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,机械加工新技术第二章 计算机辅助技术,苏30,奔驰S 600 Pullman,F-16战隼,F-22猛禽,计算机辅助制造（CAM）,计算机辅助工艺规划（CAPP）,二,一,三,四,CAD/CAM系统,计算机辅助设计（CAD）,概述,五,典型的CAD/CAM系统支撑软件介绍,六,一、概述,1、简述主要内容：CAX技术 计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助工程分析（CAE）、计算机辅助质量控制（CAQ），统称为CAX（Computer Aided X）计算机辅助管理 1）管理信息系统MIS(Management Information System)企业每项业务的管理。,一、概述,2）制造资源计划（MRPII，Management Resource Planning）限于企业内部制造资源（人、财、物供销）管理，以企业经营、生产计划与控制为主体的计算机生产管理系统统称。3）分销资源系统（DRP，Distribution Resource Planning）生产厂与分销网络的信息集成。4）企业制造资源计划（ERP,Enterprise Resource Planning）全球化的企业，向供应商、客户两方延伸，构成企业的供应链。现代生产管理系统应包含供应链上所有主导和支持功能，形成ERP，代表了现代企业的管理模式。,一、概述,5）产品数据管理（PDM，Production Data Management）CAX单元技术之间的集成要通过集成工具、平台、数据库和借口，PDM是实现CAX单元技术集成的平台之一。CAX、ERP、PDM等是实现企业信息化的重要内容，属于大型应用软件的范畴，采用信息技术改造传统产业的手段。1）国际市场需求很大，价格昂贵。CAX全球1997年为43.38亿元，2002年达55.5亿元，PDM全球1997年为11.0亿元，1998年达13亿元，2002年达25亿元，ERP全球1998年为166亿元，预计2003年达660亿元。,一、概述,2）国内1999年CAX销售收入7亿元左右，管理信息软件约占CAX的73%，总计国内这些软件仅占应用软件的1/3左右，主要市场为国外所占领。国内有100万家制造企业的巨大市场需求。2、发展计算机辅助技术重要意义新经济时代的需求和重要特征1）向网络化制造和虚拟化技术发展基础，使传统型制造业改造为智力型企业。2）通过资源要素竞争逐渐转变为以创新能力知本型为焦点的竞争。,一、概述,现代企业发展的自身需要1）可提高设计能力70%以上，缩短设计周期，快速占领市场。2）降低库存40%左右3）降低成本15%左右，提高企业效益。国外发展迅速1）CAX不断改进和发展，PDM已成为新的IT市场；全新的“产品协作（CPC，Collaborative Product Commerce）”正在IT市场崛起。2）企业管理正向动态管理模式发展。我国制造业信息化工程正在大力推进。,一、概述,3.国内外计算机辅助技术产品市场的分析和产业现状 1）国外（1）世界CAX市场分析及预测：全球CAX市场将以1820%的度增长，重点主要集中于汽车制造及其所需部件上，从二维转向中、高档实体建模。PDM市场将以30%的速度增长。国际ERP市场强劲。世界CAX产业状况CAX发展的三个档次,一、概述,a)高档CAX系统工作站CAD/CAM系统b)中档CAX系统微机CAD/CAM系统c)低档CAX系统微机二维CAD/CAM系统 PDM技术市场现状 PDM是市场发展最快的一种软件产品。已有几十种PDM产品和100多家PDM软件销售、实施和服务公司。世界ERP现状 销售厂商200-300家，有的已在全球形成销售网络，成为跨国公司。,一、概述,2）国内（1)CAX市场分析及预测 CAD应用工程和863/CIMS（Contemporary Integrated Manufacturing System）应用以来，形成了一批CAX、PDM产品，在市场上占了一席之地，总体处于起步和发展阶段。在机械、建筑等领域销售CAX软件约5亿元（1996-2000）。ERP推广应用20多年，1999年有近千家企业（占工业企业的万分之一）不同程度的使用ERP系统（包括MRPII），总投资约80亿元，70-80%企业采用国外软件，但成功率仅约10-15%。国内15%左右市场采用国产ERP软件，国外软件占85%。ERP市场需求很大。