第二章计算机辅助技术

1、 机械加工新技术机械加工新技术第二章第二章 计算机辅助技术计算机辅助技术济南大学机械工程学院济南大学机械工程学院陈秀生陈秀生2013.112013.11苏30奔驰S 600 PullmanF-16战隼战隼F-22猛禽猛禽计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAM）计算机辅助工艺规划（计算机辅助工艺规划（CAPP） 一一 CAD/CAM系统系统计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）概述概述典型的典型的CAD/CAM系统支撑软件系统支撑软件介绍介绍一、概述一、概述1 1、 简述简述主要内容：主要内容： CAXCAX技术技术 计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD）、计算机辅助制造（）、计算机辅

2、助制造（CAMCAM）、）、计算机辅助工艺设计（计算机辅助工艺设计（CAPPCAPP）、计算机辅助工程分析）、计算机辅助工程分析（CAECAE）、计算机辅助质量控制（）、计算机辅助质量控制（CAQCAQ），统称为），统称为CAXCAX（Computer Aided XComputer Aided X） 计算机辅助管理计算机辅助管理 1 1）管理信息系统）管理信息系统MIS( Management Information MIS( Management Information System)System)企业每项业务的管理。企业每项业务的管理。一、概述 2 2）制造资源计划（）制造资源计划（MR

3、PIIMRPII，Management Resource Management Resource PlanningPlanning）限于企业内部制造资源（人、财、物供销）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。产管理系统统称。 3 3）分销资源系统（）分销资源系统（DRPDRP，Distribution Resource Distribution Resource PlanningPlanning）生产厂与分销网络的信息集成。）生产厂与分销网络的信息集成。 4 4）企业制造资源计划（）

4、企业制造资源计划（ERP, Enterprise Resource ERP, Enterprise Resource PlanningPlanning）全球化的企业，向供应商、客户两方延伸，）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，形成所有主导和支持功能，形成ERPERP，代表了现代企业的管，代表了现代企业的管理模式。理模式。一、概述 5 5）产品数据管理（）产品数据管理（PDMPDM，Production Data Production Data ManagementManage

5、ment） CAXCAX单元技术之间的集成要通过集成单元技术之间的集成要通过集成工具、平台、数据库和借口，工具、平台、数据库和借口，PDMPDM是实现是实现CAXCAX单元技单元技术集成的平台之一。术集成的平台之一。CAXCAX、ERPERP、PDMPDM等是实现企业信息化的重要内容，属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。业的手段。 1 1）国际市场需求很大，价格昂贵。）国际市场需求很大，价格昂贵。CAXCAX全球全球19971997年年为为43.3843.38亿元，亿元，20022002年达年达55

6、.555.5亿元，亿元，PDMPDM全球全球19971997年年为为11.011.0亿元，亿元，19981998年达年达1313亿元，亿元，20022002年达年达2525亿元，亿元，ERPERP全球全球19981998年为年为166166亿元，预计亿元，预计20032003年达年达660660亿元。亿元。一、概述 2 2）国内）国内19991999年年CAXCAX销售收入销售收入7 7亿元左右，管理信息软件约亿元左右，管理信息软件约占占CAXCAX的的73%73%，总计国内这些软件仅占应用软件的，总计国内这些软件仅占应用软件的1/31/3左左右，主要市场为国外所占领。国内有右，主要市场为国外

7、所占领。国内有100100万家制造企业万家制造企业的巨大市场需求。的巨大市场需求。2 2、 发展计算机辅助技术重要意义发展计算机辅助技术重要意义o 新经济时代的需求和重要特征新经济时代的需求和重要特征1 1）向网络化制造和虚拟化技术发展基础，使传统型制）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。造业改造为智力型企业。2 2）通过资源要素竞争逐渐转变为以创新能力知本型为）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。焦点的竞争。一、概述o 现代企业发展的自身需要现代企业发展的自身需要1 1）可提高设计能力）可提高设计能力70%70%以上，缩短设计周期，快速占以上

