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第一章計算機輔助設計技術概述 機電工程學院周斌 Clicktoaddyourtext Tel mail zhb 8250 CAD應用領域 機械CAD數(shù)學CAD控制系統(tǒng)CAD建筑CAD服裝CAD影視動畫CAD CAD應用領域 機械CAD CAD應用領域 影視 動畫 CAD應用領域 建筑 CAD應用領域 服裝 學習目標 概括了解CAD CAM技術的產(chǎn)生發(fā)展 通過對傳統(tǒng)的設計制造過程的分析 理解CAD CAM系統(tǒng)的基本功能和工作過程 掌握CAD CAM的基本概念 學習CAD CAM系統(tǒng)的基本組成 了解硬件的類型 配置形式和軟件種類 功能 掌握CAD CAM系統(tǒng)的選用原則 了解CAD CAM技術應用領域和發(fā)展前景 主要內(nèi)容 CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術CAD CAM技術的發(fā)展和應用 1 1CAD CAM技術的基本概念 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD ComputerAidedDesign 工程技術人員以計算機為工具 利用自身的專業(yè)知識 對產(chǎn)品進行總體設計 繪圖 分析和編寫技術文件等設計活動的總稱 是一項綜合性技術 幾何建模 工程分析 模擬仿真 自動繪圖 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAM ComputerAidedManufacturing 廣義CAM 利用計算機輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種活動 包括工藝準備 生產(chǎn)作業(yè)計劃 還包括制造活動中與物流有關的所有過程 加工 裝配 檢驗 存貯 輸送 的監(jiān)視 控制和管理 狹義CAM 通常指數(shù)控程序的編制 包括刀具路線的規(guī)劃 刀位文件的生成 刀具軌跡的仿真以及后置處理和NC代碼生成等 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAPP ComputerAidedProcessPlanning 是根據(jù)產(chǎn)品設計結(jié)果進行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設計 要完成毛坯設計 工藝路線規(guī)劃 工序設計 工裝設計等任務 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD CAM技術 從產(chǎn)品需求分析開始 在產(chǎn)品設計 工藝設計和制造各個過程階段內(nèi) 如果應用計算機信息集成技術 為CAD CAM提供一個集成工作環(huán)境 將CAD CAPP CAM有機的聯(lián)系起來 則稱為CAD CAM技術 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD CAM系統(tǒng)與CNC的連線 CAD的發(fā)展1 準備和醞釀時期 20世紀50 60年底初 1946年MIT研制成功第一臺計算機1952年MIT首次研制成功數(shù)控機床 產(chǎn)生CAD的最初概念1963年交互式圖形生成技術的出現(xiàn) 促使了計算機輔助設計技術的迅速發(fā)展MIT研究生I E Sutherland 伊凡 蘇澤蘭 在 人機對話圖形通信系統(tǒng) 中首次提出了計算機圖形學 交互技術及圖形符號的存儲采用分層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等思想 對CAD技術的應用起到了重要的推動作用 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD的發(fā)展2 蓬勃發(fā)展和進入應用時期 60 70年代 60年代末到70年代中期是CAD技術趨于成熟的階段 計算機性價比不斷提高 數(shù)據(jù)庫管理等軟件陸續(xù)開發(fā) 以小型計算機為主機的CAD系統(tǒng)進入市場并形成主流60年代末顯示技術的突破使CAD系統(tǒng)的性價比大幅度提高仍以二維繪圖和三維選課圖形系統(tǒng)為主 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD的發(fā)展3 突飛猛進的時期 20世紀80年代 80年代超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使得計算機硬件成本大幅度下降 計算機外圍設備已成系列產(chǎn)品 為推進CAD技術的發(fā)展提供必要的條件同時 相應的人機如數(shù)據(jù)管理技術 有限元分析 優(yōu)化設計等技術也迅速發(fā)展 出現(xiàn)了商品化軟件 促進CAD從大中型企業(yè)向小型企業(yè)發(fā)展 從發(fā)達國家向發(fā)展中國家發(fā)展 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD的發(fā)展4 標準化 智能化 集成化和網(wǎng)絡化的發(fā)展時期 20世紀90年代 1 1CAD CAM技術的基本概念 標準化 圖形接口 圖形功能日趨標準化 計算機圖形接口 CGI 計算機圖形文件標準 CGM 計算機圖形核心系統(tǒng) GKS 面向程序員的層次交互式圖形標準 PHIGS 等圖形標準智能化 知識工程 專家系統(tǒng)集成化 系統(tǒng)構(gòu)造由過去單一功能變成組合功能 多處理機 并行處理技術用于CAD 網(wǎng)絡技術在CAD中被普遍采用網(wǎng)絡化 基于Web的資源共享 設計評估 協(xié)同工作 