计算机辅助设计1

一计算机辅助制造概念

工业企业应用计算机的概况：1计算机在工业生产中；2计算机在产品设计中；3计算机在企业管理中；4计算机应用的一体化；5计算机应用的发展。

CIM概念：1企业各个环节是不可分割的；2整个制造生产过程实质上是对信息的采集…传递和加工处理的过程。

CIMS：CIMS则是在CIM概念指导下建立的制造系统。他是在自动化技术、信息技术、和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，讲制造过程中各种分散的自动化系统有机的集成起来，已形成适用于多品种、小批量生产的、实现总体效益的智能化制造系统。

CAM技术是通过分级计算机体系结构，处理产品生产准备的工艺设计和作业计划设计，监控生产过程的加工、装配、物料搬运和产品质量检测与评价等各阶段作业的综合信息处理技术，是能监控生产过程中相互联系的制造作业，并以整体优化来控制其中的每一项作业的计算机应用系统。

CAM组成：它应由作为硬件的生产设备和作为软件的生产信息两大部分组成。

船舶产品及其制造过程的一系列特点：1造船生产方式的特点；2船体设计的表示方法特点；3船体建造工程的施工特点；4船舶舾装系统在船舶制造中的施工特点。

造船CAM技术特点：1船体放样的数据处理和计算2管系、电缆布置的数据处理和计算3船体构件的计算机辅助套料4船体构件加工特点的影响5船体装焊工艺特点的影响6舾装系统安装工艺特点的影响。

造船CAM技术的前三个特点，是在进入数控加工之前需要进行大量复杂的数据处理和计算工作，而且是属于生产工艺准备阶段的工作内容，他们与造船生产设计相互联系、相互结合、相互传递所需的信息。后三个特点是形成高度自动化和搞柔性化的造船cam系统的关键。

造船CAM的应用：1计算和统计工作2取代某些工艺过程（船体放样、套料和管系）3工艺过程控制（机床和辅助作业机械的数控）4信息存储、传递和信息处理5生产过程的监测。

造船CIMS组成：订货系统、计算机辅助工程系统、柔性制造系统、及造船工程数据库。

CIMS发展趋势：1系统集成技术和方法的研究，诸如各层计算机和各种自动化装置之间的处理任务的合理分配方案、系统的通信网络格式和快速通讯方案、对系统中千差万别的庞大数据库的数据挂历和数据处理技术。2以计算机技术为手段的船型试验和船舶性能分析方法的研究，诸如数学水池建设、新结构设计法。3按造船cims目标改造和继续纵深开发造船cad/cam系统，研究开发计算机辅助生产管理和业务管理等系统。4造船专用的装配、焊接和涂装等只能机器人及其脱机编程高级语言的研究开发及应用。5造船柔性制造系统的关键技术（如高柔性自动化装置和系统监控技术等的）研究、开发和应用。

二船体型线的数值表达

研究函数曲线表达式的两种方法：一种是使选择的函数表达式点点通过已知型值点，这就是所谓曲

线插值；另一种是使选择的函数值逼近已知的型值

点，这就是所谓的曲线拟合。

样条函数：简单来说就是分段解析函数，在曲线插值或拟合中多数采用多项式样条函数，就是整体具有一定连续性而分段多为多项式的样条函数。

圆弧样条;就是使用圆弧这个最简单的二次曲线，并以样条的思想而产生的圆样条。采用参数样条函数描述自由曲线的优点：1被描述的自由曲线的形状，在本质上是与坐标轴的选取无关的。2参数样条函数将自变量和因变量完全分开，使得参数变化对各因变量的影响可以明显的表示出来。3任何空间物体在坐标系中都可能会在某一位置上出现垂直切线和切平面，导致在该处斜率无穷大。4用参数样条函数表示曲线时因参变量是规范化的，因而所表示的曲线总是有界得，不需要另设其它几何数据来定义起边界。

手工放样对船体型线的绘制：乃是根据在平面上给定的一组离散点（型值点），将样条逐点通过给定点弯成要求的曲线形状，并逐点用压铁压紧固定。在力学上木样条就可以模拟为在压铁压点处受集中载荷作用的校绕度等横截面弹性细梁。