,一、概述,2)产业状况中档CAX微机三维CAX 三维已进入市场，几个有竞争力的三维CAD系统有清华国家CAD工程中心的GEMS5.0；浙江大天公司的 GS-MCADII等八家自主开发软件b)低档CAX微机二维CAX 已在国内占领一定份额，有凯达、开目等11家自主开发软件c)PDM国内已初步形成了市场，完全自主开发还有差距，但已有PDM基本功能：图档管理、工作流程管理等。有武汉开目、华歌、清华同方等七家。d)ERP产业暂露头角，有北京利玛、北京开思和北京利时簦家自主版权的ERP，有用于离散制造企业的遵从MRPII的逻辑开发（开思公司）、用于流程企业（连续性）的（北京利时公司）、用于财务加上进销存形成的企业管理软件等三类ERP软件。,二、计算机辅助设计（CAD）,1.CAD技术应用与发展概况计算机辅助设计(CAD)的概念 CAD是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算机为辅助工具，完成产品的设计、分析和绘图等工作，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。简单地讲，CAD是工程技术人员利用计算机达到最佳的设计目的。CAD概念的实质在于：1）人机各尽所长；2）人机交互结合；3）最佳设计效率。,二、计算机辅助设计（CAD）,一般认为，CAD系统的功能主要包括：1）草图设计 2）零件设计 3）装配设计 4）复杂曲面设计 5）工程图样的绘制 6）工程分析 7）真实感的渲染 8）数据交换接口 CAD技术的主要作用如下:1）提高设计质量和设计效率。2）能够充分发挥设计人员创造性。3）缩短产品的设计周期。,二、计算机辅助设计（CAD）,2.CAD技术的重要应用 CAD是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。CAD技术曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造加工行业，无论是机械、电子、轻纺行业还是文体、影视广告行业等都离不开CAD技术。CAD技术是企业界争夺市场份额和生存发展不可缺少的手段。,二、计算机辅助设计（CAD）,1）在制造业中的应用：如波音777飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机。2）在工程领域中的应用：如建筑设计CAD、电子沙盘；机械设计CAD等。3）仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功应用，如“未来世界”、“玩具总动员”、“侏罗记公园”等4）在轻工行业的应用：如模具CAD和服装CAD等。5）在医学中的应用：计算机辅助手术规划和手术模拟。6）在电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造,二、计算机辅助设计（CAD）,CAD技术在我国工程和产品设计的一些应用实例：1）沈阳变压器厂用CAD技术输出三峡工程项目三维彩色产品设计图和计算机分析的数据，从而赢得了三峡工程的招标项目。2）沪东造船厂应用CAD技术后，生产技术准备周期缩短1/3以上，造船的设计开发能力提高一倍。3）西北电力设计院用CAD系统建渭河电厂主厂房三维模型，对该厂原设计方案自动校验，共查出6处隐藏在图纸中的错误，当即进行了修改。4）寰球化工工程公司应用CAD技术，在盘锦乙烯装置工程中，进行碰撞检测后，使95%以上的错误得以纠正，在总长20多万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管不到10米。,二、计算机辅助设计（CAD）,CAD技术应用实例图示一些图形网站如http:/,二、计算机辅助设计（CAD）,3.CAD技术发展历程 CAD技术随着计算机及其外围设备、图形输入输出设备、软件技术的发展而发展。1)准备和诞生时期（20世纪5060年代）电子管计算机 1950 MIT 能够显示简单图形的图形显示器 1958 Calcomp 滚筒式绘图机 20世纪50年代末 SAGE战术防空系统,二、计算机辅助设计（CAD）,2)蓬勃发展和进入应用的时期（20世纪60年代）1962，Ivan Sutherland 研究出了Sketchpad交互式图形系统。计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。计算机图形学的发展，如Coons曲面。