机械CAD-CAM技术第一讲-CAD-CAM技术概述.pptx

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1、机械CAD/CAM技术CAD/CAM技术的重要性随着计算机技术的飞速开展，传统的手随着计算机技术的飞速开展，传统的手工设计正逐渐被计算机辅助设计所代替；工设计正逐渐被计算机辅助设计所代替；而传统的制造领域也被计算机技术所深而传统的制造领域也被计算机技术所深刻地改造。刻地改造。企业要想在剧烈的市场竞争获得优势就企业要想在剧烈的市场竞争获得优势就必须不断实现技术创新和产品创新，开必须不断实现技术创新和产品创新，开展和应用现代设计制造技术是实现产品展和应用现代设计制造技术是实现产品创新的关键，因此机械创新的关键，因此机械CAD/CAM技术已技术已成为工科类学生和工程技术人员必须掌成为工科类学生和工程

2、技术人员必须掌握的一门重要技术。握的一门重要技术。CAD/CAM技术概况计算机技术在设计制造中的应用已经从计算机技术在设计制造中的应用已经从往日的计算、绘图、往日的计算、绘图、NC加工开展到当今加工开展到当今的三维建模型、优化设计、计算机辅助的三维建模型、优化设计、计算机辅助工程分析和虚拟设计，计算机辅助工艺工程分析和虚拟设计，计算机辅助工艺设计设计CAPP、CAD/CAM一体化自动数控一体化自动数控编程、柔性制造系统编程、柔性制造系统FMS、计算机集成计算机集成制造系统制造系统CIMS、计算辅助生产管理与操计算辅助生产管理与操作、智能制造与虚拟制造等技术。作、智能制造与虚拟制造等技术。本课程

3、的特点与着重要介绍的内容本课程的特点是兼顾成熟性与先进性、本课程的特点是兼顾成熟性与先进性、理论性与实践性。着重介绍理论性与实践性。着重介绍CAD/CAM应应用技术的理论基础知识，另一方面也对用技术的理论基础知识，另一方面也对当前先进的当前先进的CAD/CAM应用技术进行了介应用技术进行了介绍。并通过实践教学环节（实验）初步绍。并通过实践教学环节（实验）初步了解典型的常用实际应用系统。了解典型的常用实际应用系统。如何学习本课程在掌握基本理论的基础上加强实践（做在掌握基本理论的基础上加强实践（做好实验）。好实验）。分清重点、主次。分清重点、主次。乐于收集相关资料，乐于尝试，主动拓乐于收集相关资料

4、，乐于尝试，主动拓宽专业知识面。宽专业知识面。第一讲 CAD/CAM技术概述本章主要介绍本章主要介绍CAD/CAM的基本概念的基本概念CAD/CAM的基本功能的基本功能CAD/CAM的开展历史的开展历史CAD/CAM的应用状况及开展方向的应用状况及开展方向第一节 CAD/CAM的基本概念一、一、CAD/CAM的基本概念的基本概念CADComputer Aided Design System以计算机为辅助手段完成整个产品的设计以计算机为辅助手段完成整个产品的设计过程。过程。广义的广义的CAD包括设计与分析两个方面。包括设计与分析两个方面。其基本功能包括几何建模、工程分析、模其基本功能包括几何建模

5、、工程分析、模拟仿真、自动绘图四大类。拟仿真、自动绘图四大类。一、CAD/CAM的基本概念CAMComputer Aided Manufacturing System 通过计算机与生产设备直接或间接的联系，进行规划、设计、管理和操作产品的生产制造过程。狭义CAM：数控编程与数控加工广义CAM：指除数控外还包括CAPP、制造过程仿真（MPS）、自动化装配（FA）、车间生产方案、制造过程检测、故障检测、产品装配等。一、CAD/CAM的基本概念CAD/CAM集成将CAD、CAM、CAE、CAPP、PPC（生产方案与操作）等各种功能不同的软件有机结合起来，用统一的执行机制来组织各种信息的提取、交换、共

6、享和处理，以保证系统内的信息畅通。（各模块间进行信息的自动传递和转换）目的是为了全面提高效率。CAD/CAM集成的方法CAD/CAM系统集成包括三个方面：硬件集成：CAD系统网络与CAM系统网络互连信息集成：CAD/CAM系统双向数据共享与集成功能集成：PDMS产品数据管理系统CAD/CAM集成的方法CAD/CAM系统集成方案通过专用数据接口实现集成利用标准格式接口文件实现集成基于统一的产品模型和数据库的集成基于产品数据管理（基于产品数据管理（PDM）的系统集成的系统集成产品数据管理产品数据管理PDMPDMPDMPDMPDMPDM定义定义定义定义：PDMPDMPDMPDM是管理所有与产品相关的

