現(xiàn)代制造技術第一章現(xiàn)代制造技術概述第二章CAD、CAE、CAPP與CAM 第三章數(shù)控技術第四章柔性制造第五章虛擬制造第六章快速原型制造第七章敏捷制造第八章CIMS：現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)第九章智能制造與網絡制造第十章激光技術第十一章綠色制造第二章CAD、CAE、CAPP與CAM第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述第五節(jié)CAD/CAM集成技術第六節(jié)新一代CAM即將興起教學目標應知：1.了解CAD、CAPP、CAM研究開發(fā)熱點；

2.了解CAE的仿真的并行方法及未來的發(fā)展方向。應會：通過網絡查詢了解CAD、CAE、CAPP、CAM的發(fā)展情況。重點：了解CAD、CAE、CAPP、CAM發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢。難點：了解CAD、CAE、CAPP、CAM研究開發(fā)熱點。第二章CAD、CAE、CAPP與CAM第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述第五節(jié)CAD/CAM集成技術第六節(jié)新一代CAM即將興起學習任務隨機抽簽分四個大組；選出組長。組號組長組員第一組第二組第三組第四組步驟1：分組學習任務步驟2：分任務抽簽選取各組學習任務。組號組長組員內容第一組第二組第三組第四組CAD\CAE\CAPP\CAM步驟3：資訊學習任務組號閱讀內容尋找關鍵詞第一組P~P第二組P~P第三組P~P第四組P~P閱讀時間20分鐘步驟4：每個人繪制思維導圖每人分別以CAD\CAE\CAPP\CAM為主題繪制一張思維導圖。制作時間20分鐘。什么是思維導圖呢？順時針交流簽名。步驟5：每組繪制思維導圖學習任務每組在組長的帶領下分別以CAD\CAE\CAPP\CAM為主題合作繪制一張思維導圖。制作時間20分鐘。步驟6：展示成果每組選出代表進行3分鐘成果展示匯報。步驟7：教師簡述內容舉例服裝經營對策思維導圖2131234512341423561234？什么是思維導圖呢？第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望一、CAD發(fā)展歷程二、CAD技術的發(fā)展趨勢三、CAD技術研究開發(fā)熱點一、CAD發(fā)展歷程80年代末—90年代深入發(fā)展階段70年代中期—80年代末期普及應用階段50年代初期—70年代中期起步階段1946年50余年發(fā)展誕生計算機專業(yè)化的高檔圖形工作站系統(tǒng)平臺；普及化的微機系統(tǒng)平臺在工業(yè)化國家，機械制造業(yè)中的CAD技術覆蓋率已超過60%。從1985年的35億美元，1990年達到114億美元，1995年更猛增到280億美元平均年增長達到20%。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望CAD技術的發(fā)展趨勢主要圍繞在標準化、開放式、集成化、智能化四方面發(fā)展。1．標準化從80年代中期起，ISO國際標準化組織著手醞釀制訂這類標準，稱作ISO10303《產品數(shù)據(jù)表達與交換標準》，簡稱STEP目前標準有兩大類：一是公用標準，主要來自國家或國際標準制定單位；二是市場標準，或行業(yè)標準，屬私有性質。二、CAD技術的發(fā)展趨勢第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望2．開放性廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口95／98／NT和UNIX平臺上；此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內核源碼，使用戶可定制自已的CAD系統(tǒng)。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望3．集成化CAD技術的集成化體現(xiàn)在三個層次上：一是目前創(chuàng)新設計能力（CAD）與現(xiàn)代企業(yè)管理能力（ERP、PDM）的集成，已成為企業(yè)信息化的重點；其二，是將CAD技術能采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是CAD基于網絡計算環(huán)境實現(xiàn)異地、異構系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應運而生的虛擬設計、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應用。