计算机辅助设计技术概述.ppt

第一章 计算机辅助设计技术概述,机电工程学院 周斌,Click to add your text,E_mail,CAD应用领域,机械CAD数学CAD控制系统CAD建筑CAD服装CAD影视动画CAD,CAD应用领域机械CAD,CAD应用领域影视、动画,CAD应用领域建筑,CAD应用领域服装,学习目标,概括了解CAD/CAM技术的产生发展；通过对传统的设计制造过程的分析，理解CAD/CAM系统的基本功能和工作过程；掌握CAD/CAM的基本概念；学习CAD/CAM系统的基本组成；了解硬件的类型、配置形式和软件种类、功能；掌握CAD/CAM系统的选用原则。了解CAD/CAM技术应用领域和发展前景。,主要内容,CAD/CAM系统的硬件和软件 CAD/CAM系统的支撑技术 CAD/CAM技术的发展和应用,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD（Computer Aided Design）:工程技术人员以计算机为工具，利用自身的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文件等设计活动的总称，是一项综合性技术。几何建模、工程分析、模拟仿真、自动绘图,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAM（Computer Aided Manufacturing）广义CAM：利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动。包括工艺准备、生产作业计划、还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。狭义CAM：通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹的仿真以及后置处理和NC代码生成等。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAPP（Computer Aided Process Planning）:是根据产品设计结果进行产品的加工方法和制造过程的设计，要完成毛坯设计、工艺路线规划、工序设计、工装设计等任务。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD/CAM技术:从产品需求分析开始，在产品设计、工艺设计和制造各个过程阶段内，如果应用计算机信息集成技术，为CAD/CAM提供一个集成工作环境，将CAD、CAPP、CAM有机的联系起来，则称为CAD/CAM技术。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD/CAM系统与CNC的连线,CAD的发展1）准备和酝酿时期（20世纪50-60年底初）1946年MIT研制成功第一台计算机1952年MIT首次研制成功数控机床，产生CAD的最初概念1963年交互式图形生成技术的出现，促使了计算机辅助设计技术的迅速发展MIT研究生（伊凡苏泽兰）在人机对话图形通信系统中首次提出了计算机图形学、交互技术及图形符号的存储采用分层的数据结构等思想，对CAD技术的应用起到了重要的推动作用。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD的发展2）蓬勃发展和进入应用时期（60-70年代）60年代末到70年代中期是CAD技术趋于成熟的阶段，计算机性价比不断提高、数据库管理等软件陆续开发、以小型计算机为主机的CAD系统进入市场并形成主流60年代末显示技术的突破使CAD系统的性价比大幅度提高仍以二维绘图和三维选课图形系统为主。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD的发展3）突飞猛进的时期（20世纪80年代）80年代超大规模集成电路的出现使得计算机硬件成本大幅度下降，计算机外围设备已成系列产品，为推进CAD技术的发展提供必要的条件同时，相应的人机如数据管理技术、有限元分析、优化设计等技术也迅速发展，出现了商品化软件，促进CAD从大中型企业向小型企业发展，从发达国家向发展中国家发展。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD的发展4）标准化、智能化、集成化和网络化的发展时期（20世纪90年代）,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,标准化：图形接口、图形功能日趋标准化。计算机图形接口（CGI）、计算机图形文件标准（CGM）、计算机图形核心系统（GKS）、面向程序员的层次交互式图形标准（PHIGS）等图形标准智能化：知识工程；专家系统集成化：系统构造由过去单一功能变成组合功能；多处理机、并行处理技术用于CAD；网络技术在CAD中被普遍采用网络化：基于Web的资源共享、设计评估、协同工作,CAM技术的发展1952年数控机床研制成功奠定CAM的硬件基础1955年研制成功APT语言，实现编程自动化1958年研制成功自动换刀镗铣加工中心，一次装夹完成多工序的集中加工，提高加工效率和质量1962年第一台工业机器人诞生，实现物流搬运柔性化；第一台通用计算机集成控制多台数控机床实现，降低数控装置制造成本，提高工作可靠性1967年英国莫林公司建造第一条计算机集成控制的自动化制造系统，包括6台加工中心和一条自动运输线，用计算机编制程序、作业计划和报表；美国辛辛那提公司研制类似系统，于70年代初定名为FMS70年代后期，几何造型技术、图形显示技术和数控编程后置处理技术的发展和应用，出现了交互式图形编程系统，为CADCAM集成奠定了基础,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAPP技术的发展1969年，挪威工业公司开发AutoPros系统，是最早的CAPP系统20世纪70年代后期，创成式CAPP成为研究重点20世纪80年代中期，创成式CAPP系统的研究转向具有人工智能的专家系统方面，这是CAPP未来的发展趋势目前，CAPP系统主要应用于零件的机械加工方面，但已逐渐向其他工艺领域扩展。