对给定的三次样条函数f(x)应满足一下条件：1f(xi)=yi(i=1,2,3,...)2f(x)在区间【a,b】上有连续的一介及二介导数；3f(x)在每个子区间[xi,yi]上都是三次多项式。

三船体型线光顺的数学描述

船体型线光顺：就是根据给定的型值表数据，用样条绘制船体型线，对型线进行光顺性判别，并对不光顺处进行型值调整，使三个投影面上的型线都满足光顺性何型值一致性的要求。

所谓数学上的光滑：就是用数学函数定义集合曲线时，要求所定义的曲线不间断，还要求在连接节点处具有公共的切线，这就是用来定义的数学函数应具有函数及其一介导数连续条件；在曲线与曲线连接时，应具有函数及其一介导数·二阶导数连续条件。

工程上的光顺概念：一般可以归纳为曲线在满足光顺条件的基础上，其弯曲变化趋势应满足工程上的和顺要求。

手工放样中型线光顺准则；1型线上应没有不符合设计要求的间断和折角点2型线弯曲方向的变化应符合设计要求，更不允许产生局部凹凸现象3型线弯曲程度的变化必须是均匀的4型线调整光顺后，各型值点的型值应尽量接近原设计点的型值5型线调整光顺后，型线上任一点在三个投影面上的型值必吻合。

数学光顺的型线光顺性判别和型值调整准则：1型线的插值或拟合函数应满足函数其一介，二介导数的连续条件2型线的曲率符号变化应符合设计要求，没有多余拐点3型线的曲率数值变化应该是均匀的4调整光顺型线时，应使个型值点的型值偏移达到最小。

判别型线多余拐点的数学方法，常见的多余拐点的几种类型：1相邻三个型值点质检出现两个拐点，则其中间型值点不满足光顺要求，必须清除。2相邻四个型值点间出现三个拐点，其中必有一个拐点属于设计要求的拐点。3相邻五个型值点间出现四个拐点，则必然是其中间型值点不满足光顺要求。4相邻四个或五个型值点间出现两个拐点，这种类型有两种可能。其一，他们都是设计要求的拐点，其二，其中有多余拐点。5因曲线端点切线斜率决定不当，导致靠近曲线端点处出现多余拐点。

光顺曲线的曲率值变化，随着x 值得递增，呈现出逐渐递增或逐渐递减的白莲花规律，他表示曲线曲率值得变化应满足单调性要求，如果相邻两节点的曲率二介差商产生变号，则表明曲线曲率值的变化规律不满足光顺要求。

回弹法光顺船体型线：是根据手工放样中提起曲线上不光顺点的压铁，使样条适当回弹，以实现型线光顺的办法，建立起来的数学光顺方法。

数学光顺中，用于光顺的方法：1 三向循环光顺法：此法是模拟手工放样的数学光顺方法。首先对横坡面进行单根曲线光顺计算，接着光顺水线，然后光顺纵坡面，最后检查三组型值的收敛性，反复迭代，直至三个投影面上计算所得的型值偏差收敛至允许偏差范围之内。这种方法的主要缺点是收敛性差。2三向v 形循环法:三向循环光顺收敛性差，主要是纵坡面与水线的交点难以收敛。采用以水线面为基础，来回与横和纵之间，不断滴循环作三向光顺，称为三向v形循环法光顺；3二向转三向循环光顺法；4局部光顺法；5双表格法

艏端数学光顺内容：1光顺艏柱外形轮廓线；2光顺艏圆弧圆心线（半径曲线）；3光顺切点线。

四船体构件展开的数学方法

手工测地线展开法的展开操作内容；1作测地线，他包括做肋骨弦线的垂线，求垂线与相邻肋骨弦的交点，量取肋骨线与垂线交点间的肋骨线弧长；2求上下纵接缝线和测地线各段实长，求测地线上下侧的各肋骨线弧长3求中间肋骨的肋骨弯度和转角4作展开图

