基于工艺仿真的计算机辅助面向制造而设计的研究
CAPP系统类型及关键技术研究(6666)
CAPP系统类型及关键技术研究作者：刘保华乔爱科工艺设计已成为机械制造生产中技术工作的一项重要内容，是产品设计和制造的中间环节，是实践性特征明显的工作。
而目前国内、国际市场对产品的要求是多品种小批量生产，新产品开发能力和开发周期要尽量缩短，这就要求工艺设计工作量和时间上要减少。
在这样一种背景下，计算机辅助工艺设计CAPP(Computer Aided Process Planning)在工艺设计过程中越来越重要。
从全球范围来看，CAPP的研究始于60年代中期。
其后发展速度较慢。
80年代以来随着机械制造业向CIMS的发展，把设计方面的信息如何有效地转化为制造信息，CAPP体现出CAD与CAM集成化的真正桥梁作用。
CAPP系统接受来自CAD的产品几何信息、材料和精度等工艺方面的信息，完成人机交互，零件信息输入，建立起产品的信息模型。
根据此模型，CAPP系统再进行组合和排序，选择机床和夹具等，确定切削用量，计算工时，最后完成技术文件和数据，CAPP再向CAM输出所需的各种信息。
进入90年代初，随着人们对CIMS的技术理解和深入研究、并行工程的兴起、敏捷制造等先进生产模式的提出，CAPP的集成化含义已大大拓宽。
此时，CAPP 已不是单纯的工艺设计技术，而是制造系统中不可缺少的一个重要环节。
在我国，1982年同济大学推出了派生式系统TOJICAP，随后许多大学和研究机构兴起了研究CAPP的热潮。
经过多年的不懈努力，研究水平也在不断提高，但与世界先进水平尚有一定的差距。
不同的CAPP系统具有各自不同的特点。
CAPP开发中的—些关键技术需要注意。
这些都需要在开发实用的CAPP系统时认真考虑。
1 CAPP特点和主要类型CAPP系统主要有派生式、创成式、综合式。
1．1派生式CAPP系统派生式CAPP系统是利用成组技术的原理，在一个零件族中根据相似性设计出一个典型样件，建立一个标准典型工艺文件，存入下艺文件库中。
当要制订一个零件的工艺过程，可将零件图形输入计算机，由计算机根据零件的成组分类编码并识别出属于哪一类零件族，调出相应零件族的典型工艺。
关于计算机辅助工业设计教学的思考
【 关键 词 】 工业设 计 ； ： 计算机 辅助 工业 设计 ； 学 教
称 Ｃ Ｄ） 术 的发 展 ． Ａ 技 计算 机 辅 助 工业 设 计 （ ０ ｐ ｔ 机辅助 工业设 计 排在第 ５位 ． Ｃ ｍ ｕｅ ｒ 可见 其重要 性 。 Ａ ｄ ｄＩｄ ｓ ｉ ｅｉｎ以下简 称 Ｃ Ｉ 技 术 也逐 渐 成 三 、 算机辅 助 工业设 计 内涵 ｉｅ ｎ ｕｔ ａ Ｄ ｓ ． ｒｌ ｇ Ａ Ｄ） 计
色 视觉 传 达及 效果 图 的后期 处 ９ 设计 理论 ；１ 、 理 知识 ；ｌ 、 面设计 ；１ 、 、 ０数 ｌ平 ２ 工程 技 包括平 面构 成 、 彩构 成 、
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关于CAD／CAM的论文
关于CAD/CAM的初步认识学校名称：内蒙古电大鄂尔多斯分校学生姓名：**学号： ************* 专业：机电一体化教育层次: 本科入学时间： 2013年秋指导教师：***论文提纲一、CAD/CAM的基本概念（一）1.1 CAD技术1.2 CAM技术（二）、 CAD的分类及用处二、CAD/CAM系统组成及其软硬件三、CAD/CAM系统中计算机的配置四、国内CAD市场状况及CAD/CAM主流（一）软件产品概述（二）引进的国外主要软件及国内生产的软件五、CAD的实用性及优越性六、计算机绘图的目标七、使用CAD技术的优缺点八、总结摘要【内容摘要】计算机技术的飞速发展，给传统的制造业带来了巨大的变革，CAD/CAM技术是一项利用计算机系统来帮助人们完成产品的设计和制造的新技术，他是计算机技术在零件生产中综合应用的新飞跃，CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析、动态模拟、自动绘图等；CAM包括数字化控制、工艺过程设计、机器人、柔性制造系统（FMS）、工厂管理等，CAD/CAM技术是制造的主要组成部分，文中简述了CAD/CAM的发展与应用现状。
CAD/CAM（计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。
