分分类类环环节节所所确确定定的的零零件件基基本本形形状状的的基基础础上上，进一步描述零件结构形状的细节。进一步描述零件结构形状的细节。VUOSO系系统统中中的的第第一一、二二、三三个个横横向向环环节节都都是是关关联联环环节。节。VUOSO系系统统的的第第四四个个横横向向分

293、分类类环环节节称称为为“型型”。主主要要用来表示零件所用的材料和毛坯种类。用来表示零件所用的材料和毛坯种类。图图9.11按按VUOSO系统分类编码的示例系统分类编码的示例2 2OPITZOPITZ零件分类编码系统零件分类编码系统OPITZ系系统统是是一一个个十十进进制制的的九九位位代代码码的的混混合合结结构构分分类类编码系统。编码系统。OPITZ系统的基本示意，如图系统的基本示意，如图9.10所示。所示。图图9.10OPITZ分类编码系统结构示意分类编码系统结构示意OPITZ系系统统前前面面五五个个横横向向分分类类环环节节主主要要用用来来描描述述零零件件的的基基本形状要素。本形状要素。第第一一

294、个个横横向向分分类类环环节节主主要要用用来来区区分分回回转转体体类类与与非非回回转转体体类类的零件类别。的零件类别。系系统统的的第第二二个个横横向向分分类类环环节节至至第第五五个个横横向向分分类类环环节节，则则是是针针对对第第一一个个横横向向分分类类环环节节中中所所确确定定的的零零件件类类别别的的形形状状细细节节，作作进一步的描述并细分。进一步的描述并细分。OPITZ系系统统的的辅辅助助码码部部分分，实实际际上上是是一一个个公公用用部部分分。即即不不论论回回转转体体类类或或非非回回转转体体类类零零件件，均均需需用用到到这这一一部部分分，故故而而这这一一部部分分的的横横向向分分类类环环节节皆皆为

295、为独独立立环环节节，与与其其前前面面的的所所谓谓主主码码部部分分互互不不相相干干。辅辅助助码码部部分分从从第第六六个个横横向向分分类类环环节节开开始始，用用来来划划分分零件的主要尺寸。零件的主要尺寸。第第七七个个横横向向分分类类环环节节是是以以材材料料种种类类作作为为其其分分类类标标志志，但但其其中也附带考虑部分热处理信息。中也附带考虑部分热处理信息。第八个横向分类环节的分类标志为毛坯原始形状。第八个横向分类环节的分类标志为毛坯原始形状。第九个横向分类环节，则是说明零件加工精度的分类标志第九个横向分类环节，则是说明零件加工精度的分类标志图图9.13零件零件OPITZ系统编码实例系统编码实例3

296、3JLBM-1JLBM-1零件分类编码系统零件分类编码系统JLBM1系系统统是是我我国国原原机机械械工工业业部部门门为为在在机机械械加加工工中中推推行行成成组组技技术术而而开开发发的的一一种种零零件件分分类类编编码码系系统统。这这一一系系统统经经过过先先后后四四次次的的修修订订已已于于1984年年正正式式作作为为我我国机械工业部的技术指导资料。国机械工业部的技术指导资料。JLBM1系系统统是是一一个个十十进进制制十十五五位位代代码码的的混混合合结结构分类编码系统。它的基本结构即如图构分类编码系统。它的基本结构即如图9.12所示。所示。JLBM1系系统统增增加加了了形形状状加加工工的的环环节节，

297、因因而而比比OPITZ系系统统可可以以容容纳纳较较多多的的分分类类标标志志，同同时时，它它在在系系统统的的总总体体组组成成上上，要要比比OPITZ系系统统简简单单，因因此此也也易易于于使用。使用。图图9.14JLBM1分类编码系统结构示意图分类编码系统结构示意图图图9.15JLBM1分类编码系统的分类编码示例分类编码系统的分类编码示例9.3 9.3 零件的分组方法零件的分组方法目目前前应应用用的的零零件件分分类类方方法法主主要要有有：视视检检法法、生生产产流流程程分析法和编码分类法。分析法和编码分类法。9.3.1 9.3.1 生产流程法生产流程法（ProductionFlowAnalysisP

298、FA）生生产产流流程程分分析析是是研研究究工工厂厂生生产产活活动动中中物物料料流流程程客客观观规规律律的的一一种种统统计计分分析析方方法法。它它着着重重分分析析生生产产过过程程中中从从原原材材料料到产品的物料流程，研究最佳的物料流程系统。到产品的物料流程，研究最佳的物料流程系统。1顺序分枝法顺序分枝法顺顺序序分分枝枝法法乃乃是是将将待待分分类类的的全全部部零零件件按按其其工工艺艺过过程程逐逐个地判别，使之归属于相应的各级分枝组。个地判别，使之归属于相应的各级分枝组。为为便便于于分分析析工工作作，应应将将零零件件工工艺艺过过程程编编码码。为为此此，可可采用机床（设备）或工序代码。采用机床（设备）

299、或工序代码。用顺序分枝法对零件分类包括两个过程：分枝过程和用顺序分枝法对零件分类包括两个过程：分枝过程和并枝过程。并枝过程。若若将将两两个个分分枝枝组组之之间间的的工工艺艺过过程程相相似似程程度度定定义义为为亲亲密密度度，则则可可并并枝枝的的两两分分枝枝组组它它们们之之间间的的亲亲密密度度关关系可区分为高、中、低三级：系可区分为高、中、低三级：（1）高亲密度关系）高亲密度关系（2）中亲密度关系）中亲密度关系（3）低亲密度关系）低亲密度关系并并枝枝成成组组时时，宜宜于于从从最最高高级级分分枝枝组组开开始始逐逐次次寻寻求求可可并并枝枝的的次次一一级级枝枝组组。当当然然，最最先先应应按按高高亲亲密密

300、度度关关系系并并枝枝，然然后后求求其其次次按按中中亲亲密密度度关关系系并并枝枝，最最后后，若若需需要要可可放放宽宽相相似似性性按按低低亲亲密密度度关关系系并并枝枝，并并适适当当地规定允许的最低并枝水平。地规定允许的最低并枝水平。2聚类分析法聚类分析法聚聚类类分分析析法法是是一一种种数数值值分分类类方方法法，它它是是数数理理统统计计中中研研究究物物以以类类聚聚的的一一种种多多元元分分析析方方法法，即即用用某某一一数数学学统统计计量量定定量量地地确确定定样品之间的亲疏关系，从而客观地将样品分类。样品之间的亲疏关系，从而客观地将样品分类。(1)基本概念基本概念1）样品）样品样品是分类对象的单一个体。

301、样品是分类对象的单一个体。2）分分类类全全域域与与类类分分类类全全域域为为欲欲分分类类的的样样品品全全体体。类类是是分分类全域的一个子集。类全域的一个子集。3）相相似似系系数数相相似似系系数数是是描描述述两两个个样样品品之之间间相相似似程程度度的的统统计量计量(2)聚类方法和类相似系数聚类方法和类相似系数这这种种构构造造样样品品与与类类或或类类类类之之间间相相似似系系数数统统计计量量的的法法则则称称为为聚类方法，该统计量称为类相似系数。聚类方法，该统计量称为类相似系数。可以用类相似系数定义以下常用的几种聚类方法：可以用类相似系数定义以下常用的几种聚类方法：1）最近距离法（）最近距离法（Sing

302、leLinkageMethod）两个类之间的两个类之间的类相似系数定义为一个类中所有样品和另一个类中所有样品之类相似系数定义为一个类中所有样品和另一个类中所有样品之间的各相似系数的最大值。间的各相似系数的最大值。2）最最远远距距离离法法（CompleteLinkageMethod）两两个个类类之之间间的的类类相相似似系系数数定定义义为为一一个个类类中中所所有有样样品品和和另另一一个个类类中中所所有有样样品之间的各相似系数的最小值。品之间的各相似系数的最小值。3）类类平平均均法法（AverageLinkageMethod）两两个个类类分分别别有有np及及nq个个样样品品，这这两两个个类类之之间间

303、的的类类相相似似系系数数定定义义为为所所有有npnq个个样品对之间相似系数的算术平均值。样品对之间相似系数的算术平均值。还还有有其其他他多多种种聚聚类类方方法法，如如中中值值法法、可可变变类类平平均均法法及及可可变变法等。法等。可可以以用用递递推推的的算算法法计计算算出出每每聚聚合合一一个个新新类类之之后后该该类类与与其其他他类之间的类相似系数。类之间的类相似系数。(3)聚类分析法的零件分类聚类分析法的零件分类本分类方法是根据规定的统计量为判据将多种零件逐次聚本分类方法是根据规定的统计量为判据将多种零件逐次聚合成类。为此，首先应计算出零件之间的各相似系数，据此列合成类。为此，首先应计算出零件之

304、间的各相似系数，据此列出原始相似系数矩阵表，将矩阵中相似系数数值最高的一对零出原始相似系数矩阵表，将矩阵中相似系数数值最高的一对零件聚合成新类。件聚合成新类。9.3.2 9.3.2 编码分类法编码分类法1 1零件分类的相似性标准零件分类的相似性标准按按某某些些相相似似特特征征将将零零件件分分类类，困困难难在在于于制制订订适适宜宜的的相似性标准。在掌握相似性标准时，应注意到两个方面相似性标准。在掌握相似性标准时，应注意到两个方面(1)相相似似性性标标准准不不能能太太高高，要要求求过过严严，以以致致使使零零件件不不易汇集成组。易汇集成组。(2)相相似似性性标标准准不不能能太太低低，过过于于粗粗略略

305、，以以致致归归属属于于同同一一组组的的零零件件种种数数太太多多，使使组组内内零零件件间间差差异异性性太太大大，从从而而妨碍了很好地利用零件的相似性。妨碍了很好地利用零件的相似性。为为制制定定零零件件族族相相似似性性标标准准有有下下列列三三种种方方法法：特特征征码码位法、码域法及特征位码域法。位法、码域法及特征位码域法。2 2特征码位法特征码位法在在编编码码中中选选用用若若干干特特征征码码位位来来制制定定分分类类的的相相似似性性标标准准，只只要是特征码位代码相同的零件皆可以归属于同一零件组。要是特征码位代码相同的零件皆可以归属于同一零件组。图图9.17特征码位法特征码位法3码域法码域法制制定定相

306、相似似性性标标准准除除特特征征码码位位法法以以外外，尚尚可可采采用用码码域域法法，即即适适当当放放宽宽每每一一码码位位相相似似特特征征方方面面的的范范围围，这这样样就就允允许许编编码码虽虽不不相相同同，但但具具有有一一定定零零件件特特征征相相似似性性的的零零件件仍仍可可归归属属于于同同一一零零件件组，即适当地扩大了成组的零件种数。组，即适当地扩大了成组的零件种数。图图9.18码域法码域法4特征位码域法特征位码域法这种方法只要求零件在特征码位的码值在规定的码域内，这种方法只要求零件在特征码位的码值在规定的码域内，它是上述两种方法的综合，因而能兼备二者的特点，即既能抓它是上述两种方法的综合，因而能

307、兼备二者的特点，即既能抓住零件分类的主要特征方面，又能适当放宽其相似性要求，以住零件分类的主要特征方面，又能适当放宽其相似性要求，以期得到满意的分类结果。期得到满意的分类结果。图图9.19特征位码域法特征位码域法9.3.3势函数法势函数法势函数法进行零件的分类成组过程如图势函数法进行零件的分类成组过程如图9.20所示，其分类步骤如所示，其分类步骤如下：下：1)将欲分类的零件用二维特征矩阵进行描述，例如可用将欲分类的零件用二维特征矩阵进行描述，例如可用89的二的二维矩阵来描述零件的几何特征和工艺特征，在图维矩阵来描述零件的几何特征和工艺特征，在图9.20中，中，Xt=(Xt1,Xt2,Xt3,X

308、t72)该二维矩阵为了便于光电扫描输入，用了黑白表示，黑的为该二维矩阵为了便于光电扫描输入，用了黑白表示，黑的为“1”，白的为，白的为“0”。图图9.20零件分类成组的势函数法过程零件分类成组的势函数法过程2)用光电扫描装置依次把各个零件的二维矩阵读入计算机。用光电扫描装置依次把各个零件的二维矩阵读入计算机。3)计算机用势函数方程计算出各个零件的势函数值。计算机用势函数方程计算出各个零件的势函数值。4)为各零件族选定一个参考零件，它应尽可能包括该族零件的为各零件族选定一个参考零件，它应尽可能包括该族零件的各种特征，参考零件的几何特征和工艺特征同样也用各种特征，参考零件的几何特征和工艺特征同样也

309、用89的二的二维矩阵描述，在图维矩阵描述，在图9.20中，中，Ye(r)=(Ye1(r),Ye2(r),Ye72(r)5)将输入分类零件的势函数值与参考零件的势函数值进行比较，将输入分类零件的势函数值与参考零件的势函数值进行比较，通过规格化，使参考零件的势函数值为通过规格化，使参考零件的势函数值为1，零件的势函数值在，零件的势函数值在01之间，相近势函数值的零件即可归组。之间，相近势函数值的零件即可归组。图图9.21为利用势函数法进行零件分类的例子，零件为利用势函数法进行零件分类的例子，零件No.1为为参考零件，其势函数值为参考零件，其势函数值为1，其他零件的势函数值见图中右表所，其他零件的势

310、函数值见图中右表所示。利用势函数法进行零件分类实际上是用势函数值来表达零示。利用势函数法进行零件分类实际上是用势函数值来表达零件之间的相似性。该法可在计算机上进行，效率高，效果好，件之间的相似性。该法可在计算机上进行，效率高，效果好，是一种计算机辅助零件分类方法。是一种计算机辅助零件分类方法。图图9.21利用势函数法进行零件分类的实例利用势函数法进行零件分类的实例9.4 9.4 成组技术的应用成组技术的应用9.4.1 9.4.1 成组技术在设计中的应用成组技术在设计中的应用以以成成组组技技术术基基本本原原理理指指导导产产品品设设计计，不不仅仅能能保保证证最最大大限限度度地地重重复复使使用用原原

311、有有的的设设计计信信息息，还还可可以以赋赋予予产产品品零零件件部部件件间间更更高高的的相相似似性性，为为后后继继生生产产活活动动实实施施成成组组技技术术奠奠定定了了良良好好的的基基础础。因因此此，为为获获得得全全面面实实施施成成组组技技术术的的综合经济效益，首先应在产品设计中应用成组技术。综合经济效益，首先应在产品设计中应用成组技术。在产品设计中，标准化、系列化、通用化是减少重在产品设计中，标准化、系列化、通用化是减少重复设计，减少基本件数的基本方法。利用成组技术进行复设计，减少基本件数的基本方法。利用成组技术进行零件标准化设计可变单件小批量为中大批生产，从而提零件标准化设计可变单件小批量为中

312、大批生产，从而提高生产效率。成组技术要求在新产品设计中，尽量采用高生产效率。成组技术要求在新产品设计中，尽量采用已有产品的零件，减少零件形状，零件上的功能要素以已有产品的零件，减少零件形状，零件上的功能要素以及尺寸的离散性。下面介绍应用成组技术的零件标准化及尺寸的离散性。下面介绍应用成组技术的零件标准化设计方法设计方法复合零件法。复合零件法。9.4.2 9.4.2 成组技术在工艺过程中的应用成组技术在工艺过程中的应用成成组组技技术术在在工工艺艺设设计计中中应应用用的的基基本本思思想想是是着着眼眼于于零零件件工工艺艺过过程程的的相相似似性性。只只要要多多类类零零件件的的某某一一工工序序能能在在同