CAM技術的發(fā)展1952年數(shù)控機床研制成功奠定CAM的硬件基礎1955年研制成功APT語言 實現(xiàn)編程自動化1958年研制成功自動換刀鏜銑加工中心 一次裝夾完成多工序的集中加工 提高加工效率和質(zhì)量1962年第一臺工業(yè)機器人誕生 實現(xiàn)物流搬運柔性化 第一臺通用計算機集成控制多臺數(shù)控機床實現(xiàn) 降低數(shù)控裝置制造成本 提高工作可靠性1967年英國莫林公司建造第一條計算機集成控制的自動化制造系統(tǒng) 包括6臺加工中心和一條自動運輸線 用計算機編制程序 作業(yè)計劃和報表 美國辛辛那提公司研制類似系統(tǒng) 于70年代初定名為FMS70年代后期 幾何造型技術 圖形顯示技術和數(shù)控編程后置處理技術的發(fā)展和應用 出現(xiàn)了交互式圖形編程系統(tǒng) 為CADCAM集成奠定了基礎 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAPP技術的發(fā)展1969年 挪威工業(yè)公司開發(fā)AutoPros系統(tǒng) 是最早的CAPP系統(tǒng)20世紀70年代后期 創(chuàng)成式CAPP成為研究重點20世紀80年代中期 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的研究轉(zhuǎn)向具有人工智能的專家系統(tǒng)方面 這是CAPP未來的發(fā)展趨勢目前 CAPP系統(tǒng)主要應用于零件的機械加工方面 但已逐漸向其他工藝領域擴展 1 1CAD CAM技術的基本概念 CAD CAM技術的發(fā)展 幾個里程碑事件20世紀40年代MIT研制成功第一臺計算機1952年美國MIT試制成功第一臺數(shù)控銑床1963MIT教授成功研制第一套實時交互的計算機圖形系統(tǒng) 發(fā)展階段單元技術的發(fā)展和應用階段 20世紀60 70年代CAD CAM的集成階段 20世紀80年代面向產(chǎn)品并行設計制造環(huán)境的CAD CAM階段 20世紀90年代后 1 4CAD CAM技術的發(fā)展和應用 CAD CAM技術在我國的應用20世紀80年代 5個CAD支持系統(tǒng) 8個機械產(chǎn)品共性數(shù)據(jù)庫 24個專用CAD系統(tǒng) 20世紀90年代 CAD應用工程 甩圖版工程 示范企業(yè)差距 CAD CAM的應用集成化程度較低CAD CAM系統(tǒng)的軟 硬件均依靠進口 自主版權的軟件較少缺乏人才和技術力量 1 4CAD CAM技術的發(fā)展和應用 附 自頂而下的智能化軸系設計制造 三維幾何模型 二維圖紙 工藝規(guī)劃 自動輸出的結(jié)果 CAD CAM系統(tǒng)的組成 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 包括硬件 軟件和人組成 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 CAD CAM系統(tǒng)的硬件主機外存儲器輸入設備輸出設備生產(chǎn)裝備計算機網(wǎng)絡 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 CAD CAM系統(tǒng)主要硬件設備主機主機是計算機硬件的核心 用于指揮 控制整個計算機系統(tǒng)完成運算 分析工作 主機的類型及性能很大程度亡決定了CAD CAM系統(tǒng)的使用性能 主機由中央處理器 CPU 和內(nèi)存貯器以及輸入 輸出 I O 組成 外存內(nèi)存直接與CPU相連 能夠快速存取 何其價格較高 為了提高計算機的經(jīng)濟件 不可能配置很大的內(nèi)存 故計算機系統(tǒng)都配置了外存貯器 以長期保留程序及數(shù)據(jù) 常用的外存有磁盤 磁帶 光盤 U盤 移動硬盤等 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 CAD CAM系統(tǒng)主要硬件設備輸入設備鍵盤鼠標數(shù)字化儀圖形掃描儀數(shù)碼相機其它輸入設備輸出設備圖形顯示器打印機自動繪圖機 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 靜電繪圖機 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 彩色噴墨繪圖機 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 CAD CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件是指與計算機硬件直接關聯(lián)的軟件 用于計算機的管理 控制 運行和維護 具有公用性和基礎性特點 操作系統(tǒng) 是指揮計算機運行和管理用戶作業(yè)的軟件 是用戶和計算機之間的接口 工作站上主要采用UNIX WindowsNT 2000 XP等操作系統(tǒng) 微機上主要采用Windows系列操作系統(tǒng) 編譯系統(tǒng) 是將用匯編語言 高級語言編寫的程序翻譯成計算機能夠直接執(zhí)行的機器指令 高級語言 如PASCAL VisualC VisualBasic等均有各自的編譯系統(tǒng) 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 支撐軟件單一功能型支撐軟件綜合集成支撐軟件應用軟件在系統(tǒng)軟件和支撐軟件基礎上 針對某一專門應用領域的需要而研制的軟件 圖形處理軟件工程分析和計算軟件模擬仿真軟件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡工程軟件NC編程軟件 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 常用CAD CAM軟件SolidWorksAutoCADUnigraphics UG Pro