7、信息和过程的技术。是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。与产品相关的信息：与产品相关的信息：与产品相关的信息：与产品相关的信息：CAD/CAMCAD/CAMCAD/CAMCAD/CAM文件、材料清单、产品配置、文件、材料清单、产品配置、文件、材料清单、产品配置、文件、材料清单、产品配置、电子表格、供给商及用户清单等。电子表格、供给商及用户清单等。电子表格、供给商及用户清单等。电子表格、供给商及用户清单等。与产品相关的过程：设计过程、与产品相关的过程：设计过程、与产品相关的过程：设计过程、与产品相关的过程：设计过程

8、、加工工序、工作流程、加工工序、工作流程、加工工序、工作流程、加工工序、工作流程、审审审审批批批批发发发发放放放放过过过过程、程、程、程、产产产产品品品品变变变变更更更更过过过过程程程程等。等。等。等。关系数据库管理系统关系数据库管理系统关系数据库管理系统关系数据库管理系统面面面面 向向向向 对对对对 象象象象 管管管管 理理理理 系系系系 统统统统系统系统系统系统 工作工作工作工作 文档文档文档文档 工作流工作流工作流工作流 产品配产品配产品配产品配 零件分零件分零件分零件分 工程工程工程工程管理管理管理管理 环境环境环境环境 管理管理管理管理 程管理程管理程管理程管理 置管理置管理置管理置

9、管理 类管理类管理类管理类管理 管理管理管理管理用户界面开辟工具用户界面开辟工具用户界面开辟工具用户界面开辟工具工作站工作站工作站工作站微机微机微机微机网络计算机网络计算机网络计算机网络计算机用户层用户层用户层用户层功能层功能层功能层功能层对象层对象层对象层对象层支持层支持层支持层支持层PDM系统的体系结构系统的体系结构l l l l电子资料室管理和检索电子资料室管理和检索电子资料室管理和检索电子资料室管理和检索 PDMPDMPDMPDM最基本的功能，最基本的功能，最基本的功能，最基本的功能，PDMPDMPDMPDM核心。核心。核心。核心。l l l l产产产产品品品品配配配配置置置置管管管管

10、理理理理 以以以以电电电电子子子子资资资资料料料料室室室室为为为为底底底底层层层层支支支支持持持持，以以以以物物物物料料料料清清清清单单单单BOMBOMBOMBOM为为为为组组组组织织织织核核核核心心心心，把把把把产产产产品品品品所所所所有有有有工工工工程程程程数数数数据据据据和和和和文文文文档档档档联联联联系系系系起起起起来来来来，对产品相互关系管理。对产品相互关系管理。对产品相互关系管理。对产品相互关系管理。l l l l工工工工作作作作流流流流程程程程管管管管理理理理 实实实实现现现现产产产产品品品品设设设设计计计计与与与与修修修修改改改改正正正正程程程程的的的的跟跟跟跟踪踪踪踪与与与与

11、操操操操作作作作，包包包包括括括括工工工工程程程程数数数数据据据据资资资资料料料料的的的的提提提提交交交交、修修修修改改改改操操操操作作作作、监监监监视视视视审审审审批批批批、文文文文档档档档的分布操作、自动通知操作等。的分布操作、自动通知操作等。的分布操作、自动通知操作等。的分布操作、自动通知操作等。l l l l工工工工程程程程管管管管理理理理功功功功能能能能 实实实实现现现现工工工工程程程程实实实实施施施施过过过过程程程程中中中中的的的的方方方方案案案案、人人人人员员员员以以以以及及及及相相相相关关关关数数数数据据据据的的的的管管管管理理理理与与与与配配配配置置置置，进进进进行行行行工工

12、工工程程程程运运运运行行行行状状状状态态态态监监监监控控控控，完完完完成成成成方案反响。方案反响。方案反响。方案反响。PDMPDM功能功能基于PDM的集成平台 PDMPDM集集成成平平台台 在在PDMPDM上上可可以以集集成成或或封封装装CADCAD、CAECAE、CAPPCAPP、CAMCAM等等多多种种开开辟辟环环境境和和工工具具，使使CADCAD、CAPPCAPP、CAMCAM可可从从PDMPDM中中提提取取各各自自所所需需要要的的信信息息，处处理理结结果果再再放放回回PDMPDM中中去去，从从而而可可实实现现CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM之间的信息集成。之间的信息集成