1989年美国国家工程科学家将CAD/CAM技术评为当代（1964-1989）十项最杰出的工程技术成就之一。
三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展，CAD/CAM的应用迅速普及。
在工业发达国家，CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业发展，由大型企业向中小型企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。
而且正在发达国家流向发展中国家。
对经济也起到了一定的推动作用。
本文通过阐述CAD/CAM给国家带来的巨大发展和意义，同时随着社会的进一步发展出现了大量相关的问题，最后表达了本人对于CAD学习的无比热爱和继续求知的热情，它带来的无尽空间和神秘感让我不断进取！【关键词】飞速发展自动绘图数字化控制自动化技术一、 CAD/CAM的基本概念CAD/CAM技术是制造工程技术与计算机技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点。
面向制造设计环境下的并行工艺设计技术研究
第!"卷第!期#$$#年%月浙江大学学报&工学版’()*+,-.)/01234-,56,472+849:&;,54,22+4,5<=42,=2’>).?!"@)?!A-:#$$#收稿日期B #$$C D $E D !$?基金项目B 国家自然科学基金资助项目&%F "$%$#C ’?作者简介B 狄瑞坤&C F E "G’H 男H 江苏常州人H 副教授H 从事机械制造I J K L I J M M L I J A 的应用研究?;D N -4.?9-,5+O P O 3*?2Q ,?=,面向制造设计环境下的并行工艺设计技术研究狄瑞坤H 唐任仲&浙江大学生产工程研究所H 浙江杭州!C $$#R ’摘要B 为适应面向制造的设计&K S A ’对工艺设计提出的新要求H 在传统的工艺设计方法中引入并行工程的理念H 提出了一种新的工艺设计模式TT 并行工艺设计模式&I ;M M ’?它包含宏并行设计与微并行设计两个方面H 在宏并行设计方面H 强调I J K 与工艺设计的同步进行H交互往复U 在微并行设计方面H 强调工艺设计内部的分布式并行工艺问题求解技术?论文应用特征造型理论和合弄制造系统理论分别对宏并行设计和微并行设计中的关键技术TT 零件建模和合弄工艺设计进行了详尽的研究讨论?关键词B 面向制造的设计U 并行工艺设计U 基于的合弄工艺设计U 并行工程中图分类号B V M!F C ?E 文献标识码B J文章编号B C $$W D F R !X&#$$#’$!D $#"%D $E Y Z [\]^_‘a b bZ c d e _f g [c h i f Z e f _j k l c _m f n ^_o c _ZK p q *4D r *,H V J @s q 2,D O 1),5&t u v w x w y w z {|}~{!y "w x {u #u $x u z z ~x u $H %&z ’x (u $)u x *z ~v x w +H ,(u $-&{y !C $$#R H .&x u (’/0h Z n 1d Z B J =),=*++2,92,54,22+4,52+)=2882.-,,4,5&I ;M M ’N 291)Q 48Q 272.)22Q 9)N 229912,23,22Q 8)/K 2845,/)+A-,*/-=9*+4,5&K S A ’/)+2+)=2882.-,,4,5H 4,9122-22+91+)*514,9+)Q *=4,5912=),=2298)/=),=*++2,92,54,22+4,54,9)9129+-Q 494),-.2+)=2882.-,,4,5N 291)Q 8?I ;M M=),84898)/93)2-+98H N -=+)=),=*++2,92.-,,4,5-,Q N 4=+)=),=*++2,92.-,,4,5?p ,912/)+N 2+H 9122N 21-848482*9),91284N *.9-,2)*8-,Q 492+-94724N 2.2N 2,94,5)/Q 2845,-,Q 2+)=2882.-,,4,5U 4,912.-92+H 91284N *.9-,2)*8-,QQ 489+44*92Q4N 2.2N 2,94,5)/2+)=2882.