CAD技术-第二章 -7-CAD系统智能化技术与优化分析技术
智能CAD chapter2
基于原型的设计方法
思考题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 如何理解传统CAD的缺陷？ 如何理解智能CAD的目标和优势？ 智能CAD的研究领域有哪些？请举例说明。 智能CAD的方法有哪些？ 简述重演自动化和创新自动化的区别。 思考智能CAD各研究领域中智能性的体现。
著名研究机构
研究机构
CMU大学
住宅空间的智能综合设计
澳大利亚悉尼大学 英国爱丁堡大学 日本东京大学
通用设计理论
1994 中国人工智能学会智能CAD/CAM专业委员会
智能CAD研究领域
自动方案生成
理想状态
人类提出设计的要求，由计算机来模拟设计师，自动地 设计出形式多样的且能满足要求的设计方案来 未能实现全自动生成 局部自动方案生成 人机交互协作下的自动方案生成
ICAD描述（续）
将AI的理论和技术用之于CAD之中，使CAD系统能够 在某种程度上具有设计师般的智能和思维方法 设计师的智能和思维方法通常通过知识加以表示 基于知识的计算机辅助设计工程 多学科
计算机科学、人工智能 领域知识
ICAD目的
ICAD目的
实现设计自动化
通过支持设计师在设计过程中的思维来支持并且实现设计自动 化 终极目标 重演设计也可以自动或者半自动完成，但不具备创造性
色彩的搭配
真实感 遮挡、光照、阴影、纹理、… 经典真实感图形学算法
基于特定的计算模型和方法逐点计算 计算量非常大 真实感效果欠佳
智能渲染 智能图形学/智能图像处理
CAD中的人工智能应用知识点
CAD中的人工智能应用知识点在CAD中，人工智能的应用已经成为了一个重要的研究领域。
人工智能技术的发展使得CAD软件能够更好地帮助工程师和设计师完成各种设计任务，提高工作效率和设计质量。
本文将介绍CAD中人工智能的应用知识点。
一、智能设计在CAD软件的设计过程中，智能设计是一个非常重要的知识点。
智能设计是指利用人工智能技术对设计进行优化和改进。
通过建立合理的设计规则和算法，CAD软件可以根据设计师的需求自动生成最佳的设计方案。
智能设计可以大大减少设计师的工作量，提高设计效率。
二、智能建模智能建模是利用人工智能技术对CAD软件中的建模过程进行改进的一种方法。
智能建模可以通过学习和分析大量的设计数据，自动识别设计中的模式和规律，并利用这些模式和规律生成新的设计模型。
智能建模可以减少建模的时间和工作量，并提高建模的准确性和质量。
三、智能优化在CAD软件中，智能优化是一种通过人工智能技术对设计进行改进的方法。
智能优化可以根据设计的目标和约束条件，利用优化算法搜索最佳的设计解决方案。
智能优化可以帮助设计师在设计过程中快速找到最佳方案，并减少设计中的试错成本。
四、智能仿真智能仿真是一种利用人工智能技术对CAD软件中的仿真过程进行改进的方法。
智能仿真可以利用大量的仿真数据和机器学习算法，自动学习和分析仿真结果，从而提供更加准确和可靠的仿真预测。
智能仿真可以帮助设计师在设计过程中评估各种设计方案的性能，减少设计中的试错成本。
五、智能辅助除了智能设计、建模、优化和仿真之外，CAD软件中还有很多其他的智能辅助功能。
例如，智能辅助可以自动检测设计中的错误和冲突，并进行修复；智能辅助可以根据设计规范和标准，对设计进行自动化的合规性检查；智能辅助还可以对设计进行自动化的变更管理和版本控制。
总结CAD中的人工智能应用是一个非常广泛的领域，涵盖了智能设计、智能建模、智能优化、智能仿真和智能辅助等多个方面。
人工智能技术的发展为CAD软件的功能和性能提供了巨大的改进空间，使得设计师和工程师能够更加高效地进行设计工作。
使用CAD进行自动化控制系统设计与优化
使用CAD进行自动化控制系统设计与优化自动化控制系统在现代工业中起着重要的作用，它能够提高生产效率、降低成本并确保操作的高度准确性。
为了设计和优化这些系统，CAD（计算机辅助设计）软件是一种非常有用的工具。
在本文中，我们将介绍如何使用CAD软件进行自动化控制系统的设计与优化。
首先，我们需要选择一款CAD软件，常见的有AutoCAD、Solidworks等。