ENGINEERI DEASCATIASurfcamMasterCAM 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 Unigraphics UG UnigraphicsSolutions公司的UG本身起源于航空 汽車企業(yè) 麥道航空 以Parasolid幾何造型核心為基礎 采用基于約束的特征建模技術和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復合建模技術 在三維實體造型時 由于幾何和尺寸約束在造型的過程中被捕捉 生成的幾何體總是完全約束的 約束類型是3D的 而且可用于控制參數(shù)曲面 UG具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫 實現(xiàn)了CAD CAE CAM之間無數(shù)據(jù)交換的自由轉(zhuǎn)換 一般認為UG是業(yè)界最好 最具有代表性的數(shù)控軟件 它提供了功能強大的刀具軌跡生成方法 采用分模塊銷售辦法 目前我國很多航空企業(yè)都在使用這種軟件 對微機要求較高 使用起來比較復雜 軟件相對較難掌握 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 SolidedgeSolidedge是真正windows軟件 充分利用windows基于組件對象模型 com 的先進技術重寫代碼 Solidedge與office兼容 與ole技術兼容 這使得設計師們在使用cad系統(tǒng)時 能夠進行windows下字處理 電子報表 數(shù)據(jù)庫操作等 Solidedge具有友好的用戶界面 它采用一種稱為smartribbon的界面技術 用戶只要按下一個命令按鈕 既可以在smartribbon上看到該命令具體內(nèi)容和詳細步驟 同時在狀態(tài)條提示用戶下一步該做什么 Solidedge是基于參數(shù)和特征實體造型的新一代機械設計cad系統(tǒng) 它是為設計人員專門開發(fā)的 易于理解和操作的實體造型系統(tǒng) 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 AutoCADAutoCAD系列是Autodesk公司產(chǎn)品 也是最早進入國內(nèi)市場的CAD軟件之一 從最早的2 0版到以后的R13 R14 2000直到如今的2006版 是大家所最熟悉的CAD軟件 AutoCAD軟件最早針對二維設計繪圖 已經(jīng)比較完善 在隨后的發(fā)展如AutoCADR12 R13等版本中加入了三維設計的部分 Autocad提供AutoLisp Ads Arx作為二次開發(fā)的工具 該軟件在二維設計中無法做到參數(shù)化的全相關的尺寸處理 三維設計中的實體造型能力不足等缺陷 價格較便宜 對微機要求較低 使用比較簡單 總的來說該軟件作為一套二維的繪圖軟件還是非常好用的 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 mdtmdt是autodesk公司在pc平臺上開發(fā)的三維機械cad系統(tǒng) 它以三維設計為基礎 集設計 分析 制造以及文檔管理等多種功能為一體 為用戶提供了從設計到制造一體化的解決方案 mdt主要功能如下 1 基于特征的參數(shù)化實體造型 用戶可十分方便地完成復雜三維實體造型 可以對模型進行靈活地編輯和修改 2 基于nurbs的曲面造型 可以構(gòu)造各種各樣的復雜曲面 以滿足如模具設計等方面對復雜曲面的要求 3 可以比較方便地完成幾百甚至上千個零件的大型裝配 4 mdt提供相關聯(lián)的繪圖和草圖功能 提供完整的模型和繪圖的雙向聯(lián)結(jié) 該軟件的推出受到廣大用戶的普遍歡迎 由于該軟件與autocad同時出自autodesk公司 因此兩者完全融為一體 用戶可以方便地實現(xiàn)三維向二維的轉(zhuǎn)換 mdt為autocad用戶向三維升級提供了一個較好的選擇 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 Solidworks生信國際有限公司Solidwoks系列軟件是一套功能相當強大的三維造型軟件 從98版開始 就提出了功能強大 易學易用 技術創(chuàng)新這三大特點 該軟件完全采用Windows的窗口界面 操作非常簡單 支持各種運算功能 可以進行實時的全相關性的參數(shù)化尺寸驅(qū)動 其界面友好 使用全中文的窗口式菜單操作 該軟件能實現(xiàn)如碰撞檢查 智能裝配等 還可進行動態(tài)運動模擬 直觀的干涉檢查 照片級的產(chǎn)品處理效果 符合GB的二維圖紙等功能 另外開發(fā)了CAM模塊 CAMWORKS 使用該模塊能夠很快的將設計好的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為能夠進行數(shù)控加工的G代碼 M指令 使得CAD能和CAM有機的結(jié)合 該軟件價格便宜 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 Cimatron以色列Cimatron公司的Cimatron產(chǎn)品針對性較強 是較早在微機平臺上實現(xiàn)三維cad cam全功能的系統(tǒng) 提供比較靈活的用戶界面 優(yōu)良的三維造型 工程繪圖 全面的數(shù)控加工 各種通用 專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 被更多的應用到模具開發(fā)設計中 該軟件能夠給應用者提供一套全面的標準模架庫 方便使用者進行模具設計中的分型面 抽芯等工作 而且在操作過程中都能進行動態(tài)的檢查 在模具設計領域是非常出色的 其行業(yè)針對性強 而且價格相對較貴 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 Pro