313、同一一设设备备上上用用相相同同的的工工艺艺装装备备和和调调整整方方法法进进行行加加工工，则则这这几几类类零零件件在在这这一一工工序序上上可可以以并并成成一一组组。常常用用的的成成组组工工艺艺设设计计方方法法有有复复合合零零件件法法和和复复合线路法。合线路法。1复合零件法复合零件法复复合合零零件件法法，顾顾名名思思义义是是利利用用一一种种所所谓谓的的复复合合零零件件来来设设计计成成组组工工艺艺的的方方法法。作作为为复复合合零零件件都都必必须须拥拥有有同同组组零零件件的的全全部部待待加工的表面要素。加工的表面要素。2复合路线法复合路线法复合路线法是在零件分类成组的基础上，把同组零件的工复合路线法是

314、在零件分类成组的基础上，把同组零件的工艺过程卡收集在一起。然后从中先选出组内最复杂，也即最长艺过程卡收集在一起。然后从中先选出组内最复杂，也即最长的工艺路线作为代表，再将此代表路线与组内其它零件的工艺的工艺路线作为代表，再将此代表路线与组内其它零件的工艺路线相比较。经过比较，便可将其它零件有的而此代表路线没路线相比较。经过比较，便可将其它零件有的而此代表路线没有的工序一一添入。这样便可最终得出满足全组零件要求的成有的工序一一添入。这样便可最终得出满足全组零件要求的成组工艺。组工艺。9.4.3成组技术在企业生产管理中的应用成组技术在企业生产管理中的应用目前企业的生产管理多是按产品进行分工，按型号

315、进行管理。目前企业的生产管理多是按产品进行分工，按型号进行管理。每个型号都有自己的一套生产计划每个型号都有自己的一套生产计划，生产任务紧张时，生产任务紧张时，矛盾就，矛盾就非常突出非常突出，重复性工作量大，重复性工作量大，生产效率低。不仅使计划目标难，生产效率低。不仅使计划目标难以实现以实现,而且在人力、而且在人力、物力、物力、财力各方面都造成了很多浪费。财力各方面都造成了很多浪费。采用成组技术后的生产过程得到优化，使得生产环节，零部采用成组技术后的生产过程得到优化，使得生产环节，零部件的加工类型上发生了变化。主要反映在以下几个方面：件的加工类型上发生了变化。主要反映在以下几个方面：1）生产布

316、置设计时，在加工作业范围内采用成组流水线和成）生产布置设计时，在加工作业范围内采用成组流水线和成组单元加工组单元加工,设备也作相应的布置而不再按机组布置。设备也作相应的布置而不再按机组布置。2）确定生产计划时，应根据成组技术的原理来选择相似的）确定生产计划时，应根据成组技术的原理来选择相似的产品。产品相似就容易形成零部件组，从而扩大成组加工批量，产品。产品相似就容易形成零部件组，从而扩大成组加工批量，获得更好的经济效益；获得更好的经济效益；3）在确定生产过程的时间组织时，亦要根据成组批量来选）在确定生产过程的时间组织时，亦要根据成组批量来选择。成组后批量增大，有利于选择平行移动和平行顺序移动方

317、式，择。成组后批量增大，有利于选择平行移动和平行顺序移动方式，这对缩短加工周期十分有利；这对缩短加工周期十分有利；4）在计算确定期量标准时，生产批量应用成组批量，同时）在计算确定期量标准时，生产批量应用成组批量，同时机床调整时间应增加更换组内零件时对机床作的小调整的时间；机床调整时间应增加更换组内零件时对机床作的小调整的时间；5）在确定作业计划时，应按成组生产来确定，即编制成组）在确定作业计划时，应按成组生产来确定，即编制成组作业计划。编制时要确定零件组之间的加工顺序以及组内零件的作业计划。编制时要确定零件组之间的加工顺序以及组内零件的加工顺序。加工顺序。 第第1010章章 计算机辅助工艺设计

318、计算机辅助工艺设计(CAPP)(CAPP)10.1 10.1 概述概述10.1.1 CAPP10.1.1 CAPP的提出的提出CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）是是计计算算机机辅辅助助工工艺艺设设计计的的简简称称。工工艺艺设设计计是是生生产产技技术术准准备备工工作作的的第第一一步步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。工工艺艺设设计计必必须须分分析析和和处处理理大大量量信信息息，既既要要考考虑虑产产品品设设计计图图上上有有关关结结构构形形状状、尺尺寸寸公公差差、材材料料及及热热处处理理以以及及批批量量等等方方面面的的信信

319、息息，又又要要了了解解加加工工制制造造中中有有关关加加工工方方法法、加加工工设设备备、生生产产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。工艺设计包括查阅资料和手册，确定零件的加工方法，工艺设计包括查阅资料和手册，确定零件的加工方法，安排加工路线，选择设备、工装（必要时还要设计工装）、切安排加工路线，选择设备、工装（必要时还要设计工装）、切削参数、计算工序尺寸、绘制工序图、填写工艺卡片和表格文削参数、计算工序尺寸、绘制工序图、填写工艺卡片和表格文件件等工作。等工作。手工设计工艺规程存在以下几方面的问题：手工设计工艺规程存在以下几方面的

320、问题：1由由于于每每个个工工艺艺人人员员的的经经验验有有限限，习习惯惯不不同同，技技术术水水平平也也不不一一样样，所所以以由由人人工工设设计计工工艺艺规规程程一一致致性性差差、质质量量不易稳定、难以达到优化目标和不便于工艺规程的标准化不易稳定、难以达到优化目标和不便于工艺规程的标准化2手手工工设设计计工工艺艺规规程程设设计计效效率率低低下下，存存在在大大量量的的重重复劳动。复劳动。3手手工工设设计计工工艺艺规规程程不不便便于于计计算算机机对对工工艺艺技技术术文文件件进行统一的管理和维护。进行统一的管理和维护。4手手工工设设计计工工艺艺规规程程不不便便于于将将工工艺艺专专家家的的经经验验和和知知

321、识集中起来加以充分地利用。识集中起来加以充分地利用。5当当代代机机械械制制造造领领域域中中，由由于于新新工工艺艺新新技技术术的的飞飞速速发发展展，社社会会需需求求趋趋向向多多样样化化，显显然然，传传统统的的手手工工工工艺艺设设计计方法已不能满足上述要求。方法已不能满足上述要求。高速发展的计算机科技为工艺设计的自动化奠定了基高速发展的计算机科技为工艺设计的自动化奠定了基础，于是计算机辅助工艺设计（础，于是计算机辅助工艺设计（CAPP）便应运而生。）便应运而生。10.1.2 CAPP10.1.2 CAPP的基本功能和作用的基本功能和作用1 1CAPPCAPP系统的基本功能系统的基本功能一个一个CA

322、PP系统可以完成以下的基本功能：系统可以完成以下的基本功能：（1）自动选择毛坯和材料；）自动选择毛坯和材料；（2）自动选择加工方法；）自动选择加工方法；（3）自动选择机床；）自动选择机床；（4）自动选择装夹定位方法；）自动选择装夹定位方法；（5）自动确定加工顺序；）自动确定加工顺序；（6）自动选择刀具量具；）自动选择刀具量具；（7）自动确定切削用量和方差；）自动确定切削用量和方差；（8）自动确定工时定额。）自动确定工时定额。2 2CAPPCAPP系统在系统在CAD/CAMCAD/CAM集成系统中的作用集成系统中的作用在在CAD/CAPP/CAM集成系统中，集成系统中，CAPP是连接是连接CAD

323、与与CAM之间的桥梁和纽带。集成化的之间的桥梁和纽带。集成化的CAPP系统能直接接收系统能直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件（必要的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件（必要时还可向时还可向CAD系统反馈有关工艺评价信息），并以工艺设计系统反馈有关工艺评价信息），并以工艺设计结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成NC程序，程序，从而实现从而实现CAD/CAPP/CAM的集成。的集成。CAD、CAPP与与CAM之之间的关系如图间的关系如图10.1所示。图中，向右的箭头表示信息传递，所示。图中，向右的箭头表示信息传递，

324、向左的箭头表示信息反馈。向左的箭头表示信息反馈。图10.110.1.3 CAPP10.1.3 CAPP的发展概况的发展概况世世界界上上最最早早进进行行工工艺艺设设计计自自动动化化研研究究的的国国家家是是挪挪威威。他他们们从从1966年年开开始始研研制制，到到1969年年正正式式发发表表了了AUTOPROS系系统统。这这是是世世界界上上第第一一个个CAPP系系统统，它它是是根根据据成成组组技技术术原原理理，利利用用零零件件的的相相似似性性去去检检索索和和修修改改标标准准工工艺艺来来制制定定相相应应零零件件的的工工艺艺规规程。程。在在AUTOPROS之之后后，1976年年美美国国CAMI公公司司也

325、也研研制制出出了了CAPP系系统统。这这是是一一种种可可在在微微型型机机上上运运行行的的结结构构简简单单的的小小型型系系统统CAPP从从60年年代代末末开开始始研研制制，到到目目前前虽虽只只有有30多多年年的的历历史史，但但已已研研制制出出很很多多CAPP系系统统，而而且且有有不不少少系系统统已已投投入入生生产产实实践践使用。使用。在在设设计计方方式式上上主主要要有有两两种种不不同同的的系系统统，即即派派生生式式系系统统和和创创成式系统。成式系统。从从80年代初期起，我国一些高等院校和工厂在推广和应用年代初期起，我国一些高等院校和工厂在推广和应用成组技术的基础上，也开始研究和开发计算机辅助工艺

326、规程设成组技术的基础上，也开始研究和开发计算机辅助工艺规程设计系统。计系统。CAPP在设计方式上主要有两种不同的系统，即派生式系统和在设计方式上主要有两种不同的系统，即派生式系统和创成式系统。派生式（创成式系统。派生式（Variant）系统已从单纯的检索式发展成为今）系统已从单纯的检索式发展成为今天具有不同程度的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分天具有不同程度的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分创成式的原则和方法。创成式（创成式的原则和方法。创成式（Generative）系统的研究和开发始）系统的研究和开发始于于70年代中期，而且很快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。年代中期

327、，而且很快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。近年来，这两类系统都在发展中不断改进提高和互相渗透，而且在近年来，这两类系统都在发展中不断改进提高和互相渗透，而且在传统软件技术继续应用的情况下，从传统软件技术继续应用的情况下，从80年代开始探索将人工智能年代开始探索将人工智能（AI）、专家系统技术等技术应用于）、专家系统技术等技术应用于CAPP系统的研究和开发，研系统的研究和开发，研制成功了所谓基于知识的（制成功了所谓基于知识的（Knowledgebased）创成式）创成式CAPP系统系统或或CAPP专家系统。近几年来，有人将人工神经元网络技术、模糊专家系统。近几年来，有人将人工神经元网络技术、

328、模糊推理以及基于实例的推理等用于推理以及基于实例的推理等用于CAPP之中，也有了提出之中，也有了提出CAPP系统系统建造工具的思路，并进行了卓有成效的实践。还有人将传统派生法、建造工具的思路，并进行了卓有成效的实践。还有人将传统派生法、传统创成法与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了所谓传统创成法与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了所谓的混合式（的混合式（Hybrid）CAPP系统。系统。10.1.4 CAPP10.1.4 CAPP系统的基本结构和方案系统的基本结构和方案CAPP系统从六十年代发展至今有很多类型，主要的类系统从六十年代发展至今有很多类型，主要的类型如图型如图9.3

329、所示：所示：图图10.3CAPP系统分类系统分类10.1.4 CAPP10.1.4 CAPP系统的基本结构和方案系统的基本结构和方案CAPP系系统统从从六六十十年年代代发发展展至至今今有有很很多多类类型型，主主要要的的类类型型如如图图9.3所示：所示：尽尽管管CAPP系系统统的的种种类类很很多多，但但其其基基本本结结构构都都离离不不开开零零件件信信息息的的输输入入、工工艺艺决决策策、工工艺艺数数据据/知知识识库库、人人机机界界面面与与工工艺艺文文件件输输出出/编辑等五大部分。编辑等五大部分。1零零件件信信息息的的输输入入零零件件信信息息是是系系统统进进行行工工艺艺设设计计的的对对象象和和依据，

330、如何输入和描述零件信息是依据，如何输入和描述零件信息是CAPP最关键的问题之一。最关键的问题之一。2工艺决策工艺决策工艺决策是系统的控制指挥中心。工艺决策是系统的控制指挥中心。3工工艺艺数数据据/知知识识库库工工艺艺数数据据/知知识识库库是是系系统统的的支支撑撑工工具具，它它包含了工艺设计所要求的所有工艺数据和规则。包含了工艺设计所要求的所有工艺数据和规则。4人机界面人机界面人机界面是用户的工作平台。人机界面是用户的工作平台。5工艺文件管理与输出工艺文件管理与输出一个系统可能有成百上千个工艺文一个系统可能有成百上千个工艺文件，如何管理和维护这些文件是既是件，如何管理和维护这些文件是既是CAPP

331、系统的重要内容，也是系统的重要内容，也是整个整个CAD/CAPP/CAM集成系统的重要组成部分。集成系统的重要组成部分。10.1.5CAPP开发的理论体系开发的理论体系1.CAPP的实际需求的实际需求目前，国内计算机辅助工艺设计的应用还处于推广阶段。开发目前，国内计算机辅助工艺设计的应用还处于推广阶段。开发集成化的集成化的CAPP工具系统，以适应各种先进的生产模式对工艺设计工具系统，以适应各种先进的生产模式对工艺设计自动化的需求。自动化的需求。我国企业对我国企业对CAPP系统开发还应注意以下几方面的问题：系统开发还应注意以下几方面的问题：（1）企业需要安装简便、人机界面友好的）企业需要安装简便

332、、人机界面友好的CAPP系统。目前，系统。目前，CAPP系统日趋复杂，企业在安装系统日趋复杂，企业在安装CAPP时，需要较长的时间进行数时，需要较长的时间进行数据准备和系统的调试，这会挫伤用户的积极性。实践表明，企业是据准备和系统的调试，这会挫伤用户的积极性。实践表明，企业是难以接受半年以上的安装期的。同样，如果必须需要大量的培训才难以接受半年以上的安装期的。同样，如果必须需要大量的培训才能使用的能使用的CAPP系统也是不受欢迎的。系统也是不受欢迎的。（2）开放性。多数系统采用）开放性。多数系统采用“黑箱式黑箱式”的设计方法，它们内部的的设计方法，它们内部的推理和算法对用户是封装的。这对于用户

333、是不可知而且不可改变的。推理和算法对用户是封装的。这对于用户是不可知而且不可改变的。当系统的解答与用户实际的经验不一致时，而此时系统的推理和决当系统的解答与用户实际的经验不一致时，而此时系统的推理和决策方法又不能被用户修改时，用户会失去对系统的信任。策方法又不能被用户修改时，用户会失去对系统的信任。（3）柔性。企业欢迎的）柔性。企业欢迎的CAPP系统应具有较好的柔性，能适应企业系统应具有较好的柔性，能适应企业不同的产品和生产要求，能满足不同的经营目标和生产计划方案。不同的产品和生产要求，能满足不同的经营目标和生产计划方案。（4）CAPP系统要能协助企业进行数据的整理和计算机信息管理。系统要能协