-,,4,54982./4889+2882Q ?5-82Q),/2-9*+2N )Q 2.4,5-,Q1).),4=N -,*/-=9*+4,58:892N 912)+428H 1).),4=2+)=2882.-,,4,5-,Q 2-+9N )Q 2.4,592=1,46*28D 912r 2:92=1,46*28)/N -=+)D -,QN 4=+)D =),=*++2,92,54,22+4,52.-,,4,5D -+289*Q 42Q4,Q 29-4.?7c ]i ^n \h B Q 2845,/)+N -,*/-=9*+4,5U =),=*++2,92,54,22+4,52+)=2882.-,,4,5U 1).),D 4-82Q 2+)=2882.-,,4,5U =),=*++2,92,54,22+4,5Q 2845,/)+N -,*/-=9*+4,5自W $年代以来H市场竞争日趋国际化H 促使了制造业企业不断寻求产品开发的新思路8新方法并用于有竞争能力的产品的开发?在这种情形下H 一系列新的设计和制造方法应运而生H 如B 并行工程8虚拟制造8敏捷制造8精良生产等等H 其中比较典型的是即为面向制造的设计K S A &Q 2845,/)+N -,*/-=9*+4,5’9C :?K S A 是指在设计阶段就考虑到制造阶段的诸多因素H 通过计算机仿真和模拟等手段H 使设计者在设计阶段就可以确定产品的可加工性H 在产品设计结束后的制造过程中H 能够容易地8经济地制造H 提供制造效率H 减少加工时间H 降低生产成本H 提高产品质量?计算机辅助工艺设计&I J M M ’作为连接I J K与I J A 的桥梁H 在计算机集成制造&I p A ’中扮演着极为重要的角色?在常规I J K L I J M M 集成系统中H I J K L I J M M 是一前一后的两个过程H I J K 系统中产生的零件信息经前8后置处理后H 再进人I J M M系统进行工艺设计!这种工艺设计方式不存在对零件设计结果进行工艺性评价!更不用说从工艺角度指导设计"而#$%要求&’((能够主动地将设计中制造性能不好的部分及时反馈给&’#系统!也就是说!&’((不应再是被动地为产品设计服务!为此!本文将并行工程的理念引入传统的&’((系统!应用合弄)*+,+-.制造系统理论提出了一种新的工艺设计模式//并行工艺设计模式)&0((."1并行工艺设计)&0((.&0((包含宏并行设计与微并行设计两个方面"在宏并行设计方面!强调零件设计和工艺设计同步进行!使设计中制造性能不好的部分能及时得以反馈给&’#系统并加以修改!减少设计的返工2在微并行设计方面!强调工艺设计任务的分解!通过各个任务的并行分布式处理协作完成整个复杂的工艺设计任务"整个系统框架如图1所示"I J KI J K倒角图F 箱体零件特征分类$78"D $<:B L 9<M ,:@@7?7M :B 7+-+?N +O AP :9B @F "F 特征信息的表达从特征的定义出发!特征信息的表达除了基本的几何信息外!还应包括制造工艺等非几何信息"具体地说!特征信息内容有C Q 几何形状信息2R 尺寸公差信息2S 形位公差信息2T 表面质量信息2U 表面粗糙度信息2V 对应加工方法信息"以上这些信息均属于层次结构的陈述性知识!所以采用人工智能中的框架模型加以描述"一个基于特征建模的轴类零件信息框架如图W 所示"由图可见!框架与框架之间具有从属关系!图中用’$X ):?<:B L 9<+?.来表达这种从属关系"整个框架系统由主框架E 主特征框架E 辅特征框架三层组成!框架系统的顶层代表正在设计的产品"其中每个框架代表一个元任务!它主要由三类槽组成CYY D 浙江大学学报)工学版.第W Y 卷面向制造设计环境下的并行工艺设计技术研究合弄的紧密配合下!完成工艺参数的确定!并将详细设计结果提交给工艺总成合弄"#$%制造资源合弄制造资源合弄共有四种类型&夹具合弄’量具合弄’刀具合弄和设备合弄"这四种合弄与加工类合弄紧密配合!共同确定详尽的工艺参数"需要指出的是!由于合弄在一定程度上共享资源!为避免在确定详细工艺参数时资源间的互相冲突!故各合弄之间必须通过协商机制解决冲突!若无法协商!则将结果返回至加工类合弄!由加工类合弄重新拟定具体的工艺路线后再确定工艺参数"(")合弄之间的合作机制*+,各合弄之间采用一种改进的合同网协议--多状态协商机制进行合作"多状态协商机制扩展了基本的合同网协议!不仅仅强调任务共享!更注重强调.结果/共享"具体地说!