3)广泛应用时期（20世纪70年代）集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提高。出现了以小型计算机为平台的CAD系统。图形设备相继推出并完善。图形软件和CAD应用支撑软件不断得到充实与提高。,二、计算机辅助设计（CAD）,4)飞速发展时期（20世纪80年代）出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。推出了以UNIX系统支撑的SUN工作站。图形软件更加成熟。5)日趋成熟的时期（20世纪90年代）出现基于PC平台的价廉物美的CAD系统。CAD系统的标准化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。智能化CAD系统。集成化。科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造,二、计算机辅助设计（CAD）,4.CAD软件技术的发展 以机械行业为例，说明CAD软件技术的发展历程。1)20世纪60年代，CAD的主要技术特点是交互式二维绘图和三维线框模型。2)20世纪70年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算法和表面造型理论，代表软件CATIA。3)20世纪80年代，CAD的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法，代表软件I-DEAS。4)20世纪90年代，CAD技术基础理论主要是以PTC的Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术。,二、计算机辅助设计（CAD）,5.发展趋势 微机化、集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、标准化。,三、计算机辅助设计（CAM）,1.计算辅助制造的概念计算机辅助制造(Computer aided manufacturing,CAM)有广义和狭义两种定义。1)广义概念一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。2)狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。,三、计算机辅助设计（CAM）,2.CAM应用1)直接应用：计算机通过接口直接与物流系统连接，用以控制、监视、协调物流过程。物流运行控制：根据生产作业计划和生产进度信息控制物流流动。生产控制：随时收集和记录物流过程的数据，当发现工况（如完工的数量、时间等）偏离作业计划时，即予以协调与控制质量控制 通过现场检测，随时记录质量数据，当发现偏离或即将偏离预定质量指标时，向工序作业级发出命令，予以校正。,三、计算机辅助设计（CAM）,2)间接应用计算机辅助工艺过程规划CAPP计算机辅助数控加工程序编制CANCP计算机辅助工装设计CAT计算机辅助作业计划编制,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,1.定义：CAPP(Computer Aided Process Planning)工艺过程设计是指按零件设计要求，安排或规划出从原材料到加工出成品所需的一系列加工步骤和设备、工装需求说明的过程。CAPP的广义概念：即CAPP的一头向生产规划最佳化从作业计划最佳化发展，作为MRPII的一个重要组成部分；CAPP向另一头扩展能够生成NC指令。CAPP狭义概念：是完成工艺过程设计，输出工艺规程。CAPP确定产品制造过程及制造所需的制造资源、制造时间等，是完成产品设计信息向制造信息转换的关键性环节。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,2.CAPP的产生与发展国外CAPP的发展概况 1）挪威于1969年正式发表了AUTOPROS系统，这是第一CAPP系统；）美国的CAM-公司也研制出自己的CAPP系统。国内CAPP的发展概况）最早进行此项研究工作的是同济大学，他们于1982年研制成功TOJICAPP系统；）随后北京理工大学也研制出用于回转体零件的BITCAPP系统；北京航空航天大学发表了BHCAPP系统。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,3.