8、，缩短设计周期，快速占领市场。领市场。2 2）降低库存）降低库存40%40%左右左右3 3）降低成本）降低成本15%15%左右，提高企业效益。左右，提高企业效益。o 国外发展迅速国外发展迅速1 1）CAXCAX不断改进和发展，不断改进和发展，PDMPDM已成为新的已成为新的ITIT市场；全市场；全新的新的“产品协作（产品协作（CPCCPC，Collaborative Product Collaborative Product CommerceCommerce）”正在正在ITIT市场崛起。市场崛起。2 2）企业管理正向动态管理模式发展。）企业管理正向动态管理模式发展。p 我国制造业信息化工程正在

9、大力推进。我国制造业信息化工程正在大力推进。一、概述3. 3. 国内外计算机辅助技术产品市场的分析和产业现状国内外计算机辅助技术产品市场的分析和产业现状 1 1） 国外国外 （1 1）世界）世界CAXCAX市场分析及预测：市场分析及预测：全球全球CAXCAX市场将以市场将以181820%20%的度增长，重点主要集中于汽车制造的度增长，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。及其所需部件上，从二维转向中、高档实体建模。PDMPDM市场将以市场将以30%30%的速度增长。的速度增长。国际国际ERPERP市场强劲。市场强劲。世界世界CAXCAX产业状况产业状况CAXCAX发

10、展的三个档次发展的三个档次一、概述a) a) 高档高档CAXCAX系统系统工作站工作站CAD/CAMCAD/CAM系统系统b) b) 中档中档CAXCAX系统系统微机微机CAD/CAMCAD/CAM系统系统c) c) 低档低档CAXCAX系统系统微机二维微机二维CAD/CAMCAD/CAM系统系统 PDMPDM技术市场现状技术市场现状 PDMPDM是市场发展最快的一种软件产品。已有几十种是市场发展最快的一种软件产品。已有几十种PDMPDM产品和产品和100100多家多家PDMPDM软件销售、实施和服务公司。软件销售、实施和服务公司。世界世界ERPERP现状现状 销售厂商销售厂商200-3002

11、00-300家，有的已在全球形成销售网络，成为跨国公司。家，有的已在全球形成销售网络，成为跨国公司。一、概述2 2）国内）国内（1) CAX1) CAX市场分析及预测市场分析及预测 CADCAD应用工程和应用工程和863/CIMS863/CIMS（Contemporary Integrated Contemporary Integrated Manufacturing SystemManufacturing System）应用以来，形成了一批）应用以来，形成了一批CAXCAX、PDMPDM产品，在市场上占了一席之地，总体处于起步和发展产品，在市场上占了一席之地，总体处于起步和发展阶段。在机械、

12、建筑等领域销售阶段。在机械、建筑等领域销售CAXCAX软件约软件约5 5亿元（亿元（1996-1996-20002000）。）。ERPERP推广应用推广应用2020多年，多年，19991999年有近千家企业（占年有近千家企业（占工业企业的万分之一）不同程度的使用工业企业的万分之一）不同程度的使用ERPERP系统（包括系统（包括MRPIIMRPII），总投资约），总投资约8080亿元，亿元，70-80%70-80%企业采用国外软件，企业采用国外软件，但成功率仅约但成功率仅约10-15%10-15%。国内。国内15%15%左右市场采用国产左右市场采用国产ERPERP软软件，国外软件占件，国外软件占

13、85%85%。ERPERP市场需求很大。市场需求很大。一、概述2) 2) 产业状况产业状况 中档中档CAXCAX微机三维微机三维CAXCAX 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)b)低档低档CAXCAX微机二维微机二维CAXCAX 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)PDMc)PDM国内已初步形成了市场，完全自主开发还有差距，国内已初步形成了市场，完全自主开发还有差距，但已有但已有PDMPDM基本功能：图档管理、工作流程管理等。有基本功能：图档管理、工作流程管理等

14、。有武汉开目、华歌、清华同方等七家。武汉开目、华歌、清华同方等七家。 d)ERPd)ERP产业暂露头角，有北京利玛、北京开思和北京利产业暂露头角，有北京利玛、北京开思和北京利时簦家自主版权的时簦家自主版权的ERPERP，有用于离散制造企业的遵从，有用于离散制造企业的遵从MRPIIMRPII的逻辑开发（开思公司）、用于流程企业（连续的逻辑开发（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的企业管理软件等三类ERPERP软件。软件。二、计算机辅助设计（CAD）o 计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)