13、。二、CAD/CAM系统的组成（一）硬件组成计算机及配件设备（数字化仪、光笔、打印机、绘图机、数控机床、机器人等）计算机系统：主机系统、成套系统、工作站、微机系统组织方式：单机系统、联机系统C CA AD DC CA AMM系系系系统统统统的的的的硬硬硬硬件件件件组组组组成成成成示示示示意意意意图图图图二、CAD/CAM系统的组成（二）软件组成（二）软件组成系统软件：UNIX、Windows(NT、2000、XP)计算机的公共性底层管理软件支撑软件实现CAD/CAM各种功能的通用的应用基础软件，不针对具体设计对象，只提供工作或开辟环境，是各类应用软件的基础。应用软件用户为了解决某个实际问题在支

14、撑软件的基础上经过二次开辟出来的软件，工厂根据本厂的特点设计的专用软件就属于此类。二、CAD/CAM系统的组成CAD/CAM支撑软件一般包括以下5种类型：1）、绘图软件：AutoCAD、凯图、开目CAD、PCCAD2）、几何建模软件：Pro/Engineer、UG、CATIA、I-deas、Solid Workers、Solid Edge、Inventor、MDT 二、CAD/CAM系统的组成CAD/CAM支撑软件一般包括以下5种类型：3）、计算机辅助工程软件：ANSYS、ABAQS、COSMOS、MSC NASTRAN、ADAMS（包括有限元分析与运动学/动力学仿真）4）、优化方法软件：OP

15、B5）、数据库系统软件：ORACLE、SQL Server三、CAD/CAM系统的功能（一）CAD/CAM系统的主要功能几何建模模型的工程分析处理：运动学动力学分析，有限元分析，优化设计等工程绘图计算机辅助工艺设计（CAPP）NC自动编程加工过程模拟仿真工程数据管理三、CAD/CAM系统的功能（二）CAD/CAM系统的作业过程创意构思-计算机辅助设计快速原型制造计算机辅助工艺规程计算机辅助NC编程虚拟制造（制造）第二节 CAD/CAM系统的支撑技术 CAD/CAM是一项计算机应用技术，是一项计算机应用技术，所涉及的内容极其广泛。需要多种技术所涉及的内容极其广泛。需要多种技术的支持，如数据管理技

16、术、网络技术、的支持，如数据管理技术、网络技术、成组技术、工程分析技术、仿真技术等。成组技术、工程分析技术、仿真技术等。随着随着CADCAM技术应用范围的深入和技术应用范围的深入和扩大，数据管理技术和网络技术将占据扩大，数据管理技术和网络技术将占据越来越重要的地位。越来越重要的地位。一、数据管理技术 机械CADCAM涉及的数据包括产品的物理特征，材料性能、数学模型，零件规格、几何形体描述、测试数据、各种设计标准和标准等，内容极为广泛。数据表现形式除了数值、文字信息之外，还有大量的几何图形信息，具有数据量大、种类多，结构复杂的特点。如何管理这些数据信息，直接影响CADCAM系统的应用水平和工作效

17、率。其数据管理已从文件管理模式开展为工程数据库管理模式。文件管理系统数据的冗余度大、缺乏数据的独立、没有集中管理，数据的完整性和平安性差。数据库管理系统数据的物理存储独立于应用程序、由于同一数据可组织在不同的文件中，因此每个数据在理论上只需要存储一次，因而减少了数据的冗余。通过DBMS实现对数据的统一操作，保证了数据的正确性和保密性。工程数据库管理系统 工程数据库工程数据库是指能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数据库，它与一般商用数据库的主要差异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。机械CADCAM系统面临整个设计和制造过程的数据，包括文字的和图形的。静态的和动态的，非常

18、复杂。机械CADCAM系统数据类型1、管理型数据管理型数据管理型数据管理型数据主要包括产品设计与制造过程中主要包括产品设计与制造过程中所用到的各种数据资料，如国家标准和标准。所用到的各种数据资料，如国家标准和标准。产品名录。技术资料等。产品名录。技术资料等。这类数据其数据结构这类数据其数据结构这类数据其数据结构这类数据其数据结构不变，数据之间关系清楚，数据相对稳定不变，数据之间关系清楚，数据相对稳定不变，数据之间关系清楚，数据相对稳定不变，数据之间关系清楚，数据相对稳定。2、设计型数据设计型数据设计型数据设计型数据是指生产设计过程所产生的数据，是指生产设计过程所产生的数据，如产品功能描述数据，

19、设计分析参数，各种资如产品功能描述数据，设计分析参数，各种资源描述数据等。源描述数据等。这类数据最大的特点是动态性。这类数据最大的特点是动态性。这类数据最大的特点是动态性。这类数据最大的特点是动态性。包括数值、数据类型和数据结构，它们是随设包括数值、数据类型和数据结构，它们是随设包括数值、数据类型和数据结构，它们是随设包括数值、数据类型和数据结构，它们是随设计过程的展开在不断的变化计过程的展开在不断的变化计过程的展开在不断的变化计过程的展开在不断的变化。机械CADCAM系统数据类型3、加工制造型数据加工制造型数据加工制造型数据加工制造型数据这类数据包括加工工艺数据、这类数据包括加工工艺数据、数