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD/CAM技术的发展 几个里程碑事件20世纪40年代MIT研制成功第一台计算机1952年美国MIT试制成功第一台数控铣床1963MIT教授成功研制第一套实时交互的计算机图形系统 发展阶段单元技术的发展和应用阶段：20世纪6070年代CAD/CAM的集成阶段：20世纪80年代面向产品并行设计制造环境的CAD/CAM阶段：20世纪90年代后,1.4 CAD/CAM技术的发展和应用,CAD/CAM技术在我国的应用20世纪80年代：5个CAD支持系统、8个机械产品共性数据库、24个专用CAD系统。20世纪90年代：CAD应用工程、甩图版工程、示范企业差距：CAD/CAM的应用集成化程度较低CAD/CAM系统的软、硬件均依靠进口，自主版权的软件较少缺乏人才和技术力量,1.4 CAD/CAM技术的发展和应用,附：自顶而下的智能化轴系设计制造,三维几何模型,二维图纸,工艺规划,自动输出的结果,CAD/CAM系统的组成,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,包括硬件、软件和人组成。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统的硬件主机外存储器输入设备输出设备生产装备计算机网络,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统主要硬件设备主机 主机是计算机硬件的核心，用于指挥、控制整个计算机系统完成运算、分析工作。主机的类型及性能很大程度亡决定了CAD/CAM系统的使用性能。主机由中央处理器(CPU)和内存贮器以及输入/输出（I/O）组成。外存 内存直接与CPU相连，能够快速存取，何其价格较高，为了提高计算机的经济件，不可能配置很大的内存，故计算机系统都配置了外存贮器以长期保留程序及数据。常用的外存有磁盘、磁带、光盘、U盘、移动硬盘等。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统主要硬件设备输入设备键盘鼠标数字化仪图形扫描仪数码相机其它输入设备 输出设备图形显示器打印机自动绘图机,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,静电绘图机,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,彩色喷墨绘图机,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统的软件系统软件是指与计算机硬件直接关联的软件，用于计算机的管理、控制、运行和维护。具有公用性和基础性特点。操作系统：是指挥计算机运行和管理用户作业的软件，是用户和计算机之间的接口。工作站上主要采用UNIX、WindowsNT/2000/XP等操作系统，微机上主要采用Windows系列操作系统。编译系统：是将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译成计算机能够直接执行的机器指令。高级语言，如PASCAL、Visual C+、Visual Basic等均有各自的编译系统。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,支撑软件单一功能型支撑软件综合集成支撑软件应用软件 在系统软件和支撑软件基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。,图形处理软件工程分析和计算软件模拟仿真软件 数据库管理系统网络工程软件NC编程软件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,常用CAD/CAM软件SolidWorksAutoCADUnigraphics(UG)Pro/ENGINEER I-DEAS CATIA Surfcam Master CAM,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Unigraphics(UG)Unigraphics Solutions公司的UG本身起源于航空、汽车企业(麦道航空)，以Parasolid几何造型核心为基础，采用基于约束的特征建模技术和传统的几何建模为一体的复合建模技术。在三维实体造型时，由于几何和尺寸约束在造型的过程中被捕捉，生成的几何体总是完全约束的，约束类型是3D的，而且可用于控制参数曲面。UG具有统一数据库，实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由转换，一般认为UG是业界最好、最具有代表性的数控软件，它提供了功能强大的刀具轨迹生成方法。采用分模块销售办法，目前我国很多航空企业都在使用这种软件。对微机要求较高，使用起来比较复杂，软件相对较难掌握。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,SolidedgeSolidedge是真正windows软件，充分利用windows基于组件对象模型(com)的先进技术重写代码。Solidedge与office兼容，与ole技术兼容，这使得设计师们在使用cad系统时，能够进行windows下字处理、电子报表、数据库操作等。Solidedge具有友好的用户界面，它采用一种称为smart ribbon的界面技术，用户只要按下一个命令按钮，既可以在smart ribbon上看到该命令具体内容和详细步骤，同时在状态条提示用户下一步该做什么。