发展现状1)设计对象的变化、涉及的工艺范围、系统功能由“孤岛”到“集成”、系统设计上。2)系统开发上：CAPP的研究开始注重工艺基本数据结构及基本设计功能，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向从整个产品工艺设计的角度，为工艺设计人员提供辅助工具，同时为企业的信息化建设服务。这直接导致了CAPP软件产品的迅速发展，产生了人机交互为主的新一代CAPP工具系统，并在企业实际应用中取得了良好的成效,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,4.CAPP的发展与应用现存的问题 虽然经过了二十年的发展历程，但至今仍是计算机辅助技术领域的薄弱环节和企业实施推广CIMS的瓶颈所在。成功应用CAPP的企业还不多见 基本原因：传统CAPP过分强调对零件信息的自动获取，过份强调工艺决策的自动化。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,.CAPP系统的主要功能 1)检索标准工艺文件；2)选择加工方法；安排工艺路线；3)选择机床、刀具、夹具；4)选择切削用量；计算切削参数、加工时间和加工费用；5)确定工序尺寸和公差、选择毛坯；6)绘制工序图；7)给出刀具轨迹，自动进行NC编程；进行加工过程的模拟。并非所有CAPP系统都具备上述功能，现在也只有少数CAPP系统能和CAD、CAM系统连接。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,6.CAPP 的结构组成,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,1)控制模块 协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制零件信息获取方式。2)零件信息获取模块 零件信息输入可以有下列两种方式：人工交互输入，或从CAD系统直接获取或来自集成环境下统一的产品数据模型。3)工艺过程设计模块 进行加工工艺流程的决策生成工艺过程卡。4)工序决策模块 生成工序卡。5)工步决策模块 生成工步卡及提供形成NC指令所需的刀位文件。6)NC加工指令生成模块 根据刀位文件生成控制数据机床的NC加工指令。7)输出模块 可输出：工艺过程卡、工序和工步卡、工序图等各类文档，并可利用编辑工具对现有文件进行修改后得到所需的工艺文件。8)加工过程动态仿真 可检查工艺过程及NC指令的正确性。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,7.CAPP的基础技术1)成组技术2)零件信息的描述与获取 3)工艺设计决策机制其核心为特征迎面加工方法的选择，工件加工工序及工步的安排及组合，其主要决策内容如下：工艺流程的决策；工序决策；工步决策；工艺参数决策。为保证工艺设计达到全局最优化，系统把这些内容集成在一起，进行综合分析，动态优化交叉设计。4)工艺知识的获取及表示5)工序图及其它文档的自动生成。6)NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真。7)工艺数据库的建立。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,8.CAPP系统的分类1)交互式CAPP系统 交互式CAPP系统采用人机对话的方式基于标准工步、典型工序进行工艺设计，工艺规程的设计质量对人的依赖性很大。2)派生式CAPP系统 利用成组技术将工艺设计对象按其相似性（例如，零件按其几何形状及工艺过程相似性；部件按其结构功能和装配工艺相似性等）分类成组（簇），为每一组（簇）对象设计典型工艺，并建立典型工艺库。当为具体对象设计工艺时，CAPP系统按零件（部件或产品）信息和分类编码检索相应的典型工艺，并根据具体对象的结构和工艺要求，修改典型工艺，直至满足实际生产的需要。,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,3)创成式CAPP系统 是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的，它是从无到有自动生成具体对象的工艺规程。创成式CAPP系统工艺决策时不需人工干预，因此易于保证工艺规程的一致性。但是，由于工艺决策随制造环境变化的多变性及复杂性等因素，对于结构复杂、多样的零件，实现创成式CAPP系统非常困难。