15、(CAD)的概念的概念 CADCAD是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以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。低产品成本的目的。 简单地讲，简单地讲，CADCAD是工程技术人员利用计算机达到最佳是工程技术人员利用计算机达到最佳的设计目的。的设计目的。CADCAD概念的实质在于：概念的实质在于： 1 1）人机各尽所长；）人机各尽所长； 2 2）人机交互结合；）人机交互结合； 3

16、3）最佳设计效率。）最佳设计效率。二、计算机辅助设计（CAD）一般认为，一般认为，CADCAD系统的功能主要包括：系统的功能主要包括： 1 1）草图设计）草图设计 2 2）零件设计）零件设计 3 3）装配设计）装配设计 4 4）复杂曲面设计）复杂曲面设计 5 5）工程图样的绘制）工程图样的绘制 6 6）工程分析）工程分析 7 7）真实感的渲染）真实感的渲染 8 8）数据交换接口）数据交换接口 CADCAD技术的主要作用如下技术的主要作用如下: : 1 1）提高设计质量和设计效率。）提高设计质量和设计效率。 2 2）能够充分发挥设计人员创造性。）能够充分发挥设计人员创造性。 3 3）缩短产品的设

17、计周期。）缩短产品的设计周期。二、计算机辅助设计（CAD） CADCAD是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新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。兴技术，是计算机在工程中最有影响的应用技术之一。 CADCAD技术曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰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。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

18、文体、影视广告行业等都离不开CADCAD技术。技术。CADCAD技术是技术是企业界争夺市场份额和生存发展不可缺少的手段。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 1）在制造业中的应用：如波音）在制造业中的应用：如波音777777飞机是世界上第一架飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机。实现无纸设计与制造的飞机。2 2）在工程领域中的应用：如建筑设计）在工程领域中的应用：如建筑设计CADCAD、电子沙盘；、电子沙盘；机械设计机械设计CADCAD等。等。3 3）仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功应用，如）仿真模拟和动画制作：在电影制作中的成功应用，如“未来

19、世界未来世界”、“玩具总动员玩具总动员”、“侏罗记公园侏罗记公园”等等4 4）在轻工行业的应用：如模具）在轻工行业的应用：如模具CADCAD和服装和服装CADCAD等。等。5 5）在医学中的应用：）在医学中的应用： 计算机辅助手术规划和手术模拟。计算机辅助手术规划和手术模拟。6 6）在电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计制造）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）CADCAD技术在我国工程和产品设计的一些应用实例：技术在我国工程和产品设计的一些应用实例：1 1） 沈阳变压器厂用沈阳变压器厂用CADCAD技术输出三峡工程项目三维彩色技术输出三峡工程项目三维

20、彩色产品设计图和计算机分析的数据，从而赢得了三峡工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。程的招标项目。2 2）沪东造船厂应用）沪东造船厂应用CADCAD技术后，生产技术准备周期缩短技术后，生产技术准备周期缩短1/31/3以上，造船的设计开发能力提高一倍。以上，造船的设计开发能力提高一倍。3 3）西北电力设计院用）西北电力设计院用CADCAD系统建渭河电厂主厂房三维模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，共查出型，对该厂原设计方案自动校验，共查出6 6处隐藏在处隐藏在图纸中的错误，当即进行了修改。图纸中的错误，当即进行了修改。4 4）寰球化工工程公司应用）

21、寰球化工工程公司应用CADCAD技术，在盘锦乙烯装置工技术，在盘锦乙烯装置工程中，进行碰撞检测后，使程中，进行碰撞检测后，使95%95%以上的错误得以纠正，以上的错误得以纠正，在总长在总长2020多万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管多万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管不到不到1010米。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:/ CADCAD技术随着计算机及其外围设备、图形输入输出设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。备、软件技术的发展而发展。1) 1) 准备和诞生时期（准备和诞生时期（2020世纪世纪50605060年