20、控加工指令、检测监控数据等，是为加工制数控加工指令、检测监控数据等，是为加工制造服务的数据造服务的数据，要求实时性较高要求实时性较高要求实时性较高要求实时性较高。4、图形数据图形数据图形数据图形数据包括产品各种图表、二维或三维的零件图和装配图。这类数据也是呈动态性的，它往往在设计过程中急剧增加往往在设计过程中急剧增加往往在设计过程中急剧增加往往在设计过程中急剧增加，例如对一个三维图形剖切一刀后，立即产生剖面图上所有交点、线和面的数据。工程数据库系统的主要特点1、具有复杂工程数据的存储和管理的能力具有复杂工程数据的存储和管理的能力：处理工程数据的非结构化的变长数据和特殊类型数据，支持多媒体信息的

21、集成管理。2、具有动态建模的能力具有动态建模的能力：不仅能对结构化数据进行建模，而且能够动态地进行模型的建立，修改和扩充，支持反复改进的工程设计过程。工程数据库系统的主要特点3、支持多库操作和多版本管理支持多库操作和多版本管理由于工程设计用到的信息多种多样，需要在各设计模块间传递数据，需要多库操作。由于工程事务的复杂性和反复试验的实践性，要求工程数据库系统具有良好的多版本管理和存储功能，以正确地反映工程设计过程和最终状态。4、支持工程数据的长记录存取和文件兼容支持工程数据的长记录存取和文件兼容处理处理，如工程图本身。工程数据库系统的主要特点 5、支持智能型的规则描述和查询处理具有一定的语义识别

22、、推理和查询规则能力，能够自动检测和维护设计规则能够自动检测和维护设计规则。6、具有良好的数据库系统环境和支持工具，适应大容量，快速和分布式设计环境的适应大容量，快速和分布式设计环境的要求。要求。二、计算机网络技术 计算机网络具有单个计算机所不具备的功能和特点：能够在计算机之间能够在计算机之间快速地实现数据的传递快速地实现数据的传递；共享网内计共享网内计算机软、硬件资源算机软、硬件资源；网内各计算机站点可互为后备，提高计算机系统的可靠性；假设干台计算机可以共同完成一假设干台计算机可以共同完成一项项CADCAM任务，进行协同作业。任务，进行协同作业。三、可视化技术1 1、可视化技术概念、可视化技

23、术概念1 1 定义：定义：2020世纪世纪8080年代后期开展起来的一个新研年代后期开展起来的一个新研究领域，它运用计算机图形学和图像处理技术，究领域，它运用计算机图形学和图像处理技术，将计算机计算处理结果转换为图形或图像形式在将计算机计算处理结果转换为图形或图像形式在屏幕上显示出来的理论和方法。屏幕上显示出来的理论和方法。可视化技术概念2 特点：特点：1）可使研究者一目了然获得研究对象的变化规律和分布情况，加快数据处理速度，使庞大数据得到有效利用；2）可使人们发现和理解科学计算过程中所出现的不同现象；3）可使人们对计算过程进行引导和操作，通过交互手段改变计算所依据的条件并观察其影响。2、可视

24、化技术的应用、可视化技术的应用 医学医学医学医学 如如如如B B超、超、超、超、CTCT等等等等 地质勘探地质勘探地质勘探地质勘探 以勘探数据或测井数据的等值面、等值线图以勘探数据或测井数据的等值面、等值线图以勘探数据或测井数据的等值面、等值线图以勘探数据或测井数据的等值面、等值线图显示其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及显示其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及显示其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及显示其范围及走向，并用不同颜色显示出多种参数及其相互关系，可对钻井作业做出指导，减少无效井位。其相互关系，可对钻井作业做出指导，减少无效井位。其相互关系，可对钻井作业做出指导，减

25、少无效井位。其相互关系，可对钻井作业做出指导，减少无效井位。气象学气象学气象学气象学 可将气象数据转换为等压面、等温面、位涡、可将气象数据转换为等压面、等温面、位涡、可将气象数据转换为等压面、等温面、位涡、可将气象数据转换为等压面、等温面、位涡、云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的云层的位置及运动、暴雨区的位置及其强度、风力的大小及方向等。大小及方向等。大小及方向等。大小及方向等。计算流体力学计算流体力学计算流体力学计算流体力学 可将计算结果数据动态地显示出流体中可将计算结果数据动态地显示出流