engineerParametricTechnologyCrop公司 PTC 的Pro Engineer以其參數(shù)化 基于特征 全相關等概念聞名于CAD界 整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上 具有完整而統(tǒng)一的模型 應用領域主要是針對產(chǎn)品三維實體模型建立 三維實體零件的加工 以及設計產(chǎn)品的有限元分析 該公司新推出的Pro Engineer2000i2是在原Pro E的產(chǎn)品上新增了柔性工程技術 包括可視化檢查 行為建模技術 形狀索引 特征靈活性 CDRE渲染 疲勞預測等等 其系統(tǒng)不是基于Windows平臺開發(fā) 因此并非窗口式的對話框 學習比較麻煩 同時該軟件不支持布爾運算以及其它局部造型操作 但其功能十分強大 采用分模塊銷售 價格相對較高 另外 該軟件分為工作站版和微機版 微機版對計算機的性能要求較高 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 I deas美國SDRC公司的IdeasMasterSeries是高度集成化的CAD CAE CAM軟件系統(tǒng) IntegratedDesign EngineeringandAnalysisSoftware 在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設計 仿真分析 測量直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過程 附加的CAM部分IdeasCamand可以方便地仿真刀具及機床的運動 可以從簡單的2軸 2 5軸加工到以7軸5聯(lián)動方式來加工極為復雜的工件 并可以對數(shù)控加工過程進行自動控制和優(yōu)化據(jù)了解國外很多大型的制造企業(yè)都是使用兩種設計軟件 一種是IdeasMasterSeries 用它來完成產(chǎn)品的設計 另一種是UG 用它來完成設計產(chǎn)品的制造 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 MastercamMastercam軟件是美國CNCSoftware INC開發(fā)的CAD CAM系統(tǒng) 是最經(jīng)濟有效率的全方位的軟件系統(tǒng) 包括美國在內(nèi)的各工業(yè)大國皆一致采用本系統(tǒng) 作為設計 加工制造的標準 Mastercam為全球PC級CAM 全球銷售量第一名 是工業(yè)界及學校廣泛采用的CAD CAM系統(tǒng) 以美國和加拿大教育單位來說 共計有2500多所高中 ?？拼髮W院校使用此來作為機械制造及NC程序制作 在中國大陸及臺灣 其業(yè)界及教育單位亦有領先地位 Catia法國DassaultSystems 達索 公司開發(fā) 后被IBM公司收購的CATIA是一個全面的CAD CAM CAE PDM應用系統(tǒng) CATIA具有一個獨特的裝配草圖生成工具 支持欠約束的裝配草圖繪制以及裝配圖中各零件之間的連接定義 可以進行快速得概念設計 支持參數(shù)化造型和布爾操作等造型手段 支持繪圖與數(shù)控加工的雙向數(shù)據(jù)關聯(lián) CATIA的外形設計和風格設計為零件設計提供了集成工具 而且該軟件具有很強的曲面造型功能 集成開發(fā)環(huán)境也別具一格 可進行有限元分析 CATIA能夠進行四維空間的觀察 即該軟件能夠模擬觀察者的視野進入到零件的內(nèi)部去觀察零件 并且它還能夠模擬真人進行裝配 比如使用者只要輸入人的性別 身高等特征 就會出現(xiàn)一個虛擬裝配的工人 軟件價格也不便宜 對微機的性能要求不太高 1 高華CAD高華CAD是由北京高華計算機有限公司推出的CAD產(chǎn)品 該公司是由清華大學和廣東科龍 容聲 集團聯(lián)合創(chuàng)建的一個專門從事CAD CAM PDM MIS集成系統(tǒng)的研究 開發(fā) 推廣 應用 銷售和服務的專業(yè)化高技術企業(yè) 高華CAD系列產(chǎn)品包括計算機輔助繪圖支撐系統(tǒng)GHDrafting 機械設計及繪圖系統(tǒng)GHMDS 工藝設計系統(tǒng)GHCAPP 三維幾何造型系統(tǒng)GHGEMS 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)GHPDMS及自動數(shù)控編程系統(tǒng)GHCAM 其中GHMDS是基于參數(shù)化設計的CAD CAE CAM集成系統(tǒng) 它具有全程導航 圖形繪制 明細表的處理 全約束參數(shù)化設計 參數(shù)化圖素拼裝 尺寸標注 標準件庫 圖像編輯等功能模塊 GHGEMS5 0曾獲第二屆全國自主版權CAD支撐軟件評測第一名 國內(nèi)軟件 2 CAXA電子圖板和CAXA ME制造工程師CAXA電子圖板和CAXA ME制造工程師軟件的開發(fā)與銷售單位是北京北航海爾軟件有限公司 原北京航空航天大學華正軟件研究所 該公司是從事CAD CAE CAM軟件與工程服務的專業(yè)化公司 CAXA電子圖板是一套高效 方便 智能化的通用中文設計繪圖軟件 可幫助設計人員進行零件圖 裝配圖 工藝圖表 平面包裝的設計 適合所有需要二維繪圖的場合 使設計人員可以把精力集中在設計構(gòu)思上 徹底甩掉圖板 滿足現(xiàn)代企業(yè)快速設計 繪圖 信息電子化的要求 CAXA ME是面向機械制造業(yè)的自主開發(fā)的 中文界面 三維復雜形面CAD CAM軟件 CAXA制造工程師1 0版于1996年推出 CAXA ME2 0版于1998年3月發(fā)布 CAXA ME2000版業(yè)已發(fā)布 3 GS CAD98GS CAD98是浙江大天電子信息工程有限公司開發(fā)的基于特征的參數(shù)化造型系統(tǒng) 該公司是國家科委高技術研究發(fā)展中心 浙江大學和中國航天總公司CAD CAM中心在杭州聯(lián)合創(chuàng)建的高新技術研究 