选择合适的软件取决于项目的具体需求和个人偏好。
在本文中，我们将以AutoCAD为例进行讲解。
第一步是创建一个新的项目。
在AutoCAD中，我们可以通过点击“新建”来创建一个新的工程文件。
接下来，我们需要设置绘图单位和图形比例。
这些设置将影响最终设计的准确性和可视效果。
在进行控制系统设计之前，我们需要对系统的要求和功能有一个清晰的了解。
这包括对输入输出设备、传感器和执行器的要求，以及对控制算法和逻辑的需求。
在系统架构确定后，我们可以开始进行绘图。
在CAD软件中，我们可以使用不同的绘图工具来创建系统原理图和线路图。
这些工具可以帮助我们准确地绘制各个组件之间的连接和信号流动。
我们可以使用直线、曲线、箭头等来标识不同的信号和控制流程。
在绘制原理图和线路图时，我们需要考虑到系统中不同组件的布局和安装方式。
这包括设备的位置、布线和连接方式等。
CAD软件提供了一些辅助工具，如网格和对齐线，可以帮助我们更好地组织和布置整个系统。
完成基本的线路图后，我们可以开始进行自动化控制系统的优化。
优化的目标是提高系统的性能和可靠性，并确保系统满足指定的要求。
在CAD软件中，我们可以使用一些分析工具来模拟和评估系统的行为。
例如，我们可以使用仿真工具来验证控制算法的合理性，或者使用功能分析工具来评估输入输出设备的性能。
在优化过程中，我们可以通过调整系统参数和算法来改进系统的性能。
CAD软件提供了一些参数化建模工具，可以帮助我们建立系统模型，并对模型进行调整和分析。
通过不断迭代和优化，我们可以获得一个满足要求的自动化控制系统设计。
提高CAD系统智能化的研究与实现
提高CAD系统智能化的研究与实现随着信息技术的不断发展，CAD系统在工业、建筑、航空等领域的应用越来越广泛。
然而，传统CAD系统还存在一些问题，比如用户操作复杂、设计效率低下、缺乏智能化支持等。
为了解决这些问题，提高CAD系统智能化已成为当前的研究热点之一。
一、CAD系统智能化的意义CAD系统智能化指的是将人工智能技术应用于CAD系统中，使其能够自动化、智能化地处理设计、制图等任务。
这种智能化的CAD系统具有如下优点：1. 提高设计效率。
智能化的CAD系统可以自动化地完成一些繁琐的、重复的设计工作，比如绘制平面图等，从而提高设计效率。
2. 改善设计质量。
智能化的CAD系统可以通过自动求解问题，辅助设计人员进行决策，从而减少错误和疏漏，提高设计质量。
3. 降低设计成本。
智能化的CAD系统可以通过自动选材、优化结构等功能，减少设计成本。
4. 增强设计创新能力。
智能化的CAD系统可以通过自学习、自适应等功能，生成全新的设计方案，从而增强设计创新能力。
二、智能化CAD系统的关键技术要实现CAD系统智能化，需要借助多种技术手段。
下面介绍几种关键技术：1. 知识表示与推理技术。
知识表示与推理技术是将人类专家知识转化成计算机可识别的形式，用于指导CAD系统的设计和决策。
知识表示和推理技术有多种，如基于规则的、基于模型的和基于神经网络的等。
2. 辅助设计技术。
辅助设计技术是将人机交互技术应用于CAD 系统中，包括协同设计、虚拟现实、增强现实等。
通过这些技术，设计人员能够更直观、更方便地与CAD系统交互，从而提高设计效率。
3. 智能优化技术。
智能优化技术是CAD系统自动进行设计参数优化的技术，通过考虑多个目标函数，并利用智能算法进行优化。
这种技术可以在保证设计质量的前提下，实现设计成本和时间的有效控制。
三、智能化CAD系统应用案例智能化CAD系统已经在很多领域得到应用。
下面介绍几个应用案例：1. 机械设计。
智能化CAD系统可以进行机械零部件的自动分类、自动生成、自优化设计，从而提高机械设计效率。
CAD文件设计中的自动化与智能化技术应用
CAD文件设计中的自动化与智能化技术应用随着科技的不断进步和工业界对数字化设计的需求增加，CAD（计算机辅助设计）在工程和制造领域发挥着重要作用。
CAD文件设计中的自动化与智能化技术应用正在让设计工作更加高效和精确。
本文将探讨CAD文件设计中的自动化和智能化技术的应用，并讨论这些技术对设计过程和结果的影响。