26、体中可将计算结果数据动态地显示出流体中可将计算结果数据动态地显示出流体中每一点的流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、每一点的流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、每一点的流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、每一点的流速和流向，表示出涡流、冲击波、剪切层、尾流及湍流等流体的运动状态。尾流及湍流等流体的运动状态。尾流及湍流等流体的运动状态。尾流及湍流等流体的运动状态。有限元分析有限元分析有限元分析有限元分析 实现形体的网络剖分以及对有限元分析结实现形体的网络剖分以及对有限元分析结实现形体的网络剖分以及对有限元分析结实现形体的网络剖分以及对有限元分析结果进行各种不同的图形图像显示，即所谓有

27、限元分析果进行各种不同的图形图像显示，即所谓有限元分析果进行各种不同的图形图像显示，即所谓有限元分析果进行各种不同的图形图像显示，即所谓有限元分析的前后置处理。的前后置处理。的前后置处理。的前后置处理。砂带磨头的有限元分析砂带磨头的有限元分析砂带磨头的有限元分析砂带磨头的有限元分析3、可视化技术算法、可视化技术算法可视化处理层次：可视化处理层次：可视化处理层次：可视化处理层次：事后可视化处理事后可视化处理事后可视化处理事后可视化处理 在计算结束后在脱机状态下，对计算结果进行在计算结束后在脱机状态下，对计算结果进行在计算结束后在脱机状态下，对计算结果进行在计算结束后在脱机状态下，对计算结果进行可

28、视化处理，不要求对数据进行实时显示处理，其处理能力需求可视化处理，不要求对数据进行实时显示处理，其处理能力需求可视化处理，不要求对数据进行实时显示处理，其处理能力需求可视化处理，不要求对数据进行实时显示处理，其处理能力需求较低。较低。较低。较低。跟踪可视化处理跟踪可视化处理跟踪可视化处理跟踪可视化处理 要求跟踪计算过程，实时显示计算结果，并根要求跟踪计算过程，实时显示计算结果，并根要求跟踪计算过程，实时显示计算结果，并根要求跟踪计算过程，实时显示计算结果，并根据计算结果判断计算过程正确性。据计算结果判断计算过程正确性。据计算结果判断计算过程正确性。据计算结果判断计算过程正确性。驾驭可视化处理驾

29、驭可视化处理驾驭可视化处理驾驭可视化处理 不仅要求实时处理，如有必要还要能够通过交不仅要求实时处理，如有必要还要能够通过交不仅要求实时处理，如有必要还要能够通过交不仅要求实时处理，如有必要还要能够通过交互方式修改原始数据、边界条件或其它参数，对计算过程加以实互方式修改原始数据、边界条件或其它参数，对计算过程加以实互方式修改原始数据、边界条件或其它参数，对计算过程加以实互方式修改原始数据、边界条件或其它参数，对计算过程加以实时地操作，要求有很强的计算能力以及很强的交互操作功能。时地操作，要求有很强的计算能力以及很强的交互操作功能。时地操作，要求有很强的计算能力以及很强的交互操作功能。时地操作，要

30、求有很强的计算能力以及很强的交互操作功能。目前，可视化技术水平大量还处于事后处理阶段。目前，可视化技术水平大量还处于事后处理阶段。目前，可视化技术水平大量还处于事后处理阶段。目前，可视化技术水平大量还处于事后处理阶段。三维数据场可视化处理算法三维数据场可视化处理算法1 几何图元构造法几何图元构造法几何图元构造法几何图元构造法 首先由三维数据场构造一个个如曲线、平首先由三维数据场构造一个个如曲线、平首先由三维数据场构造一个个如曲线、平首先由三维数据场构造一个个如曲线、平面、曲面的等中间几何图元，然后再用计算机面、曲面的等中间几何图元，然后再用计算机面、曲面的等中间几何图元，然后再用计算机面、曲面

31、的等中间几何图元，然后再用计算机图形学对这些图元进行绘制，如等值线、等值图形学对这些图元进行绘制，如等值线、等值图形学对这些图元进行绘制，如等值线、等值图形学对这些图元进行绘制，如等值线、等值面等。面等。面等。面等。体绘制法体绘制法体绘制法体绘制法 不需要构造中间几何图元，而是由不需要构造中间几何图元，而是由不需要构造中间几何图元，而是由不需要构造中间几何图元，而是由三维数据场直接产生屏幕上二维图像的方法三维数据场直接产生屏幕上二维图像的方法三维数据场直接产生屏幕上二维图像的方法三维数据场直接产生屏幕上二维图像的方法。三维数据场可视化处理算法三维数据场可视化处理算法2 基本思想：将三维体空间按