334、助企业进行数据的整理和计算机信息管理。（5）CAFP系统不一定必须与系统不一定必须与CAD系统集成，因为系统集成，因为CAD/CAPP集集成的技术难度很大，此外，很多企业还没有开展成的技术难度很大，此外，很多企业还没有开展CAD的工作，但必的工作，但必须具有方便的零件信息输入方法。须具有方便的零件信息输入方法。（6）CAPP系统应能针对某一类零件比较快地在企业中使用。也就系统应能针对某一类零件比较快地在企业中使用。也就是说，目前我国对是说，目前我国对CAPP的应用还处于推广阶段，需要使企业的领的应用还处于推广阶段，需要使企业的领导更容易认导更容易认CAPP的作用。的作用。（7）CAPP系统要考

335、虑国内企业的管理模式，如时间定额的确定。系统要考虑国内企业的管理模式，如时间定额的确定。上面论述了用户对上面论述了用户对CAPP系统的要求，可概括为：系统的要求，可概括为：（1）适应性。在系统安装运行运后，可以根据实际生产的背）适应性。在系统安装运行运后，可以根据实际生产的背景和拥有制造资源的情况，对景和拥有制造资源的情况，对CAFP所需的数据，知识和功能所需的数据，知识和功能进行必要的修改和扩充。进行必要的修改和扩充。（2）柔性。系统的结构是柔性的，数据的表达方法，知识的）柔性。系统的结构是柔性的，数据的表达方法，知识的表示方法以及用以实现一定要求的功能都能够根据应用环境的表示方法以及用以实

336、现一定要求的功能都能够根据应用环境的变化而动态地重新选择、组织和构造。变化而动态地重新选择、组织和构造。（3）开放性。系统的体系结构是开放的，不仅能够在）开放性。系统的体系结构是开放的，不仅能够在STEP标标准基础上实现准基础上实现CAPP系统所涉及的产品定义数据的交换和共享，系统所涉及的产品定义数据的交换和共享，进一步还能够实现进一步还能够实现CAPP系统的内部功能的交换。系统的内部功能的交换。10.1.6企业应用企业应用CAPP过程中的问题和改进过程中的问题和改进企业应用企业应用CAPP系统的情况最具代表性的有如下几种：系统的情况最具代表性的有如下几种：（1）大部分企业的工艺设计仍然采用手

337、工设计的方式，）大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，CAPP的的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。（2）部分企业在计算机技术和）部分企业在计算机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在Word、Excel或或AutoCAD上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规

338、程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做也可称做CAPP，但此类，但此类CAPP所生成的工艺规程是以文件的形式所生成的工艺规程是以文件的形式存在的，企业无法对工艺数据进行有效的管理和利用。存在的，企业无法对工艺数据进行有效的管理和利用。（3）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的品化的CAPP系统，但由于企业对系统，但由于企业对CAPP的认识还存在一些误区，的认识还存在一些误区，所选系统具有很大的局限性，所选系统具有很大的局限性，CA

339、PP的应用还不尽如人意。的应用还不尽如人意。10.2CAPP系统零件信息的描述和输入系统零件信息的描述和输入零件信息包括总体信息（如零件名称、图号、材料等）、结零件信息包括总体信息（如零件名称、图号、材料等）、结构形状、尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求等构形状、尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求等方面的信息。工艺设计的任务就是要根据这些信息，制定一个方面的信息。工艺设计的任务就是要根据这些信息，制定一个零件的制造过程。当工艺设计是由人工完成时，人用眼睛看图，零件的制造过程。当工艺设计是由人工完成时，人用眼睛看图，并在头脑中还原图纸上表达的产品设计要求。在采用计算机进并在头

340、脑中还原图纸上表达的产品设计要求。在采用计算机进行辅助工艺设计时，计算机同样要行辅助工艺设计时，计算机同样要“懂得懂得”零件图上的信息，零件图上的信息，否则计算机就不能进行工艺设计。然而，按照目前已达到的技否则计算机就不能进行工艺设计。然而，按照目前已达到的技术水平，计算机还不能直接术水平，计算机还不能直接“读懂读懂”零件图。这样就产生了零件图。这样就产生了CAPP所面临的第一个问题，也是最重要的问题，即所面临的第一个问题，也是最重要的问题，即CAPP系系统的零件信息输入与计算机内部如何对产品或零件进行表达的统的零件信息输入与计算机内部如何对产品或零件进行表达的问题，其实质就是如何组织和描述零

341、件信息，让计算机也能够问题，其实质就是如何组织和描述零件信息，让计算机也能够“读懂读懂”零件图。为此需要确定合理的数据结构或零件模型来零件图。为此需要确定合理的数据结构或零件模型来对零件信息进行描述。对零件信息进行描述。10.2.1 10.2.1 图纸信息的描述与人机交互式输入图纸信息的描述与人机交互式输入1分分类类编编码码描描述述法法（GT法法）与与输输入入其其基基本本思思路路是是预预先先制制订订一一种种GT码码，然然后后GT码码对对零零件件图图上上的的信信息息进进行行编编码码，并并将将GT码输入计算机，这种码输入计算机，这种GT码所表达的信息是计算机能够识别的。码所表达的信息是计算机能够识

342、别的。2语语言言描描述述与与输输入入法法该该方方法法的的关关键键是是开开发发一一种种计计算算机机能能识识别别的的语语言言来来对对零零件件信信息息进进行行描描述述。用用户户首首先先用用这这种种语语言言规规定定的的词词汇汇、语语句句和和语语法法对对零零件件信信息息进进行行描描述述，然然后后由由相相应应的的计计算算机机编编译译系系统统对对描描述述结结果果进进行行编编译译，形形成成计计算算机机能能够够识识别别的的零零件件信息代码。信息代码。3知知识识表表示示描描述述法法在在人人工工智智能能（AI）领领域域，零零件件信信息息实实际际上上就就是是一一种种知知识识或或对对象象，所所以以原原则则上上讲讲可可用

343、用人人工工智智能能中中的的知知识描述方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。识描述方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。4基基于于形形状状特特征征或或表表面面元元素素的的描描述述与与输输入入法法这这种种方方法法要要求求将将组组成成零零件件的的各各个个形形状状特特征征按按一一定定顺顺序序逐逐个个地地输输入入到到计计算算机机中中去去，输输入入过过程程中中、由由计计算算机机界界面面引引导导，并并将将这这些些信信息息按按事事先先确定的数据结构进行组织，在计算机内部形成所谓的零件模型确定的数据结构进行组织，在计算机内部形成所谓的零件模型10.2.2 10.2.2 从从CADCAD系统直接输入零件信息系统直

344、接输入零件信息1特特征征识识别别法法特特征征识识别别法法（featureecognition）就就是是要要对对CAD的的输输出出结结果果进进行行分分析析，按按一一定定的的算算法法识识别别、抽抽取取出出CAPP系统能识别的基于特征的工艺信息。但存在以下几个难点：系统能识别的基于特征的工艺信息。但存在以下几个难点：（1）一一般般的的CAD系系统统都都是是以以解解析析几几何何作作为为其其绘绘图图基基础础上上的的，其其绘绘图图的的基基本本单单元元是是点点、线线、面面等等要要素素，其其输输出出的的结结果果一一般般是是点点、线线、面面以以及及它它们们之之间间的的拓拓扑扑关关系系等等底底层层的的信信息息。要

345、要从从这这些些底底层层信信息息中中抽抽取取加加工工表表面面特特征征这这样样一一些些高高层层次次的的工工艺艺信信息息非非常常困难。困难。（2）在在CAD的的图图形形文文件件中中，没没有有诸诸如如公公差差、粗粗糙糙度度、表表面面热热处处理理等等工工艺艺信信息息，即即使使对对这这些些信信息息进进行行了了标标注注，也也很很难难抽抽取取这这些些信信息息，更更谈谈不不上上把把它它们们和和它它们们所所依依附附的的加加工工表表面面联联系系在在一一起。起。（3）目前）目前CAD系统种类繁多，即使系统种类繁多，即使CAPP系统能接收一种系统能接收一种CAD的系统输出的零件信息，也不一定能接收其它的系统输出的零件信

346、息，也不一定能接收其它CAD系统的系统的输出的零件信息。输出的零件信息。2 2基基于于特特征征拼拼装装的的计计算算机机绘绘图图与与零零件件信信息息的的描描述述和和输输入入方方法法这这种种CAD系系统统的的绘绘图图基基本本单单元元是是参参数数化化的的几几何何形形状状特特征征（或或表表面面要要素素），如如圆圆柱柱面面、圆圆锥锥面面、倒倒角角、键键槽槽等等。设设计计者者在在拼拼装装各各个个特特征征的的同同时时，即即赋赋予予了了各各个个形形状状特特征征（或或几几何何表表面面）的的尺尺寸寸、公公差差、粗粗糙糙度度等等工工艺艺信信息息，其其输输出出的的信信息息也也是是以以这这些些形形状状特特征征为为基基础

347、础来进行组织的，所以来进行组织的，所以CAPP系统能够接收。系统能够接收。3 3基基于于三三维维特特征征造造型型的的零零件件信信息息描描述述与与输输入入方方法法这这种种方方法法与与上上述述基基于于特特征征拼拼装装的的计计算算机机绘绘图图与与零零件件信信息息的的描描述述和和输输入入方方法法的的基基本本原原理理和和思思路路基基本本相相同同，只只是是在在三三维维空空间间对对零零件件进进行行特特征征造造型型比比二二维维绘绘图图难难度度更更大大，但但这这是是实实现现机机械械制制造造CAD/CAPP/CAM集集成成的的一种趋势。一种趋势。4 4基基于于产产品品数数据据交交换换规规范范（STEPSTEP等等

348、）的的产产品品建建模模与与信信息息输输入入方方法法这这个个模模型型是是用用通通用用的的数数据据结结构构规规范范来来实实现现的的。只只要要各各CAD系系统统对对产产品品或或零零件件的的描描述述符符合合这这个个数数据据规规范范，其其输输出出的的信信息息既既包包含含了了点点、线线、面面以以及及它它们们之之间间的的拓拓扑扑关关系系等等底底层层的的信信息息，又又包包含含了了几几何何形形状状特特征征以以及及加加工工和和管管理理等等方方面面信信息息，那那么么CAD系系统统的的输输出出结结果果就能被其下游工程，如就能被其下游工程，如CAPP、CAM等系统接收。等系统接收。10.2.3 10.2.3 图形扫描及

349、识别技术的输入方式图形扫描及识别技术的输入方式这这种种方方法法就就是是用用图图形形扫扫描描仪仪将将工工程程图图纸纸上上的的信信息息扫扫描描输输入入到到计计算算机机中中，然然后后对对扫扫描描所所得得到到的的信信息息进进行行一一定定的的分分析析与与处处理理，在在计计算算机机上上还还原原出出工工程程图图纸纸，并并形形成成相相应应的的图图形形文文件件，然然后后再再对对图图形形文文件件进进行行分分析析与与识识别别，抽抽取取出出CAPP系系统统能能识识别别的的几几何何形形状状信信息息与与加加工信息。工信息。工工程程图图形形的的扫扫描描与与识识别别技技术术最最常常用用的的研研究究方方法法有有以下两种：以下两

350、种：（1）图图象象级级的的处处理理方方法法。该该方方法法致致力力于于光光栅栅图图象象的编辑修改、压缩存储和管理图象文件等方面的研究的编辑修改、压缩存储和管理图象文件等方面的研究（2）矢量化的识别处理方法。该方法的研究路线）矢量化的识别处理方法。该方法的研究路线是，寻求更为有效的矢量化方法，对扫描后的图象信是，寻求更为有效的矢量化方法，对扫描后的图象信息进行矢量化处理。息进行矢量化处理。10.3 10.3 派生式派生式CAPPCAPP系统系统派派生生式式工工艺艺过过程程设设计计系系统统也也称称检检索索式式或或变变异异式式工工艺艺设设计计系系统统。根根据据零零件件信信息息的的描描述述与与输输入入方

351、方法法不不同同，派派生生式式CAPP系系统统又又分分为为基基于于成成组组技技术术（GT）的派生式与基于特征的派生式的派生式与基于特征的派生式CAPP系统。系统。10.3.1 10.3.1 基于基于GTGT的派生式的派生式CAPPCAPP系统系统1 1系统的基本工作原理系统的基本工作原理这种系统用这种系统用GT码描述与输入零件信息。系统要码描述与输入零件信息。系统要预先对现有零件进行分组，得到所谓的零件族或样预先对现有零件进行分组，得到所谓的零件族或样件（可以是实现零件或虚构零件）；每个零件族或件（可以是实现零件或虚构零件）；每个零件族或样件有一通用的制造过程，即样件的标准工艺规程样件有一通用的

352、制造过程，即样件的标准工艺规程2系统的设计过程系统的设计过程(1)选选择择零零件件分分类类编编码码系系统统首首先先要要选选择择或或制制订订合合适的零件分类编码系统（即适的零件分类编码系统（即GT码）。码）。(2)零零件件分分组组为为了了合合理理制制订订样样件件，必必须须对对零零件件分分组组。一一个个相相似似零零件件组组就就是是一一个个零零件件族族，一一个个零零件件组组一一般般包包含含了了若若干干个个相相似似零零件件，可可以以把把每每个个相相似似零零件件组组或或零件族用一个样件来代表。零件族用一个样件来代表。(3)样样件件的的设设计计样样件件是是一一个个零零件件组组或或零零件件族族的的抽抽象象，

353、可可见见样样件件是是一一个个复复合合零零件件，也也可可以以说说一一个个零零件件族族矩阵就是一个样件。矩阵就是一个样件。(4)设设计计标标准准工工艺艺规规程程标标准准工工艺艺规规程程应应能能满满足足该该零零件件组组所所有有零零件件的的加加工工要要求求，并并能能反反映映工工厂厂实实际际工工艺艺水平，尽可能是合理可行的。水平，尽可能是合理可行的。(5)标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法标标准准工工艺艺规规程程可可以以用用工工序序代代码码和和工工步步代代码码来来表表示示。不不同同的的表表达达方方式式其其工工艺艺规规程程的的筛筛选选方方法法是是不不同同的的，此此处介

354、绍一种基于工步代码的工艺规程筛选方法。处介绍一种基于工步代码的工艺规程筛选方法。1）工工步步代代码码为为了了便便于于对对标标准准工工艺艺规规程程以以及及工工艺艺规规程程的的表表达达、存存储储，以以及及便便于于对对标标准准工工艺艺规规程程的的调调用用与与筛筛选选，可可用用代代码码来来表表达达工工步步内内容容，所所形形成成的的文文件件叫叫工步代码文件工步代码文件2）基基于于工工步步代代码码的的工工艺艺规规程程筛筛选选方方法法当当计计算算机机检检索索到到标标准准工工艺艺规规程程的的某某一一工工步步时时，只只要要根根据据工工步步代代码码的的第第三三位位数数值值，查查看看该该零零件件的的JLBM1编编码