这种协商机制允许在复杂任务的分布式求解过程中重复协商!在每次协商过程中!就资源的使用问题上!确定本合弄所作决议是否与其他合弄之间产生冲突"通过这种多状态协商机制!各合弄之间互相交换足够信息!来解决潜在的冲突!共同完成复杂任务的分布式求解"0结论采用并行工艺设计!尤其是在123环境下!可以使工艺设计变被动为主动!更好地参与零件设计!对零件设计结果进行工艺性评价!进而从工艺角度指导零件设计!避免了设计与制造的脱节!减少了返工!并为工艺设计的进一步智能化’集成化奠定了基础"参考文献#456575895:%&*;,<=>?@A B C <D "E F G H I J J K G L K G M N G K K J N G M *O ,"P 88Q R :S 6T U 5V W 4X!;Y Y Z !0;#Z %&[0\][\\"*Z ,E >^B <_@A <@A O >">F ‘F G N H a b G I c b H L I J N G Md e d L K a d&B G N L N b ‘b J H f N L K H L I J K b G g d L b G g b J g d g N J K H L N F G d *h ,"X 7S 955i j 8k :S 6l j 7:T m n 7S o 5Q 8V S 86575895S 8p S R S 8j 9qQ 8n 6Q 9T n 7j 8k r s :T 5t :*E ,">b G G F u K J !D K J a b G e&>b G G F u K J C G N u K J d N L e!;Y Y 0"Z 0]$v "*$,唐任仲!狄瑞坤"制造系统控制结构的演变与发展*O,"中国机械工程!;Y Y Y !;;&;Z v w ];Z v Y "_h A D^K G x y f F G M !1N ^I N x z I G "@u F ‘I L N F G b G gg K u K ‘F {a K G L F c H F G L J F ‘d L J I H L |J K N G a b G I c b H L I J N G M d e d L I J K *O ,"V U j 8Qq59U Q 8j 9Q Rm 8k j 8557j 8k!;Y Y Y !;;&;Z v w ];Z v Y "*0,沙庆丽"合弄制造系统及其在大批量定制生产中的应用研究*1,!杭州&浙江大学!;Y Y Y "<>h }N G M x ‘N "<L I g eF G f F ‘F G N Ha b G I c b H L I J N G M d e d L K a b G g N L d b {{‘N H b L N F G L F a b d d H I d L F J G N y b L N F G *1,">b G M y f F I &~f K !N b G MC G N u K J d N L e""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!;Y Y Y "下期论文摘要预登锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究赵羽习!金伟良#浙江大学土木工程系!浙江杭州$;##Z w %摘要&通过对不同锈蚀量的光面钢筋和变形钢筋进行拔出试验!得到了两种钢筋与混凝土的粘结性能随着不同钢筋锈蚀量的变化规律$根据试验结果的统计分析!给出了两种钢筋锈蚀后与混凝土的粘结强度计算公式$最后!还给出了锈蚀钢筋与混凝土的粘结本构关系!可用于具有锈蚀钢筋的混凝土结构的有限元分析%关键词&钢筋混凝土$锈蚀$粘结性能v[Z 浙江大学学报#工学版%第$[卷。
基于VB和MATLAB的计算机辅助刀具与工艺参数优选系统研究
工 过 程 起 着举 足 轻 重 的作 用 。 另外 ，切 削参 数 的 选 择 不 当 会导 致 刀具 磨 损 严 重 、机 床 颤 振 和 工 件 质 量 超 差 等 问 题 发 生 Ⅱ。如 何 保 证 在满 足零 件加 １ 工 质量 的前 提 下 尽 可 能地 提 高 生 产 率 和 降 低 生 产
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《计算机辅助三维设计》课件
工具栏
工具栏包含了大部分菜单命令，用户可 自己定制工具栏。(单击右键）（Tool>Customize screen )
工业设计系