一、自动化技术在CAD文件设计中的应用自动化技术是指通过计算机程序和算法实现机械化工作，减少人工干预的过程。
在CAD文件设计中，自动化技术应用广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 自动化建模：传统的CAD设计需要手动绘制图形，而现在的CAD软件提供了自动建模功能。
利用自动化建模技术，设计师只需要输入相关参数，即可自动生成几何图形和模型。
这大大提高了设计的效率和准确性。
例如，在发动机设计中，设计师可以通过输入相关参数，快速生成零件的三维模型，然后进行进一步的分析和改进。
2. 自动化分析：CAD软件不仅可以生成几何模型，还可以进行各种分析，如强度分析、流体力学分析等。
利用自动化分析技术，设计师可以快速评估设计的可行性和性能。
例如，在汽车设计中，利用CAD 软件进行风阻和碰撞分析，设计师可以及早发现问题并进行优化，从而减少原型制造的成本和时间。
3. 自动化装配：在产品设计中，常常需要将多个零部件进行组装。
利用CAD软件的自动化装配功能，设计师可以在虚拟环境中进行零部件的组装，并验证其可靠性。
这不仅可以节省时间和资源，还可以提前发现零件之间的冲突和干涉，避免后期在实际装配中出现问题。
二、智能化技术在CAD文件设计中的应用智能化技术是指通过人工智能和机器学习等技术，赋予计算机更强大的智能和决策能力。
在CAD文件设计中，智能化技术的应用正日益增多，具有以下几个特点：1. 智能优化：在CAD设计中，常常需要在多个设计方案中选择最优解。
智能优化技术可以通过分析和对比各种设计参数的结果，自动找到最佳的设计方案。
CAD中的图像和插图的自动化处理和优化的高级方法与机器学习
CAD中的图像和插图的自动化处理和优化的高级方法与机器学习CAD（Computer-Aided Design）是一种被广泛应用于工程、建筑和制造领域的技术。
它使用计算机软件来辅助设计、绘制和分析各种复杂的图像和插图。
在CAD中，图像和插图的自动化处理和优化是提高效率和精度的关键方面。
在本文中，我们将介绍一些高级方法和机器学习技术，可以在CAD中实现图像和插图的自动化处理和优化。
一、图像和插图的自动化处理在CAD中，图像和插图的自动化处理是指使用计算机算法和工具来自动完成一些重复性、繁琐的任务，从而节省时间和劳动力。
以下是一些常见的自动化处理方法：1. 批量处理：通过编写脚本或使用专业的批处理工具，可以同时处理多个图像和插图。
例如，可以批量调整大小、旋转、裁剪或转换图像的格式。
2. 滤镜和特效：CAD软件通常内置了各种滤镜和特效，可以应用到图像和插图上。
使用这些工具，可以快速地改变图像的色彩、对比度、亮度等属性，从而优化图像的表现效果。
3. 自动修复：CAD软件中的自动修复功能可以自动检测和修复图像和插图中的缺陷。
例如，自动去除噪点、填补空白区域、修复断裂的线条等。
4. 标注和注释：CAD软件通常提供了强大的标注和注释功能，可以自动添加文字和符号到图像和插图上。
这样，就可以快速地为图像添加说明和文字描述。
以上是一些常见的自动化处理方法，它们可以显著提高CAD操作的效率和准确性。
二、图像和插图的优化方法除了自动化处理，优化也是提高CAD图像和插图质量的关键。
以下是一些优化方法：1. 压缩和优化图像文件：CAD中的图像文件通常是较大的，为了减少文件大小和加快加载速度，可以使用压缩算法来压缩图像文件。
同时，还可以优化图像的格式和质量，以在保证视觉效果不受损的情况下减小文件大小。
2. 调整图像分辨率：根据实际需要，可以调整图像和插图的分辨率。
在CAD中，低分辨率图像可能无法清晰展示细节，而高分辨率图像则会占用更多存储空间和计算资源。
人工智能在辅助设计中的应用：智能CAD与设计优化
人工智能在辅助设计中的应用：智能CAD与设计优化在当今这个数字化时代，人工智能（AI）正在以前所未有的速度渗透到各个行业，设计领域也不例外。
智能CAD（计算机辅助设计）软件的出现，标志着设计行业迎来了一场革命。
AI不仅提高了设计的效率，还优化了设计过程，使得设计师能够创造出更加创新和实用的产品。
智能CAD软件的核心在于其学习能力。