32、所需精度分割为一个基本思想：将三维体空间按所需精度分割为一个基本思想：将三维体空间按所需精度分割为一个基本思想：将三维体空间按所需精度分割为一个个小正方体元，每个体元可看成能够接受或发个小正方体元，每个体元可看成能够接受或发个小正方体元，每个体元可看成能够接受或发个小正方体元，每个体元可看成能够接受或发光的粒子，根据数据点梯度值对每个粒子的光光的粒子，根据数据点梯度值对每个粒子的光光的粒子，根据数据点梯度值对每个粒子的光光的粒子，根据数据点梯度值对每个粒子的光强和透明度进行计算，沿着视线观察方向将这强和透明度进行计算，沿着视线观察方向将这强和透明度进行计算，沿着视线观察方向将这强和透明度进行计

33、算，沿着视线观察方向将这些粒子投影到二维平面图像上，从而得到一幅些粒子投影到二维平面图像上，从而得到一幅些粒子投影到二维平面图像上，从而得到一幅些粒子投影到二维平面图像上，从而得到一幅透明的投影图像。透明的投影图像。透明的投影图像。透明的投影图像。体绘制特点：可得到三维数据场的全局图像，体绘制特点：可得到三维数据场的全局图像，体绘制特点：可得到三维数据场的全局图像，体绘制特点：可得到三维数据场的全局图像，可将不同层次、材料、特性等在一幅图像中整可将不同层次、材料、特性等在一幅图像中整可将不同层次、材料、特性等在一幅图像中整可将不同层次、材料、特性等在一幅图像中整体表现出来。体表现出来。体表现出

34、来。体表现出来。4、可视化流程、可视化流程1数据生成数据生成数据精炼与处理数据精炼与处理可视化映射可视化映射生成绘制生成绘制变换显示变换显示4、可视化流程、可视化流程2 数据生成数据生成数据生成数据生成 由计算机数值模拟或测量仪器产生数由计算机数值模拟或测量仪器产生数由计算机数值模拟或测量仪器产生数由计算机数值模拟或测量仪器产生数据。据。据。据。数据的精炼与处理数据的精炼与处理数据的精炼与处理数据的精炼与处理 通过精炼和处理以减少数通过精炼和处理以减少数通过精炼和处理以减少数通过精炼和处理以减少数据量。据量。据量。据量。可视化映射可视化映射可视化映射可视化映射 将经过处理的原始数据转换为可将经

35、过处理的原始数据转换为可将经过处理的原始数据转换为可将经过处理的原始数据转换为可供绘制的几何图素和属性。供绘制的几何图素和属性。供绘制的几何图素和属性。供绘制的几何图素和属性。图形或图像的生成绘制图形或图像的生成绘制图形或图像的生成绘制图形或图像的生成绘制 将所产生的几何图素将所产生的几何图素将所产生的几何图素将所产生的几何图素和属性转换并绘制可供显示的图形或图像。和属性转换并绘制可供显示的图形或图像。和属性转换并绘制可供显示的图形或图像。和属性转换并绘制可供显示的图形或图像。图形变换和显示图形变换和显示图形变换和显示图形变换和显示 包括图像的几何变换、图像包括图像的几何变换、图像包括图像的几

36、何变换、图像包括图像的几何变换、图像压缩、颜色量化、图像格式转换以及图像的动压缩、颜色量化、图像格式转换以及图像的动压缩、颜色量化、图像格式转换以及图像的动压缩、颜色量化、图像格式转换以及图像的动态输出等。态输出等。态输出等。态输出等。火箭头部温度场和压力场可视化火箭头部温度场和压力场可视化火箭头部温度场和压力场可视化火箭头部温度场和压力场可视化 a)a)原始数据原始数据原始数据原始数据 b)b)经处理的数据经处理的数据经处理的数据经处理的数据 c)c)抽象可视化模型抽象可视化模型抽象可视化模型抽象可视化模型 d)d)操作及图像显示操作及图像显示操作及图像显示操作及图像显示 四、人工智能技术四

37、、人工智能技术人工智能的定义：人工智能的定义：人工智能的定义：人工智能的定义：里奇里奇里奇里奇等从等从人工智能目标人工智能目标人工智能目标人工智能目标出发，认为出发，认为“人工智能是研究如何让计算人工智能是研究如何让计算机做现阶段人类才能做得更好的事情机做现阶段人类才能做得更好的事情”。布克南布克南布克南布克南等从实现等从实现人工智能方法人工智能方法人工智能方法人工智能方法角度，认为角度，认为“人工智能是计算机科人工智能是计算机科学的分支，它用符号的、非算法的方法进行问题的求解学的分支，它用符号的、非算法的方法进行问题的求解”。尼尔森尼尔森尼尔森尼尔森从从人工智能处理对象人工智能处理对象人工智