開發(fā)和應用企業(yè) 大天公司集軟件開發(fā) 工程應用 信息系統(tǒng)集成和計算機類產(chǎn)品銷售為一體 是從事CAD CAPP CAM工程數(shù)據(jù)庫和MIS OA的開發(fā) 應用 銷售和服務的專業(yè)化高技術公司 GS CAD98是一個具有完全自主版權 基于微機 中文Windows95 NT平臺的三維CAD系統(tǒng) 該軟件是在國家 七五 重大攻關及863 CIMS主題目標產(chǎn)品開發(fā)成果的基礎上 參照SolidWorks的用戶界面風格及主要功能開發(fā)完成的 它實現(xiàn)了三維零件設計與裝配設計 工程圖生成的全程關聯(lián) 在任一模塊中所做的變更 在其他模塊中都能自動地做出相應變更 4 金銀花系統(tǒng)金銀花 Lonicera 系統(tǒng)是由廣州紅地技術有限公司開發(fā)的基于STEP標準的CAD CAM系統(tǒng) 該系統(tǒng)是國家科委863 CIMS主題在 九五 期間科技攻關的最新研究成果 該軟件主要應用于機械產(chǎn)品設計和制造中 它可以實現(xiàn)設計 制造一體化和自動化 該軟件以STEP為系統(tǒng)設計的依據(jù) 采用面向?qū)ο蟮募夹g 使用先進的實體建模 參數(shù)化特征造型 二維和三維一體化 SDAI標準數(shù)據(jù)存取接口的技術 具備機械產(chǎn)品設計 工藝規(guī)劃設計和數(shù)控加工程序自動生成等功能 同時還具有多種標準數(shù)據(jù)接口 支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM 目前金銀花系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括 機械設計平臺MDA 數(shù)控編程系統(tǒng)NCP 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDS 工藝設計工具MPP 機械設計平臺MDA MechanicalDesignAssistant 是金銀花系列軟件之一 是二維和三維一體化設計系統(tǒng) 目前 MDA1 7版已投放市場 MDA99版也已發(fā)布 金銀花 MDA在國內(nèi)率先實現(xiàn)商品化 并向國外三維CAD軟件發(fā)出了強有力的挑戰(zhàn) 5 開目CAD開目CAD是華中理工大學機械學院開發(fā)的具有自主版權的基于微機平臺的CAD和圖紙管理軟件 它面向工程實際 模擬人的設計繪圖思路 操作簡便 機械繪圖效率比AutoCAD高得多 開目CAD支持多種幾何約束種類及多視圖同時驅(qū)動 具有局部參數(shù)化的功能 能夠處理設計中的過約束和欠約束的情況 開目CAD實現(xiàn)了CAD CAPP CAM的集成 適合我國設計人員的習慣 是全國CAD應用工程主推產(chǎn)品之一 CAD CAM應用軟件交互型系統(tǒng)自動型系統(tǒng)檢索型系統(tǒng)智能型系統(tǒng) 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 交互型系統(tǒng) 是指具有人機對話功能的系統(tǒng) 它的作業(yè)過程要求人的直接參與 以人機對話的方式來進行工作 所以這種作業(yè)仍是以人為中心 適于設計目標難以用目標函數(shù)來定量描述的設計問題 自動型系統(tǒng) 是指不具有人機對話或很少有人機對話功能的系統(tǒng) 在作業(yè)過程中無需人的參與或只要很少的人參與 計算機會根據(jù)用戶編制的程序自動完成各設計步驟 直至獲得最優(yōu)解為止 所以這種以計算機為中心的系統(tǒng) 適合于設計目標能用明確的目標函數(shù)來定量描述的問題 檢索型系統(tǒng) 人們預先將已定型的產(chǎn)品資料 圖樣 技術文件等 存入計算機 并設計檢索程序 系統(tǒng)工作時 根據(jù)用戶輸入的設計初始參數(shù) 選擇標準產(chǎn)品圖樣及有關數(shù)據(jù) 并能調(diào)用系統(tǒng)中的標準程序庫及圖形庫 計算相應的參數(shù)及繪制圖形 這種系統(tǒng)適用于產(chǎn)品定型之后標準化 系列化的設計 因而通用性差 由于設計過程中不提供人工干預功能 所以不適于新產(chǎn)品的開發(fā)設計 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 智能型系統(tǒng) 是在CAD CAM系統(tǒng)中引入人工智能技術 首先搜集領域內(nèi)專家的知識和經(jīng)驗 建立知識庫 其次是設置推理機構(gòu) 在求解問題時 模仿人類專家進行思維與決策 系統(tǒng)運行時 輸入原始參數(shù)及設計要求 系統(tǒng)檢索知識庫 搜索與待解決問題總是相匹配的規(guī)則 通過推理機的推理 判斷或模擬人的智慧 給出智能性的提示 建議解決問題的途徑和推薦解決方案 1 2CAD CAM系統(tǒng)的硬件和軟件 數(shù)據(jù)管理技術計算機網(wǎng)絡技術成組技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 數(shù)據(jù)管理技術文件管理系統(tǒng) 具有實現(xiàn)方便 使用效率高 簡單 靈活等優(yōu)點 存在以下缺陷 數(shù)據(jù)的冗余度大 缺乏數(shù)據(jù)的獨立性 沒有集中的數(shù)據(jù)管理 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 1 3支撐技術之數(shù)據(jù)管理技術 文件是一組具有相同性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的記錄的集合 有名字來標識 記錄是一系列相關的數(shù)據(jù)項組成 完整的表示一個處理對象 直接存取文件 隨機文件 采用一種算法將記錄的關鍵字轉(zhuǎn)化為一個近乎隨機的數(shù) 