通过机器学习算法，这些软件能够分析大量的设计数据，从而理解设计的复杂性和多样性。
设计师可以利用这些软件进行初步的概念设计，AI会根据以往的设计案例和规则，提出建议和改进方案。
这种互动式的设计过程，不仅节省了设计师的时间，还提高了设计的质量和创新性。
设计优化是智能CAD的另一个重要应用。
AI可以对设计进行实时分析，识别出潜在的问题和改进点。
例如，在建筑领域，智能CAD软件可以评估结构的稳定性，预测材料的使用效率，甚至模拟环境因素对设计的影响。
在产品设计中，AI可以帮助设计师优化产品的形态，以减少材料浪费，提高生产效率。
此外，智能CAD软件还可以进行参数化设计。
通过设置一系列参数，设计师可以快速生成多种设计方案，AI会根据这些参数进行优化，选择出最佳的设计方案。
这种方法不仅提高了设计的灵活性，还使得设计师能够更好地探索设计的边界。
在用户体验设计中，AI的应用同样显著。
智能CAD软件可以模拟用户的交互行为，预测用户对设计的反馈。
设计师可以根据这些预测结果，调整设计元素，以提高产品的用户体验。
然而，智能CAD软件并不是万能的。
它需要设计师的专业知识和创意来指导其工作。
设计师需要与AI合作，而不是被其取代。
AI是设计师的助手，帮助他们更快地实现创意，更有效地解决问题。
总之，人工智能在辅助设计中的应用，特别是智能CAD与设计优化，正在改变设计行业的面貌。
它不仅提高了设计的效率和质量，还为设计师提供了更多的创新可能性。
随着技术的不断进步，我们可以期待AI在设计领域的应用将会更加广泛和深入。
CAD中的智能控制系统设计与优化技巧
CAD中的智能控制系统设计与优化技巧智能控制系统在现代工程设计中扮演着至关重要的角色。
它能够对机器进行智能化的控制和监测，从而提高系统的效率和性能。
在CAD 软件中，我们可以利用各种工具和技巧来设计和优化智能控制系统。
本文将介绍一些CAD中的智能控制系统设计与优化技巧。
首先，我们需要明确控制系统的设计目标和要求。
这包括系统的精度、响应时间、稳定性等。
根据不同的要求，我们可以选择不同的控制算法和参数设置。
在CAD软件中，我们可以使用绘图工具来绘制控制系统的框图和信号流程图。
这有助于我们理清系统的结构和信号传递路径，从而更好地设计和调试控制系统。
其次，对于智能控制系统的设计，模拟仿真是至关重要的工具。
CAD软件提供了强大的仿真功能，可以模拟不同的控制算法和参数设置，并评估系统的性能和稳定性。
在仿真过程中，我们可以根据系统的要求和目标，调整控制器的参数，测试不同的控制策略。
通过反复的仿真和优化，我们可以找到最佳的控制方案和参数设置。
另外，CAD软件还提供了各种优化工具和算法，可以帮助我们更好地设计和优化智能控制系统。
例如，遗传算法和粒子群算法等优化算法可以帮助我们寻找最佳的控制器参数。
此外，CAD软件还提供了性能分析工具，可以评估系统在不同条件下的性能。
这些工具和算法的使用可以帮助我们快速准确地优化智能控制系统，提高系统的性能和鲁棒性。
除了上述的设计和优化技巧，我们还可以利用CAD软件进行智能控制系统的调试和故障诊断。
在系统运行过程中，我们可以利用CAD 软件的监测功能，实时监测系统的状态和表现。
如果系统出现问题，我们可以通过CAD软件的调试工具，逐步排查问题的原因，并采取适当的措施来解决问题。
这些调试和故障诊断技巧对于确保系统正常运行和解决问题至关重要。
综上所述，CAD软件提供了丰富的工具和技巧，可以帮助我们设计和优化智能控制系统。
通过合理地使用这些工具和技巧，我们可以设计出稳定性高、性能优异的智能控制系统。
CAD技术第二章CAD系统智能化技术与优化分析技术
数据手套
头盔显示器
2009年3月，英国科学家设计了一种虚拟现实的神奇头 盔，这种头盔能够模拟视觉、嗅觉、听觉、触觉甚至味觉 功能，让使用者不必亲自前往遥远的度假目的地，在家中 便可获得身临其境的感觉，尽情享受虚拟旅游的快乐。
•我厂拥有它们的MSC/MARC、MSC/NASTRAN、
MSC/PATRAN、MSC/FATIGUE、ANSYS、TASCFLOW、
CFX从-中复4等C型读杂A世入模D界顶尖有单划仿限元分真软件施 界 始。加 、 条边 初 件
