【正文】 工藝規(guī)程時(shí)，從計(jì)算機(jī)中檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件，然后經(jīng)過一定的編輯和修改就可以得到該零件的工藝規(guī)程。 派生法 CAPP 系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)成組技術(shù)中相似性原理，如果零件的結(jié)構(gòu)形狀相似，則它們的工藝規(guī)程也有相似性。 （ 5）直接將 CAD作業(yè)結(jié)果作為 CAPP的輸入 派生法 CAPP系統(tǒng) 派生法 CAPP系統(tǒng)的工作原理 派生法也叫做經(jīng)驗(yàn)法、樣件法。用戶首先用這種語(yǔ)言規(guī)定的詞匯、語(yǔ)句和語(yǔ)法對(duì)零件信息進(jìn)行描述，然后通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)編譯系統(tǒng)對(duì)描述結(jié)果進(jìn)行編譯，形成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的零件信息代碼。 （ 2）形狀特征描述法 形狀特征描述法要求將組成零件的各個(gè)形狀特征按一定順序逐個(gè)地輸入到計(jì)算機(jī)中去，并按事先確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部形成一種供 CAPP作業(yè)調(diào)用的零件信息模型。 （ 2）工藝信息 工藝信息是指零件的加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、熱處理要求、配合和嚙合關(guān)系等多種信息。 零件信息的描述與輸入 零件信息描述的內(nèi)容 零件信息主要包括零件的幾何信息和工藝 信息兩個(gè)方面內(nèi)容 （ 1）幾何信息 所謂零件的幾何信息是指零件的幾何形狀、尺寸、以及各幾何元素間的拓?fù)潢P(guān)系，如零件表面的形狀、各表面間的相互位置等。創(chuàng)成法原理目前還不完善，還沒有一個(gè)純粹的創(chuàng)成法 CAPP 系統(tǒng)出現(xiàn)。當(dāng)輸入新零件的有關(guān)信息后，系 統(tǒng)可以模仿工藝人員，應(yīng)用各種工藝決策邏輯規(guī)則，在沒有人工干預(yù)的條件下，自動(dòng)地生成零件的工藝規(guī)程。通常調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)工藝文件，確定加工順序，計(jì)算切削參數(shù)、加工時(shí)間或加工費(fèi)用都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行的。 (1)派生法 (Variant) 根據(jù)成組技術(shù)的原理將零件劃分為相似零件組，按零件組編制出標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，并以文件的形式貯存在 計(jì)算機(jī)中。隨后北京理工大學(xué)也研制出適用于車輛中回轉(zhuǎn)體零件的 BITCAPP系統(tǒng)，北京航空航天大學(xué)發(fā)表了 BHCAPP系統(tǒng)，還有 —些高等院校和工廠合作研制的 CAPP系統(tǒng)也相繼獲得成功。 （ 2）我國(guó) 從 80 年代初期起，我國(guó)一些高等院校和工廠在推廣和應(yīng)用成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，也開始研究和開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 CAPP 從 60年代末開始研制，到目前雖只有幾十年的歷史，但已研制出很多 CAPP 系統(tǒng)，而且有不少系統(tǒng)已投入生產(chǎn)實(shí)踐使用。美國(guó)于 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初著手于CAPP 的研究，并于 1976年由 CAMI公司推出了頗具影響力的 Automated Process Planning系統(tǒng)。 1969年挪威推出了世界上第一個(gè) CAPP系統(tǒng) AUTOPROS，并于 1973年商品化。另外， CAPP 也是把 CAD 和 CAM 的信息連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn) CAD／ CAM 一體化，建立集成制造系統(tǒng) (Computer Integrated Manufacturing System—CIMS)的關(guān)鍵性中間環(huán)節(jié)。這些功能恰恰適應(yīng)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的需要，于是出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì) (Computer Aided Process P1anning），簡(jiǎn)稱 CAPP 這樣一種新技術(shù)。已不適應(yīng)當(dāng)前產(chǎn)品品種多樣化、更新?lián)Q代日益頻繁的生產(chǎn)形勢(shì)。 (4)選用合理的切削用量 (5)計(jì)算時(shí)間定額和加工成本 (6)編制包含上述所有資料的工藝文件 其核心內(nèi)容是選擇加工方法和安排合理的加工順序。 (2)安排合理的加工順序。 CAPP 技術(shù)及其發(fā)展概況 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的任務(wù) 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是為被加工零件選擇合理的加工方法、加工順序、工、夾、量具，以及切削條件的計(jì)算等，使能按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)出合格的成品零件。 (7) 生產(chǎn)過程仿真。 (5) 零件工藝過程幾何仿真。 (3) 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。