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设定工作目录
Pro/E一般对文件进行默认定位，每次打 开和保存文件时都需要用户制定目录， 因此用户可事先制定一个随时保存到其 中的目录，以便以后打开Pro/E就可以进 入到这个目录中。 设定方法：《文件》|《设置工作目录》。
计算机辅助三维设计 （PRO/E）
计算机辅助工业设计（3）
CAD技术发展概述 Pro/ENGINEER 软件简介 课程进度安排 练习题
工业设计系
工业设计系
工业设计系
工业设计系
工业设计系
快速成型
快速成型(Rapid Prototyping)技术是80年 代末才发展起来的数字制造工艺技术,它 把零件的三维数字模型先进行离散化,然 后按照数字积分的思路进行逐层加工.利 用这一技术可以在计算机控制下,迅速 将 CAD 数字模型变为零件的物理模型.因而 CAD → RP 原型→评价→ CAD 修改已逐 渐成为保证一次设计成功的新设计模式。
20世纪60年代：受硬件和软件理论的限制， CAD技术主要以二维绘图和三维线框造型为主； 20世纪70年代：大规模集成电路技术的应用使 计算机技术大大提高，曲线曲面生成算法基本 成熟，但CAD技术主要以表面造型为主； 20世纪80年代：微型工作站和微机的出现，实 体造型技术实现了CAD/CAM/CAE的集成，但造 型系统不尽完善，集成化程度、使用复杂；
尺寸标注一般是在草图完成后，将要控制图形 大小、形状等尺寸制定为参数。具体操作：用 鼠标左键选取几何元素（如圆、圆弧、线段、 点等），然后再用鼠标中键指定参数（尺寸） 所要放置的位置。 1、直线尺寸标注 2、圆和圆弧的标注 3、角度标注
ANSYS Additive Suite增材工艺仿真解决方案
ANSYS Additive Suite增材工艺仿真解决方案1. 引言1.1 ANSYS Additive Suite增材工艺仿真解决方案通过ANSYS Additive Suite，用户可以模拟和优化不同的增材工艺流程，包括选择合适的材料、设计适当的结构以及控制好工艺参数等。
该软件具有强大的建模和仿真功能，可以帮助用户预测材料沉积过程中可能出现的问题，并提供改进建议。
ANSYS Additive Suite还支持多种增材工艺，包括粉床熔融、粉床固化和金属喷射等，满足不同工业领域的需求。
ANSYS Additive Suite为增材工艺仿真提供了全面的解决方案，可以帮助用户提高效率、减少试错成本，是一款不可或缺的工具。
随着增材制造技术的不断发展，相信ANSYS Additive Suite在未来会更加广泛应用，并为制造行业带来更多的创新和发展机会。
2. 正文2.1 增材制造技术的发展背景增材制造技术是一种通过逐层堆叠材料来构建三维实体的先进制造技术。
其起源可以追溯到20世纪80年代的快速成型技术，随着材料科学、计算机技术和工程设计的不断发展，增材制造技术逐渐成为一种备受关注的制造方法。
增材制造技术的发展受益于多个因素的共同推动。
随着数字化技术的快速发展，计算机辅助设计和制造技术的不断进步为增材制造技术的发展提供了坚实基础。
材料科学和工程技术的进步为增材制造提供了更多的材料选择和加工方法，使得增材制造技术可以适用于更广泛的领域。
全球对于制造效率和环境保护的需求也推动了增材制造技术的快速发展。
随着3D打印技术的普及和成熟，增材制造技术已经在航空航天、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用。
通过增材制造技术，制造商可以更快速地制造出复杂形状的零部件，减少材料浪费和生产成本，提高生产效率和产品质量。
增材制造技术被认为是未来制造业的发展方向之一。
2.2 ANSYS Additive Suite的功能和特点1. 高度精确的仿真模拟能力：ANSYS Additive Suite具有强大的仿真引擎，可以精确模拟不同材料在增材工艺中的熔化、凝固和晶体生长等过程，帮助用户准确预测构件的性能和质量。
第5章建模技术1(计算机辅助设计与制造)
轴类零件的特征建模
轴类零件的特征建模
轴类零件又称回转体零件，由车削中心加工而成。轴类零件的特 征组成如下：
行为特征建模简介
行为特征建模技术的概念
是一种全新的概念，它将CAE技术与CAD建模融于一体，理性地 确定产品形状、结构、材料等各种细节。产品设计过程就是寻求如 何从行为特征到几何特征、材料特征和工艺特征的映射，它采用工 程分析评价方法将参数化技术和特征技术相关联，从而驱动设计。