4)综合式CAPP系统 综合式CAPP是将派生式、创成式和交互式CAPP的优点集为一体的系统。目前，国内很多CAPP系统采用这类模式。,5)CAPP专家系统 CAPP专家系统是一种基于人工智能技术的CAPP系统，也称智能型CAPP系统。专家系统和创成式CAPP系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式CAPP系统是以逻辑算法加决策表为特征的，而专家系统则以知识库加推理机为特征的,四、计算机工艺过程设计（CAPP）,9.CAPP系统的应用 CAPP 类型和设计方法很多，但从国内的普遍情况来看，以派生式为基础的CAPP设计方法较为适用，其主要原因是正在开展或准备推行CAPP的工厂大都为几十年以上的老厂，产品种类比较固定，发展方向明确，并在多年的生产中积累了一定数量的切实可行的、稳定的产品工艺，在此基础上，通过整理和完善，可制定出派生式CAPP系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。一味追求创成或专家系统的方法，对企业积累的大量的行之有效的工艺方案弃之不用，在系统的开发技术、开发费用及系统开发的耗费时间等诸方面将会出现极大的困难，使CAPP系统难以见效、普及和推行，更难以实现CAPP系统软件的商品化。,五、CAD/CAM系统,1.CAD/CAM/CAPP集成的基本方法、方案集成步骤利用数据传递和转换技术实现CAD与CAPP、CAM集成的基本工作步骤如下：1）CAD设计产品结构，绘制产品图样，为CAPP、CAM过程准备数据；2）经数据转换接口，将产品数据转换成中性文件(如IGES、STEP文件)3）CAPP系统读入中性文件，并将其转换为系统所需格式后生成零件工艺过程；,4）CAD、CAPP系统生成数控编程所需数据，并按一定标准转换成相应的中性文件；5）CAM系统读入中性文件，并将其转换为本系统所需格式后生成数控程序。这样所形成的集成系统表达为CADCAPPCAM，也可简写为CADCAM。,五、CAD/CAM系统,2.CAD/CAM系统的功能和结构 系统是指为一个共同目标组织在一起的相互联系部分的组合。一个完善的CADCAM系统应具有如下功能：1）快速数字计算及图形处理能力；2）大量数据、知识的存储及快速检索、操作能力；3）人机交互通信的功能；4）输入、输出信息及图形的能力。,为实现这些功能，CADCAM系统应由人、硬件、软件三大部分组成其中电子计算机及其外围设备称为CADCAM系统的硬件；操作系统、数据序、应用软件称作CAD系统的软件；不言而喻，人在CADCAM系统中起主导作用。,五、CAD/CAM系统,五、CAD/CAM系统,3.CAD/CAM系统的集成方案 CADCAM系统的集成有信息集成、过程集成、功能集成，目前的CAD/CAM系统大多都停留在信息集成基础上。因此一般的CAD/CAM集成指的是把CAD、CAE、CAPP、CAFD、CAM 等各种功能软件有机结合在一起，用统一的执行程序来控制和组织各功能软件信息的提取、转换和共享，从而达到系统内情息的畅通和系统协调运行的目的。CADCAM系统集成的关键是信息的交换和共享，根据信息交换方式和共享程度的不同，CADCAM系统的集成方案主要有以下4种：,五、CAD/CAM系统,1）通过专用数据接口集成 这是一种初级的文件传输的集成方式。利用这种方式实现集成时，各子系统都是在各自独立的数据模式下工作。如图所示。当A系统需要B系统的数据时，需要设计一个专用的接口文件将B系统的数据格式直接转换成A系统的数据格式，反之亦然。,优缺点：这种集成方式原理简单，运行效率较高，开发的专用数据接口无通用性，不同的CAD、CAPP、CAM系统要开发不同的接口。当其中一个数据结构发生变化时，与之相关的所有接口程序都要修改。,五、CAD/CAM系统,2）利用标准格式接口文件实现集成 这种集成方式的思路是建立一个与各子系统无关的公共接口文件(见下图)，当某一系统数据结构发生变化时只需修改此系统的前、后置处理程序即可。这种集成的关键是建立公共的标准格式文件，日前世界上已研制出多种公共标准格式，其中典型的有IGES、STEP等 一般CADCAM商用软件都提供了它们符合标准格式的前、后置处理器，故用户不必自行开发。,五、CAD/CAM系统,3）基于统一产品模型和数据库的集成 这是一种将CAD、CAPP、CAM作为一个整体来规划和开发从而实现系统高度集成和共享的方案。下图为CADCAPPCAM集成系统框架图。