22、代）年代） 电子管计算机电子管计算机 1950 MIT 1950 MIT 能够显示简单图形的图形显示器能够显示简单图形的图形显示器 1958 Calcomp 1958 Calcomp 滚筒式绘图机滚筒式绘图机 2020世纪世纪5050年代末年代末 SAGESAGE战术防空系统战术防空系统 二、计算机辅助设计（CAD）2) 2) 蓬勃发展和进入应用的时期（蓬勃发展和进入应用的时期（ 2020世纪世纪6060年代）年代） 19621962，Ivan Sutherland Ivan Sutherland 研究出了研究出了SketchpadSketchpad交互式图交互式图形系统。形系统。 计算机及图

23、形设备价格昂贵，技术复杂。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，如计算机图形学的发展，如CoonsCoons曲面曲面 。3) 3) 广泛应用时期（广泛应用时期（ 2020世纪世纪7070年代）年代） 集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提高。高。 出现了以小型计算机为平台的出现了以小型计算机为平台的CADCAD系统。系统。 图形设备相继推出并完善。图形设备相继推出并完善。 图形软件和图形软件和CADCAD应用支撑软件不断得到充实与提高。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)4)飞速发展时期（飞速发展

24、时期（ 2020世纪世纪8080年代）年代） 出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。 推出了以推出了以UNIXUNIX系统支撑的系统支撑的SUNSUN工作站。工作站。 图形软件更加成熟图形软件更加成熟 。5)5)日趋成熟的时期（日趋成熟的时期（ 2020世纪世纪9090年代）年代） 出现基于出现基于PCPC平台的价廉物美的平台的价廉物美的CADCAD系统。系统。 CADCAD系统的标准化：系统的标准化：CGICGI、GKSGKS、GKS-3DGKS-3D、PHIGSPHIGS、OpenGLOpenGL、IGESIGES、STEPSTEP

25、。 智能化智能化CADCAD系统。系统。 集成化集成化 。 科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造二、计算机辅助设计（CAD） 以机械行业为例，说明以机械行业为例，说明CADCAD软件技术的发展历程。软件技术的发展历程。1)201)20世纪世纪6060年代，年代，CADCAD的主要技术特点是交互式二维绘图和的主要技术特点是交互式二维绘图和三维线框模型。三维线框模型。2)202)20世纪世纪7070年代，年代，CADCAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成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，代表软件算法和表面造型理论，代表软件CATIACATIA。3)

26、203)20世纪世纪8080年代，年代，CADCAD的主要技术特征是实体造型理论和几的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法，何建模方法， 代表软件代表软件I-DEASI-DEAS。4)204)20世纪世纪9090年代，年代，CADCAD技术基础理论主要是以技术基础理论主要是以PTCPTC的的Pro/EngineerPro/Engineer为代表的参数化造型理论和以为代表的参数化造型理论和以SDRCSDRC的的I-I-DEASDEAS为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体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。建模技术。二、计算机辅助设计（CAD） 微机化、集成化、智能化

27、、网络化、可视化、并行微机化、集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、标准化化、标准化 。三、计算机辅助设计（CAM）计算机辅助制造计算机辅助制造(Computer aided manufacturing,CAM)(Computer aided manufacturing,CAM)有广义和狭义两种定义。有广义和狭义两种定义。1) 1) 广义概念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、个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NCNC自动自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。编程、生

28、产作业计划、生产控制、质量控制等。2) 2) 狭义狭义CAMCAM通常是指通常是指NCNC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及成、刀具轨迹仿真及NCNC代码生成等。代码生成等。三、计算机辅助设计（CAM）1)1)直接应用：计算机通过接口直接与物流系统连接，用直接应用：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。以控制、监视、协调物流过程。o 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。物流流动。o 生产控制：随时收集和记录物流过程的数据，当发现工生产控制：