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望4．智能化現(xiàn)有的人工智能技術對模擬人類的思維活動（包括形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維等多種形式）往往是束手無策的。因此，智能CAD不僅僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術與CAD技術相結合，更要深入研究人類設計的思維模型，并用信息技術來表達和模擬它。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望AutoCAD2004第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望二、CAD

技術研究開發(fā)熱點1．計算機輔助概念設計一方面，產品工本費的70％是在產品設計階段決定的。但另一方面，在概念設計期間，是不精確的、近似的或未知的，也就是說復雜性很高，這給CAD技術帶來很大的難度。概念設計的過程主要是評價和決策的過程，它涉及到產品功能、動作和結構等因素，它對產品的價格性能、可靠性、安全性等等起決定性的影響作用。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望（1）自動生成方案目前主要采用人工智能技術。即建模問題和推理問題：A．前者是對產品的功能、動作和結構諸因素之間相互影響的復雜關系進行建模或表達。B．而推理問題實際上就是生成和選擇合適的方案。建模問題主要是形式描述方法，它能保證計算機有效地進行推理，稱為面向機器的表示法。而圖象表示法是一種高可視化的表示法（即可視化思維模型），它側重于提供一種有助于輔助設計人員創(chuàng)新工作的建模環(huán)境，稱它為面向人的表示法。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望（2）交互技術生成方案由于概念設計的復雜性，自動生成合適的方案是很困難的。在自動生成和選比方案尚未成熟之前，交互技術是重要手段。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望2．計算機支持的協(xié)同設計群體的工作由兩個部分組成：一是個體工作，群體成員應完成的各自分工的任務；另一是協(xié)同工作，因為群體工作不可能分解為互相獨立的個體工作，群體成員之間存在相互關聯(lián)的問題，一般稱為接口問題，接口難免會出現(xiàn)矛盾和沖突，如不及時發(fā)現(xiàn)和協(xié)調解決，就會造成返工和損失。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望（1）群體成員間多媒體信息傳輸首要的是傳輸媒體的選擇問題，即基于公用網（如WWW）還是基于專用網（2）異構平臺實用的協(xié)同設計系統(tǒng)必須能在異構環(huán)境中運行，包括數(shù)據(jù)傳輸、工具集成，還有跨平臺的交互界面，這主要依靠標準化工作來解決異構環(huán)境問題。（3）人—人交互應該說支持設計群體人員間的人－－人交互是協(xié)同設計的核心問題之一，特別是目前自動發(fā)現(xiàn)矛盾和沖突，并進行自動協(xié)同和解決的技術還不成熟，因此人－－人交互的手段尤為重要。第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望3．海量信息存儲、管理和檢索4．設計方法研究及其相關問題針對CAD的設計法卻是最近才有的，稱為正規(guī)設計流程法，是開發(fā)新一代CAD系統(tǒng)的關鍵。5．支持設計創(chuàng)新創(chuàng)新是產品設計的靈魂，如何利用計算機來支持創(chuàng)新，這是個新的課題。6．新技術在CAD中的應用（1）虛擬現(xiàn)實與CAD集成一是可逼真地看到正在設計的產品及其開發(fā)過程；另一方面是提高交互能力，使設計人員或群體可以直接和所設計產品交互操作。（2）計算機安全第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望280柴油機三維建模計算機輔助設計（CAD）舉例出口澳大利亞糧食漏斗車三維電子樣機鍛造三維建模沖壓三維建模