355、码中中的的这这一一码码位位的的数数值值是是否否在在工工步步代代码码的的第第四四位位和和第第五五位位数数值值范范围围内内，如如果果在在这这一一范范围围内内，就就在在标标准准工工艺艺规规程程中中保保留留这这一一工工步步，直直至至将将标标准准工工步步的的所所有有工工步步代代码码筛筛选选完完毕为此。毕为此。(6)建立切削数据文件建立切削数据文件CAPP所所要要处处理理的的数数据据，其其种种类类和和数数量量都都非非常常大大，而而且且其其中中许许多多数数据据是是和和其其它它系系统统共共享享的的。为为此此必必须须建建立立大大量量的的切切削削数数据据文文件件。为为了了生生成成工工艺艺规规程程，还还必必须须要要

356、建建立立各种工艺数据文件各种工艺数据文件(7)设计各种功能子程序设计各种功能子程序由由于于CAPP系系统统中中要要应应用用各各种种计计算算方方法法，为为此此需需预预先先将将各各种种计计算算公公式式和和求求解解方方法法编编成成各各种种功功能能子子程程序序，如如切切削削参参数数的的计计算算，加加工工余余量量、工工序序尺尺寸寸公公差差的的计计算算，切切削削时时间间和和加加工工费费用用的的计计算算，工工艺艺尺尺寸寸链链的的求求解解，切切削削用用量量的优化和工艺方案的优化等。的优化和工艺方案的优化等。(8)CAPP系统总程序设计系统总程序设计上述各项准备工作完成以后，用一个主程序和界面上述各项准备工作完

357、成以后，用一个主程序和界面把所有子程序连接起来，就构成把所有子程序连接起来，就构成CAPP系统的总程序。系统的总程序。3 3派生法派生法CAPPCAPP系统实例系统实例(1)TOJICAP系统系统该该系系统统用用于于生生成成回回转转体体零零件件的的工工艺艺规规程程。工工艺艺规规程程内内容容详详细细完完整整，有有棒棒料料规规格格或或锻锻坯坯尺尺寸寸，机机械械加加工工的的工工序序及及设设备备，各各工工序序中中的的工工步步、刀刀具具、切切削削参参数数、加加工工尺尺寸寸、工工步步时时间间（机机动动时时间间加加辅辅助助时时间间），以以及及工工序序时时间间、定定额额和和工工序序加加工工费费用用等等。并并可

358、可绘绘制制出出锻锻件件图图和和车车削削工工序序图图，是是一一个个功功能能较较完完整整的的系系统。统。该系统可转接夹具该系统可转接夹具CAD模块以生成夹具数据，模块以生成夹具数据，经绘图仪绘制加工用的夹具。还可转接经绘图仪绘制加工用的夹具。还可转接NC模块，产模块，产生针对本厂数控机床用的数控程序。生针对本厂数控机床用的数控程序。(2)WLCAPP系统系统WLCAPP系系统统是是北北京京理理工工大大学学近近年年来来为为航航天天部部某某卫卫星星制制造造厂厂开开发发的的派派生生法法CAPP系系统统。针针对对工工厂厂产产品品零零件件的的具具体体情情况况，系系统统方方案案设设计计时时采采用用一一种种分分

359、布布式式CAPP系系统统的的结结构构原原理理，由由检检索索法法、派派生生法法、创创成成法法等等多多种种形形式式的的CAPP系统集成实现卫星零件的计算机辅助工艺设计。系统集成实现卫星零件的计算机辅助工艺设计。WLCAPP系系统统是是根根据据成成组组技技术术的的相相似似性性原原理理，将将零零件件划划分分成成若若干干个个相相似似零零件件组组，根根据据已已有有的的零零件件工工艺艺文文件件，进进行行总总结结归归纳纳，编编制制出出相相似似零零件件组组的的标标准准工工艺艺规规程程，并并以以文件形式贮存在数据库中。文件形式贮存在数据库中。WLCAPP系统是针对工厂的生产实际、从实用角度系统是针对工厂的生产实际

360、、从实用角度出发而设计的。目前本系统所生成的工艺文件与原先用手出发而设计的。目前本系统所生成的工艺文件与原先用手工编制的文件比较，大大提高了零件工艺编制的速度。工编制的文件比较，大大提高了零件工艺编制的速度。10.3.2 10.3.2 基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统系统1 1系统的主要思路系统的主要思路(1)用用基基于于特特征征的的零零件件信信息息模模型型来来取取代代GT码码，用用工工序序一一工工步步二二叉叉树树（或或其其它它模模型型）来来描描述述零零件件的的工工艺艺规规程程（包包括括标标准准工工艺规程）艺规程）.(2)用用样样件件（或或实实例例）分分类类索索引引树树来来

361、取取代代零零件件分分组组。这这种种分分类类索索引引树树是是动动态态的的，用用户户可可方方便便地地创创建建实实例例分分类类索索引引树树和和对对树树进进行行维维护护和和管管理理，如如在在树树的的任任何何一一层层自自定定义义零零件件类类和和修修改改零零件类等。件类等。(3)用用基基于于特特征征的的推推理理代代替替基基于于零零件件族族矩矩阵阵的的工工艺艺过过程程筛筛选选策策略略，即即对对标标准准工工艺艺规规程程进进行行自自动动筛筛选选不不再再基基于于零零件件族族矩矩阵阵，而而是是以以基基于于特特征征的的零零件件信信息息模模型型为为依依据据，在在基基于于特特征征的的标标准准工工艺规程中自动匹配和筛选出当

362、前零件的工艺规程。艺规程中自动匹配和筛选出当前零件的工艺规程。(4)在样件的基础上增加了实例的概念。实例是系统中已在样件的基础上增加了实例的概念。实例是系统中已有的工艺规程及其相应的零件信息的集合。有的工艺规程及其相应的零件信息的集合。2 2实例的获取与表达实例的获取与表达(1)实实例例的的获获取取为为了了便便于于对对实实例例的的搜搜索索和和管管理理，一一般般只只将将有有一一定定代代表表性性的的实实例例存存入入实实例例库库中中，而而且且为为实实例例的的管管理理和和抽抽取取制制定定了了一一定定的的策略和算法。策略和算法。(2)实实例例的的表表达达实实例例和和样样件件的的概概念念尽尽管管不不尽尽相

363、相同同，但但它它们们都都包包括括两两方方面面的的信信息息，即即零零件件信信息息和和与与工工艺艺信信息息，因因此此实实例例的的表表达达方方式式与与零零件信息和工艺规程的表达方式相同。件信息和工艺规程的表达方式相同。3 3样样件件与与实实例例的的管管理理此此处处介介绍绍一一种种基基于于特特征征的的分分类类管管理理方方法法来来对对样样件件或或实实例例进进行行管管理理，并并以以此此为为基基础础实实现现对对样样件件或或实实例例的的抽抽取取。该该方方法法的的关关键键是是要要对对被被管管理理的的对对象象进进行行分分类类，并并确确定定每每类类对对象象的的属属性性，然后建立数据结构，用计算机来实现对这些分类对象

364、的管理。然后建立数据结构，用计算机来实现对这些分类对象的管理。(1)零零件件分分类类索索引引树树分分类类树树是是一一动动态态数数据据结结构构，系系统统开开发发者者已已将将建建立立该该树树的的数数据据结结构构，建建立立方方法法和和维维护护方方法法用用计计算算机机软软件件的的形形式式提提供供给给用用户户，即即为为用用户户提提供供了了建建立立分分类类索索引引树树和和实实例例库库的的工工具具或或平平台台，使使用用户户可可根根据据自自己己的的实实际际需需要要方方便便地地建建立立形形式式和和内内容容各各异异的的分分类类索索引引树树，从从而而建建立立起起自自己己的的样样件件库库与与实实例例库库，并并以以此此

365、为为基基础础进进行行基基于于特特征征的的派派生式工艺设计。生式工艺设计。(2)零件分类索引树的程序实现零件分类索引树的程序实现4 4样件与实例管理器样件与实例管理器样样件件与与实实例例的的管管理理和和维维护护是是由由样样件件与与实实例例管管理理器器完完成成的的，该该管管理理器器具具有有友友好好的的管管理理界界面面。用用户户可可以以在在此此界界面面的的引引导导下下方方便便地地创创建建零零件件分分类类索索引引树树，并并可可以以在在已已创创建建的的分分类类索索引引树树的的任任何何一一层层自自定定义义零零件件类类或或子子类类，也也可可以以对对已已定定义义过过的的类类进进行行删删除除、更更名名与与查查看

366、看属属性性等等操操作作，还还可可以以对对样样件或实例内容进行编辑修改。件或实例内容进行编辑修改。5 5基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统的推理策略系统的推理策略(1)样样件件或或实实例例的的抽抽取取以以当当前前零零件件信信息息和和实实例例分分类类索索引树为依据，可用两种方法抽取实例。引树为依据，可用两种方法抽取实例。1）人人机机交交互互抽抽取取法法可可分分两两步步进进行行人人机机交交互互式式的的实实例例抽抽取取：人人机机交交互互搜搜索索当当前前零零件件所所属属的的零零件件类类。计计算算相相似似性性系系数数ks。相相似似性性系系数数是是用用于于衡衡量量当当前前零零件件与与有有关

367、关样样件件或或实实例例相相似似程程度度的的一个参数（具体计算方法后述）。一个参数（具体计算方法后述）。2）自自动动抽抽取取法法自自动动抽抽取取样样件件或或实实例例亦亦分分两两步步进进行行：第第一一步步，自自动动搜搜索索当当前前零零件件所所属属的的零零件件类类。第第二二步步，计计算算相相似似性性系系数数ks。在在计计算算出出当当前前零零件件与与该该零零件件所所属属类类中中的的样样件件或或实实例例的的相相似似性性系系数数ks后后，系系统统将将自自动动取取ks值值最最大大的的样样件件或或实实例例为为依依据据进进行工艺设计。行工艺设计。(2)相相似似性性系系统统ks的的计计算算相相似似性性系系数数的的

368、计计算算方方法法有有多多种种多多样样。此此处处给给读读者者推推荐荐一一种种计计算算相相似似性性系系数数的的方方法法，读读者者也也可可以以根据自己的实际情况在此基础上构造其它计算方法。根据自己的实际情况在此基础上构造其它计算方法。(3)样件（实例）推理样件（实例）推理1）推推理理所所谓谓样样件件（实实例例）推推理理是是将将零零件件的的几几何何形形状状特特征征信信息息和和样样件件或或实实例例的的几几何何形形状状特特征征信信息息进进行行比比较较和和匹匹配配，以以决决定定样样件件工工艺艺规规程程中中哪哪些些工工序序或或工工步步被保留，哪些被删除。被保留，哪些被删除。2）修修正正在在推推理理完完成成后后

369、，所所得得到到的的工工艺艺规规程程可可能能是不准确的和不完善的，还必须对其进行修正。是不准确的和不完善的，还必须对其进行修正。修修正正内内容容：a.按按需需要要重重新新确确定定毛毛坯坯；b.按按需需要要增增加加热热处处理理工工序序；c.按按需需要要增增加加下下料料工工序序；d.按按需需要要删删除除不不合合理理的的精精加加工工工工序序；e.按按需需要要增增加加必必要要的的精精加加工工工序；工序；f.按需要对某些工序或工步的顺序进行调整。按需要对某些工序或工步的顺序进行调整。修正方法：修正方法：a.用传统决策方法，用传统决策方法，b.用专家系统的用专家系统的方法，利用产生式规则进行修正。方法，利用

370、产生式规则进行修正。10.4 10.4 创成式创成式CAPPCAPP系统系统10.4.1 10.4.1 概述概述创创成成式式系系统统的的工工艺艺规规程程是是根根据据程程序序中中所所反反映映的的决决策策逻逻辑辑和和制制造造工工程程数数据据信信息息生生成成的的。这这些些信信息息主主要要是是有有关关各各种种加加工工方方法法的的加加工工能能力力和和对对象象、各各种种设设备备及及刀刀具具的的适适用用范范围围等等等等一一系系列列的的基基本本知知识识。而而工工艺艺决决策策中中的的各各种种决决策策逻逻辑辑或或者者植植入入程程序序代代码码，或或者者以以规规则则的的形形式式存存入入相相对对独立的工艺知识库，供主控

371、程序调用。独立的工艺知识库，供主控程序调用。现现有有的的创创成成式式CAPP系系统统都都是是针针对对某某一一产产品品或或某某一一工工厂厂专专门门设设计计的的。到到目目前前为为止止还还没没有有一一种种创创成成式式CAPP系系统统宣宣称称能能适适用用于于所所有有类类型型的的零零件件，也也没没有有一一种种系系统统能能全部自动化。全部自动化。创创成成式式CAPP系系统统主主要要要要解解决决两两个个方方面面的的问问题题，即即零件工艺路线的确定（也叫工艺决策）与工序设计。零件工艺路线的确定（也叫工艺决策）与工序设计。10.4.2 10.4.2 创成式创成式CAPPCAPP系统的一般设计过程系统的一般设计过

372、程创创成成式式CAPP系系统统的的设设计计，一一般般包包括括准准备备阶阶段段和和软软件件编编程程阶阶段。段。1 1准备阶段准备阶段准准备备阶阶段段可可以以说说是是基基础础性性工工作作阶阶段段，需需要要大大量量的的调调查查研研究究和和仔细的分析归纳、具体工作大体包括下述内容仔细的分析归纳、具体工作大体包括下述内容(1)明确所开发的系统的设计对象明确所开发的系统的设计对象(2)对对本本类类零零件件进进行行工工艺艺分分析析确确认认该该类类零零件件由由哪哪些些基基本本表表面或形状特征构成，每种基本表面的加工方法是什么。面或形状特征构成，每种基本表面的加工方法是什么。(3)搜搜集集和和整整理理各各种种加

373、加工工方方法法的的加加工工能能力力范范围围和和经经济济加加工工精精度等数据度等数据(4)收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻辑或决策法则收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻辑或决策法则2 2软件设计阶段软件设计阶段就创成式就创成式CAPP系统工艺决策的软件设计而言，主要任务就系统工艺决策的软件设计而言，主要任务就是将准备阶段所收集整理到的数据和决策逻辑用计算机语言来实是将准备阶段所收集整理到的数据和决策逻辑用计算机语言来实现。现。10.4.3 10.4.3 一般创成式一般创成式CAPPCAPP系统的工艺决策系统的工艺决策1一一般般创创成成式式CAPP系系统统的的工工艺艺决决策策过过程程如如上上所所

374、述述，CAPP系系统统工工艺艺决决策策的的目目的的是是生生成成零零件件的的工工艺艺过过程程主主干干，其基本决策过程如图其基本决策过程如图10.14所示。所示。(1)选选择择加加工工方方法法在在输输入入零零件件信信息息以以后后，首首先先要要根根据据零零件件各各种种几几何何表表面面特特征征（基基本本的的或或辅辅助助的的）的的加加工工要要求求，确定各种表面特征的加工方法。确定各种表面特征的加工方法。(2)工工艺艺规规程程主主干干生生成成工工艺艺规规程程主主干干生生成成的的目目的的是是：按按照照一一定定的的工工艺艺路路线线安安排排原原则则，将将已已选选择择好好的的零零件件各各表表面面要要素素的的加加工