Solidedge是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计cad系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,AutoCADAutoCAD系列是Autodesk公司产品，也是最早进入国内市场的CAD软件之一，从最早的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软件。AutoCAD软件最早针对二维设计绘图，已经比较完善，在随后的发展如AutoCADR12，R13等版本中加入了三维设计的部分。Autocad提供AutoLisp、Ads、Arx作为二次开发的工具。该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处理；三维设计中的实体造型能力不足等缺陷。价格较便宜，对微机要求较低，使用比较简单，总的来说该软件作为一套二维的绘图软件还是非常好用的。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,mdtmdt是autodesk公司在pc平台上开发的三维机械cad系统。它以三维设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。mdt主要功能如下：(1)基于特征的参数化实体造型。用户可十分方便地完成复杂三维实体造型，可以对模型进行灵活地编辑和修改。(2)基于nurbs的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模具设计等方面对复杂曲面的要求。(3)可以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配。(4)mdt提供相关联的绘图和草图功能，提供完整的模型和绘图的双向联结。该软件的推出受到广大用户的普遍欢迎。由于该软件与autocad同时出自autodesk公司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。mdt为autocad用户向三维升级提供了一个较好的选择。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Solidworks生信国际有限公司Solidwoks系列软件是一套功能相当强大的三维造型软件，从98版开始，就提出了功能强大、易学易用、技术创新这三大特点，该软件完全采用Windows的窗口界面，操作非常简单，支持各种运算功能，可以进行实时的全相关性的参数化尺寸驱动。其界面友好，使用全中文的窗口式菜单操作。该软件能实现如碰撞检查、智能装配等，还可进行动态运动模拟、直观的干涉检查、照片级的产品处理效果、符合GB的二维图纸等功能。另外开发了CAM模块CAMWORKS，使用该模块能够很快的将设计好的产品转换为能够进行数控加工的G代码、M指令，使得CAD能和CAM有机的结合。该软件价格便宜。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Cimatron以色列Cimatron公司的Cimatron产品针对性较强，是较早在微机平台上实现三维cad/cam全功能的系统。提供比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。被更多的应用到模具开发设计中，该软件能够给应用者提供一套全面的标准模架库，方便使用者进行模具设计中的分型面、抽芯等工作，而且在操作过程中都能进行动态的检查，在模具设计领域是非常出色的。其行业针对性强，而且价格相对较贵。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Pro/engineerParametric TechnologyCrop公司(PTC)的Pro/Engineer以其参数化、基于特征、全相关等概念闻名于CAD界。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。应用领域主要是针对产品三维实体模型建立、三维实体零件的加工、以及设计产品的有限元分析。该公司新推出的Pro/Engineer2000i2是在原Pro/E的产品上新增了柔性工程技术，包括可视化检查，行为建模技术，形状索引，特征灵活性，CDRE渲染，疲劳预测等等。其系统不是基于Windows平台开发，因此并非窗口式的对话框，学习比较麻烦。同时该软件不支持布尔运算以及其它局部造型操作。但其功能十分强大，采用分模块销售，价格相对较高。另外，该软件分为工作站版和微机版，微机版对计算机的性能要求较高。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,I-deas美国SDRC公司的Ideas Master Series是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。（Integrated Design,Engineering and Analysis Software）。在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测量直至数控加工的产品研发全过程，附加的CAM部分Ideas Camand可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2轴，2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化据了解国外很多大型的制造企业都是使用两种设计软件，一种是Ideas Master Series，用它来完成产品的设计，另一种是UG，用它来完成设计产品的制造。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Mastercam Mastercam软件是美国CNCSoftware,INC开发的CAD/CAM系统，是最经济有效率的全方位的软件系统。