其一般過程為： 建立數(shù)學(xué)模型 建立仿真模型 編制仿真程序 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) 結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析 仿真工作總結(jié) 計(jì)算機(jī)仿真的廣泛應(yīng)用具有十分重要的意義 (1) 替代許多難以或無(wú)法實(shí)施的實(shí)驗(yàn) (2) 解決一般方法難以求解的大型 系統(tǒng)問題 (3) 降低投資風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省研究開發(fā)費(fèi)用 (4) 避免實(shí)際實(shí)驗(yàn)對(duì)生命、財(cái)產(chǎn)的危害 (5) 縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、不受時(shí)空限制 仿真在 CAD/CAM中的應(yīng)用 仿真在 CAD／ CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 產(chǎn)品形態(tài)仿真。 (3) 既能展示實(shí)際系統(tǒng)的模擬靜態(tài)，又能直觀表演系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 計(jì)算機(jī)仿真的特點(diǎn) (1) 以計(jì)算機(jī)為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，依賴實(shí)際系統(tǒng)的抽象仿真模型。 例如飛行模擬器、船舶操縱訓(xùn)練器、汽車駕駛模擬器等。例如柔性制造系統(tǒng)的仿真，在設(shè)計(jì)階 段，通過模型仿真來(lái)研究系統(tǒng)在不同物理配置情況下和不同運(yùn)行策略控制下的特性，從而預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，以獲得較好的配置和較優(yōu)的控制策略；系統(tǒng)建成后，通過仿真，可以模擬系統(tǒng)在不同作業(yè)計(jì)劃輸入下的運(yùn)行情況，用以擇優(yōu)實(shí)施作業(yè)計(jì)劃，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。即建立系統(tǒng) (或過程 )的可以計(jì)算的數(shù)學(xué)模型 (仿真模型 )，并據(jù)此編制成仿真程序放入計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，掌握實(shí)際系統(tǒng) (或過程 )在各種內(nèi)外因素變化下，性能的變化規(guī)律。全物理仿真的模型則全部是實(shí)物模型。 根據(jù)仿真模型中物理模型占據(jù)的比例又分為半物理仿真和全物理仿真。 仿真的類型 仿真是在模型上進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)研究的過程。 仿真 仿真 顧名思義，模仿真實(shí)的系統(tǒng)，意指通過對(duì)模擬系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)存在或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。 (6) 計(jì)算機(jī)求解，優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。 (4) 選擇合適 的優(yōu)化方法。 (2) 分析優(yōu)化對(duì)象，準(zhǔn)備各種技術(shù)資料。 ? 優(yōu)化方法的收斂速度、計(jì)算效率，穩(wěn)定性、可靠性，以及解的精確性。需要考慮因素： ? 優(yōu)化設(shè) 計(jì)問題的規(guī)模，即設(shè)計(jì)變量數(shù)目和約束條件數(shù)目的多少。 選擇優(yōu)化方法時(shí)應(yīng)考慮的因素 目前，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件已成為一種比較成熟的軟件產(chǎn)品。 (4)對(duì)照設(shè)計(jì)實(shí)例，修正數(shù)學(xué)模型 (5)正確求解計(jì)算．估價(jià)方法誤差 (6)進(jìn)行結(jié)果分析，審查模型靈敏性 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 優(yōu)化設(shè)計(jì) 方法的種類很多，根據(jù)討論問題的不同方面，有不同的分類方法。 (3)根據(jù)工程實(shí)際，提出約束條件 約束條件是對(duì)設(shè)計(jì)變量的限制，這種限制必須要根據(jù)工程實(shí)際情況來(lái)制訂，以便使設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行。 建立數(shù)學(xué)模型的一般過程為： （ 1）分析設(shè)計(jì)問題，初步建立數(shù)學(xué)模型 建立數(shù)學(xué)模型有三種途徑： 1)抽象理論數(shù)學(xué)模型 2)擬合近似數(shù)學(xué)模型 3)提煉數(shù)值仿真模型 (2)抓住主要矛盾，確定設(shè)計(jì)變量 一般情況下，限制優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)有利于設(shè)計(jì)問題數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化。這樣 依次迭代，可得 x（ 2）， x（ 3）， … ， x（ k1）， x（ k） x（ k+1）等設(shè)計(jì)點(diǎn)、最后求出滿足設(shè)計(jì)精度要求的、逼近理論最優(yōu)點(diǎn)的近似最優(yōu)點(diǎn) x*。它用某個(gè)固定公式代入初值后反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，每次計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果代回公式，使之逐步逼近理論上的精確解，當(dāng)滿足精度要求時(shí)，得出與理論解近似的計(jì)算結(jié)果。這類約束條件，一般總可以根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范中的設(shè)計(jì)公式或通過物理學(xué)和力學(xué)的基本分析導(dǎo)出的 約束函數(shù)來(lái)表示。 如在貯料箱設(shè)計(jì)中，可得邊界約束條件為： (2)性能約束 又稱性態(tài)約束，是由某種設(shè)計(jì)性能或指標(biāo)推導(dǎo)出來(lái)的一種約束條件。 約束條件一般分為邊界約束和性能約束兩 種。 