375、工方方法法按按一一定定的的先先后后顺顺序序排排序序，以以确确定定零零件件的的工工艺路线。艺路线。工工艺艺路路线线安安排排中中要要考考虑虑的的方方面面和和约约束束因因素素是是很很多多的的，粗略概括起来，可表示成下列函数形式：粗略概括起来，可表示成下列函数形式：2 2决策树和决策表决策树和决策表创创成成式式CAPP系系统统的的软软件件设设计计，可可以以用用一一定定形形式式的的软软件件设设计计工工具具（方方式式）来来表表达达和和实实现现，最最常常用用的的是是决决策策表表和和决决策策树。树。(1)决决策策树树树树不不仅仅是是一一种种常常用用的的数数据据结结构构，当当将将它它用用于于工工艺艺决决策策时时

376、，也也是是一一种种常常用用的的与与决决策策表表功功能能相相似似的的工工艺艺逻逻辑辑设计工具设计工具决策树有如下优点：决策树有如下优点：1）决策树容易建立和维护；）决策树容易建立和维护；2）决决策策树树便便于于程程序序实实现现，其其结结构构与与软软件件设设计计的的流流程程图图很相似。很相似。3）决策树便于扩充和修改，适合于工艺过程设计。）决策树便于扩充和修改，适合于工艺过程设计。(2)决策表决策表决策表是将一组用语言表达的决策逻辑关系，用一个表决策表是将一组用语言表达的决策逻辑关系，用一个表格来表达，从而可以方便地用计算机语言来表达该决策逻辑格来表达，从而可以方便地用计算机语言来表达该决策逻辑的

377、方法，它是计算机软件设计的基本工具。的方法，它是计算机软件设计的基本工具。10.4.4 10.4.4 基基于于专专家家系系统统的的CAPPCAPP系系统统的的工工艺艺决决策策1 1CAPPCAPP专家系统概述专家系统概述AI（人人工工智智能能技技术术，ArtificialIntelligence）的的发发展展，为为CAPP的的进进一一步步发发展展开开辟辟了了新新的的道道路路。其其主主要要原因如下原因如下（1）在在工工艺艺过过程程设设计计中中，主主要要的的工工作作不不是是计计算算，工工艺艺决决策策方方法法主主要要依依靠靠工工艺艺人人员员在在长长期期的的生生产产实实际际中中积积累累起起来来的的经经

378、验验性性知知识识，而而专专家家系系统统正正具具有有处处理理这这些些不确定性和多意性知识的特长。不确定性和多意性知识的特长。（2）专专家家系系统统本本身身具具有有较较大大的的灵灵活活性性。在在专专家家系系统统中中，机机器器求求解解问问题题不不是是按按预预先先确确定定的的步步骤骤进进行行，而而是是根根据据环环境境条条件件及及达达到到的的目目标标，在在控控制制策策略略（推推理理机机）指导下，通过搜索来寻找问题的解答。指导下，通过搜索来寻找问题的解答。（3）CAPP专专家家系系统统具具有有对对话话能能力力，用用户户可可向向机机器器“寻问寻问”推理过程。推理过程。（4）CAPP专家系统可以具有学习功能。

379、专家系统可以具有学习功能。2 2基于知识与黑板推理的工艺规程生成方法基于知识与黑板推理的工艺规程生成方法(1)基于知识与黑板推理的工艺决策策略基于知识与黑板推理的工艺决策策略子任务子任务分解与黑板推理的工艺决策策略如图分解与黑板推理的工艺决策策略如图10.18所示。工所示。工艺规程主干生成被划分为四个子任务：选择加工方艺规程主干生成被划分为四个子任务：选择加工方法、确定定位装夹表面、加工方法排序与工艺规程法、确定定位装夹表面、加工方法排序与工艺规程主干修正。主干修正。(2)工艺规程主干生成算法工艺规程主干生成算法1）填充领域黑板）填充领域黑板a.装装载载零零件件信信息息CAPP系系统统在在获获

380、取取零零件件信信息息后后，便便在在领领域域黑黑板板上上建建立立了了当当前前零零件件基基于于特特征征的的信信息息模模型型，同同时时完完成成零零件件图形的重建图形的重建b.选选择择加加工工方方法法从从零零件件形形状状特特征征二二叉叉树树树树根根开开始始遍遍历历二二叉叉树树，以以各各主主辅辅形形状状特特征征的的形形状状、尺尺寸寸及及精精度度、粗粗糙糙度度、材材料料及及热热处处理理等等为为依依据据，调调用用加加工工方方法法选选择择规规则则，选选择择各各形形状状特特征征的的加加工工方方法法及及热热处处理理方方式式，并并将将它它们们挂挂在在形形状状特特征征二二叉叉树树各各节节点之上。点之上。2）加工方法排

381、序）加工方法排序a.排序规则集的建立排序规则集的建立b.排序推理排序推理3）工工艺艺规规程程主主干干调调整整调调整整方方法法有有基基于于规规则则的的方方法法、传传统统编程方法和人机交互法等。编程方法和人机交互法等。a.工序调整工序调整b.工序调整工序调整c.特殊处理特殊处理10.4.5 CAPP10.4.5 CAPP系统中的工序设计系统中的工序设计工工序序设设计计内内容容包包括括：加加工工机机床床的的选选择择，工工艺艺装装备备的的选选择择，加加工工余余量量与与毛毛坯坯的的确确定定，工工序序尺尺寸寸的的计计算算与与公公差差的的确确定定，工工序序图图的的生生成成，切切削削用用量量的的确确定，工时定

382、额的确定，等内容。定，工时定额的确定，等内容。1 1加工余量与毛坯的确定加工余量与毛坯的确定目前目前CAPP系统普遍采用的确定加工余量的方法是经验法和查表法。系统普遍采用的确定加工余量的方法是经验法和查表法。2 2工序尺寸的确定工序尺寸的确定(1)确定工序尺寸一般方法确定工序尺寸一般方法工序尺寸是生成工序图与工序尺寸是生成工序图与NC程序的重要依据，一般采用反推法来实现程序的重要依据，一般采用反推法来实现(2)尺寸树印象法尺寸树印象法3 3切削用量之确定切削用量之确定目前，在目前，在CAPP系统中确定切削用量的方法有查表法和实验公式法。系统中确定切削用量的方法有查表法和实验公式法。4 4工时定

383、额的确定工时定额的确定为了使工时定额的制订有所依据，国家、各部门以及企业都制订了定为了使工时定额的制订有所依据，国家、各部门以及企业都制订了定额标准，作为指导性文件。额标准，作为指导性文件。CAPP中最好是用计算法确定工时定额。为此就中最好是用计算法确定工时定额。为此就需要建立工时定额标准的数学模型。有了数学模型，用计算机来确定工时定需要建立工时定额标准的数学模型。有了数学模型，用计算机来确定工时定额问题就迎刃而解。额问题就迎刃而解。工艺过程可分解为工序、安装、工步、走刀、操作等分级过程。时间定额标准数学模型一般分工步建立，而工时定额一般按工序给定。加工时间定额的构成如下：式中T批一批产品工序

384、加工时间；T单工序加工的单件时间；N产品批量。T单=T不单+ T装式中T不单不完全单件时间；T装卸工件时间。计算工时定额时，计算机要根据工步信息，判断调用何种数学模型，再根据输入的加工部位参数（如直径、长度等），计算出工步时间，再根据重量、装卡方式用相应装卸工时定额数学模型，计算出装卸工时，然后逐个工步累计获得工序单件工时T单，根据批量N和T准计算得T批。此外，还要根据条件计算各种修正系数，以便对定额做适当修正。10.4.6工艺知识库的建立工艺知识库的建立在在CAPP专专家家系系统统中中，一一般般都都采采用用产产生生式式规规则则来来表表示示工艺决策知识。工艺决策知识。产产生生式式规规则则是是一

385、一个个以以“如如果果某某些些条条件件被被满满足足，就就采采取取某某种种动动作作”形形式式表表示示的的语语句句。由由于于产产生生式式规规则则和和人人的的思思维维方方式式很很近近似似，为为人人们们所所熟熟悉悉，也也比比较较直直观观，容容易易收收集集和和组组织工艺专家的知识。织工艺专家的知识。可可以以通通过过去去生生产产厂厂家家实实际际考考察察，调调查查研研究究，采采访访工工艺艺专专家家，阅阅读读工工艺艺书书籍籍、工工艺艺手手册册以以及及有有关关文文献献资资料料来来收收集集工工艺艺知知识识，再再经经过过归归纳纳、整整理理，选选择择合合适适有有效效的的表表达达方方式式，建立相应的工艺知识库。建立相应的

386、工艺知识库。工艺知识库是一个完整的规则集，它可以划分为若干工艺知识库是一个完整的规则集，它可以划分为若干个规则子集。根据需要每个规则子集还可以划分成若干个个规则子集。根据需要每个规则子集还可以划分成若干个规则组。一般可包含以下几个部分：规则组。一般可包含以下几个部分：1 1加工方法的选择加工方法的选择CAPP系系统统一一般般都都采采用用逆逆向向编编程程原原理理，首首先先确确定定能能达达到到质质量量要要求求的的各各个个加加工工表表面面的的最最终终加加工工方方法法，然然后后再再确确定定其它的准备加工工序。其它的准备加工工序。2 2工艺路线的确定工艺路线的确定工工艺艺路路线线的的制制定定一一般般都都

387、是是以以划划分分为为加加工工阶阶段段为为依依据据，如如基基准准加加工工、粗粗加加工工、细细加加工工、精精加加工工、表表面面处处理理、超超精精加加工工、检检验验等等。并并遵遵循循先先基基准准后后其其它它、先先粗粗后后精精等等原原则则。划划分分了了加加工工阶阶段段以以后后，就就可可将将同同一一加加工工阶阶段段中中的的各各加加工工表表面面的的加加工工，根根据据安安装装方方式式，使使用用机机床床组组合合成成若若干干工工序序，每每个工序可以由若干个工步所组成。个工序可以由若干个工步所组成。3 3毛坯的选择毛坯的选择毛坯的选择主要根据加工零件的材料、尺寸、技术条毛坯的选择主要根据加工零件的材料、尺寸、技术

388、条件和现有加工条件等。件和现有加工条件等。第第1111章章 计算机辅助数控程序编制计算机辅助数控程序编制11.0数控技术概述数控技术概述一一.数控技术的产生及发展数控技术的产生及发展数控机床（数控机床（numeriacalconctrolmachinetool）就是通过数字）就是通过数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，化信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。其实质就是技术密集且自动化程度很高的机电自动完成加工任务。其实质就是技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。一体化加工设备。第一台数控机床是美国第一台数控机床是美国PA

389、SONS公司与麻省理工学院公司与麻省理工学院(MIT)于于1952年合作研制成功。年合作研制成功。1959年美国克耐年美国克耐杜列克公司首次程成功开发杜列克公司首次程成功开发加工中心（简称加工中心（简称MC）。20世纪世纪80年代初年代初,出现了以加工中心或车削中心为主体出现了以加工中心或车削中心为主体,配备工配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元,简称简称FMC。近几年又。近几年又出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(简称简称CIMS),实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算

390、机集实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。成管理和控制。二二.数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理如图所示如图所示, ,数控机床主要由数控机床主要由CNCCNC数控系统和机床主体组成。数控系统和机床主体组成。图图1.1数控机床的基本组成数控机床的基本组成1.程序编制及程序载体：程序编制及程序载体： 数控数控程序是程序是数控数控机床自动加工零件的工作指令。机床自动加工零件的工作指令。程序程序载体有载体有穿孔纸带、磁带、软磁盘、硬穿孔纸带、磁带、软磁盘、硬磁盘、磁盘、光盘等。光盘等。2.输入装置：输入装置：存储在信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给存储在

391、信息载体上的加工程序需要通过输入装置送给CNC装装置，有读带机、软盘驱动器、光驱等。置，有读带机、软盘驱动器、光驱等。3.数控装置数控装置CNC：数控装置是数控机床的核心数控装置是数控机床的核心,它由硬件和软件组成。硬件由各种它由硬件和软件组成。硬件由各种输入输出接口电路、微处理器输入输出接口电路、微处理器(CPU)、存储器等组成。其作用是：、存储器等组成。其作用是：接受输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电接受输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床

392、的各个部分，进行规定的、有序的动作。各个部分，进行规定的、有序的动作。4.伺服驱动系统伺服驱动系统：伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一伺服驱动系统是数控机床的执行机构之一,执行由执行由CNC装置输装置输出的运动指令。出的运动指令。伺服驱动系统：伺服驱动电路伺服驱动系统：伺服驱动电路+伺服驱动装置伺服驱动装置伺服驱动装置：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。伺服驱动装置：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机的工作原理：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机的工作原理：5.检测装置：检测装置：检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成检测装置是采

393、用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分部分,其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测其作用是对数控机床的实现位移和速度进行检测,将检测结果将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统,实现闭环或半闭环控实现闭环或半闭环控制。制。6.机床主体：机床主体：数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件数控机床的主体包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件,用于完成各种切削加工。用于完成各种切削加工。7.辅助装置：辅助装置：数控机床在实现整机的全自动化控制中，为了提高生产率、加数控机床在实现整机的全自动化控制中，为了提高生产率、加工精度

394、等，还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换工精度等，还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。三三.数控机床的分类数控机床的分类1.按加工方式分类：按加工方式分类：切削机床类。如数控车床、铣床、镗床、钻床和加工中心等切削机床类。如数控车床、铣床、镗床、钻床和加工中心等成型机床类。如数控冲压机、弯管机、折弯机等成型机床类。如数控冲压机、弯管机、折弯机等特种加工机床类。如数控电火花、线切割、激光加工机床等特种加工机床类。如数控电火花、线切割、激光加工机床等其它机床类。

395、如数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等其它机床类。如数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等2.按伺服控制方式分类：按伺服控制方式分类：开环控制数控机床开环控制数控机床（见图1-2）闭环控制数控机床闭环控制数控机床（见图1-3）半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床（见图1-4）减速器数控装置控制电路步进电机工作台输入图1.2开环控制系统框图数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.3闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.4半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件数控机床实例：数控机床实例：图图15数控

396、洗床数控洗床数控机床数控机床演示演示11.1 11.1 数控编程的基本概念数控编程的基本概念11.1.1 11.1.1 数控加工的特点数控加工的特点数数控控加加工工是是指指在在数数控控机机床床上上进进行行零零件件加加工工的的一一种种工工艺艺方方法法。数数控控加加工工过过程程是是用用数数控控装装置置或或计计算算机机代代替替人人工工操操纵纵机机床床进进行行自自动动化化加加工工的的过过程程。图图11.1为为数数控控加加工工过过程程示示意意图图。程程序序载载体体记记录录了了为为达达到到零零件件图图样样要要求求的的形形状状和和尺尺寸寸而而编编写写的的数数控控程程序序，经经数数控控系系统统处处理理之之后后

397、产产生生相相应应的的操操作作指指令，控制机床运动，从而完成零件的自动化加工过程。令，控制机床运动，从而完成零件的自动化加工过程。图图11.1数控加工过程示意图数控加工过程示意图数控加工具有如下特点：数控加工具有如下特点：(1)加加工工精精度度高高：尺尺寸寸精精度度一一般般在在0.0050.1范范围围内内，不不受零件形状复杂程序的影响。受零件形状复杂程序的影响。(2)生生产产效效率率高高：加加工工过过程程中中省省去去了了划划线线、多多次次装装夹夹定定位位、检测等工序，有效地提高了生产率。检测等工序，有效地提高了生产率。(3)自自动动化化程程度度高高：除除了了用用手手工工装装卸卸工工件件外外，全全