施加材 料、单 元特性
求解 及后 处理
CAD模型 CAE模型
高压主汽调节阀阀壳应力场模拟
（2）单元特性分析 建立单元内节点位移与节点力的关系，即建立单 元刚度方程。
（3）建立整体矩阵方程 把整体结构的各单元矩阵方程合并成一个整体矩 阵方程。
（4）整体矩阵方程求解 引入约束条件，对结构的总体矩阵方程求解，得 到各节点的位移，计算出节点的应变和应力。
有限元分析软件
有限元软件一般由三部分组成： （1）有限元前处理 （2）有限元分析 （3）有限元后处理
（3）有限元分析模块根据前处理提供的信息进行分析 计算，生成结果文件。
（4）由后处理模块对结果文件进行处理，形成输出设 备可接受的信息。
（5）由输出设备输出分析计算结果。 （6）人工对输出结果进行分析评价。
有限元法的前置处理
用有限元法进行结构分析时,要输入大 量的数据，如节点、单元编号、坐标、载 荷、材料和边界条件数据等。故有限元计 算程序要进行前置处理。 前置处理的主要内容： 1. 生成有限元网格 2. 节点号的优化排序 3. 生成有限元属性数据 4. 生成输入数据文件
人工智能在辅助设计中的应用：智能CAD与设计优化
人工智能在辅助设计中的应用：智能CAD与设计优化
人工智能在现代设计领域的应用日益广泛，尤其是在计算机辅助设计（CAD）和设计优化方面，其作用愈发显著。
智能CAD系统通过集成机器学习和深度学习技术，能够自动化和优化设计过程，提高设计效率和质量。
首先，智能CAD系统能够根据设计师的输入和需求快速生成初步设计方案。
基于大数据和算法的支持，这些系统能够从海量的设计案例和历史数据中学习，并生成符合特定要求的设计方案，大大缩短了设计的时间周期。
例如，在建筑设计中，智能CAD可以根据土地条件、建筑用途和环境要求，快速生成多个备选方案，帮助设计师在更短的时间内做出决策。
其次，人工智能还能通过分析和优化现有设计，提升设计的效率和性能。
智能CAD系统能够在设计过程中进行实时仿真和优化调整，以确保设计在结构、功能和成本方面达到最佳平衡。
这种实时反馈和优化能力，使得设计师能够快速评估不同设计方案的优劣势，并做出必要的调整和改进。
此外，智能CAD还能通过自动化的方式，减少人为错误和重复劳动。
传统的CAD工具需要设计师手动输入和调整参数，而智能CAD系统则可以根据设计规则和约束条件自动调整设计，从而降低设计过程中的人为失误，并提高设计的一致性和准确性。
总体而言，人工智能在CAD和设计优化中的应用，不仅提升了设计效率和质量，还开拓了设计创新的可能性。
随着技术的进一步发展和应用场景的扩展，智能CAD系统将在未来成为设计领域中不可或缺的重要工具，推动设计过程向更高效、更智能的方向发展。
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第二章 材料加工CAD技术基础
2.5 CAD系统的智能化技术 与优化分析技术
人工智能与专家系统
有限元分析优化技术
仿真模拟技术
虚拟现实技术ຫໍສະໝຸດ 第二章 材料加工CAD技术基础
人工智能与专家系统
人工智能，就是通过人类的智能或思考 过程的分析,将其功能机械地实现。 专家系统是人工智能的一个分支,是指在 某个领域内能够起到人类专家作用,具有大 量知识和经验的智能系统。 它能利用人类专家的知识和经验进行推 理和判断，模仿人类专家的思维过程并作 出决定，来解决那些需要人类专家作出决 定和判断的复杂问题。
第二章 材料加工CAD技术基础
有限元法的前置处理
用有限元法进行结构分析时,要输入大 量的数据，如节点、单元编号、坐标、载 荷、材料和边界条件数据等。故有限元计 算程序要进行前置处理。 前置处理的主要内容： 1. 生成有限元网格 2. 节点号的优化排序 3. 生成有限元属性数据 4. 生成输入数据文件
框架名
槽1 … 槽n 侧面11 侧面12 … 侧面n1 侧面n2 侧面值11 侧面值12 … 侧面值n1 侧面值n2
框架结构
第二章 材料加工CAD技术基础
知识的表示方法：产生式规则表示法