29、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，即予以协调与控制协调与控制o 质量控制质量控制 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，予以将偏离预定质量指标时，向工序作业级发出命令，予以校正。校正。三、计算机辅助设计（CAM）2) 2) 间接应用间接应用o 计算机辅助工艺过程规划计算机辅助工艺过程规划CAPPCAPPo 计算机辅助数控加工程序编制计算机辅助数控加工程序编制CANCPCANCPo 计算机辅助工装设计计算机

30、辅助工装设计CATCATo 计算机辅助作业计划编制计算机辅助作业计划编制四、计算机工艺过程设计（CAPP） o 工艺过程设计是指按零件设计要求，安排或规划出从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、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。工装需求说明的过程。o CAPPCAPP的广义概念：即的广义概念：即CAPPCAPP的一头向生产规划最佳化从的一头向生产规划最佳化从作业计划最佳化发展，作为作业计划最佳化发展，作为MRPIIMRPII的一个重要组成部的一个重要组成部分；分；CAPPCAPP向另一头扩展能够生成向另一头

31、扩展能够生成NCNC指令指令。 CAPPCAPP狭义概念：是完成工艺过程设计，输出工艺规程。狭义概念：是完成工艺过程设计，输出工艺规程。o CAPPCAPP确定产品制造过程及制造所需的制造资源、制造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。性环节。四、计算机工艺过程设计（CAPP）o 国外国外CAPPCAPP的发展概况的发展概况 1 1）挪威于）挪威于19691969年正式发表了年正式发表了AUTOPROSAUTOPROS系统，这是第一系统，这是第一CAPPCAPP系统；系统； ）美国的）美国的

32、CAM-CAM-公司也研制出自己的公司也研制出自己的CAPPCAPP系统。系统。 o 国内国内CAPPCAPP的发展概况的发展概况 ）最早进行此项研究工作的是同济大学，他们于）最早进行此项研究工作的是同济大学，他们于19821982年研制成功年研制成功TOJICAPPTOJICAPP系统；系统； ）随后北京理工大学也研制出用于回转体零件的）随后北京理工大学也研制出用于回转体零件的BITCAPPBITCAPP系统；北京航空航天大学发表了系统；北京航空航天大学发表了BHCAPPBHCAPP系统。系统。四、计算机工艺过程设计（CAPP）1)1)设计对象的变化、涉及的工艺范围、系统功能由设计对象的变化

33、、涉及的工艺范围、系统功能由“孤孤岛岛”到到“集成集成”、系统设计上。、系统设计上。2)2)系统开发上：系统开发上：CAPPCAPP的研究开始注重工艺基本数据结构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。这直接导致了直接导致了CAPPCAPP软件产品的迅速发展，产生了人机交软件产品的迅速发展，产生了人机交互为主的新一代互为主的新一代CA

34、PPCAPP工具系统，并在企业实际应用中工具系统，并在企业实际应用中取得了良好的成效取得了良好的成效四、计算机工艺过程设计（CAPP） 虽然经过了二十年的发展历程，但至今仍是计算机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辅助技术领域的薄弱环节和企业实施推广CIMSCIMS的瓶颈所的瓶颈所在。成功应用在。成功应用CAPPCAPP的企业还不多见的企业还不多见 基本原因：传统基本原因：传统CAPPCAPP过分强调对零件信息的自动获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。取，过份强调工艺决策的自动化。四、计算机工艺过程设计（CAPP） 1)1)检

35、索标准工艺文件；检索标准工艺文件； 2)2)选择加工方法；选择加工方法； 安排工艺路线；安排工艺路线； 3)3)选择机床、刀具、夹具；选择机床、刀具、夹具； 4)4)选择切削用量；选择切削用量； 计算切削参数、加工时间和加工费计算切削参数、加工时间和加工费用；用； 5)5)确定工序尺寸和公差、选择毛坯；确定工序尺寸和公差、选择毛坯； 6)6)绘制工序图；绘制工序图； 7)7)给出刀具轨迹，自动进行给出刀具轨迹，自动进行NCNC编程编程 ；进行加工过程的；进行加工过程的模拟。模拟。 并非所有并非所有CAPPCAPP系统都具备上述功能，现在也只有少数系统都具备上述功能，现在也只有少数CAPPCAP