398、部部加加工工过过程都由机床自动完成，减轻了劳动强度，改善了劳动条件。程都由机床自动完成，减轻了劳动强度，改善了劳动条件。(4)生生产产准准备备时时间间短短：可可以以省省去去许许多多用用专专工工装装设设备备的的设设计计与制造。与制造。(5)数数控控加加工工使使用用数数字字信信息息：便便于于计计算算机机控控制制和和管管理理，容容易连接易连接CAD系统，形成系统，形成CAD/CAM集成系统。集成系统。1 1工艺方案分析工艺方案分析在在分分析析零零件件图图样样、生生产产批批量量、现现有有数数控控设设备备条条件件的的基基础础上上，首首先先分分析析并并拟拟订订工工艺艺方方案案，即即确确认认加加工工对对象象

399、是是否否适适合合于于数数控控加加工工、毛毛坯坯的的选选择择、工工序序的的划划分分以以及及选选用用合合适适的的数控机床。数控机床。2工序详细设计工序详细设计工序的详细设计，包括工件的定位与夹紧、工步划分、工序的详细设计，包括工件的定位与夹紧、工步划分、刀具选择、切削用量的确定、走刀分配以及工艺文件的编刀具选择、切削用量的确定、走刀分配以及工艺文件的编制等内容。在上述工序详细设计的基础上，进行工序卡的制等内容。在上述工序详细设计的基础上，进行工序卡的编制，工序卡一般包括工步与走刀的序号、加工部位与尺编制，工序卡一般包括工步与走刀的序号、加工部位与尺寸、刀号与补偿号、刀具型式与规格、主轴转速、进给量

400、寸、刀号与补偿号、刀具型式与规格、主轴转速、进给量以及工时等内容。以及工时等内容。11.1.2数控编程的内容和步骤数控编程的内容和步骤3 3运动轨迹的坐标值计算运动轨迹的坐标值计算首首先先建建立立零零件件坐坐标标系系，作作为为各各坐坐标标尺尺寸寸的的基基准准，计计算算各次运动轨迹的程序坐标值，作为数控系统的输入数据。各次运动轨迹的程序坐标值，作为数控系统的输入数据。坐标值计算主要包括基点、节点及辅助计算三部分：坐标值计算主要包括基点、节点及辅助计算三部分：(1)基点计算基点计算零件轮廓一般是由直线、圆弧及曲线等零件轮廓一般是由直线、圆弧及曲线等几何元素组成，所以要计算相邻两个几何要素的交点或切

401、几何元素组成，所以要计算相邻两个几何要素的交点或切点（即基点）的坐标值。点（即基点）的坐标值。(2)节点计算节点计算由于数控系统一般只具备直线插补和圆由于数控系统一般只具备直线插补和圆弧插补功能，所以对非圆曲线还要计算该曲线本身用直线弧插补功能，所以对非圆曲线还要计算该曲线本身用直线段逼近或圆弧段逼近相邻线段的交点或切点（节点）坐标段逼近或圆弧段逼近相邻线段的交点或切点（节点）坐标值。值。(3)辅助计算辅助计算辅助计算包括刀具的引入与退出路线的辅助计算包括刀具的引入与退出路线的坐标值计算、脉冲数的计算与圆整及坐标系的换算等。坐标值计算、脉冲数的计算与圆整及坐标系的换算等。4加工程序单的编写加工

402、程序单的编写根根据据上上述述已已确确定定的的工工序序卡卡和和所所计计算算的的运运动动轨轨迹迹坐坐标标值值，用用数数控控机机床床规规定定的的指指令令代代码码与与程程序序格格式式逐逐段段编编写写加加工工程程序序单。单。5控制介质的制备控制介质的制备将程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控机床将程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控机床的输入信息。控制介质有穿孔带、磁带、软磁盘、硬磁盘、的输入信息。控制介质有穿孔带、磁带、软磁盘、硬磁盘、光盘等。光盘等。6程序校核与试切程序校核与试切一般的校核方法是将程序输送给机床进行空运转画图检一般的校核方法是将程序输送给机床进行空运转画图检查。该方法只能检查

403、运动的正确性，而不能检查出由于计查。该方法只能检查运动的正确性，而不能检查出由于计算或刀具调整不当造成的误差，所以还必须进行首件试切算或刀具调整不当造成的误差，所以还必须进行首件试切作综合检查，若有错误，可根据问题的性质进行修改和补作综合检查，若有错误，可根据问题的性质进行修改和补偿，直到满足图样要求。偿，直到满足图样要求。11.1.3 11.1.3 数控程序编制的方法数控程序编制的方法1手工编程手工编程手手工工编编程程也也可可称称为为人人工工编编程程。手手工工编编程程的的主主要要步步骤骤和和内容如下：内容如下：(1)根根据据零零件件图图样样对对零零件件进进行行工工艺艺分分析析，在在分分析析的

404、的基基础上确定加工路线和工艺参数。础上确定加工路线和工艺参数。(2)根根据据零零件件的的几几何何形形状状和和尺尺寸寸，计计算算数数控控机机床床运运动动所需数据。所需数据。(3)根根据据计计算算结结果果及及确确定定的的加加工工路路线线，按按规规定定的的格格式式和代码编写零件加工程序单。和代码编写零件加工程序单。(4)按程序单在穿孔机或卡片上穿孔、或存入磁盘制按程序单在穿孔机或卡片上穿孔、或存入磁盘制成控制介质。成控制介质。2自动编程自动编程随随着着计计算算机机技技术术和和算算法法语语言言的的发发展展，首首先先提提出出了了用用“语语言言程序程序”的方法实现自动编程。的方法实现自动编程。所所谓谓“语

405、语言言程程序序”就就是是用用专专用用的的语语言言和和符符号号来来描描述述零零件件图图样样上上的的几几何何形形状状及及其其相相对对零零件件运运动动的的轨轨迹迹、顺顺序序和和其其它它工工艺艺参参数数等等。这这个个程程序序称称为为零零件件的的源源程程序序。零零件件源源程程序序编编好好后后，输输入入给给计计算算机机。“数数控控软软件件”分分两两步步对对零零件件源源程程序序进进行行处处理理。第第一一步步是是计计算算刀刀具具中中心心相相对对零零件件运运动动轨轨迹迹。第第二二步步是是针针对对具具体体NC机机床床的的功功能能产产生生控制指令的后置处理程序。控制指令的后置处理程序。图图11.6数据自动编程过程数

406、据自动编程过程11.1.4G代码数控程序的编制代码数控程序的编制一一.常用常用G指令的含义及应用指令的含义及应用:G指令指令用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、用来规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等加工操作。机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等加工操作。（1）绝对值和增量值编程指令）绝对值和增量值编程指令(G90，G91)G90绝对坐标系绝对坐标系G91增量坐标系增量坐标系XY70.030.040.0100.0终点终点起点起点（2）定位（快速）指令（）定位（快速）指令（G00）G90G00X40.0Y70.0；G91G00X60.0Y40.0；（3）直线插补指令（）直线插

407、补指令（G01）绝对绝对坐标坐标：G01X20Y30相对相对坐标坐标：G01X80Y50（4）坐标平面设定指令（）坐标平面设定指令（G17，G18，G19）G17xy平面平面;G18zx平面平面;G19yz平面平面.Z/XZ/X平面平面Y/ZY/Z平面平面X/YX/Y平面平面Y YX XZ Z（5）圆弧插补指令）圆弧插补指令顺时针圆弧插补指令（顺时针圆弧插补指令（G02）逆时针圆弧插补指令（逆时针圆弧插补指令（G03）方向：从方向：从XY平面（平面（ZX平面，平面，YZ平面）的平面）的Z轴（轴（Y轴，轴，X轴）的正向往负向观察轴）的正向往负向观察ZXG18G03G02XG03YG17G02YZ

408、G19G03G02G17G02XYIJLF或或G17G02XYRLFG17G03XYIJLF或或G17G03XYRLF其中：其中：X、Y的值是指圆弧插补的终点坐标值；的值是指圆弧插补的终点坐标值；I、J是指圆弧起点相对于圆心的增量坐标；（此处选择该方法）是指圆弧起点相对于圆心的增量坐标；（此处选择该方法）或：或：I、J是指圆弧圆心相对于圆弧起点的增量坐标；是指圆弧圆心相对于圆弧起点的增量坐标；R为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角为指定圆弧半径，当圆弧的圆心角180时，时，R值为正，值为正，当圆弧的圆心角当圆弧的圆心角180时，时，R值为负值为负。圆弧插补示例，加工轨迹如图圆弧插补示例，加工轨迹如图

409、R60R501006040OY绝对编程方式：绝对编程方式：G92X200.0Y40.0LFG90G03X140.0Y100.0I60.0J0LFG02X120.0Y60.0I50.0J0LF90120140200或或G92X200.0Y40.0LFG90G03X140.0Y100.0R60.0LFG02X120.0Y60.0R50.0；6.G92设定加工坐标系指令（设定加工坐标系指令（G92）（指定对刀点）（指定对刀点）表表11.1常用准备功能指令常用准备功能指令代代码码功功能能G00点位控制，将工件定位到程编位置上点位控制，将工件定位到程编位置上G01直线插补直线插补G02顺时针方向圆弧插补

410、顺时针方向圆弧插补G03逆时针方向圆弧插补逆时针方向圆弧插补G17XY平面选择平面选择G18ZX平面选择平面选择G19YZ平面选择平面选择G33螺纹切削，等螺距螺纹切削，等螺距G40取消刀具偏移取消刀具偏移G41刀具左偏刀具左偏G42刀具右偏刀具右偏G60G79保留用于点位系统保留用于点位系统G80取消固定循环取消固定循环G81G89用于镗孔、钻孔、攻螺纹等的固定循环用于镗孔、钻孔、攻螺纹等的固定循环*1*9G90绝对坐标编程绝对坐标编程G91相对坐标编程相对坐标编程二二.常用常用M指令的含义及应用指令的含义及应用M功能字功能字含含义义M00程序停止程序停止M01计划停止计划停止M02程序结束

411、程序结束M03主轴顺时针旋转主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转主轴逆时针旋转M05主轴旋转停止主轴旋转停止M06换刀换刀M072号冷却液开号冷却液开M081号冷却液开号冷却液开M09冷却液关冷却液关M30程序结束并返回开始处程序结束并返回开始处M98调用子程序调用子程序M99返回子程序返回子程序讲例题：讲例题：例：已知被加工零件的轮廓例：已知被加工零件的轮廓ABCD，试用，试用G代码编写加工程序。代码编写加工程序。N01G92X10Y10N02G90G17G00X15Y15LFN03G01X115Y15LFN04G02X145Y45I-30J0LFN05G01X145Y75LFN06G01X1

412、5Y75LFN07G01X15Y15LFN08G00X10Y10M02LF11.2 11.2 自动编程语言自动编程语言11.2.1 11.2.1 自动编程语言的发展概况自动编程语言的发展概况现现在在国国际际上上流流行行的的数数控控自自动动编编程程语语言言有有上上百百种种，其其中中流流传传最最广广、影影响响最最深深、最最具具有有代代表表性性的的是是美美国国MIT研研制制的的APT系系统统（AutomaticallyProgrammedTools）。我我国国机机械械工工业业部部1982年年发发布布的的NC机机床床自自动动编编程程语语言言标标准准（JB311282）采采用用了了APT的的词词汇汇语语

413、法法；1985年年国国际际标标准准化化组组织织ISO公公布布的的NC机机床床自自动动编编程语言（程语言（ISO43421985）也是以）也是以APT语言为基础的。语言为基础的。APT语言系统的特点是：语言系统的特点是：(1)APT语言有多种多样的处理能力。语言有多种多样的处理能力。(2)用用APT语言编写的零件源程序接近英语自然语言。语言编写的零件源程序接近英语自然语言。(3)APT编程可靠性高。编程可靠性高。(4)富有灵活性。富有灵活性。(5)数据处理所需费用少，制备时间短。数据处理所需费用少，制备时间短。这一节自学。这一节自学。11.3 11.3 数控程序系统数控程序系统数数控控程程序序系

414、系统统按按其其应应用用范范围围可可分分为为两两大大类类。第第一一类类是是不不限限定定加加工工对对象象、适适用用范范围围广广泛泛的的通通用用系系统统。上上述述APT系系统统就就是是通通用用系系统统的的典典型型代代表表。另另一一类类是是适适用用于于特特定定目目标标的的、针针对对性性较较强强的的专专用用系系统统。其中通用系统按其功能又可分为几何处理系统和工艺处理系统。其中通用系统按其功能又可分为几何处理系统和工艺处理系统。数数控控程程序序系系统统的的工工作作大大致致可可分分为为三三个个阶阶段段进进行行：即即输输入入翻翻译译阶阶段，轨迹计算阶段和后置处理阶段。段，轨迹计算阶段和后置处理阶段。(1)输输

415、入入翻翻译译阶阶段段它它是是为为计计算算刀刀具具运运动动轨轨迹迹阶阶段段作作准准备备。此此阶阶段段的的主主要要功功能能是是按按源源程程序序的的顺顺序序，一一个个符符号号一一个个符符号号地地依依次次阅阅读读并并处理源程序。处理源程序。(2)轨轨迹迹计计算算阶阶段段这这个个阶阶段段的的功功能能类类似似于于手手工工编编程程中中基基点点、节节点点和和刀刀具具中中心心轨轨迹迹的的计计算算。对对于于有有工工艺艺处处理理能能力力的的程程序序系系统统还还包包括括工艺过程和工艺参数的确定。工艺过程和工艺参数的确定。(3)后置处理阶段后置处理阶段后置处理阶段的功能包括增量计算、脉冲当后置处理阶段的功能包括增量计算

416、、脉冲当量转换以及编写程序单和制成数控纸带等，从而将计算阶段目标程量转换以及编写程序单和制成数控纸带等，从而将计算阶段目标程序给出的数据、工艺参数及其它有关信息转变成数控装置的输入信序给出的数据、工艺参数及其它有关信息转变成数控装置的输入信息。息。11.4 11.4 数控自动编程系统的发展数控自动编程系统的发展1 1研究和发展小型专用的自动编程系统研究和发展小型专用的自动编程系统随随着着微微机机的的出出现现和和发发展展，国国内内外外都都相相继继开开发发了了适适用用于于各各种种微微机机的的NC自自动动编编程程系系统统。这这种种专专用用自自动动编编程程系系统统的的着着眼眼点点不不是是放放在在功功能

417、能齐齐全全上上，而而是是放放在在如如何何简简化化程程序序和和提提高高效效率率上上，因因此此这这类类系系统统容容易易掌掌握握，便便于于使使用用，且且成成本本交交低。低。2 2发展交互式的发展交互式的NCNC自动编程系统自动编程系统交交互互式式自自动动编编程程系系统统的的特特点点是是：操操作作者者可可随随时时、随随意意修修改改零零件件源源程程序序；随随时时停停止止或或开开始始处处理理过过程程；随随时时打打印印零零件件加加工工程程序序单单或或某某一一项项中中间间结结果果；随随意意给给出出NC机机床床的的脉脉冲当量等后置处理参数。冲当量等后置处理参数。3 3语音语音NCNC自动编程自动编程采采用用语语