包括美国在内的各工业大国皆一致采用本系统，作为设计、加工制造的标准。Mastercam为全球PC级CAM，全球销售量第一名，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统，以美国和加拿大教育单位来说，共计有2500多所高中、专科大学院校使用此来作为机械制造及NC程序制作，在中国大陆及台湾，其业界及教育单位亦有领先地位。,Catia 法国Dassault Systems(达索)公司开发，后被IBM公司收购的CATIA是一个全面的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统。CATIA具有一个独特的装配草图生成工具，支持欠约束的装配草图绘制以及装配图中各零件之间的连接定义，可以进行快速得概念设计。支持参数化造型和布尔操作等造型手段，支持绘图与数控加工的双向数据关联。CATIA的外形设计和风格设计为零件设计提供了集成工具，而且该软件具有很强的曲面造型功能，集成开发环境也别具一格，可进行有限元分析。CATIA能够进行四维空间的观察，即该软件能够模拟观察者的视野进入到零件的内部去观察零件，并且它还能够模拟真人进行装配，比如使用者只要输入人的性别、身高等特征，就会出现一个虚拟装配的工人。软件价格也不便宜，对微机的性能要求不太高。,1.高华CAD 高华CAD是由北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该公司是由清华大学和广东科龙(容声)集团联合创建的一个专门从事CAD/CAM/PDM/MIS集成系统的研究、开发、推广、应用、销售和服务的专业化高技术企业。高华CAD系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDrafting、机械设计及绘图系统GHMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据管理系统GHPDMS及自动数控编程系统GHCAM。其中GHMDS是基于参数化设计的 CAD/CAE/CAM集成系统，它具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。GHGEMS5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测第一名。,国内软件,2CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师 CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师软件的开发与销售单位是北京北航海尔软件有限公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)。该公司是从事CAD/CAE/CAM软件与工程服务的专业化公司。CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的场合，使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板，满足现代企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。CAXA-ME是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件。CAXA制造工程师1.0版于1996年推出，CAXA-ME2.0版于1998年3月发布，CAXA-ME2000版业已发布。,3GS-CAD98 GS-CAD98是浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统。该公司是国家科委高技术研究发展中心、浙江大学和中国航天总公司CAD/CAM中心在杭州联合创建的高新技术研究、开发和应用企业。大天公司集软件开发、工程应用、信息系统集成和计算机类产品销售为一体，是从事CAD/CAPP/CAM工程数据库和MIS/OA的开发、应用、销售和服务的专业化高技术公司。GS-CAD98是一个具有完全自主版权、基于微机、中文Windows95/NT平台的三维CAD系统。该软件是在国家“七五”重大攻关及863/CIMS主题目标产品开发成果的基础上，参照SolidWorks的用户界面风格及主要功能开发完成的。它实现了三维零件设计与装配设计，工程图生成的全程关联，在任一模块中所做的变更，在其他模块中都能自动地做出相应变更。,4金银花系统 金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。该系统是国家科委863/CIMS主题在“九五”期间科技攻关的最新研究成果。该软件主要应用于机械产品设计和制造中，它可以实现设计/制造一体化和自动化。该软件以STEP为系统设计的依据，采用面向对象的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二维和三维一体化、SDAI标准数据存取接口的技术;具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能;同时还具有多种标准数据接口，支持产品数据管理(PDM)。目前金银花系统的系列产品包括:机械设计平台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺设计工具MPP。机械设计平台MDA(MechanicalDesignAssistant)是金银花系列软件之一，是二维和三维一体化设计系统。目前，MDA1.7版已投放市场，MDA99版也已发布。“金银花”MDA在国内率先实现商品化，并向国外三维CAD软件发出了强有力的挑战。,5.开目CAD 开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机械绘图效率比AutoCAD高得多。