36、P系统能和系统能和CADCAD、CAMCAM系统连接。系统连接。四、计算机工艺过程设计（CAPP）四、计算机工艺过程设计（CAPP） 1)1)控制模块控制模块 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。件信息获取方式。 2)2)零件信息获取模块零件信息获取模块 零件信息输入可以有下列两种方式：人工交互零件信息输入可以有下列两种方式：人工交互输入，或从输入，或从CADCAD系统直接获取或来自集成环境下统一的产品数据模系统直接获取或来自集成环境下统一的产品数据模型。型。3)3)工艺过程设计模块工艺过程设计模块 进行加工工艺流程的

37、决策生成工艺过程卡。进行加工工艺流程的决策生成工艺过程卡。4)4)工序决策模块工序决策模块 生成工序卡。生成工序卡。5)5)工步决策模块工步决策模块 生成工步卡及提供形成生成工步卡及提供形成NCNC指令所需的刀位文件。指令所需的刀位文件。6)NC6)NC加工指令生成模块加工指令生成模块 根据刀位文件生成控制数据机床的根据刀位文件生成控制数据机床的NCNC加工加工指令。指令。7)7)输出模块输出模块 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档，并可利用编辑工具对现有文件进行修改后得到所

38、需的工艺文件。件。8)8)加工过程动态仿真加工过程动态仿真 可检查工艺过程及可检查工艺过程及NCNC指令的正确性。指令的正确性。四、计算机工艺过程设计（CAPP）1)1)成组技术成组技术2)2)零件信息的描述与获取零件信息的描述与获取 3)3)工艺设计决策机制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。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，系统把这些内容集为保证工

39、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。成在一起，进行综合分析，动态优化交叉设计。4)4)工艺知识的获取及表示工艺知识的获取及表示5)5)工序图及其它文档的自动生成。工序图及其它文档的自动生成。6)NC6)NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真。加工指令的自动生成及加工过程动态仿真。7)7)工艺数据库的建立。工艺数据库的建立。四、计算机工艺过程设计（CAPP） 交互式交互式CAPPCAPP系统采用人机对话的方式基于标准工步、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典型工序进行工艺设计，工艺规程的设计质量对人的

40、依赖性很大。赖性很大。 利用成组技术将工艺设计对象按其相似性（例如，零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）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，设计工艺时，CAPPCAPP系统按零件（部件或产品）信息和分系统按零件（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类编码检索相应的典型工艺，并根据具体对象

41、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。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） 是根据工艺决策逻辑与算法进行工艺过程设计的，它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。是从无到有自动生成具体对象的工艺规程。 创成式创成式CAPPCAPP系统工艺决策时不需人工干预，因此易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、多环境变化的多变性及复杂性等因素，对于结构复杂、多样

42、的零件，实现创成式样的零件，实现创成式CAPPCAPP系统非常困难。系统非常困难。 综合式综合式CAPPCAPP是将派生式、创成式和交互式是将派生式、创成式和交互式CAPPCAPP的优点的优点集为一体的系统。目前，国内很多集为一体的系统。目前，国内很多CAPPCAPP系统采用这类模系统采用这类模式。式。 CAPPCAPP专家系统是一种基于人工智能技术的专家系统是一种基于人工智能技术的CAPPCAPP系统，系统，也称智能型也称智能型CAPPCAPP系统。系统。 专家系统和创成式专家系统和创成式CAPPCAPP系统都以自动方式生成工艺系统都以自动方式生成工艺规程，其中创成式规程，其中创成式CAPP

43、CAPP系统是以逻辑算法加决策表为特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） CAPP CAPP 类型和设计方法很多，但从国内的普遍情况来类型和设计方法很多，但从国内的普遍情况来看，以派生式为基础的看，以派生式为基础的CAPPCAPP设计方法较为适用，其主要设计方法较为适用，其主要原因是正在开展或准备推行原因是正在开展或准备推行CAPPCAPP的工厂大都为几十年以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

44、累了一定数量的切实可行的、稳定的产品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，可制定出派生式工艺，在此基础上，通过整理和完善，可制定出派生式CAPPCAPP系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则系统需要的产品典型工艺和确定各工艺要素的规则知识。知识。 一味追求创成或专家系统的方法，对企业积累的大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、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，使的困难，