从下图可见集成产品模型是实现集成的核心，统一工程数据库是实现集成的基础。各功能模块通过公共数据库及统一的数据库管理系统实现数据的交换与共享，从而避免了数据文件格式的转化，消除了数据冗余，保证了数据一致性、安全性和可靠性。,五、CAD/CAM系统,4)基于产品数据管理(PDM)的系统集成 PDM技术是以产品数据的管理为核心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成管理的技术；与产品相关的信息包括开发计划、产品模型、工程图样、技术规范、工艺文件、数控代码等，与产品相关的过程包括设计、加工制造、计划调度、装配、检测等工作流程及过程处理程序。基于PDM的系统集成是指集数据库管理、网络通信能力和过程控制能力于一体，将多种功能软件集成在一个统一平台上，它不仅能实现分布式环境中产品数据的统一管理，同时还能为人与系统的集成及并行工程的实施提供支持环境，它可以保证正确的信息，在正确的时刻传递给正确的人。,五、CAD/CAM系统,五、CAD/CAM系统,上图为基于PDM的集成系统体系结构。其中系统集成层即PDM核心层向上提供CADCAPPCAM的集成平台，把与产品有关的信息集成管理起来；向下提供对异构网络和异构数据库的接口，实现数据跨平台信输与分布处理。由上图可见，PDM可在更大程度和范围内实现企业内信息共享。,五、CAD/CAM系统,2.CAD/CAM系统及其支撑环境CAD/CAM系统的组成 CADCAM系统由一系列的硬件和软件组成。硬件主要指计算机及各种配套设备，如各种档次的计算机、打印机、绘图机等，广义上说，硬件还应包括用于数控加工的各种机械设备等。软件一般包括系统软件、支撑软件和应用软件等。下图即为CADCAM系统组成简图。,五、CAD/CAM系统,CADCAM系统的基本功能 比较完善的CADCAM系统，应该能够基本完成从产品设计到制造全过程中的各项工作一般来说CADCAM系统应具有如下主要功能；1）交互图形输入及输出功能 用于基本的产品结构设计等任务。2）几何建模功能 包括实体建模、线框建模及自由曲面建模等，它是CADCAM系统几何处理的核心，提供有关产品设计的各种数据，是后续作业处理的基础。3)物性计算及工程分析功能 根据几何建模的基本参数，对产品进行工程分析和数值计算其中最常用的是有限元分析和优化处理功能。,4)处理数控加工信息的功能 用于自动编程、动态仿真及多坐标数控加工控制等。5)数据管理功能 用于处理产品设计过程中的全部信息，实现工程数据信息的共享。,五、CAD/CAM系统,CAD/CAM系统的选型 由于CADCAM系统投资相对较大，如何科学、合理地选择适合本企业的系统，必须经过详细的考查与分析。一般要考虑的问题如下：1)根据本企业的特点、规模、追求目标及发展趋势等因素，确定应具有的系统功能。2)从整个产品设计周期中各个进程的工作要求出发考核拟选用的系统各模块的功能，包括具开放性和集成性等待特点。然后根据性能价格比选择合适的硬件环境与软件环境。3)考虑如何使用、管理该系统，使其发挥应有的作用，真正为企业创造良好的效益。,五、CAD/CAM系统,CAD/CAM系统的硬件 CADCAM系统的硬件是由主机及其所属外围设备组成，CAD/CAM系统对硬件的主要要求为：1）强大的图形处理和人机交互功能 2）需要有相当大的外存容量 3）良好的通信联网功能 CAD/CAM 基本硬件组成：,1）主机 组成：中央处理器(CPU)、内存储器及其联接主板组成 性能评价指标：速度、字长 字长是指中央处理器在一个指令周期内从内存提取并处理的二进制数据的位数。位数愈多表明一次处理的信息量愈大，CPU工作性能愈好。2)内储存器 功能：存储CPU工作程序、指令和数据。根据存储信息的功能，内存储器分为读写存储器(RAM)、只读存储器(ROM)及高速缓冲存储器(Cache)。,五、CAD/CAM系统,3）外储存器 用途：永久保存有用的信息 分类：硬盘存储器、软盘储存器、光盘储存器、磁带存储器4）输入设备：键盘、鼠标、数字化仪扫描仪、数码相机、其他输入设备。5）输出设备：显示器、显示卡、打印机、绘图机6）网络互联设备：网络适配器（网卡）、传输介质（包括双绞线、同轴电缆、光缆等）、调制解调器（modem),五、CAD/CAM系统,CAD/CAM系统软件 在CADCAM系统中，根据执行任务和编写对的不同，软件可分为系统软件、支撑软件及专业件应用软件二类。