38、能处理对象人工智能处理对象出发，认为出发，认为“人工智能是关于知识的人工智能是关于知识的科学，即怎样获取知识和怎样使用知识的科学科学，即怎样获取知识和怎样使用知识的科学”。清华大学清华大学石纯一石纯一石纯一石纯一教授认为教授认为“人工智能是计算机科学的一个分支，人工智能是计算机科学的一个分支，人工智能是计算机科学的一个分支，人工智能是计算机科学的一个分支，是研究用计算机表现出人类某些智能行为的科学，包括实现智能是研究用计算机表现出人类某些智能行为的科学，包括实现智能是研究用计算机表现出人类某些智能行为的科学，包括实现智能是研究用计算机表现出人类某些智能行为的科学，包括实现智能的原理、制造类似人

39、脑的计算机，使计算机更聪明地实现高层次的原理、制造类似人脑的计算机，使计算机更聪明地实现高层次的原理、制造类似人脑的计算机，使计算机更聪明地实现高层次的原理、制造类似人脑的计算机，使计算机更聪明地实现高层次的应用。的应用。的应用。的应用。”专家系统专家系统 专家系统专家系统专家系统专家系统:一种智能软件，是运用知识和推理来解决只有人类专家才一种智能软件，是运用知识和推理来解决只有人类专家才一种智能软件，是运用知识和推理来解决只有人类专家才一种智能软件，是运用知识和推理来解决只有人类专家才能解决的复杂问题。能解决的复杂问题。能解决的复杂问题。能解决的复杂问题。专家系统特点专家系统特点专家系统特点

40、专家系统特点:具有专家水平的专门知识具有专家水平的专门知识具有专家水平的专门知识具有专家水平的专门知识;具有推理机构，可根据已知事实和知识进行有效的推理；具有推理机构，可根据已知事实和知识进行有效的推理；具有推理机构，可根据已知事实和知识进行有效的推理；具有推理机构，可根据已知事实和知识进行有效的推理；强调应用没有严谨理论依据的专家经验这种启发性知识。强调应用没有严谨理论依据的专家经验这种启发性知识。强调应用没有严谨理论依据的专家经验这种启发性知识。强调应用没有严谨理论依据的专家经验这种启发性知识。知识和推理策略完全别离，便于知识库维护和扩充；知识和推理策略完全别离，便于知识库维护和扩充；知识

41、和推理策略完全别离，便于知识库维护和扩充；知识和推理策略完全别离，便于知识库维护和扩充；能向用户解释推理过程，使用户理解系统是如何解决问题的。能向用户解释推理过程，使用户理解系统是如何解决问题的。能向用户解释推理过程，使用户理解系统是如何解决问题的。能向用户解释推理过程，使用户理解系统是如何解决问题的。专家系统的结构组成与工作原理专家系统的结构组成与工作原理 专家系统结构组成专家系统结构组成专家系统结构组成专家系统结构组成 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：根据已知事实和知识，由根据已知事实和知识，由根据已知事实和知识，由根据已知事实和知识，由给定的前提推导出未知的结给定的前提推导出未知

42、的结给定的前提推导出未知的结给定的前提推导出未知的结论，并将之放入数据库作为论，并将之放入数据库作为论，并将之放入数据库作为论，并将之放入数据库作为新事实继续进行推理，使问新事实继续进行推理，使问新事实继续进行推理，使问新事实继续进行推理，使问题由未知状态转换为已知状题由未知状态转换为已知状题由未知状态转换为已知状题由未知状态转换为已知状态。在系统运行过程中，不态。在系统运行过程中，不态。在系统运行过程中，不态。在系统运行过程中，不断通过人机接口与用户交互，断通过人机接口与用户交互，断通过人机接口与用户交互，断通过人机接口与用户交互，向用户提问，并做出推理解向用户提问，并做出推理解向用户提问，

43、并做出推理解向用户提问，并做出推理解释。释。释。释。第三节 CAD/CAM的开展历史1946年，第一台计算机诞生1952年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构研究所试制成功世界上第一台数控机床：三坐标铣床（电子管元件、直线插补）1955年，研制出APT自动数控编程系统用于加工复杂零件曲面这一阶段出现了由计算机操作的平板绘图机。第三节 CAD/CAM的开展历史1962年，提出了计算机图形学，人机交互技术和图形符号的分层数据结构存储思想，为CAD技术提供了理论基础。随后出现了许多商品化的CAD系统：通用汽车公司的DAC-1系统；洛克希德飞机公司的CADAM等，软硬件价格均贵1966年，挪威开始研究工