建模的基本概念与基本要求 基本概念 建模就是以计算机能够理解的方式，对实体进行确切的定义，赋 予一定的数学描述，再以一定的数据结构形式对所定义的几何实体 加以描述，从而在计算机内部构造一个实体的模型。 在CAD/CAM中，产品或零部件的设计思想和工程信息是以具有 一定结构的数字化模型方式存储在计算机内部的，并经过适当转换 提供给生产过程各个环节，从而构成统一的产品数据模型。模型一 般由数据、数据结构、算法三部分组成。
基本要求 建模技术是系统的核心，建模的过程依赖于计算机的软硬件环 境、面向产品的创造性过程。建模技术应满足以下要求： 1.建模系统应具备信息描述的完整性 2.建模技术应贯穿产品生命周期的整个过程 3.建模技术应为企业信息集成创造条件
几何建模与特征建模(一)
机械产品模型
按照对几何信息和拓扑信息的描述及存贮方法可划分为线框建模、 表面建模、实体建模，如下图所示。
行为特征建模技术的核心
要为产品开发者提供理想的设计环境，CAD系统的建模必须具备 以下条件：
1.智能模型：提供分析特征的方法，帮助设计者捕捉设计参数和 目标。其中的特征包括：装配连接特征；运动范围特征；辅助特征； 加工特征；边界特征；布线系统特征等。 2.目标驱动式的设计机制：产品的形状、参数由工程要求驱动， 并满足工程要求。这包括：技术指标定义；产品技术指标评价以及 更改设计对技术指标的影响预测；多目标设计的综合等。
数字化制造技术之装配工艺仿真
数字化制造技术之装配工艺仿真装配工艺仿真主要是通过检查产品零件在装配过程中是否发生碰撞、干涉等现象，并按照工艺流程进行装配工人的可视性、可达性、可操作性及安全性的仿真，来实现从单个装配单元的装配过程、流程时间到生产线物流变化的整个产品的现场可视化装配生产过程。
1装配工艺仿真的内涵及意义装配工艺仿真可以为各类复杂装备及产品的设计和制造提供产品可装配性验证、装配工艺规划和分析、装配操作培训与指导、装配过程演示等完整解决方案。
该解决方案为产品设计过程的装配校验、产品制造过程的装配工艺验证、装配操作培训提供虚拟装配仿真服务。
装配工艺仿真对于产品装配过程的意义主要包括以下几点：（1）有利于实现产品设计、工艺设计、工装设计的并行开展，从而降低产品研制风险，缩短产品研制周期，减少开发成本。
（2）在产品实际（实物）装配之前，通过装配过程仿真，可及时地发现产品设计、工艺设计、工装设计存在的问题，有效地减少装配缺陷和产品故障率，减少装配干涉等问题导致的重新设计和工程更改，保证了产品装配的质量。
（3）装配仿真过程生成的图片、视频录像可直观地演示装配过程，使装配工人更容易理解装配要求，减少了装配过程反复，减少了人为差错。
（4）装配仿真过程产生的图片、视频录像可用于对维修人员的培训。
（5）对于新产品的开发而言，通过三维数字化装配工艺设计与仿真，减少了技术决策风险，降低了技术协调成本。
（6）通过三维数字化装配工艺设计与仿真，可进行装配工时分析、生产线资源与工艺布局规划和评估，有利于生产线的改造与建立。
2装配过程仿真与优化装配工艺过程仿真是在网络和计算机软件环境中，利用产品和资源的三维数模，对产品的装配工艺过程进行设计，并模拟产品移动、定位、夹紧等装配过程，检查产品设计、资源设计和工艺设计的缺陷，对工艺设计的结果进行仿真验证和评估。
其主要目的是对装配的几何约束、干涉问题进行检验，验证产品结构设计的协调性、合理性和可维护性，是产品设计工作的组成部分。
824计算机辅助制造-第一章
第一章CAD/CAM 概述1.1、CAD/CAM概念1、CAD/CAM概念n 计算机辅助设计CAD(Computer-aided Design)n 计算机辅助制造CAM(Computer-aided Manufacturing)CAD/CAM：是指以计算机为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图形信息，以进行产品的设计和制造。
（Page 1）2、CAD/CAM的广泛性n 技术涉及计算机科学、计算数学、计算几何、计算机图形学、数据结构、数控技术、仿真技术、人工智能等领域.n 特点：具有高智力、知识密集、更新速度快、综合性强、效益高、初始投入大等特点。
n 应用于机械、电子、航空宇航、建筑、轻纺产品的总体及结构设计、运动机构的模拟、有限元分析的前后置处理、工艺过程设计、数控加工、检验测量等环节。