五船体加工的数值表示

数控程序包括：对图形的几何形状和尺寸的处理，工艺路线好热工艺参数，辅助加工信息等全部内容，并依照数控指令的规定格式，逐一按顺序编成程序单。

图形处理语言：为解决数控加工而专门对零件图形进行处理的语言。

图形处理语言系统由图形处理语言和图形处理程序良部分组成。

图形处理语言的语句：用来定义构件的几何形状，加工机械动作，算术运算和系统控制等，用他可以直接编写出构件的应用程序。

图形处理程序是用来编译图形应用程序和制作指令带的专用解析程序。

图形处理程序虽然类型不同，但根据其作用一般包含差错检查程序，计算程序和后信息处理三向内容。

图形元素：点，直线，圆弧，曲线，和基本图形

图形处理语句按作用分为以下几种：1控制语句；2几何图形定义语句；3计算语句；4动作语句；5数据存储语句；6其它语句。

不同的图形处理语言系统，起语句表达形式不同，但是他们都要完成几何图形定义，几何定义的基本运算，辅助动作，信息处理，编制和输出数控指令等。

必须要对放样中得到的窗体构件数值进行割缝补偿，曲线的圆弧化处理及套料后重新建立构件几何形状的数值表示，才能进行数控程序员的编制工作。

为什么要割缝补偿：用气割方法切割窗体构件边缘时，由于切割氧是具有一定直径的圆柱气流，切割出的割缝具有一定的宽度。若按理论形状和尺寸进行数控切割，结果会改变构件理论形状和尺寸。这对不留余量的构件，起后果是严重的。割缝补偿值一般取3mm.

曲线部分的割缝补偿线乃是过去想上个点作切线之法线，并在法线上取h=3mm（补偿值）得到的。

凡在构件转角处采用圆弧切角和对构件作圆开口时，经割缝补偿后每个圆弧处的轮廓线都要增加两端等于h的过渡直线。

数控套料：船体零件套料是合理使用原材料，减少原材料的消耗，降低造船成本的重要手段。数控套料则是将计算机辅助船体建造中，与数控边缘加工配套的工艺过程。即使用计算机定义船体构件的图形，再将这些构件图形置于钢板边框内进行合理排列的过程。

在钢板边框内配置船体构件时必须满足：1构件的组合与船厂的工程进度相适应；2钢板利用率高；3切割精度好，效率高。

数控套料的基本方法：1数控绘图机套料；2图形显示系统套料。

交互式图形显示系统套料哟欧典：1图像直观，便于修改；2便于人机对话；3将原来需要人工编成的工作转化为感应板上的功能格或键盘上的功能操作，使工作变得十分简单；4节省套料工时；

气割机常用的是逐点比较法。割嘴每移动一步需四个节拍，即偏差判别，割嘴进给，偏差计算和终点判断。船体型材结构件的成形加工，以冷弯成形为发展方向。目前已研究成功的端点控制法，适应控制法，弦线测量控制法。弦线法与端点测量法相比具有检测简便准确进料误差对成形精度影响小，型材的整体和各段曲线成形精度高的优点。

逆直线法：就是先在肋骨的原材料三样画出一定形状的曲线。然后将肋骨弯度加工至所画的曲线变成直线时止，则型材加工成形了。

水火弯板的影响因素：1可以忽略的因素（气温，材质）；2固定的参数；3需要根据加工对象随时调整的参数；

水火弯板加工参数的选择：1冷却方式的选择；2水火距和水流量的确定；3火焰参数的选择；4焰道移动反方向的确定；5加热线长和焰道布置的原则。

六船体装配中数值计算

胎架：对于提高建造质量，减少焊接变形，扩大自动焊接，半自动焊接的应用以及减轻劳动强度等均有重要作用。

立柱式胎架：立柱和胎架基准面垂直，且高度课调节，利用一群调节好高度的立柱，可以控制所装分段的曲面形状。

立柱高度的计算目的在于是胎架基准面选在最优位置上。以便使整个分段处于比较平坦状态，有利于装配和应用自动焊和半自动焊，并且保证分段下面留有足够的工作空间。

船体分段由纵向连续构件（甲板，外板，龙骨，纵桁。纵骨）和横向构件（肋骨，舱壁，间断纵桁）组成。

当量面积定义：构件在单位长度内的体积。这里的构件指沿纵向有变化规律的间断型构件，肋骨及强肋骨。以连续型构件及洁净连续型构件为基础，对他们的面积曲线及当量面积曲线沿船体分段长度方向积分，可求出该分段内这些构件的重量