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目CAD实现了CAD、CAPP、CAM的集成，适合我国设计人员的习惯，是全国CAD应用工程主推产品之一。,CAD/CAM应用软件 交互型系统 自动型系统 检索型系统 智能型系统,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,交互型系统：是指具有人机对话功能的系统，它的作业过程要求人的直接参与，以人机对话的方式来进行工作，所以这种作业仍是以人为中心，适于设计目标难以用目标函数来定量描述的设计问题。自动型系统：是指不具有人机对话或很少有人机对话功能的系统。在作业过程中无需人的参与或只要很少的人参与，计算机会根据用户编制的程序自动完成各设计步骤，直至获得最优解为止。所以这种以计算机为中心的系统，适合于设计目标能用明确的目标函数来定量描述的问题。,检索型系统：人们预先将已定型的产品资料(图样、技术文件等)存入计算机，并设计检索程序，系统工作时，根据用户输入的设计初始参数，选择标准产品图样及有关数据，并能调用系统中的标准程序库及图形库，计算相应的参数及绘制图形。这种系统适用于产品定型之后标准化、系列化的设计，因而通用性差，由于设计过程中不提供人工干预功能，所以不适于新产品的开发设计。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,智能型系统：是在CAD/CAM系统中引入人工智能技术。首先搜集领域内专家的知识和经验，建立知识库；其次是设置推理机构，在求解问题时，模仿人类专家进行思维与决策；系统运行时，输入原始参数及设计要求，系统检索知识库，搜索与待解决问题总是相匹配的规则，通过推理机的推理、判断或模拟人的智慧，给出智能性的提示，建议解决问题的途径和推荐解决方案。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,数据管理技术计算机网络技术成组技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,数据管理技术文件管理系统:具有实现方便、使用效率高、简单、灵活等优点。存在以下缺陷：数据的冗余度大、缺乏数据的独立性、没有集中的数据管理。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,1.3 支撑技术之数据管理技术,文件是一组具有相同性质和结构的记录的集合，有名字来标识；记录是一系列相关的数据项组成，完整的表示一个处理对象。,直接存取文件（随机文件）,采用一种算法将记录的关键字转化为一个近乎随机的数，根据这个数确定记录在存储器上的位置，以便存取。,索引文件的索引项必须按关键字顺序排列，文件本身可以按顺序排列或不按顺序排列，前者称为索引顺序文件，后者称为非索引顺序文件。,选择排序：以升序为例，在所有的记录中选出关键字最小的记录，将它与第一个记录交换，然后，在第二个记录到最后一个记录中重复上述的操作。冒泡排序：以升序为例，顺序比较相邻记录的关键值，若后者比前者小，则交换位置。否则，位置不变。经过数轮比较和交换，较小的数向前移动，较大的数向后移动。插入排序：仍以升序为例，首先假定第一个记录的位置是适合的，然后取出第二个记录与第一个记录进行关键字比较。若小于，则插到前面，否则，位置不变；再取第三个数据与前面的各记录进行关键字比较，将其插入到前面有序记录的适合位置上；依此类推，直到完成排序。,1.3 支撑技术之数据管理技术,顺序查找法从第一条记录开始逐个查询，若找到欲查数值则成功；否则失败。折半查找法（二分查找法）先将文件记录按关键字顺序排列，再将查找范围中点处关键字KM与K待查记录关键字比较：a_ KKM，确定待查记录在文件后半区。若b则成功；若c或a，则在确定的区域中再次顺序查找，或逐次折半查找二分查找动态演示图 分块查找法先将按关键字排好顺序的文件划分为大于2的若干块；再将待查关键字依次与各块的最大关键字比较，确定查找范围；然后顺序查找。分块查找动态演示图,1.3 支撑技术之数据管理技术,数据管理技术数据库管理系统（DBMS）数据的物理存储独立于应用程序减少数据冗余、实现数据共享对数据统一控制,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,层次模型：一种有序的树型结构，体现了结点间的“一对多”关系网状模型：一种网状连通图的结构形式，体现了事物间“多对多”关系1970年IBM公司的发表了“大型共享数据库数据的关系模型”。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,数据库管理系统（DBMS）,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,常用数据库管理系统Visual FoxProAccessSQL ServerOracleInfomixSybase,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,Access是Office办公套件中一个极为重要的组成部分。已经成为世界上最流行的桌面数据库管理系统。由于其数据库本身功能有限，并不适合作大型工程项目的数据库系统支撑软件。,数据库系统之Access,微软公司推出的数据库系统，Windows NT是SQL Server运行的惟一平台。具有支持更大规模、更复杂的数据库更灵活的加锁策略、触发器机制、游标机制、复制功能分布式的查询和更新，支持并行处理；支持全文检索支持数据仓库强大的图形化管理、监测、数据转换平台开始支持更广泛的操作系统平台等众多特性 核心：结构化查询语言SQL（Structure Query Language）,数据库系统之SQL Server,数据管理技术工程数据库:能满足人们在工程活动中对数据处理的数据库，与一般商用数据库的区别表现在对复杂数据类型的支持，对工程数据动态的定义和管理。