根據(jù)這個數(shù)確定記錄在存儲器上的位置 以便存取 索引文件的索引項必須按關鍵字順序排列 文件本身可以按順序排列或不按順序排列 前者稱為索引順序文件 后者稱為非索引順序文件 選擇排序 以升序為例 在所有的記錄中選出關鍵字最小的記錄 將它與第一個記錄交換 然后 在第二個記錄到最后一個記錄中重復上述的操作 冒泡排序 以升序為例 順序比較相鄰記錄的關鍵值 若后者比前者小 則交換位置 否則 位置不變 經(jīng)過數(shù)輪比較和交換 較小的數(shù)向前移動 較大的數(shù)向后移動 插入排序 仍以升序為例 首先假定第一個記錄的位置是適合的 然后取出第二個記錄與第一個記錄進行關鍵字比較 若小于 則插到前面 否則 位置不變 再取第三個數(shù)據(jù)與前面的各記錄進行關鍵字比較 將其插入到前面有序記錄的適合位置上 依此類推 直到完成排序 1 3支撐技術之數(shù)據(jù)管理技術 順序查找法從第一條記錄開始逐個查詢 若找到欲查數(shù)值則成功 否則失敗 折半查找法 二分查找法 先將文件記錄按關鍵字順序排列 再將查找范圍中點處關鍵字KM與K待查記錄關鍵字比較 a KKM 確定待查記錄在文件后半?yún)^(qū) 若b則成功 若c或a 則在確定的區(qū)域中再次順序查找 或逐次折半查找二分查找動態(tài)演示圖分塊查找法先將按關鍵字排好順序的文件劃分為大于2的若干塊 再將待查關鍵字依次與各塊的最大關鍵字比較 確定查找范圍 然后順序查找 分塊查找動態(tài)演示圖 1 3支撐技術之數(shù)據(jù)管理技術 數(shù)據(jù)管理技術數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 數(shù)據(jù)的物理存儲獨立于應用程序減少數(shù)據(jù)冗余 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享對數(shù)據(jù)統(tǒng)一控制 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 層次模型 一種有序的樹型結(jié)構(gòu) 體現(xiàn)了結(jié)點間的 一對多 關系網(wǎng)狀模型 一種網(wǎng)狀連通圖的結(jié)構(gòu)形式 體現(xiàn)了事物間 多對多 關系1970年IBM公司的E F Codd發(fā)表了 大型共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關系模型 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DBMS 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 常用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)VisualFoxProAccessSQLServerOracleInfomixSybase 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 Access是Office辦公套件中一個極為重要的組成部分 已經(jīng)成為世界上最流行的桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 由于其數(shù)據(jù)庫本身功能有限 并不適合作大型工程項目的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支撐軟件 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之Access 微軟公司推出的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) WindowsNT是SQLServer運行的惟一平臺 具有支持更大規(guī)模 更復雜的數(shù)據(jù)庫更靈活的加鎖策略 觸發(fā)器機制 游標機制 復制功能分布式的查詢和更新 支持并行處理 支持全文檢索支持數(shù)據(jù)倉庫強大的圖形化管理 監(jiān)測 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺開始支持更廣泛的操作系統(tǒng)平臺等眾多特性核心 結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL StructureQueryLanguage 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之SQLServer 數(shù)據(jù)管理技術工程數(shù)據(jù)庫 能滿足人們在工程活動中對數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)庫 與一般商用數(shù)據(jù)庫的區(qū)別表現(xiàn)在對復雜數(shù)據(jù)類型的支持 對工程數(shù)據(jù)動態(tài)的定義和管理 1 工程數(shù)據(jù)的類型分析管理型數(shù)據(jù)設計型數(shù)據(jù)加工制造型數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù) 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 數(shù)據(jù)管理技術工程數(shù)據(jù)庫 2 工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特點 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 