又称规则表示法。是当前专家系统中最常用的 知识表示方法之一。 把知识表示成“如果<条件>，则<结论>”的形式。 IF <条件1> AND/OR<条件2> AND/OR• • • AND/OR <条件n> THEN <结论1> 或<操作1> <结论2> 或<操作2> • • • <结论n> 或<操作n>
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
2.1 CAD系统的组成与分类 2.2 计算机图形处理技术 2.3 CAD系统的三维造型技术 2.4 CAD系统的数据信息交换 2.5 CAD系统的智能化技术与优化 分析技术
第二章 材料加工CAD技术基础
学习目标： 了解CAD系统的组成及分类。掌握变换 基础、CAD系统的三维造型技术， CAD系 统的数据信息交换。了解CAD系统的智能 化和优化技术。 学习重点：图形变换基础、CAD系统的三 维造型技术， CAD系统的数据信息交换。
有限元分析软件
各组成模块的功能： （1）根据解题的具体要求和原始数据，生成原始数据 输入文件，其内容包括几何结构、工况和边界条件。 （2）由前处理模块对原始数据文件进行处理，形成分 析程序可以接受的信息格式，送到分析程序中。 （3）有限元分析模块根据前处理提供的信息进行分析 计算，生成结果文件。 （4）由后处理模块对结果文件进行处理，形成输出设 备可接受的信息。 （5）由输出设备输出分析计算结果。 （6）人工对输出结果进行分析评价。
一座大楼模型
第二章 材料加工CAD技术基础
大楼的变形和应力分布
第二章 材料加工CAD技术基础
仿真模拟技术
仿真的基本概念
仿真就是采用模拟真实系统的模型，通过对 模型的分析和实验去研究真实系统的工作行为。 物理仿真 采用与实际系统在物理上相似的实物模型进 行分析。 数学仿真（又称计算机仿真） 就是在计算机内建立实际系统的计算模型， 通过运行仿真软件代替实际系统运行工作，以 便进行观察和考核实验。
动力学仿真
第二章 材料加工CAD技术基础
加工过程仿真
例如数控加工自动编程后的刀具运动轨 迹模拟，刀具与夹具、机床的碰撞干涉检 查，切削过程中刀具磨损、切屑形成，工 件被加工表面的产生等。
第二章 材料加工CAD技术基础
生产过程仿真
主要包括机床运行过程中的负荷情况、 工作时间、空等时间；刀具负荷率、使用 状况、刀库容量；运输设备的运行状况， 找出系统的薄弱环节或瓶颈工位，采取必 要措施进行系统调整，再模拟仿真修改后 的生产过程运行状况。 例如FMS仿真，模拟工件在系统中的 流动过程，展示从上料、装夹、加工、换 位、再加工…直到最后下料、成品放入立 体仓库的全部过程。
第二章 材料加工CAD技术基础
产生式规则的优点
（1）规则的结构接近人类的思考方式，容 易从专家那里获取专业知识； （2）规则是独立的，容易检查、修改和扩 充，比较容易移植到另一种环境； （3）容易添加解释功能，为用户学习提供 帮助； （4）具有描述不确定知识的能力。
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
知识表示
谓词逻辑表示法 主要是运用命题演算和谓词演算等知识来 描述一些事实，还能根据现有事实推导出 新的事实。早期使用的描述知识的方法。 网络表示法 知识的图解表示。 由节点和连接节点间的弧线或链组成。 节点可用来表示物体、概念和情况，弧表 示所连节点间的关系。
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
柴油机连杆
采用 MSC/PATRAN 建立有限元模型
图1 连杆有限元模型
第二章 材料加工CAD技术基础
柴油机连杆
图2 连杆在装配与拉伸 图3连杆在装配与气体爆发压 载荷作用下应力分布 力载荷作用下应力分布
利用ABAQUS进行力学计算分析
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
工程专家 专家文档
用户
事实、数据
知识提 取系统
工程 知识库
推理机
输入/输出 系统
咨询、建议 （用户接口）
知识工程师
设计型专家系统的组成
第二章 材料加工CAD技术基础
有限元分析优化技术
有限元方法的基本原理