（Page 1）3、CAD/CAM技术发展动力: 三个环境变化n市场环境的变化（企业竞争、产品市场寿命短），n设计环境的变化（开发新产品的成功率要高而设计周期短），n制造环境的变化（多品种、小批量、高质量）1.2、CAD/CAM系统简介1、基本概念n CAD－－从方程求解计算和绘图入手，发展到现在的诸项内容：建立数学模型、工程分析、产品设计（包括方案设计、总体设计、零部件设计）、动态模拟仿真等.CAD/CAM系统是围绕着产品的设计与制造两大部分独立发展起来的，但现在两者是紧密结合在一起的。
n CAM－－指NC编程（手工编程、自动编程）, 到现在还包括：工艺装备设计、数字化（图形化）控制、CAPP（Computer Aided Progress Planning）工艺过程规划、机器人、柔性制造系统FMS（Flexible ManufacturingSystem）、有限元技术、成组技术、工厂管理、CIMS 等.CAM 有广义和狭义的两个概念n CAM的狭义概念:从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，包括生产计划的制定，CAPP(计算机辅助工艺规划)，NC（数控）编程，资源需求计划制定（RRPD），工时定额的计算。
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第13卷第4期1996年12月 华 东 交 通 大 学 学 报JournalofEastChinaJiaotongUniversity Vol.13 No.4Dec. 1996
基于工艺仿真的计算机辅助面向制造而设计的研究
莫建中 周新建 (上海交大机械系中德CIM培训中心) (机械工程系) 摘 要 面向制造而设计是并行工程的主要工具之一.本文从工艺仿真的角度出发,提出了基于知识推理的工艺仿真的计算机辅助面向制造而设计的系统原型,给出了构造层次性规则库的方法,描述了应用制造规则实现该原型的方法. 关键词 工艺仿真;面向制造而设计;特征造型;知识推理 分类号 TP391.7
0 引 言并行工程(ConcurrentEngineering)是相对于传统的生产运作模式即从市场分析、产品设计、产品制造到销售顺序进行的方式而言的.作为一种哲理,它要求各职能部门和员工明确他们对产品质量负有的责任;作为一种环境,它要求在产品的整个生命周期内对产品及其支持进行并行设计[1,2].由于并行工程尽早地考虑到了产品生命周期内的所有因素,解决了设计和制造脱产而造成的设计改动频繁,产品开发周期长、生产成本高的矛盾,因而能极大限度地提高产品的开发效率和市场竞争力.并行工程的关键是产品及其相关过程的并行设计.据研究表明,设计阶段决定了成本的70%～80%,而设计过程本身所需费用只占成本的7%左右[3,4].很明显,改进、优化产品的设计对产品竞争力的提高、生产成本的降低、开发周期的缩短有着极其重要的意义.面向制造而设计(DesignForManufacturing,DFM)就是为了改进、优化产品的设计的基于并行工程环境的一种产品设计哲理.它在产品设计阶段就引入了制造过程的约束,改善设计的不合理性,提高所设计的产品的可制造性.DFM的实现有多种方法,归纳起来,可分为非计算机辅助方法[5]和计算机辅助方法.随着CAD应用的日益普遍,同时由于制造性约束的多样性和复杂性,计算机辅助方法得到了广泛的应用.计算机辅助DFM又可分为两类,一类是在设计时评价零件的可制造性及制造成本来改善零件的设计[6,7];另一类是引入制造约束来控制所设计的零件的可制造性[8,9].本文应用知识推理,从工艺仿真的角度提出了一种新的计算机辅助DFM方法.
收稿日期:1996-01-27. 莫建中,男,1967年生,博士生.1 基于工艺仿真的计算机辅助DFM系统原型基于工艺仿真的计算机辅助DFM系统原型如图1所示.可以看到,系统分为CAD和工艺仿真两大部分.CAD应用特征造型方法实现,CAD结果应用知识工程引入制造约束,自动
图1基于工艺仿真的计算机辅助DFM系统原型制造知识库推理机
产品数据
图形输出工艺仿真模块预处理程序特征管理模块特征库知识库管理模块DFM分析模块CAD应用模块主机环境
推理对所设计的零件进行加工工艺仿真,由工艺仿真辨识所设计零件的可加工性,并由DFM
分析模块对CAD进行反馈.这样,就在CAD过程中引入了加工过程的可制造性约束,以此保证所设计的零件具有很好的加工性,即实现为制造而设计的目的.