具有復雜工程數(shù)據(jù)的存儲和管理的能力具有動態(tài)建模的能力支持多庫操作和多版本管理支持工程數(shù)據(jù)的長記錄存儲和文件兼容處理支持智能型的規(guī)則描述和查詢處理具有良好的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)環(huán)境和支持工具 數(shù)據(jù)管理技術CAD CAM集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法基于文件記錄的專用數(shù)據(jù)管理方法 針對性強 但缺乏通用性和可擴展性在商用DBMS上建立的一套軟件接口方法 目前多數(shù)CAD CAM集成系統(tǒng)采用的方法采用工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫的方法 下一代CAD CAM集成系統(tǒng) CIMS系統(tǒng)主流 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 在開發(fā)和設計的工作中 正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地方 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM 的原理 M CAD E CAD CAPP FEM DTP PDMClient PDMClient PDMClient Metadaten 文件系統(tǒng) 文檔 PDMServer DBServer 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)管理技術產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM 管理所有與產(chǎn)品相關信息和過程的技術 與產(chǎn)品相關的信息包括CAD CAM文件 材料清單 產(chǎn)品配置 事務文件 電子表格和供應商清單等各種產(chǎn)品信息 與產(chǎn)品相關的過程包括加工工序 加工指南 工作流程等對過程的定義和管理 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 產(chǎn)品定義信息 圖紙 模型物料清單CAE分析文件相關文檔版本信息 產(chǎn)品成本信息 零部件成本成本歷史產(chǎn)品供應商 產(chǎn)品服務信息 產(chǎn)品服務指導備配件信息 制造信息 產(chǎn)品工藝卡片NC源代碼毛坯原材料 產(chǎn)品記錄 記錄與產(chǎn)品相關的所有信息 包括 以產(chǎn)品紀錄為核心 數(shù)據(jù)管理技術產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM 企業(yè)各方面應用的PDM產(chǎn)品具有的九大功能 包括文檔管理工作流和過程管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理項目管理 查看和批注電子協(xié)作 設計檢索和零件庫工具與 集成件 掃描和圖像服務功能 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 示例1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及配置管理 示例2 產(chǎn)品之圖檔管理 示例3 產(chǎn)品之工程更改管理 示例4 1 PDM工作流管理 示例4 2 工作流管理 數(shù)據(jù)管理技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 1 3支撐技術之數(shù)據(jù)管理技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 數(shù)據(jù)管理技術計算機網(wǎng)絡技術成組技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 計算機網(wǎng)絡技術是用通信線路和通信設備將分散在不同地點并具有獨立功能的計算機連接的計算機群 最簡單的網(wǎng)絡只需要兩臺微機通過電纜連接就可組成 分類 廣域網(wǎng)和局域網(wǎng) 組成網(wǎng)卡和媒體服務器工作站網(wǎng)間連接器網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 服務器是指提供服務的軟件或硬件或者兩者的結(jié)合體 服務器上運行網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 提供文件 通信和打印等服務 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 工作站當一臺計算機連到網(wǎng)絡上 它就成為網(wǎng)絡上的一個結(jié)點 并稱為網(wǎng)絡工作站 它僅為操作者服務 而服務器為網(wǎng)絡上許多結(jié)點提供共享資源 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 電纜細同軸電纜組網(wǎng)容易安裝 成本低 但連線長度短 粗同軸電纜成本高 維護困難 雙絞線具有價格便宜 容易安裝 維護方便的特點 目前最為流行 光纖適合組建較大的網(wǎng)絡 具有極高的頻帶 無能量損失 傳輸距離遠等特點 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 UTP六類4對非屏蔽電纜 水晶頭 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 網(wǎng)卡根據(jù)數(shù)據(jù)位寬不同可分為8位 16位 32位 一般來說 工作站上常用16位網(wǎng)卡 服務器用32位網(wǎng)卡 根據(jù)網(wǎng)卡采用的總線接口 可分為ISA EISA MCA VL BUS PCI等 目前最常用的是PCI網(wǎng)卡 