418、音音NC自自动动编编程程时时，操操作作者者不不必必写写出出程程序序，也也不不需需要要按按严严格格的的格格式式打打印印出出程程序序，操操作作者者只只需需对对着着话话筒筒讲讲出出所所需需指指令令即即可可。采采用用语语音音自自动动编编程程的的主主要要优优点点是是：减减少少编编程程时时间间，消消除除打打字字错错误误，从从而而可可提提高高编编程的效率。程的效率。4 4NCNC编程与编程与CADCAD的连接和集成的连接和集成NC编编程程与与CAD系系统统的的连连接接和和集集成成是是NC自自动动编编程程的的一一个个非非常常重重要要的的发发展展方方向向，即即在在CAD系系统统提提供供的的零零件件信信息息基基础

419、础上上，直直接接进进行行编编程程。这这就就是是通通常常所所说说的的CAD/CAM的集成。的集成。第第1212章章 CIMSCIMS简介简介计计 算算 机机 集集 成成 制制 造造 系系 统统 （ CIMSComputerIntegratedManufacturingSystem）是是当当代代生生产产自自动动化化领领域域的的前前沿沿学学科科，也也是是集集多多种种高高新新技技术术为为一一体体的的现现代代化化制制造造技术。技术。 CIMS CIMS的发展现状的发展现状一. .国外国外CIMSCIMS发展简况发展简况空前激烈的市场竞争的主要特点是：空前激烈的市场竞争的主要特点是：(1)产品的生产周期越

420、来越短产品的生产周期越来越短(2)产品的品种增多，批量减少产品的品种增多，批量减少(3)产产品品质质量量、价价格格和和交交货货斯斯已已成成为为增增强强企企业业竞竞争争力力的的3个个决定因素决定因素1美、欧、日美、欧、日CIMS开发应用的进展及战略开发应用的进展及战略在在美美国国国国家家科科学学基基金金会会的的支支持持下下，投投资资上上千千万万美美元元的的普普度度（Purdue）大大学学、杨杨百百翰翰（BrighamYoung）大大学学和和俄俄亥亥俄俄（Ohio）州州立立大大学学分分别别建建立立了了“计计算算机机集集成成和和制制造造自自动动化化中中心心（CIDMAC）”、“CIM研研究究中中心心

421、和和研研究究多多种种CIM技技术术的的杰杰出出研究中心研究中心”，有效地推动了，有效地推动了CIM技术的发展与应用。技术的发展与应用。CIM的概念和主要单元技术如的概念和主要单元技术如NC、CAD、制造资源规划、制造资源规划（MRPII）、）、FMS等都来源于美国，并且美国在这些领域的研等都来源于美国，并且美国在这些领域的研究上仍保持着总体优势。究上仍保持着总体优势。西西欧欧发发展展CIM的的战战略略有有两两个个层层次次：第第一一层层次次是是西西欧欧多多国国群群体体的的共共同同合合作作战战略略；第第二二层层次次是是各各国国国国内内的的CIM战略。战略。尤里卡即欧洲研究协调组织，主要开发的项目有

422、：尤里卡即欧洲研究协调组织，主要开发的项目有：(1)大型生产过程管理系统：大型生产过程管理系统：(2)柔性自动化工厂：柔性自动化工厂：自自20世世纪纪80年年代代中中期期以以来来，日日本本逐逐渐渐加加强强了了CIM的的应应用用开开发发，很很快快吸吸收收了了美美国国提提出出的的CIM思思想想，并并在在生生产产实实践践中中合合理理而而有有效效地地加加以以应应用用，根根据据具具体体情情况况发发展展适适用用于日本企业的于日本企业的CIMS.1983年年5月月，日日本本美美浓浓加加茂茂（Minokamo）工工厂厂建建立立了了CIMFMS21系系统统，这这是是一一个个实实现现了了物物流流和和信信息息流流自

423、自动动化的车间，它包括化的车间，它包括5套套FMS。1989年末建成的具有先进的年末建成的具有先进的CIMS的筑波电加工机床的筑波电加工机床装配工厂，此工厂可看做是装配工厂，此工厂可看做是FANUC公司的公司的CIMS试验工试验工厂，为发展厂，为发展CIM产品提供实际考核环境。产品提供实际考核环境。2 2CIMSCIMS的发展趋势的发展趋势纵纵观观国国外外CIMS研研究究和和应应用用工工程程的的开开发发，大大致致经经历历了了3个发展阶段：个发展阶段：(1)以以信信息息集集成成为为特特征征的的阶阶段段（20世世纪纪7080年年代代）这这一一阶阶段段企企业业发发展展的的需需求求是是产产品品生生产产

424、的的自自动动化化，随随着着电电子子信信息息技技术术的的发发展展，相相应应的的各各种种单单元元技技术术，如如CAD、CAM、工业机器人、工业机器人、FMS、MRPII得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。(2)以以过过程程集集成成为为特特征征的的阶阶段段（进进入入20世世纪纪80年年代代后后）市市场场竞竞争争的的焦焦点点集集中中到到以以更更新新更更快快的的手手段段开开发发并并上上市市新新产产品品，以以争争取取更更多多的的用用户户。其其制制造造需需求求是是使使产产品品设设计计和和相相关关过程并行进行。过程并行进行。(3)以企业集成为特征的阶段（以企业集成为特征的阶段（20世纪世纪80年代末到年代末到

425、90年代初）年代初）CIMS进入了一个着重求实，讲究解决实际问题、进入了一个着重求实，讲究解决实际问题、提高竞争力的迅速发展阶段，在其内涵与概念上都有了新提高竞争力的迅速发展阶段，在其内涵与概念上都有了新的内容。的内容。二. .我国我国CIMSCIMS的发展状况的发展状况我我国国从从80年年代代后后期期引引入入CIMS技技术术并并在在清清华华大大学学、西安交通大学等高校成立了西安交通大学等高校成立了CIMS研究中心。研究中心。1994年年，清清华华大大学学国国家家CIMS工工程程研研究究中中心心获获得得了了美美国国SME（制制造造工工程程师师学学会会）的的CIMS“大大学学领领先先奖奖”，这这

426、标标志志着着我我国国CIMS的的研研究究水水平平进进入入了了国国际际先先进进行例。行例。1995年年，北北京京第第一一机机床床厂厂荣荣获获SME的的CIMS“世世界界工工业业领领先先奖奖”，这这标标志志着着我我国国一一些些试试点点企企业业的的CIMS应用达到了国际先进水平。应用达到了国际先进水平。我国我国863/CIMS研究已形成了一个健全的组织和一研究已形成了一个健全的组织和一支研究队伍，实现了我国支研究队伍，实现了我国CIMS研究和开发的基本框研究和开发的基本框架，建立了研究环境和工程环境，包括国家架，建立了研究环境和工程环境，包括国家CIMS实实验工程研究中心和七个单元技术开放实验室。验

427、工程研究中心和七个单元技术开放实验室。12.1 CIMS12.1 CIMS的提出的提出20世世纪纪80年年代代中中期期以以来来，以以CIMS为为标标志志的的综综合合生生产产自动化日趋成为制造工业的热点，其主要原因是：自动化日趋成为制造工业的热点，其主要原因是：(1)CIMS具具有有提提高高生生产产率率、缩缩短短生生产产周周期期、减减少少废废品、适应市场竞争的需要等一系列优点。品、适应市场竞争的需要等一系列优点。(2)一一些些大大公公司司由由于于采采用用CIMS取取得得了了显显著著的的经经济济效效益，展示了这一技术的潜在优势。益，展示了这一技术的潜在优势。(3)CIMS是一种管理企业和组织生产的

428、新哲理，也是一种管理企业和组织生产的新哲理，也是在新的生产组织原理和概念下形成的一种新生产模式。是在新的生产组织原理和概念下形成的一种新生产模式。12.2 CIM12.2 CIM和和CIMSCIMS的基本概念的基本概念12.2.1 CIMS12.2.1 CIMS的由来的由来计计算算机机集集成成制制造造（CIMComputerIntegratedManufacturing）技技术术是是美美国国乔乔赛赛夫夫哈哈林林顿顿博博士士（Joseph.Harrington）1973年年提提出出的的组组织织企企业业生生产产的的一种哲理。哈林顿博士提出的一种哲理。哈林顿博士提出的CIM概念的基本论点为：概念的基

429、本论点为：(1)企企业业生生产产的的各各个个环环节节，即即从从市市场场分分析析、产产品品设设计计、加加工工制制造造、经经营营管管理理到到售售后后服服务务的的全全部部生生产产活活动动，是一个不可分割的整体，要紧密连接、统一考虑。是一个不可分割的整体，要紧密连接、统一考虑。(2)整整个个生生产产过过程程实实质质上上是是一一个个数数据据采采集集、传传递递和和加加工工处处理理的的过过程程。最最终终形形成成的的产产品品，可可以以看看作作数数据据的的物质表现。物质表现。直到直到20世纪世纪80年代，这一概念才被普遍接受。年代，这一概念才被普遍接受。12.2.2 CIM12.2.2 CIM与与CIMSCIM

430、S的意义的意义CIM是是组组织织现现代代化化生生产产的的一一种种哲哲理理，是是一一种种指指导导思想，思想，CIMS是这种哲理的实现。是这种哲理的实现。日日本本能能源源协协会会在在1991年年提提出出CIM的的定定义义是是：“CIM是是以以信信息息作作为为媒媒介介，用用计计算算机机把把企企业业活活动动中中业业务务领领域域及及其其职职能能集集成成起起来来，追追求求整整体体效效率率的的新新型型生生产产系统。系统。”IBM公公司司1990年年提提出出CIM的的定定义义是是：“应应用用信信息息技术提高组织的生产率和响应能力。技术提高组织的生产率和响应能力。”欧欧共共体体CIMOSA课课题题委委员员会会也

431、也提提出出了了被被认认为为是是最最权权威威最最科科学学的的定定义义：“CIM是是信信息息技技术术和和生生产产技技术术d的的综综合合应应用用，旨旨在在提提高高制制造造型型企企业业的的生生产产率率和和响响应应能能力力，由由此此，企企业业的的所所有有功功能能、信信息息、管管理理方方面面都都是是一一个集成起来的整体的各个部分。个集成起来的整体的各个部分。”综综合合已已提提出出的的各各种种有有关关的的定定义义和和理理解解，CIMS是是现现代制造企业的一种生产、经营和管理模式。代制造企业的一种生产、经营和管理模式。对对CIMS的理解可进一步阐述如下：的理解可进一步阐述如下：(1)CIMS是是一一种种组组织

432、织、管管理理与与企企业业运运行行生生产产的的现现代代制造系统。制造系统。(2)CIMS强强调调企企业业生生产产的的各各个个环环节节、进进而而实实现现全全局局优化优化(3)实实施施CIMS要要更更加加重重视视发发挥挥人人在在现现代代化化企企业业生生产产中的主导作用。中的主导作用。(4)现现代代企企业业中中尤尤其其要要重重视视信信息息的的管管理理、运运行行以以及及信信息流与物流间的集成。息流与物流间的集成。(5)CIMS是基于现代管理技术、制造技术、信息技是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。12.2.3 C

433、IMS12.2.3 CIMS基本特点基本特点在在CIMS中主要包含四个要素及两个特征。中主要包含四个要素及两个特征。四个要素如下：四个要素如下：(1)CIMS适适用用于于各各种种中中、小小批批量量的的离离散散生生产产过过程程型型制制造造厂。厂。(2)CIMS应应将将制制造造工工厂厂的的生生产产经经营营活活动动都都纳纳入入到到多多模模式式、多层次、人机交互的自动化系统之中。多层次、人机交互的自动化系统之中。(3)CIMS由多个自动化子系统有机综合而成。由多个自动化子系统有机综合而成。(4)CIMS的的目目的的是是提提高高经经济济效效益益、提提高高柔柔性性、追追求求总总体体动态优化。动态优化。两个

434、特征为：两个特征为：(1)在在功功能能上上，CIMS包包含含了了一一个个工工厂厂的的全全部部生生产产经经营营活活动。动。(2)CIMS涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化、计涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化、计算机及网络的简单相加，而是有机的集成。算机及网络的简单相加，而是有机的集成。12.3 CIMS12.3 CIMS中的集成及集成关系中的集成及集成关系12.3.1 CIMS12.3.1 CIMS中的集成中的集成CIMS涉涉及及到到自自动动化化的的许许多多单单项项技技术术，而而更更为为重重要要的的是将这些技术综合集成，其集成特性主要包括：是将这些技术综合集成，其集成特性主要包括：(1)人

435、人员员集集成成管管理理者者、设设计计者者、制制造造者者、保保障障者者以以及用户应集成为一个协调整体。及用户应集成为一个协调整体。(2)信信息息集集成成产产品品生生产产周周期期中中各各类类信信息息的的获获取取、表表达达、处处理理和和操操作作工工具具集集成成为为一一体体，组组成成统统一一的的管管理理控控制制系统。系统。(3)功功能能集集成成产产品品生生命命周周期期中中，企企业业各各部部门门功功能能集集成，以及产品开发与外部协作企业间功能的集成。成，以及产品开发与外部协作企业间功能的集成。(4)技术集成技术集成产品开发全过程中，涉及的多学科知产品开发全过程中，涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成

436、。识以及各种技术、方法的集成。12.3.2 CIMS12.3.2 CIMS技术的集成关系技术的集成关系集集成成的的定定义义：集集成成是是指指基基于于信信息息技技术术的的资资源源及及应应用用集集聚聚成成一一个个协协同同工工作作的的整整体体。集集成成包包含含功功能能交交互互（FI）、信信息息共共享享（IS）及及数数据据通通信信（DC），如如图图12.1所所示示，也也就就是是说说在在一一个个集集成成系系统统的的各各子子系系统统之之间间，需需要要对对信信息息共共享享、信信息交互以及信息通信进行管理与控制。息交互以及信息通信进行管理与控制。图图12.1集成的概念集成的概念1 1全局集成和局部集成全局集成

437、和局部集成全全局局集集成成是是指指信信息息技技术术的的生生产产技技术术在在整整个个企企业业业业务范围内综合应用的集成；务范围内综合应用的集成；局局部部集集成成是是指指一一个个分分系系统统或或企企业业一一个个部部门门内内的的集集成。成。全全局局集集成成进进一一步步细细化化可可分分为为：工工作作流流程程集集成成、物物流集成和信息（流）集成。流集成和信息（流）集成。CIMS信信息息集集成成包包括括三三个个层层次次：物物理理集集成成、应应用用集成和经营集成。集成和经营集成。物理集成是一切信息集成工作的基础。物理集成是一切信息集成工作的基础。应应用用集集成成又又称称应应用用软软件件集集成成，它它可可提提

438、供供某某些些机机制制，能使过程之间共享公共数据和公共资源。能使过程之间共享公共数据和公共资源。经营集成又称业务集成，它可支持稳定的决策过经营集成又称业务集成，它可支持稳定的决策过程。程。2纵向集成和横向集成纵向集成和横向集成CIMS的的集集成成，如如果果按按企企业业组组织织的的层层次次划划分分，则则可可分分为为纵纵向集成和横向集成。向集成和横向集成。纵纵向向集集成成又又称称为为垂垂直直集集成成，是是指指日日常常运运用用系系统统、计计划划、检检查直至最高领导层在业务、组织和信息方面的集成。查直至最高领导层在业务、组织和信息方面的集成。横向集成又称水平集成，它是指各日常运用系统的集成。横向集成又称

