【正文】 郭忠 26 集成化體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1） 系統(tǒng)由單一功能轉(zhuǎn)向結(jié)合功能 ， 出現(xiàn) CIMS系統(tǒng)（ CAD/CAPP/CAM集成 ） ； 2） CAD技術(shù)中有關(guān)軟件和算法不斷固化 ， 即用集成電路及其功能塊來實(shí)現(xiàn)有關(guān)軟件和算法的功能； 3） 多處理機(jī) 、 并行處理技術(shù)的采用 ， 使工作速度大大上升； 4） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在 CAD中普遍應(yīng)用 ， 使近程和遠(yuǎn)程資源共享 。 如： CAPP軟件 、 文字處理軟件 、 面向?qū)ο蟮母鞣N應(yīng)用軟件等 。 3） 解決好不同 CAD系統(tǒng)間產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換問題； （ 初始圖形交換規(guī)范 IGES應(yīng)逐步向國際標(biāo)準(zhǔn) STEP靠攏 ） 數(shù)據(jù)交換與共享 ， 是 CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵 。 因此 ， 必須做好以下幾個(gè)方面： 1)在幾何造型方面必須從 傳統(tǒng)的實(shí)體造型 到 參數(shù)化特征造型 轉(zhuǎn)變 ， 以便建立包括幾何信息在內(nèi)的完整的 產(chǎn)品信息模型 （ 包括幾何 、 工藝 、 加工 、管理等信息 ） ， 創(chuàng)造 CAD、 CAPP、 數(shù)控編程集成的必要條件 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 23 167。 采用 CAD技術(shù)的好處： 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 22 風(fēng)險(xiǎn)： ? 投資較大。 4） 促進(jìn)設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化 、 系列化和標(biāo)準(zhǔn)化 。 2） 提高分析計(jì)算速度 、 解決復(fù)雜計(jì)算問題 。 5） 工程分析： 如有限元分析 、 優(yōu)化設(shè)計(jì) 、 運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)等分析等 。 機(jī)械 CAD 約占CAD/CAM市場(chǎng)的 3540% CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用： 1） 二維繪圖： 用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖 2） 圖形及符號(hào)庫： 將復(fù)雜圖形分解成許多簡(jiǎn)單圖形及符號(hào) ， 做成圖庫以便調(diào)用 。 70年代： 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 19 167。 AutoCAD于 1982年出現(xiàn) ， 并出現(xiàn)了許多實(shí)體造型系統(tǒng) ， 如 GMsolid（ 通用汽車公司 ） 、 Solidesign（ Computer vision公司 ）等等 。 出現(xiàn)了以小型機(jī)為主的 CAD工作站 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 18 此時(shí)各種論文 、 文獻(xiàn) 、 教程及學(xué)術(shù)會(huì)議大量涌現(xiàn) ,整個(gè) 70年代是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及計(jì)算機(jī)繪圖獲得廣泛應(yīng)用的時(shí)代 。有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的科學(xué)組織和著作于 1966年得到了承認(rèn) 。 圖形輸入輸出設(shè)備的出現(xiàn) ， 標(biāo)志著 CAD發(fā)展的開始 。 CAD技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 50年代 （ 開始交互式計(jì)算圖形學(xué)的研究 ） 美麻省理工學(xué)院于 1950年在研制出的“ 旋風(fēng) 1號(hào) ” 計(jì)算機(jī)上采用了由陰極射線管（ CRT） 做成的圖形終端 ， 能被動(dòng)地顯示圖形 。 ? CNC： Computer Numerical Control ? DNC： Direct Numerical Control 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 15 本節(jié)小結(jié)： ? 因?yàn)樵O(shè)計(jì)的目的是要獲得滿足設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品，而這個(gè)產(chǎn)品是通過制造、加工得到的，所以在機(jī)械 CAD中，目前用于單純的設(shè)計(jì)計(jì)算及繪圖的 CAD系統(tǒng)已經(jīng)很少應(yīng)用了，而是組成 CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行使用。 ? CAPP ( Computer Aided Process planning ) 其功能是進(jìn)行零件加工工藝路線及工序的編制，為生產(chǎn)調(diào)度及控制提供信息，也為 NC自動(dòng)編程提供所需信息。 ） 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 11 ? 圖形處理技術(shù)： 如二維交互圖形技術(shù) ， 三維幾何造型及其它圖形輸入輸出技術(shù)； ? 工程分析技術(shù)： 如有限元分析 ， 優(yōu)化 、 物理特性計(jì)算（ 面積 、 體積 、 慣性矩等 ） ， 模擬仿真以及各行各業(yè)中的工程分析等 ； ? 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術(shù)： 如數(shù)據(jù)庫管理 、 不同 CAD系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)接口技術(shù)等； ? 文檔處理技術(shù)： 如文檔制作 、 編輯及文字處理等； ? 軟件設(shè)計(jì)技術(shù) ： 如窗口界面 、 軟件工程規(guī)范及其工具系統(tǒng)使用等 。 ? ∴ 二者有機(jī)結(jié)合 ， 以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行設(shè)計(jì) ,從而形成一門新興科學(xué) 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 10 ２．ＣＡＤ定義： 1973年國際信息處理聯(lián)合會(huì)對(duì) CAD下了一個(gè)廣義定義： CAD是將人和機(jī)器混編在解題專業(yè)中的一種技術(shù) ,從而使人和機(jī)器的最好特性結(jié)合起來發(fā)揮最佳能力 。 機(jī)械ＣＡＤ方法概述 １ .ＣＡＤ發(fā)展的背景： 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)從 “ 少品種、大批量 ” 向 “ 多品種、小批量 ”發(fā)展 ，要求改型頻繁，更新速度加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上升。 ? 要求： 實(shí)現(xiàn)某種程度的設(shè)計(jì)自動(dòng)化 ， 縮短設(shè)計(jì)周期 ，降低設(shè)計(jì)成本 ， 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量 ， 即采用 CAD。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 7 本節(jié)小結(jié)： ? 機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè) “ 設(shè)計(jì) ——評(píng)價(jià) ——再設(shè)計(jì) ” 的反復(fù)迭代 、 不斷優(yōu)化的 過程 。 ? 初步設(shè)計(jì)： 優(yōu)化方案 、 繪制總布置草圖 、 確定各部件基本結(jié)構(gòu)形狀 ， 建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型 ，進(jìn)行主要設(shè)計(jì)參數(shù)的分析計(jì)算與優(yōu)化 。 （ 機(jī)械設(shè)計(jì)工作是機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的必要前提 ， 是產(chǎn)品開發(fā)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié) 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 5 意義： 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響其質(zhì)量 、 成本 、 研制周期及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 。 機(jī)械設(shè)計(jì)概述 定義 ： 所謂機(jī)械設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)市場(chǎng)、社會(huì)和人們的需求所進(jìn)行的構(gòu)思、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、選擇方案、確定尺寸、繪制圖樣及編制技術(shù)文件等一系列創(chuàng)造性活動(dòng)的總稱。 CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用 167。 機(jī)械 CAD方法概述 167?！?CAD/CAM》 講義 機(jī)電 汽車學(xué)院 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 2 第一章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概論 目 錄 第二章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng) 第三章 工程手冊(cè)的數(shù)據(jù)處理 第四章 機(jī)械 CAD中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 第八章 機(jī)械圖設(shè)計(jì)技術(shù) 第七章 圖形技術(shù)基礎(chǔ) 第六章 圖形的幾何變換 第五章 信息存儲(chǔ)與管理 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 3 第一章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概論 167。 機(jī)械設(shè)計(jì)概述 167。 CAD技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史 167。 機(jī)械 CAD技術(shù)在軟件上的發(fā)展趨勢(shì) 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 4 167。機(jī)械設(shè)計(jì)是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、裝配、銷售和使用整個(gè)生命周期中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要環(huán)節(jié)。 設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響通常占 80%。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 6 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)過程 (圖 11） ? 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)過程一般經(jīng)歷以下幾個(gè)階段： ? 概念設(shè)計(jì)： 通過調(diào)查研究 、 收集資料 ， 仔細(xì)分析用戶需求 ， 在此基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品功能 ，方案設(shè)計(jì) ， 最后獲得一組可行的原理性方案 。 ? 詳細(xì)設(shè)計(jì)： 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ， 最終完成總布置圖和零 、 部件圖 ， 并編寫技術(shù)文件 。 ? 缺點(diǎn)： 人工設(shè)計(jì)周期長 、 勞動(dòng)量大 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 8 圖 11 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)過程 接受 接受 需求分析 提出明確的功能要求 原理性方案設(shè)計(jì)及分析 初步設(shè)計(jì)及分析 再設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì) 加工制造 樣機(jī)測(cè)試、鑒定 批量生產(chǎn)、銷售、使用 評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià) 不接受 不接受 返回 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 9 167。為適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展需要，人們逐漸把產(chǎn)品中繁瑣、重復(fù)的計(jì)算、校核、分析、繪圖等工作交由計(jì)算機(jī)去完成，使設(shè)計(jì)人員致力于新產(chǎn)品的開發(fā)等創(chuàng)造性工作，成本下降 15%－ 30%，周期下降 30%－ 60%，設(shè)備利用率上升 2－ 3倍。 ? 如： 計(jì)算機(jī)在信息處理 （ 存儲(chǔ)與檢索 ） 、 分析和計(jì)算 、 圖形作圖與文字處理以及代替人做大量重復(fù)枯燥的工作等方面有優(yōu)勢(shì)；但在設(shè)計(jì)策略 、邏輯控制 、 信息組織及發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造性方面 ， 人將起主導(dǎo)作用 。 小結(jié)： ＣＡＤ不是完全設(shè)計(jì)自動(dòng)化 ， 人機(jī)信息交流及交互工作方式 是 CAD系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn) 。 ３． CAＤ所涉及的基礎(chǔ)技術(shù)： 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 12 ＣＡＤ過程 （ 見圖 12） Y 輸入設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)模型描述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （計(jì)算及優(yōu)化設(shè)計(jì)） 輸出結(jié)果、圖紙 及有關(guān)技術(shù)文件 資源庫 設(shè)計(jì)結(jié)果 滿意否？ N 圖形庫 程序庫 圖形終端 與 人機(jī)交互 去 CAPP或 CAM 人機(jī) 交互 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 13 幾個(gè)概念： ? CAD (Computer Aided Design) 依市場(chǎng)需求確定產(chǎn)品性能需求，然后用專家系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)，由此在進(jìn)行幾何建模、工程分析、直到產(chǎn)生祥細(xì)工程圖。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 14 幾個(gè)概念： ? NC (Numerical Control) 自動(dòng)編程部分生成刀具加工軌跡并在屏幕上進(jìn)行加工仿真 ， 檢查無誤后 ， 經(jīng)后置處理生成加工代碼 ， 控制機(jī)床進(jìn)行加工 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 16 167。50年代后期又出現(xiàn)了繪圖儀和光筆 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 17 60年代（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的重要時(shí)期） 美麻省理工學(xué)院的 發(fā)表了博士論文《 SKETCHPAD——人機(jī)對(duì)話系統(tǒng) 》 ， 首次提出了 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 、 交互技術(shù) 、 分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想 ， 從而為 CAD技術(shù)的發(fā)展打下了理論基礎(chǔ) 。 1964年 ， 美通用汽車公司研制出 DAC1系統(tǒng) ，1965年 ， 洛克希德飛機(jī)公司推出了 CADAM系統(tǒng) ， 貝爾電話公司的 GRAPHIC1系統(tǒng) 。 但它們大多數(shù)還是 16位機(jī)上的三維線框系統(tǒng)及二維繪圖系統(tǒng) ， 還只能解決一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題 。 80年代 （ CAD突飛猛進(jìn)時(shí)期 ） ： 新理論 、新算法大量涌現(xiàn) 。 隨著硬件發(fā)展 ， 80年代中期以后出現(xiàn)了工作站和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的高性能的 CAD/CAM系統(tǒng) 。 CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用 ? 美國國家工程科學(xué)院對(duì)人類 19641989年的 25年來工程成就進(jìn)行評(píng)選 ， 結(jié)果表明 ， CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用是十大成就之一 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 20 CAD技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用 3） 參數(shù)化設(shè)計(jì) （ 用于標(biāo)準(zhǔn)化或系列化零部件 ） 4） 三維實(shí)體造型： 采用三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu) ， 經(jīng)消隱 、 著色處理后顯示物體的真實(shí)形狀 ， 可作裝配及運(yùn)動(dòng)仿真 ， 以便觀察有無干涉 。 6） 設(shè)計(jì)文檔或生成報(bào)表 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 21 1） 減少手工繪圖時(shí)間 ， 提高繪圖效率 。 3） 便于修改設(shè)計(jì) 。 總之： 采用 CAD技術(shù)后 ， 設(shè)計(jì)質(zhì)量 ↑ ， 設(shè)備利用率 ↑ 23倍 ， 周期 ↓ （ 30%60%） ， 成本 ↓ （ 15%30%） ， 競(jìng)爭(zhēng)能力 ↑ 。（包括購買軟、硬件，支付培訓(xùn)及開發(fā)費(fèi)用等） ? 需要一支掌握 CAD技術(shù)、有良好素質(zhì)的工程技術(shù)隊(duì)伍。 機(jī)械 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ◆ 集成化 ◆ 智能化 ◆ 標(biāo)準(zhǔn)化 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 24 一、 集成化 為了適應(yīng)設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化的要求 ， 特別是近幾年來出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) （ CIMS） 的需求 ，進(jìn)一步提高集成水平是 CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 25 2)CAD/CAM系統(tǒng)必須有自己統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)以產(chǎn)品信息模型為基礎(chǔ) 。 4） 集成系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)包括種類更多 、 功能更為完善的設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用軟件 。 5） 解決好網(wǎng)絡(luò)通信問題 ， 使不同節(jié)點(diǎn)及不同地區(qū)的用戶能夠協(xié)同工作 。 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 27 二、智能化 數(shù)值型工作： 計(jì)算 、 分析 、 繪圖 符號(hào)推理型工作 ： 方案構(gòu)思和擬定 、 最佳方案選擇 、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、 評(píng)價(jià) 、 決策及參數(shù)選擇等 ） 因此，將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng) CAD技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化 CAD系統(tǒng)是機(jī)械 CAD發(fā)展的必然趨勢(shì)。（如知識(shí)的表達(dá)與獲取、推理機(jī)制、工具系統(tǒng)的研制等） 2022年 2月 15日 機(jī)電學(xué)院 郭忠 29 三、標(biāo)準(zhǔn)化 隨著 C