計算機輔助設計（CAD）舉例第二章CAD、CAE、CAPP與CAM第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述第五節(jié)CAD/CAM集成技術第六節(jié)新一代CAM即將興起CAE（計算機輔助工程）技術的突破性進展，導致在分布式共享存儲器環(huán)境下CAE仿真的并行度達到新的高度。第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)從硬件和軟件的算法觀點看，可以概略地把CAE仿真“行為”分為三類來考慮：隱式、用于結構力學的顯式有限元分析（FEA）和用于流體力學的CFD。如底特律三大汽車OEM采用了總數(shù)達740個處理器的SGI2800服務器，包括兩個分別配置128個處理器的系統(tǒng)，使現(xiàn)有計算能力達到375Gflop。一個單一系統(tǒng)映像的SGI2800系統(tǒng)可擴展到512個處理器，并且內存可以擴展到1Tb。一、CAE仿真的并行方法二、未來的發(fā)展方向運算法則的進步和新的硬件體系結構的出現(xiàn)導致了CAE方法論的提高，伴隨這些進步，已改善的CAE可伸縮能力將進入到一個嶄新的十年。將刺激CFD建模在瞬間流動狀態(tài)的應用、建筑機械學不確定性的廣泛實施應用，以及多規(guī)程液流與結構相結合的生產應用等許多方面，在其它建模工具應用中也會有提高。結構FEA仿真目前正經歷一個從確定性到不確定性的歷史性轉變。用于瞬時狀態(tài)的CFD仿真已進入工業(yè)化應用階段。使用顯式FEA動力學進行高度短暫的非線性造型，諸如汽車等交通工具的碰撞、氣囊與駕駛員的交互作用以及飛機與飛鳥的碰撞，都呈現(xiàn)出實際參數(shù)的分散性。

第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)分層保壓現(xiàn)象保壓流動的準確描述第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)第二章CAD、CAE、CAPP與CAM第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述第五節(jié)CAD/CAM集成技術第六節(jié)新一代CAM即將興起第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究廣泛應用的有限元分析方法與CAD技術相集成，共同實現(xiàn)“設計—評價—再設計”任務的自動化，以提高設計的精確程度和效率。主要困難是：一是如何實現(xiàn)從幾何模型到有限元分析模型的自動轉換；二是如何從有限元分析的結果出發(fā)評價和修改設計。實現(xiàn)CAD特征建模與有限元數(shù)值計算技術的集成，既是技術上的需要，也是集成發(fā)展的方向。為了有效地實現(xiàn)CAD/CAE系統(tǒng)的集成，用特征技術和人工智能相結合的方法去集成CAD特征建模與有限元分析技術系統(tǒng)框架，包括5個部分。(1)特征造型。(2)有限元分析建模。(3)有限元分析。(4)分析結果解釋和評價。(5)指導再設計。從總體構架來看，特征造型與有限元分析集成系統(tǒng)有兩方面工作要做：一個是基于特征的有限元前處理；另一個是基于特征的有限元后處理。設計人員與專家共同完成“設計—分析—再設計”任務。二、設計特征向有限元分析特征的轉換（有限元建模）從CAD造型中生成的幾何模型不能直接用于有限元分析，必須經過幾何模型抽象化，刪除某些細節(jié)，降維表示某些幾何形狀，實體對稱性簡化、網格劃分、載荷和邊界條件的處理等步驟，最后才能生成抽象的分析模型。1．細節(jié)特征的刪除（將圓角變成直角等）。2．降維問題：降維就是用具有高維實體屬性的低維實體表示高維的實體。（立體變成平面）3．對稱性的簡化4．載荷與邊界條件的自動處理(建立FEA模型時，通過查詢特征實體的特征信息，自動產生所期望的載荷和邊界條件。5．有限元網格的自動劃分技術一些典型的網格自動生成方法如下：(i)映射法；(ii)填充法（結點連接法）；(iii)三角劃分法；(iv)結構分解法，也稱拓撲切割分解法；(v)空間分解法；(vi)前沿位移法；(vii)旋轉平移法；(viii)混合法。第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究三、基于特征的有限元后處理1．結果解釋和分析(1)從大量的輸出數(shù)據(jù)中過濾出重要的特征信息；(2)轉換特征信息，使之可用于推理；(3)在數(shù)據(jù)表達的基礎上，對目標的狀態(tài)作出推論。2．評價和修改設計概括起來，特征的修改措施有：(1)刪除幾何特征；(2)增添幾何特征；(3)修改幾何特征的參數(shù)（包括定形和定位參數(shù)）；(4)改變材料特征；(5)修改技術特征；(6)修改外力載荷和邊界條件（包括數(shù)值和作用范圍）。