約束條件 為產(chǎn)生一個(gè)可接受的設(shè)計(jì)而對(duì)設(shè)計(jì)變量取值施加的種種限制稱為約束條件。 目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一描述為： minF(X) ＝ F(x1， x2， … ， xn) 目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系可以用幾何圖形形象地表示出來(lái)。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，作為設(shè)計(jì)變量的基本參數(shù)，一般是一些相互獨(dú)立的參數(shù)，它們的取值都是實(shí)數(shù)。那些需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行選擇的基本參數(shù)被稱為設(shè)計(jì)變量。 優(yōu)化設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)變量 設(shè)計(jì)中，可以用一組對(duì)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)有影響的基本參數(shù)來(lái)表示某個(gè)設(shè)計(jì)方案。 二、后置處理 所謂后置處理，即將有限元計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行加工處理并形象化為變形圖、應(yīng)力等值線圖、應(yīng)力應(yīng)變彩色濃淡圖、應(yīng)力應(yīng)變曲線以及振型圖等，以便對(duì)變形、應(yīng)力 等進(jìn)行直觀分析和研究。 （ 5）單元物理幾何屬性編輯 : 定義材料特性，對(duì)彈性模量、波松比、慣性矩、質(zhì)量密度以及厚度等物理幾何參數(shù)進(jìn)行修改、插入或刪除。 （ 3）修改和控制網(wǎng)格單元 :對(duì)已剖分的單元體進(jìn)行局部網(wǎng)格密度調(diào)整，如重心平移、預(yù)置節(jié)點(diǎn)、平移、插入或刪除網(wǎng)格單元；通過定位網(wǎng)格方 向及指定節(jié)點(diǎn)編號(hào)來(lái)優(yōu)化處理時(shí)間；合并剖分后的單元體以及單元體拼合。 前置處理程序的基本功能 （ 1）生成節(jié)點(diǎn)坐標(biāo) :可手工或交互輸入節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；繞任意軸旋轉(zhuǎn)生成或沿任意矢量方向平移生成一系列節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；在一系列節(jié)點(diǎn)之間生成有序節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；生成典型圖、體的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；合并坐標(biāo)值相同的節(jié)點(diǎn)，并按順序重新編號(hào)。對(duì)于三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格圖象需要具備能使圖象作三維旋轉(zhuǎn)的功能，等等。 （ 2）單獨(dú)為某一個(gè)有限元分析程序配置前后處 理功能程序，并把二者集成為一套完整的有限元分析系統(tǒng)，它同時(shí)具有批處理和圖形編輯功能。 有限元前后置處理類型： （ 1）將幾何建模系統(tǒng)與有限元分析系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，在建模系統(tǒng)中將有限元的前后置處理作為線框模型、表面模型、實(shí)體模型的應(yīng)用層。當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)過有限元分析后，亦會(huì)輸出大量數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)的觀察和分析也是一項(xiàng)細(xì)致而難度較大的工作。常見的單元類型有：桿單元（如圖 a）、梁?jiǎn)卧ㄈ鐖D b， c）、板單元（如圖 d， e）、軸對(duì)稱單元（如圖 f， g）、薄板彎曲單元（如圖 h， i）、板殼單元（如圖 j）、多面體單元（如圖 k， l）等。由于單元的個(gè)數(shù)是有限的，節(jié)點(diǎn)數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。從此，有限元法正式作為一種數(shù)值分析方法出現(xiàn)在工程技術(shù)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)輔助工程分析已成為 CAD／ CAM中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 利用計(jì)算機(jī)輔助工程分析的關(guān)鍵是在三維實(shí)體建模的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)階段開始，按照實(shí)際使用的條件進(jìn)行仿真和結(jié)構(gòu)分析；按照性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和綜 合評(píng)價(jià)，以便從多個(gè)設(shè)計(jì)方案中選擇最佳方案。 近三十年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用以及測(cè)試手段的不斷改進(jìn)和完善，機(jī)械設(shè)計(jì)已由靜態(tài)、線性分析向動(dòng)態(tài)、非線性過渡；由經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)向最優(yōu)化過渡；由人工計(jì)算向自動(dòng)計(jì)算、由近似計(jì)算向精確計(jì)算過渡，以適應(yīng)產(chǎn)品向高效、高速、高精度、低成本等現(xiàn)代化要求發(fā)展的需要。 傳統(tǒng)的分析方法一般比較粗略，尤其是結(jié)構(gòu)分析對(duì)象的模型往往經(jīng)過了較大的簡(jiǎn)化，有時(shí)引入了難以令人置信的假設(shè)，致使有些分析結(jié)果不甚可靠。 Brep表示法的優(yōu)點(diǎn)： (1)表示形體的點(diǎn)、線、面等幾何元素是顯式表示、使得形體的顯示很快并且很