439、水平集成，它是指各日常运用系统的集成。如图如图12.5所示为所示为CIMS的层次集成关系。的层次集成关系。图图12.5CIMS的层次集成关系的层次集成关系12.4 CIMS12.4 CIMS的体系结构的体系结构12.4.1 CIMS12.4.1 CIMS体系功能构成体系功能构成CIMS的功能构成如图的功能构成如图12.6所示。所示。图图12.6CIMS的功能构成的功能构成12.4.2CIMS体系分系统根据CIMS的功能构成，CIMS是由4个功能分系统和两个支撑分系统组成。即CIMS通常是由管理信息系统（MIS）、产品设计与工程设计自动化系统（EDIS）、制造自动化（柔性自动化）系统（MAS）、

440、计算机辅助质量保证系统（CAQ）以及计算机网络（NETS）和数据管理系统（DBS）等6个部分有机地集成起来的。1管理信息系统管理信息系统(CIMS/MISManagementInformationSystem)目标是通过信息集成，缩短产品生产周期，降低流通资金占用，提高企业应变能力。CIMS/MIS的基本结构如图12.9所示。图12.9CIMS/MIS基本结构2 2工程设计集成分系统工程设计集成分系统该该分分系系统统的的目目标标是是使使产产品品开开发发活活动动能能够够高高效效、优优质质、自自动动地地进进行行。工工程程设设计计集集成成分分系系统统是是CIMS中中的的一一个个核核心心分分系系统统，

441、它它包包括括CAD（计计算算机机辅辅助助设设计计）、CAPP（计计算算机机辅辅助助工工艺艺规规划划）、CAM（计计算算机机辅辅助助制制造造）和和NCP（数数控控程程序序编编制制）等等子子系系统统，用用以以支支承承产产品品的的设设计计和和工工艺艺准准备备等等功功能能，处处理理有有关关产产品品结结构构方方面的信息。面的信息。在在CIMS环境下，除自身子系统之间需要实现集环境下，除自身子系统之间需要实现集成外，还要与其它分系统实现集成，通过数据交换实成外，还要与其它分系统实现集成，通过数据交换实现信息共享。如图现信息共享。如图12.12所示为所示为EDIS与与MIS、MAS和和CAQ之间的接口主要信

442、息传递关系。之间的接口主要信息传递关系。3 3制造自动化分系统制造自动化分系统该该分分系系统统的的目目标标是是使使产产品品制制造造活活动动最最优优化化。它它包包括括各各种种不不同同自自动动化化程程度度的的制制造造系系统统，如如NC机机床床、柔柔性性制制造造单单元元（FMC）、柔柔性性制制造造系系统统（FMS）以以及及其其他他制制造造单单元元，用用以以实实现现信信息息流流对对物物流流的的控控制制并并完完成成物物流流的的转转换换，是是CIMS信信息息流流和和物物流流结结合合部部，也也是是CIMS最终产生经济效益的聚集地。最终产生经济效益的聚集地。在在CIMS环境中，环境中，MAS分系统运行过程的本

443、质分系统运行过程的本质是产品的物化（形成）过程，是产品的物化（形成）过程，MAS中的数据是连接中的数据是连接产品设计、生产过程控制和实际产品加工制造之间产品设计、生产过程控制和实际产品加工制造之间的桥梁，即的桥梁，即CIMS中的产品设计方案和工艺规划等工中的产品设计方案和工艺规划等工程信息是通过程信息是通过MAS信息转换为实际产品的。信息转换为实际产品的。4 4计算机辅助质量保证分系统计算机辅助质量保证分系统该该分分系系统统的的目目标标是是保保证证从从产产品品设设计计、制制造造、检检验验到到售售后后服服务务整整个个过过程程的的质质量量。CIMS/CAQ的的组组织织结结构构分分规规划层、管理层和

444、执行层三层，如图划层、管理层和执行层三层，如图12.14所示。所示。CIMS支支持持的的CAQ分分系系统统将将贯贯穿穿质质量量管管理理的的全全过过程程，覆覆盖盖全全企企业业各各主主要要处处、室室、分分厂厂，并并逐逐步步实实现现与与MIS、MAS和和EDIS分系统的集成。分系统的集成。图图12.14CAQ分系统结构分系统结构5 5数据管理分系统数据管理分系统该该分分系系统统的的目目标标是是管管理理整整个个CIMS的的数数据据，实实现现数数据据的的集集成成和和共共享享。DBS既既是是CIMS信信息息流流的的载载体体，又又对对信信息息进进行行控控制制和和管管理理，并并为为CIMS提提供供集集成成的的

445、手手段。段。6 6网络分系统（网络分系统（CIMS/NETSCIMS/NETSNet SystemNet System）该分系统的目标是传递该分系统的目标是传递CIMS各个分系统之间和各个分系统之间和内部的信息，实现的数据传递和系统通信功能。通内部的信息，实现的数据传递和系统通信功能。通过计算机网络系统，可完成动态控制和管理的各功过计算机网络系统，可完成动态控制和管理的各功能分系统的互联，实现信息传输和交流，使互联系能分系统的互联，实现信息传输和交流，使互联系统共享工程资源、数据库和存贮空间。统共享工程资源、数据库和存贮空间。12.4.3 12.4.3 面向功能和控制的体系结构面向功能和控制的

446、体系结构图图12.20所所示示为为美美国国制制造造工工程程学学会会（SME）提提出出的的轮轮式式结结构构。其其“核核”为为集集成成系系统统体体系系结结构构；内内层层为为支支撑撑分分系系统统；中中层层可可“水水平平”分分解解为为工工程程设设计计（产产品品/过过程程）、制制造造计计划划与与控控制制以以及及工工厂厂自自动动化化3个个分分系系统统；外外层层则则有市场、战略规划、财务及制造管理和人力资源管理等分系统。有市场、战略规划、财务及制造管理和人力资源管理等分系统。图图12.20面向功能构成的面向功能构成的CIMS体系结构体系结构12.5 CIMS12.5 CIMS的控制体系的控制体系1 1工厂层

447、控制系统工厂层控制系统这这是是最最高高一一级级控控制制，履履行行“厂厂部部”职职能能。这这一一层层按按主主要要功功能能可可分分为为三三个个子子系系统统：生生产产管管理理、信信息息管理和制造工程管理和制造工程(1)生生产产管管理理它它跟跟踪踪主主要要项项目目，制制定定长长期期生生产产计计划划，用用生生产产计计划划数数据据来来确确定定交交给给下下一一级级的的生生产产指指令。令。(2)信信息息管管理理通通过过用用户户接接口口实实现现必必要要的的行行政政或或经营管理功能。经营管理功能。(3)制造工程制造工程制造工程包括制造工程包括CAD、CAPP和和CAM，其功能一般都是通过用户、数据接口，并在，其功

448、能一般都是通过用户、数据接口，并在人工的干预下实现的。人工的干预下实现的。2 2车间层控制系统车间层控制系统这这一一层层控控制制系系统统主主要要根根据据工工厂厂层层生生产产计计划划，负负责责协协调调车车间间的的生生产产和和辅辅助助性性工工作作以以及及这这些些工工作作的的资资源配置。源配置。(1)作作业业管管理理负负责责安安排排生生产产计计划划，将将任任务务分分配配给各单元。给各单元。(2)资资源源分分配配负负责责分分配配单单元元层层各各项项目目在在具具体体加加工时所需的工作站、贮存区、托盘刀具及材料等。工时所需的工作站、贮存区、托盘刀具及材料等。3 3单元层控制系统单元层控制系统这这一一层层控

449、控制制系系统统安安排排零零件件通通过过工工作作站站的的分分批批顺顺序序和和管管理理物物料料贮贮运运、检检验验及及其其它它有有关关辅辅助助性性工工作作。单元层控制系统设有如下单元层控制系统设有如下3个模块：个模块：(1)排队管理模块排队管理模块它向上与操作命令模块接口，它向上与操作命令模块接口，向下与调度模块接口。向下与调度模块接口。(2)调调度度模模块块每每一一个个工工作作站站都都配配有有一一个个调调度度模模块块，它它向向上上与与排排队队模模块块接接口口，向向下下与与本本单单元元的的分分配配模模块块接接口口。调调度度模模块块负负责责管管理理各各自自的的调调度度作作业业和和监监控控工工作作站站任

450、任务务的的完成。完成。(3)分分配配模模块块每每个个工工作作站站都都配配有有分分配配模模块块，它它向向上上与调度模块接口，向下直接与有关工作站控制器接口。与调度模块接口，向下直接与有关工作站控制器接口。4工作站层控制系统工作站层控制系统这这一一层层主主要要负负责责指指挥挥和和协协调调车车间间中中一一个个设设备备小小组组的的活活动动。一一个个典典型型的的加加工工工工作作站站由由一一台台机机器器人人、一一台台机机床床、一个物料贮运器和一台控制计算机组成。一个物料贮运器和一台控制计算机组成。5设备层控制系统设备层控制系统这一层是这一层是“前沿前沿”系统，是各种设备（如机床、机系统，是各种设备（如机床

451、、机器人、坐标测量机、自动导引小车等）的控制器。设备器人、坐标测量机、自动导引小车等）的控制器。设备控制器的功能是将工作站控制器命令转换成可操作的、控制器的功能是将工作站控制器命令转换成可操作的、有顺序的简单任务来操纵被控设备，并通过各种传感器有顺序的简单任务来操纵被控设备，并通过各种传感器监控这些任务的执行监控这些任务的执行。12.6 12.6 开发应用开发应用CIMS的主要方法的主要方法“CIMS决决不不是是现现有有生生产产模模式式的的计计算算机机化化和和自自动动化化，它它是是在在新新的的生生产产组组织织原原理理和和概概念念指指导导下下形形成成的的一一种种新新型型生生产产实实体体。”因因而

452、而发发展展CIMS决决不不能能采采用用一一般般新新技技术术的的开开发发应应用用方方法法只只解解决决技技术术的的开开发发和和使使用用问问题题、而而应应采采用用套套能能很很好好地地解解决决组组织织管管理理、技技术术开开发发应应用用和和人人员员培培训训等等一一系系列列问问题题的的新新方方法法。目目前前国国外外开开发发应应用用CIMS比比较较好好的的部部门门和和企企业业也也还还没没有有提出一套发展提出一套发展CIMS的完整方法。这的完整方法。这问题仍需研究和探讨。问题仍需研究和探讨。这这里里我我们们把把国国外外一一些些部部门门和和企企业业提提出出的的方方法法进进行行了了整整理理、分析和归纳并分四个力面

453、介绍如下：分析和归纳并分四个力面介绍如下：一一.组织管理方面组织管理方面1.领导部门或工业系统的组织管理方法领导部门或工业系统的组织管理方法（1）要建立强有力的领导班子。）要建立强有力的领导班子。（2）要认真制定目标、政策并加强宣传）要认真制定目标、政策并加强宣传.（3）要有必要的资金保证）要有必要的资金保证。（4）要建立信息交流渠道）要建立信息交流渠道。（5）要重视建立各种集成标稚。）要重视建立各种集成标稚。（6）要重视吸引和保留）要重视吸引和保留CIM技术人才。技术人才。（7）要强调多方面技术合作。）要强调多方面技术合作。2.企业开发应用企业开发应用CIMS的组织管理方法的组织管理方法（1

454、）要建立有职权的）要建立有职权的CIM领导班子领导班子。（2）要符合公司战赂发展方向。）要符合公司战赂发展方向。（3）要建立相适应的组织管理机构。）要建立相适应的组织管理机构。（4）要坚持使用已建立的新系统，推动它向前发展。）要坚持使用已建立的新系统，推动它向前发展。二、规划设计方面二、规划设计方面1.不可要求过高。在规划设计时不要对不可要求过高。在规划设计时不要对CIMS提出不切合提出不切合实际的过高要求，应认真分析整个生产过程，根据实际情况进实际的过高要求，应认真分析整个生产过程，根据实际情况进行规划设计、否则会出现欲速则不达的后果。行规划设计、否则会出现欲速则不达的后果。2.不可机械地照

455、搬别人系统。约翰迪尔拖拉机公司认为：不可机械地照搬别人系统。约翰迪尔拖拉机公司认为：什么系统都不能原封不动地照搬，因为即使是完全相同的什么系统都不能原封不动地照搬，因为即使是完全相同的CIMS，由于实施的时间、地点、技术、财力和组织等诸因，由于实施的时间、地点、技术、财力和组织等诸因素的改变，方案也必然会有所变化。素的改变，方案也必然会有所变化。3.全面规划分期实现。采用这一方法的原因有两个：一全面规划分期实现。采用这一方法的原因有两个：一是是CIMS本身的特性本身的特性工厂全盘集成自动化。另一个原因工厂全盘集成自动化。另一个原因是因为它需要巨额资金，因而往往采用分阶段实施方法是因为它需要巨额

456、资金，因而往往采用分阶段实施方法4.要高度重视各种标准的应用。标准对规划设计具有特别重要高度重视各种标准的应用。标准对规划设计具有特别重要的意义。因为，对于任何要的意义。因为，对于任何个个CIMS规划设计方案来说，必须规划设计方案来说，必须使用预先建立的评价标准来评价，如果没有评价标堆就很难确使用预先建立的评价标准来评价，如果没有评价标堆就很难确定所选保的规划设计方案是否是最佳方案，因而就不能保证定所选保的规划设计方案是否是最佳方案，因而就不能保证CIMS的成功。的成功。三、技术实施方面三、技术实施方面1、应编制全面而详细的实施计划、应编制全面而详细的实施计划为保证顺利地实施，首先应编制全面而

457、详细的实施计划，并为保证顺利地实施，首先应编制全面而详细的实施计划，并使计划公开。应根据具体情况不断修改计划，以保证用所能得使计划公开。应根据具体情况不断修改计划，以保证用所能得到的人力物力达到预期目的。到的人力物力达到预期目的。2、采取由小到大、先简后繁的分阶段实施方法以减少甚至避免、采取由小到大、先简后繁的分阶段实施方法以减少甚至避免实施风险。实施风险。3、定期收集实施工作进展情况，总结经验、吸取教训、改善管、定期收集实施工作进展情况，总结经验、吸取教训、改善管理。理。4、技术人员不可频繁调动。、技术人员不可频繁调动。四、人员培训方面四、人员培训方面1.要高度重视人员培训问题要高度重视人员

458、培训问题一个国家、一个国家、一个部门乃至一个部门乃至个企业，要开发应用个企业，要开发应用CIMS，就要有，就要有自己的专家、技术人员和熟练的操作人员，就要改变管理人员对自己的专家、技术人员和熟练的操作人员，就要改变管理人员对CIMS的不正确看法，消除阻力；除此，还需要提高规划、设外和的不正确看法，消除阻力；除此，还需要提高规划、设外和实施人员的工作效率，因此就必须对各类人员进行培训。实施人员的工作效率，因此就必须对各类人员进行培训。2.采取多种采取多种“人员培训人员培训”方式方式现在人员培训方式较多，但基本方法有两种。现在人员培训方式较多，但基本方法有两种。（1）企业本身负责培训和提高）企业本身负责培训和提高CIMS人员的业务水平人员的业务水平（2）设专门教育机构负责培训，例如美国）设专门教育机构负责培训，例如美国IBM公司，该公司在美公司，该公司在美国选择国选择48所所2年制专科学校和年制专科学校和4年制大学作为年制大学作为CIM教育基地。教育基地。