45、使CAPPCAPP系统难以见效、普及和推行，更难以实系统难以见效、普及和推行，更难以实现现CAPPCAPP系统软件的商品化。系统软件的商品化。五、CAD/CAM系统o 集成步骤集成步骤利用数据传递和转换技术实现利用数据传递和转换技术实现CADCAD与与CAPPCAPP、CAMCAM集成的基集成的基本工作步骤如下：本工作步骤如下：1 1）CADCAD设计产品结构，绘制产品图样，为设计产品结构，绘制产品图样，为CAPPCAPP、CAMCAM过程过程准备数据；准备数据；2 2）经数据转换接口，将产品数据转换成中性文件）经数据转换接口，将产品数据转换成中性文件( (如如IGESIGES、STEPSTE

46、P文件文件) )3 3）CAPPCAPP系统读入中性文件，并将其转换为系统所需格式系统读入中性文件，并将其转换为系统所需格式后生成零件工艺过程；后生成零件工艺过程；4 4）CADCAD、CAPPCAPP系统生成数控编程所需数据，并按一定标准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；转换成相应的中性文件；5 5）CAMCAM系统读入个性文件，并将其转换为本系统所需格式系统读入个性文件，并将其转换为本系统所需格式后生成数控程序。后生成数控程序。 这样所形成的集成系统表达为这样所形成的集成系统表达为CADCADCAPPCAPPCAMCAM，也可简，也可简写为写为CADCADCAMC

47、AM。五、CAD/CAM系统 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。合。一个完善的一个完善的CADCADCAMCAM系统应具有如下功能：系统应具有如下功能：1 1）快速数字计算及图形处理能力；）快速数字计算及图形处理能力；2 2）大量数据、知识的存储及快速检索、操作能力；）大量数据、知识的存储及快速检索、操作能力；3 3）人机交互通信的功能；）人机交互通信的功能；4 4）输入、输出信息及图形的能力。）输入、输出信息及图形的能力。 为实现这些功能，为实现这些功能，CADCAM系统应由人、硬件、系统应由人、硬件、软件三大部分组成其中

48、电子计算机及其外围设备称为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、应用软系统的硬件；操作系统、数据序、应用软件称作件称作CAD系统的软件；不言而喻，人在系统的软件；不言而喻，人在CADCAM系统中起主导作用。系统中起主导作用。五、CAD/CAM系统五、CAD/CAM系统 CADCADCAMCAM系统的集成有信息集成、过程集成、功能集成，系统的集成有信息集成、过程集成、功能集成，目前的目前的CAD/CAMCAD/CAM系统大多都停留在信息集成基础上。因系统大多都停留在信息集成基础上。因此一般的此一般的CAD/CAMCAD/CAM集成指的是把集成指的

49、是把CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP、CAFDCAFD、CAM CAM 等各种功能软件有机结合在一起，用统一的执行程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，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。从而达到系统内情息的畅通和系统协调运行的目的。 CADCADCAMCAM系统集成的关键是信息的交换和共享，根据信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，息交换方式和共享程度的不同，CADCADCAMCAM系统的集成系统的集成方案主要有以下方案主要有以下4 4

50、种：种：五、CAD/CAM系统 这是一种初级的文件传输的集成方式。利用这种方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实现集成时，各子系统都是在各自独立的数据模式下工作。式下工作。 如图所示。当如图所示。当A A系统需要系统需要B B系统的数据时，需要系统的数据时，需要设计一个专用的接口文件将设计一个专用的接口文件将B B系统的数据格式直接系统的数据格式直接转换成转换成A A系统的数据格式，反之亦然。系统的数据格式，反之亦然。优缺点：优缺点： o 这种集成方式原理简单，运行效率较高，这种集成方式原理简单，运行效率较高，o 开发的专用数据接口无通用

51、性，不同的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。生变化时，与之相关的所有接口程序都要修改。五、CAD/CAM系统 这种集成方式的思路是建立一个与各子系统无关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的公共接口文件( (见下图见下图) )，当某一系统数据结构发生，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，日前世界种集成的关键是建立