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 網(wǎng)關是連接兩個協(xié)議差別很大的計算機網(wǎng)絡時用的設備 它可將具有不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡連在一起 網(wǎng)關屬于應用層設備 通常用在與大型計算機系統(tǒng)的連接上 為普通用戶訪問大型主機提供幫助 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 集線器交換機可分為智能模塊式 疊加式 獨立式 高檔交換式集線平臺 常用獨立式HUB 這類HUB主要是為了克服總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡布線困難和易出故障而引入的 一般不帶管理功能 沒有容錯能力 不支持多個網(wǎng)段 這類集線器適宜小型網(wǎng)絡 一般有8端口 16端口 32端口等類型 可以利用串接方式來擴充端口 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 中繼器中繼器是一種附加設備 工作在物理層 主要用來放大電纜上的信號以便在網(wǎng)絡上能傳輸?shù)母h 一般并不改變信息 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 網(wǎng)橋網(wǎng)橋能夠連接相同或不同的網(wǎng)段 可以將一個大網(wǎng)分成多個子網(wǎng) 這樣可以平均各個網(wǎng)段的負載 減少網(wǎng)段內(nèi)的信息量 從而提高網(wǎng)絡性能 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層 在下列情況下可以安裝網(wǎng)橋 要擴充一個以達到的最大距離范圍的網(wǎng)絡要解決由于單個局域網(wǎng)段上掛接了多個工作站引起的瓶頸問題 將不同類型的局網(wǎng)鏈在一起 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡設備 路由器作為連接廣域網(wǎng)的端口設備 路由器的主要功能是連接多個獨立的網(wǎng)絡或子網(wǎng) 實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)間的最佳尋徑及數(shù)據(jù)傳輸 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的網(wǎng)絡時常采用局域網(wǎng) LocalAreaNetwork LAN 網(wǎng)上設備通過傳輸媒介 管線 相互傳送信息 常見的有三種形式 星網(wǎng) 環(huán)網(wǎng) 總線網(wǎng) 網(wǎng)絡性能的好壞要看它的傳輸速度 它所支持的系統(tǒng)以及用什么網(wǎng)絡協(xié)議 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 計算機網(wǎng)絡技術網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)總線網(wǎng)星形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)網(wǎng)狀式 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 局域網(wǎng)系統(tǒng)的組成 網(wǎng)絡的中心是一臺計算機 也稱服務器 一般采用大中型機或超級小型機 周圍是若干無外存的工作站 也稱無盤結(jié)點 計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 星網(wǎng) 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 特點適用于工程工作站或微機連網(wǎng) 優(yōu)點網(wǎng)內(nèi)用戶能共享任一結(jié)點上的數(shù)據(jù)庫或文件 當某結(jié)點發(fā)生故障時 其余結(jié)點可正常工作 計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 環(huán)網(wǎng) 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 適用于將差別較大的設備連入網(wǎng)中 公共總線可長達2 5km 可接1024個設備 不夠時 用中繼器再接一條 形成分叉的樹形結(jié)構(gòu) 以太網(wǎng) Ethernet 就是有名的總線網(wǎng) 在以太網(wǎng)上可以連接各種不同類型的工程工作站 微機 外設及終端等 計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 總線網(wǎng) 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 網(wǎng)絡協(xié)議就是網(wǎng)上傳輸信息時所用的格式 必須采用的標準網(wǎng)絡協(xié)議 最常用的就是TCP IP協(xié)議 它能支持各種操作系統(tǒng) 如 UNIX VMS及MS DOS 在TCP IP基礎上制定的網(wǎng)絡文件系統(tǒng) NFS 協(xié)議可使網(wǎng)絡內(nèi)用戶具有透明的文件共享功能 可使不同結(jié)構(gòu) 不同系統(tǒng)的計算機共同工作 1 3CAD CAM系統(tǒng)的支撐技術 計算機網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡協(xié)議 計算機網(wǎng)絡技術網(wǎng)絡協(xié)議的OSI模型 OpenSystemInterconnection 物理層 Ph