（1）工程数据的类型分析 管理型数据 设计型数据 加工制造型数据 图形数据,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,数据管理技术工程数据库:（2）工程数据库系统的主要特点,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,具有复杂工程数据的存储和管理的能力 具有动态建模的能力 支持多库操作和多版本管理 支持工程数据的长记录存储和文件兼容处理 支持智能型的规则描述和查询处理 具有良好的数据库系统环境和支持工具,数据管理技术CAD/CAM集成系统的数据管理方法基于文件记录的专用数据管理方法：针对性强，但缺乏通用性和可扩展性在商用DBMS上建立的一套软件接口方法：目前多数CAD/CAM集成系统采用的方法采用工程数据库管理系统建立数据库的方法：下一代CAD/CAM集成系统、CIMS系统主流,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,在开发和设计的工作中，正确的文档应该在正确的时候送到正确的地方,产品数据管理（PDM）的原理,M-CAD,E-CAD,CAPP,FEM,DTP,PDMClient,PDMClient,PDMClient,Metadaten,文件系统,文档,PDMServer,DBServer,数据库,数据管理技术产品数据管理(PDM)：管理所有与产品相关信息和过程的技术。与产品相关的信息包括CAD/CAM文件、材料清单、产品配置、事务文件、电子表格和供应商清单等各种产品信息；与产品相关的过程包括加工工序、加工指南、工作流程等对过程的定义和管理。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,产品定义信息：图纸/模型 物料清单 CAE分析文件 相关文档 版本信息,产品成本信息：零部件成本 成本历史 产品供应商,产品服务信息：产品服务指导 备配件信息,制造信息：产品工艺卡片 NC源代码 毛坯 原材料,产品记录,记录与产品相关的所有信息,包括：,以产品纪录为核心,数据管理技术产品数据管理(PDM)：企业各方面应用的PDM产品具有的九大功能，包括文档管理工作流和过程管理产品结构与配置管理项目管理、查看和批注电子协作、设计检索和零件库工具与“集成件”扫描和图像服务功能。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,示例1：产品结构及配置管理,示例2：产品之图档管理,示例3：产品之工程更改管理,示例4-1：PDM工作流管理,示例4-2：工作流管理,数据管理技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,1.3 支撑技术之数据管理技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,数据管理技术计算机网络技术成组技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,计算机网络技术 是用通信线路和通信设备将分散在不同地点并具有独立功能的计算机连接的计算机群，最简单的网络只需要两台微机通过电缆连接就可组成。分类：广域网和局域网。组成网卡和媒体服务器工作站网间连接器网络系统软件,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备服务器是指提供服务的软件或硬件或者两者的结合体。服务器上运行网络操作系统，提供文件、通信和打印等服务。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备工作站 当一台计算机连到网络上，它就成为网络上的一个结点，并称为网络工作站。它仅为操作者服务，而服务器为网络上许多结点提供共享资源。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备电缆细同轴电缆组网容易安装，成本低，但连线长度短。粗同轴电缆成本高，维护困难。双绞线具有价格便宜、容易安装、维护方便的特点，目前最为流行。光纤适合组建较大的网络，具有极高的频带、无能量损失、传输距离远等特点。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,UTP六类4对非屏蔽电缆、水晶头,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备网卡 根据数据位宽不同可分为8位、16位、32位。一般来说，工作站上常用16位网卡，服务器用32位网卡。根据网卡采用的总线接口，可分为ISA、EISA、MCA、VL-BUS、PCI等。目前最常用的是PCI网卡。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备网关是连接两个协议差别很大的计算机网络时用的设备，它可将具有不同体系结构的计算机网络连在一起。网关属于应用层设备，通常用在与大型计算机系统的连接上，为普通用户访问大型主机提供帮助。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备集线器交换机 可分为智能模块式、叠加式、独立式、高档交换式集线平台。常用独立式HUB，这类HUB主要是为了克服总线结构的网络布线困难和易出故障而引入的，一般不带管理功能，没有容错能力，不支持多个网段。这类集线器适宜小型网络，一般有8端口、16端口、32端口等类型，可以利用串接方式来扩充端口。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备中继器 中继器是一种附加设备，工作在物理层，主要用来放大电缆上的信号以便在网络上能传输的更远，一般并不改变信息。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备网桥 网桥能够连接相同或不同的网段，可以将一个大网分成多个子网，这样可以平均各个网段的负载，减少网段内的信息量，从而提高网络性能。