系统软件主要负责管理性件资源及各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共性底层管理软件、即系统开发平台；,CAD/CAM软件系统层次结构关系,支撑软件运行在系统软件之上，是实现CADCAM各种功能的通用性应用基础软件，是CADCAM系统专业件应用软件的开发平台；专业性应用软件则是根据用户具体要求，在支撑软件基础上经过二次开发的专用软件。1）系统软件 系统软件是指直接配合硬件并对其它软件起支撑作用的软件，一般包括操作系统、视窗系统、网络管理系统等。系统软件人都是由计算机制造商或软件公司开发，并作为商品软件出售如Windows2000、Windows2003,Windows2000 NT、Windows XP等系统软件。,五、CAD/CAM系统,常用的操作系统：(1)UNIX系统 UNIX系统是1970年由AT&T公司利用与机器无关的c语言开发的，它是一个多用户、多任务分时操作系统。在UNIX环境下，多个用户采用分时方式共享主机的资源，当计算机内存足够大时，各用户不会感到有其它的用户存在，好像整个计算机只为他个人服务。UNIX系统功能强，可移植性好，是工程工作站广泛采用的操作系统，从微型机、小型机到大中型机都可采用UNIX系统，但不向版本的UNIX系统并不完全兼容。,五、CAD/CAM系统,(2)微型机中采用的DOS操作系统 MSDOS是1ntel系列微型机普遍采用的操作系统，它是单用户、单任务系统，主要包括以下三个组成都分：输入输出(I/O)管理系统、命令处理程序及外部命令程序集。DOS系统操作简单，易于掌握。但功能有限，其内存管理局限于1MB之内，特别是基本内存为640KB的限制是其致命弱点，窗口系统MSWindows出现之后，许多原来由D0S系统完成的功能已逐渐转移到由MS-windows系统来完成。,（3）窗口系统 窗口系统具有两大基本特点，即基于面向对象的程序设计风格和事件驱动方式。窗口系统是多任务运行，事件驱动。用户的输入如按键盘或移动鼠标是主要事件，根据这些事件执行对应的程序模块，激活相应的窗口，事件处理完成后，又返回等待状态；,五、CAD/CAM系统,2)支撑软件 CADCAM系统的支撑软件主要指那些直接支撑用户进行CAD/CAM工作的通用性功能软件一般可分为集成型和单一功能型；集成型CADCAM系统的支撑软件提供了设计、分析、造型、数控编码及加工控制等多种模块，功能比较完备，如美国PTC公司的Pro/engineer、EDS公司的UG、SDRC公司的IDEAS、洛克希德公司的CADCAM、法国Dassault system 公司的CATIA等系统；单一功能型支撑软件只提供用于实现CAD/CAM中某些典型过程的功能，如Solidworks系统只是完整的桌面CAD机械设计系统，ANSYS主要用于分析计算，ORACLE则是专用的数据库系统。,CADCAM系统的支撑软件通常都是已商品化的软件，一般由专门的软件公司开发。用户在组建CADCAM时，要根据使用要求来选购配套的支撑软件，形成相应的应用开发环境，既可以以某个集成型系统为主来实现，也可以选取多个单一功能支撑软件的组合来实现，在此基础上进行专用应用程序的开发以实现既定的CADCAM系统的功能。,五、CAD/CAM系统,常用的CAD/CAM系统支撑软件1)图形支撑软件 在常规的设计工作中，60以上的设计工作量是设计绘图，而工程CAD最普及的应用就是计算机辅助绘图，所以，图形支撑软件是CADCAM系统中最基本的支撑软件包。目前，国内常用的商品化的图形支撑软件，在微机上采用的典型产品是美国Autodesk公司的AutoCAD以及国内自主开发的PICAD、开目CAD等。这些软件以工程设计图样的生成和绘制为主要应用目标，具有图形功能强、操作方便、开放性好等优点。,2)三维造型软件 建立统一的产品模型、获得统一的产品定义，是实现CAD/CAM一体化的基础。通过三维实体造型软件，可以建立产品完整的几何描述及特征描述，并能随时提取所需要的信息，支持CADCAM全过程中的各个环节工作。三维造型软件一般包括几何建模、特征建模、物性计算(如质量、重心计算)、真实感图形显示、干涉检查、二维图及二维剖面图生成等功能。,五、CAD/CAM系统,产品建模技术是CADCAM一体化的关键，传统的几何建模着眼于几何信息，难以提供公差、表面粗糙度、材料性能及加工要求等制造信息，使CAD、CAM不能有效地集成。特征建模则是在更高的层次上表达产品的功能信息和形状信息，它充分考虑了形状、精度、材料、信息管理及加工技术等方向的特征，为产品整个设计制造过程提供统一的产品信息模型。基于特征的造型设计是CADCAM技术发展中极有价值的研究方向。