44、艺设计自动化系统，并于1969年正式发表AUTOPROS系统-利用成组技术原理开辟得最早的CAPP系统。第三节 CAD/CAM的开展历史1960年代末，出现DNC系统（Direct Numerical Control）用一台或几台计算机直接操作假设干台数控机床的系统操作方法-群控。解决纸带输入数控程序故障多的问题。1970年代中期，小型计算机应用到数控机床出现计算机数控系统（CNC）-用通用计算机软件实现数控的大局部功能（译码、插补、刀补、速度处理、位置操作）。第三节 CAD/CAM的开展历史1970年代末，辛辛那提公司研制出世界上第一条FMS柔性制造系统。1970年代以后，DNC开展成为分布

45、式数字操作系统，具有信息收集、系统状态监控等功能。1980年代初，CAD开始全面打入市场，包括高端的三维CAD/CAM一体化系统，如CADDS、UG、IDEAS、CATIA等；和低端的二维系统AutoCAD第三节 CAD/CAM的开展历史1980年代以后，CAD/CAM技术不断完善，在CAD技术领域，出现了很多革命性技术，如：实体建模技术、参数化技术、特征造型技术、变量化技术等使CAD技术进入了一个全 。CAM领域开展出了计算机集成制造技术CIMS1990年代后，数控领域进入了以PC机为平台的开放式机构数控系统时代。制造方面将ERP（企业资源方案）概念引入CAM领域，将辅助制造领域进一步扩大。

46、同时将并行设计思想引入CAD/CAM系统，进一步提高了企业的产品开辟效率。第三节 CAD/CAM的开展历史 9090年代，年代，年代，年代，CADCADCAMCAM技术正从传统的面向零件的技术正从传统的面向零件的技术正从传统的面向零件的技术正从传统的面向零件的CADCADCAMCAM集成阶段向面向产品并行设计，制集成阶段向面向产品并行设计，制集成阶段向面向产品并行设计，制集成阶段向面向产品并行设计，制造协同工作环境方向开展。造协同工作环境方向开展。造协同工作环境方向开展。造协同工作环境方向开展。并行工程要求产品开并行工程要求产品开辟人员在设计阶段就考虑产品整个生命周期的所辟人员在设计阶段就考虑

47、产品整个生命周期的所有因素，包括制造，装配，检测和销售等，要求有因素，包括制造，装配，检测和销售等，要求产品设计一次成功产品设计一次成功。在这一阶段，面向产品全生命周期的建模技术，基于工程数据库的企业级产品数据管理（PDM），由工程工作站或高档微机组成的客户机/服务器的网络系统，支持群体小组的协同工作模式，是整个20世纪90年代CADCAM技术研究的热点问题。第三节 CAD/CAM的开展历史下面简要介绍一下CAD技术的4次技术革命，同学们也可以从中初步了解一下常见CAD系统中的主要技术。一、第一次CAD技术革命：曲面造型系统 20世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初

48、期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的外表信息，CAE及CAM均无法实现。第一次CAD技术革命：曲面造型系统 进入20世纪70年代，飞机和汽车工业中遇到了大量的自由曲面问题，随着法国人提出了贝赛尔算法，使人们用计算机处理曲线及曲面问题变得可行，同时也使得法国达索飞机制造公司的开辟者们，能在二维绘图系统CADAM的基础上，开辟出以外表模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。第一次CAD技术革命：曲面造型系统 CATIA的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图样的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件

49、的主要信息，同时也使得CAD技术的开辟有了现实的基础。曲面造型系统CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的落后的工作方式。第一次CAD技术革命：曲面造型系统 此时的CAD技术价格极其昂贵（当当时时在在国国内内租租用用一一套套CATIA的的年年租租金金1520万万美美元元），而且软件商品化程度低，开辟者本身就是CAD用户，彼此之间技术保密。只有少数几家受到国家财政支持的 火商，才有条件独立开辟或依托某厂商开展CAD技术。第一次CAD技术革命：曲面造型系统当时昂贵的曲面造型系统：当时昂贵的曲面造型系统：CADAM CADAM由 洛克希德(Lochhee

50、d)公司开辟；CALMACALMA由 通用电气公司(GE)开辟；CVCV由 波音(Boeing)公司开辟；IDEASIDEAS由 国家航空及宇航局(NASA)开辟；UGUG由 麦道(MD)公司开辟；CATIACATIA由法国达索(Dassault)公司开辟。这时的CAD技术主要应用在 用工业。二、第二次CAD技术革命：实体造型技术 背景：背景：20世纪80年代初，CAD系统价格依然令一般企业望而却步，这使得CAD技术无法拥有更广阔的市场。为使自己的产品更具特色，在有限的市场中获得更大的市场份额，以CV、SDRC、UG为代表的系统开始朝各自的开展方向前进。二、第二次CAD技术革命：实体造型技术S