52、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，其中典型的有上已研制出多种公共标准格式，其中典型的有IGESIGES、STEPSTEP等等 一般一般CADCADCAMCAM商用软件都提供了它们符合标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。准格式的前、后置处理器，故用户不必自行开发。五、CAD/CAM系统 这是一种将这是一种将CADCAD、CAPPCAPP、CAMCAM作为一个整体来规划和开发从而实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。下图为现系统高度集成和共享的方案。下图为CADCADCAPPCAPPCAMCAM集成系统集成系统框架图。

53、从下图可见框架图。从下图可见集成产品模型集成产品模型是实现集成的核心，统一是实现集成的核心，统一工工程数据库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。靠性。五、CAD/CAM系统 PDMPDM技术是以产品数据的管理为核心，通过计算机网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

54、所有与产品相关的络和数据库技术，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、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、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。计划调度、装配、检测等工作流程及过程处理程序。 基于基于PDMPDM的系统集成是指集数据库管理、网络通信能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力和过程控

55、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。传递给正确的人。五、CAD/CAM系统五、CAD/CAM系统 上图为基于上图为基于PDMPDM的集成系统体系结构。其中系统集成的集成系统体系结构。其中系统集成层即层即PDMPDM核心层向上提供核心层向上提供CADCADCAPPCAPPCAMCAM的集成平台，

56、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络和异构数据库的接口，实现数据跨平台信输与分布处理。理。 由上图可见，由上图可见，PDMPDM可在更大程度和范围内实现企业内可在更大程度和范围内实现企业内信息共享。信息共享。五、CAD/CAM系统oCAD/CAMCAD/CAM系统的组成系统的组成 CADCADCAMCAM系统由一系列的系统由一系列的硬件硬件和和软件软件组成。组成。 硬件硬件主要指计算机及各种配套设备，如各种档次的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、计算机

57、、打印机、绘图机绘图机等，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。备等。 软件软件一般包括一般包括系统软件、支撑软件和应用软件系统软件、支撑软件和应用软件等。下图即为等。下图即为CADCADCAMCAM系统组成简图系统组成简图。五、CAD/CAM系统o CADCADCAMCAM系统的基本功能系统的基本功能 比较完善的比较完善的CADCADCAMCAM系统，应该能够基本完成从产系统，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品设计到制造全过程中的各项工作一般来说CADCADCAMCAM系统应具有如下主要功能；系统应具有

58、如下主要功能； 1 1） 交互图形输入及输出功能交互图形输入及输出功能 用于基本的产品结构用于基本的产品结构设计等任务。设计等任务。 2 2）几何建模功能几何建模功能 包括实体建模、线框建模及自由包括实体建模、线框建模及自由曲面建模等，它是曲面建模等，它是CADCADCAMCAM系统几何处理的核心，提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。供有关产品设计的各种数据，是后续作业处理的基础。 3) 3) 物性计算及工程分析功能物性计算及工程分析功能 根据几何建模的基本参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数，对产品进行工程分析和数值计算其

59、中最常用的是有限元分析和优化处理功能。有限元分析和优化处理功能。 4)4)处理数控加工信息的功能处理数控加工信息的功能 用于自动编程、动态仿真用于自动编程、动态仿真及多坐标数控加工控制等。及多坐标数控加工控制等。 5)5)数据管理功能数据管理功能 用于处理产品设计过程中的全部信息，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。实现工程数据信息的共享。五、CAD/CAM系统 由于由于CADCADCAMCAM系统投资相对较大，如何科学、合理系统投资相对较大，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。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

60、如下：一般要考虑的问题如下： 1)1)根据本企业的特点、规模、追求目标及发展趋势根据本企业的特点、规模、追求目标及发展趋势等因素，确定应具有的系统功能。等因素，确定应具有的系统功能。 2)2)从整个产品设计周期中各个进程的工作要求出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。环境与软件环境。 3)3)考虑如何使用、管理该系统，使其发挥应有的作考虑如何使用、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。