网桥工作在数据链路层。在下列情况下可以安装网桥：要扩充一个以达到的最大距离范围的网络 要解决由于单个局域网段上挂接了多个工作站引起的瓶颈问题。将不同类型的局网链在一起。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络设备路由器 作为连接广域网的端口设备，路由器的主要功能是连接多个独立的网络或子网，实现互联网间的最佳寻径及数据传输。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,计算机网络结构系统的网络时常采用局域网（Local Area Network，LAN），网上设备通过传输媒介(管线）相互传送信息。常见的有三种形式：星网、环网、总线网。网络性能的好坏要看它的传输速度、它所支持的系统以及用什么网络协议。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,计算机网络技术网络的拓扑结构总线网星形网环形网网状式,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,局域网系统的组成,网络的中心是一台计算机，也称服务器，一般采用大中型机或超级小型机，周围是若干无外存的工作站，也称无盘结点。,计算机网络结构星网,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,特点适用于工程工作站或微机连网。优点 网内用户能共享任一结点上的数据库或文件。当某结点发生故障时，其余结点可正常工作。,计算机网络结构环网,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,适用于将差别较大的设备连入网中。公共总线可长达2.5km，可接1024个设备，不够时，用中继器再接一条，形成分叉的树形结构。以太网(Ethernet）就是有名的总线网，在以太网上可以连接各种不同类型的工程工作站、微机、外设及终端等。,计算机网络结构总线网,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,网络协议就是网上传输信息时所用的格式，必须采用的标准网络协议。最常用的就是TCP/IP协议，它能支持各种操作系统，如：UNIX、VMS及MS_DOS。在TCP/IP 基础上制定的网络文件系统(NFS)协议可使网络内用户具有透明的文件共享功能，可使不同结构、不同系统的计算机共同工作。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,计算机网络结构网络协议,计算机网络技术网络协议的OSI模型（Open System Interconnection）物理层(Physical Layer)数据链路层(Data Link Layer)网络层(Network Layer)传输层(Transport Layer)会话层(Session Layer)表示层(Presentation Layer)应用层(Application Layer),1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,OSI七层互连模型,数据管理技术计算机网络技术成组技术,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,成组技术基本原理 成组技术GT（Group Technology）研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性，并对其进行充分利用。即把相似的问题归类成组，寻求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。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,GT发展过程：成组加工成组工艺成组技术成组生产系统,结构（形状、尺寸、精度）材料（材质、毛坯、热处理）工艺（加工方法、加工设备）,一次相似性,机械零件之间存在相似性,主要表现在三个方面：,1.3 支撑技术之成组技术,机械产品中各类零件出现有明显的规律性，正是由于70%左右的零件属于相似件，构成实施成组技术的客观基础。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,成组技术应用于机械加工方面 成组技术将品种众多的零件按其相似性分类以形成为数不是很多的零件族，把同一零件族中诸零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量。这样，成组技术就巧妙地把品种多转化为“少”，把生产量小转化为“大”，由于主要矛盾有条件地转化，这就为提高多品种、小批量生产的经济效益提供了一种有效的方法。,零件分类成组常用的方法：视检法。视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。它的效果主要取决于个人的生产经验，多少带有主观性和片面性。生产流程分析法。PFA（Production Flow Analysis）是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。采用此法分类的正确性与分析方法和所依据的工厂技术资料有关。编码分类法。编码分类，首先需将待分类的诸零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字或数字、字母兼用）。,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,零件的分类编码系统,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,Opitz系统的基本结构,零件的分类编码系统,1.3 CAD/CAM系统的支撑技术,图 JLBM-1 系统的基本结构,成组技术的应用 产品