3)分析软件及优化设计软件 机械设计常用的分析软件主要包括有限元分析软件、机械运动分析软件、动力学分析软件和优化设计软件等。目前，有限元软件是目前最重要的分析软件。,五、CAD/CAM系统,产品的设计存在多种可能的设计方案，优化设计软件旨在运用数学优化理论和现代数值计算技术以寻找最优解。在CADCAM应用中优化设计软件常和工程分析软件联合使用。4）CADCAM的专业性应用软件 专业性应用软件是指针对用户具体要求而开发的软件。在实际应用中由于用户的设计要求及生产条件多种多样，所选购的支撑软件难以完全适应，因此在具体的CAD/CAM 应用中必须进行二次开发，即根据用户要求开发用户化的应用程序。应用软件的水平、质量及可靠性是CADCAM系统能否取得生产效益的关键。企业在产品设计等方面所开发研制的各类软件都属于应用软件。应用软件的开发主要采用程序设计语言，目前采用较多的语言是：C#,VC,VB,JAVA等,六、典型的CAD/CAM系统支撑软件介绍,(一）Pro/E及其模块功能介绍 Pro/Engineer是美国PTC(Parametric Technology Corporation)公司的机械设计自动化软件产品，最早较好实现了参数化设计功能，在CADCAM领域中具有领先技术并取得相当大成功 Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能 目前PRO/E 包含70多个专用功能模块，课堂仅介绍基本功能软件包和常用的模块。,1.基本功能软件包及优势、功能 Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。1）参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。,2）单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。,六、典型的CAD/CAM系统支撑软件介绍,Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。,六、典型的CAD/CAM系统支撑软件介绍,Pro/Engineer功能如下：Pro/Engineer功能如下：1 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；2 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；3 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。4 支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，ProPROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。5 贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 ProENGINEER的基本功能。,六、典型的CAD/CAM系统支撑软件介绍,2.Pro/E基本模块介绍 ProASSEMBLY Pro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件 Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在 Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：1）在组合件内自动零件替换(交替式)2）规则排列的组合(支持组合件子集)3）组装模式下的零件生成(考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件)4）Pro/ASSEMBLY里有一个 Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可。5）组件特征(绘零件与，广组件组成的组件附加特征值如：给两中零件之间加一个焊接特征等）。,六、典型的CAD/CAM系统支撑软件介绍,ProCABLING Pro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能(略)ProCAT ProCAT是选用性模块，提供 ProENGINEER与 CATIA的双向数据交换接口，CATIA的造型可直接输入 ProENGIN