2 基于特征造型的CAD系统2.1 特征库及其管理根据STEP标准,零件的几何参数、工艺参数、材料等都可以看成特征,零件可以看成是由特征构成的,特征造型方法简洁直观.本文将组成零件的特定的几何形状及其尺寸精度、表面
图2特征的继承性ISAISA
ISAISAISA…柱面类特征孔形类特征键类特征
旋转类特征非旋转类特征
特征粗糙度等定义为特征,每个特征根据面向对象方法说明为类,特征类具有继承性,如图2所示.特征类中除了说明特征的属性外,还定义了有关的操作,如体积的计算,特征的绘图等.例如柱面类特征,用C++编程语言说明如下(为方便说明,把类的属性都写到同一类中了,实际的特征类是
22 华 东 交 通 大 学 学 报 1996年应用继承性构造的):classColumnFeature:publicRotationFeature {∥ATTRIBUTES: public: intFeatured;∥特征号 char*FeatureName;∥特征名 doubleFeatureGeometry;∥特征几何参数 doubleFeaturePosition;∥特征几何位置 doubleFeatureProcessParameters;∥特征工艺参数(包括尺寸精度、表面粗糙度,不包括位置精度) private: doubleDefaultValue;∥参数缺省值∥METHOD: Public: doubleColumnCaculation();∥体积计算 voidFeatureDrawing();∥特征绘图}; 应用特征造型CAD时,需要把这些具有继承性的类建成一个特征库,这个特征库包含了各种典型特征的类定义.由于只需给出特征的类说明,特征库十分简洁、容易维护.对特征库的管理由特征库管理模块完成,如特征的增删、修改、存储等.2.2 零件的计算机辅助设计及产品数据的形成
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图3基于特征的零件描述
零件表头特征关系链表·零件名·零件号·产品号·材料·技术要求·特征1·特征2·位置关系·位置精度·特征1·特征2特征链表零件在零件CAD时,先在特征库中选择基本的特征类,对该特征类的所有属性初始化,产生特征对象,通过特征对象的绘图操作,将图形显示于显示器上.然后通过特征的附加、减去、过渡等操作,完成整个零件的特征造型.为描述零件的完整性,在设计时还要输入零件表头信息,如零件名、零件号、产品号、材料和技术要求说明等.为表示特征与特征之间的位置精度,在设计时还要输入位置精度值.经过预处理模块,CAD输出产品数据描述如图3所示.图中,特征链表以链表的形式记录了组成零件的所有特征.特征关系链表记录两个有位置关系的特征之间的位置关系及其精度.基于特征的零件描述便于加工工艺的仿真,在工艺仿真时,只需对每一特征的加工工艺进行仿真,大大简化了仿真的过程.
3 基于知识的工艺仿真及其对CAD的反馈本系统利用知识工程来进行零件加工工艺的仿真,为此首先要建立一个制造知识库,制造
23第4期 莫建中等:基于工艺仿真的计算机辅助面向制造而设计的研究 知识库由各种加工规则组成,这些加工规则可以推断特征的加工顺序、特征的加工方法、特征加工所需的机床、刀具、夹具以及切削参数.每一规则由IF、THEN语句组成.由于加工知识的复杂性,为减少知识库的搜索深度,本文将制造规则划分为多个层次,如第一层为推断特征加工顺序的规则集,第二层为推断特征加工方法的规则集,第三层为推断机床选择的规则集.等等.从第一层向第二、三和更深层次搜索,和更深层次搜索,实现逐步细化的加工工艺仿真,完成所有层次的规则的搜索就完成了零件的整个加工工艺的仿真.制造知识库的层次结构如图4所示.
图4 用于工艺仿真的加工规则的层次性为了能通过工艺仿真反馈制造性信息,对每一规则都加上了能反馈制造性信息的机制.如,对第一层次的推断特征加工顺序的规则可说明为:IF特征是外螺纹,THEN接下一步IF相邻有退刀槽特征 THEN加工退刀槽,转LEVEL2AND然后加工外螺纹,转LEVEL2ELSE 提示“请考虑设计退刀槽”ENDIF根据特征加工顺序规则,对图5所示的零件的特征加工顺序仿真结果如图6所示.遍历图6中零件的加工顺序树,便可生成一组零件的特征加工顺序,选择一种加工顺序,进行第二次的工艺仿真.下面是加工外圆面的规则说明:IF加工精度在《h12～h13》OR表面粗糙度在《20～80》
24 华 东 交 通 大 学 学 报 1996年THEN 提示“需要粗加工吗?”IF 回答“是”THEN初车,转LEVEL3
IF 加工精度在《h5》OR表面粗糙度Ra
在《0.08～0.16》
THEN 提示“需要这么高的精度吗?” IF 回答“否” THEN 降低精度要求ELSE 粗车AND半精车AND精车AND初磨AND抛光,转LEVEL3ENDIF
图5 零件示意图 图6 图5零件特征加工顺序树特征的加法及工序的生成规则在精度要求高时会明显提高加工成本时,DFM分析模块提示设计者考虑精度的选择问题,从而避免无所谓地提高加工精度.对第三层的机床选择规则作同样处理.例如,由第二层精车转到第三层车床选择时的规则可说明如下:IF 特征的几何参数在机床加工范围内THEN 选择合适的车床ELSE提示“买一台新机床可行吗?” IF 回答“是” THEN返回 ELSE 提示“需特别加工或将零件分解设计”
ENDIF
例子中,规则在所设计的零件的大小超出机床加工范围时,反馈信息,从而避免所设计的零件尺寸过大造成难以加工的现象.加工规则的层次不止上面所述的三个,对层次性加工规则的搜索完成零件加工工艺的仿真,由工艺仿真反馈制造性信息,实现面向制造而设计.对知识库的管理是由知识库管理模块完成的.如知识的增、删、修改、存储等.
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