有限元法是一种数值离散化方法，是将 复杂的连续体结构，假想地分割成数量和 尺寸上有限的单元。
零件 轴
是
是 是
合格零件 合格零件
零件
是
零件 有 键槽 轴 材料 形状 回转体 合格零件
钢
语义网络表示法
第二章 材料加工CAD技术基础
知识表示
框架表示法 把框架作为一种描述某种事物形态或概 念的数据结构。
产生式表示法 是专家系统用的最多的一种知识表示方 法。产生式规则
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
单元可以是杆、梁、多边形（如三角形、 四边形）、多面体等。 单元与单元之间，假设仅在单元的节点 上连接。 这种具有有限尺寸的单元称为有限元， 将构件分割成单元称之为网格。 把由无限个质点构成的连续体转化成 为有限个单元集合体的过程称为离散化。
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
有限元法的后置处理
后置处理任务： 将有限元计算分析结果进行加工处理 并形象化为变形图、应力等值线图、应 力应变彩色浓淡图、应力应变曲线以及 振型图等。 包括： 1、对计算结果的加工处理 2、计算结果的图形表示
第二章 材料加工CAD技术基础
有限元分析应用举例
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
运动学仿真
模拟机构的运动过程，包括自由度约束 状况、运动轨迹、速度和加速度变化等。如 加工中心机床的运动状态、规律，机器人各 部结构、关节的运动关系。 分析计算机械系统在质量特性和力学特 性作用下系统的运动和力的动态特性。例如 模拟机床工作过程中的振动和稳定性情况， 机械产品在受到冲击载荷后的动态性能。
第二章 材料加工CAD技术基础
知识获取负责建立、修改和扩充知识库。 人机界面是系统与用户进行交流时的界 面。通过该界面，用户输入基本信息、回 答系统提出的相关问题。系统输出推理结 果及相关的解释也是通过人机交互界面。 综合数据库，用于存放系统运行过程中 所产生的所有信息，以及所需要的原始数 据，包括用户输入的信息、推理的中间结 果、推理过程的记录等。 解释器用于对求解过程做出说明，并回 答用户的提问。
平面问题有限元分析的步骤
（1）结构离散化 划分单元、计算各节点坐标，并对单元和节点编号。 （2）单元特性分析 建立单元内节点位移与节点力的关系，即建立单 元刚度方程。 （3）建立整体矩阵方程 把整体结构的各单元矩阵方程合并成一个整体矩 阵方程。 （4）整体矩阵方程求解 引入约束条件，对结构的总体矩阵方程求解，得 到各节点的位移，计算出节点的应变和应力。
第二章 材料加工CAD技术基础
专家系统通常由人机交互界面、知识库、 推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6 个部分构成。 知识工程师 用户
人机交互界面 专业知识 知识获取
推理机
解释器
知识库
综合数据库
第二章 材料加工CAD技术基础
知识库是问题求解所需要的领域知识的集合， 包括基本事实、规则和其他有关信息。知识库中 的知识源于领域专家，是决定专家系统能力的关 键。 推理机是实施问题求解的核心执行机构，它 实际上是对知识进行解释的程序，根据知识的语 义，对按一定策略找到的知识进行解释执行，并 把结果记录到动态库的适当空间中。推理机能够 根据知识进行推理和导出结论，而不是简单地搜 索现成的答案 推理机的程序与知识库的具体内容无关，即 推理机和知识库是分离的，这是专家系统的重要 特征。
第二章 材料加工CAD技术基础
有限元分析软件
有限元软件一般由三部分组成： （1）有限元前处理 （2）有限元分析 （3）有限元后处理 商品化的大型通用软件有： MSC、NASTRAN、ASKA、ANSYS等。 都有前后处理功能。还有专门的商品化 的有限元前、后处理软件。
第二章 材料加工CAD技术基础
第二章 材料加工CAD技术基础
计算机仿真
（1）建立数学模型 （2）建立仿真模型和编写相应的仿真程序 （3）设置时间间隔 （4）动态显示仿真结果
第二章 材料加工CAD技术基础
仿真在CAD/CAM系统中的应用