第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究機車連桿變形模擬分析沖壓過程模擬系統(tǒng)鑄鋼件澆鑄過程模擬計算機輔助工程（CAE）舉例機車車體有限元分析貨車動力學仿真分析流體動力模型計算機輔助工程（CAE）舉例計算機輔助工程（CAE）在精密鑄造中的應用計算機輔助工程（CAE）在精密鑄造中的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用結構過渡段的應力分布云圖CAE鑄造系統(tǒng)模擬過程車架舉升工況的拉壓應力云圖計算機輔助工程（CAE）的應用整機分析的Y向局部變形與應力分析云圖吊臂在工況3失穩(wěn)前的變形與應力云圖彈簧的受力分析計算機輔助工程（CAE）的應用機構分析計算機輔助工程（CAE）的應用優(yōu)化前最小安全系數(shù)計算機輔助工程（CAE）的應用塑料填充形式溫度分布型腔冷卻溫度分布計算機輔助工程（CAE）的應用溫度變化對零件的影響工藝夾頭受力分析計算機輔助工程（CAE）的應用計算機輔助工程（CAE）的應用第二章CAD、CAE、CAPP與CAM第一節(jié)CAD技術的發(fā)展歷程及展望第二節(jié)CAE仿真的并行實現(xiàn)第三節(jié)特征造型與CAE有限元分析的集成化研究第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述第五節(jié)CAD/CAM集成技術第六節(jié)新一代CAM即將興起第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述一、CAPP的概念及系統(tǒng)結構組成二、CAPP的發(fā)展歷程及作用三、CAPP系統(tǒng)的類型及應用四、CAPP系統(tǒng)未來的發(fā)展方向CAPP即計算機輔助工程設計——是利用計算機來進行零件加工工藝的制訂，把毛坯加工成工程圖樣上所要求的零件的現(xiàn)代設計技術。它是人們向計算機輸入被加工零件的形狀、尺寸等幾何信息和材料、熱處理、批量等工藝信息后，由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內容等工藝文件的過程。1）零件信息的輸入。2）工藝決策。3）工藝數(shù)據(jù)/知識庫。4）人機交互界面。5）工藝文件管理。一、CAPP的概念及系統(tǒng)結構組成第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述二、CAPP的發(fā)展歷程及作用第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述120世紀60年代末，人們開始在工藝過程設計領域應用計算機技術，進行CAPP的開發(fā)和研究工作。21969年挪威推出了世界上第一個CAPP系統(tǒng)AUTOPROS，1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)，挪威也成為世界上最早研究CAPP的國家。在過去的40多年里，期間經歷了交互式、派生式、創(chuàng)成式、綜合式、專家系統(tǒng)等不同的發(fā)展階段，并涌現(xiàn)了一大批CAPP原型系統(tǒng)和商品化的CAPP系統(tǒng)。3CAPP是將產品設計信息轉換為加工制造信息的關鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)信息化建設中聯(lián)系設計與生產的紐帶，同時也可以為企業(yè)的管理部門提供相關的數(shù)據(jù)，是企業(yè)信息交換的中間環(huán)節(jié)。1CAPP在實現(xiàn)生產自動化中占有重要地位。借助于CAPP系統(tǒng)，可以有效地解決手工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩(wěn)定、不容易優(yōu)化等問題。1.交互式CAPP系統(tǒng)——采用人機對話的方式，基于標準工步和典型工序進行工藝設計，將一些經驗性強、模糊難定的問題留給設計人員去完成，這就簡化了系統(tǒng)的開發(fā)難度，同時使系統(tǒng)更靈活、方便。這種系統(tǒng)能充分體現(xiàn)人的主觀能動性，可變性和可擴展性好，但系統(tǒng)的自動化程度不高，運行效率低，工藝規(guī)程的設計質量與人的關聯(lián)性很大。三、CAPP系統(tǒng)的類型及應用第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述2.派生式CAPP系統(tǒng)——也稱變異式CAPP系統(tǒng)，它是以成組技術為基礎，利用零件的相似性，通過對產品零件的分類歸組（族），可以把工藝相似的零件匯集在零件組（族），然后編制每個零件的標準工藝，并將其存入CAPP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。派生式CAPP系統(tǒng)繼承和應用了企業(yè)較成熟的傳統(tǒng)工藝，應用范圍比較廣泛，有較好的實用性，但系統(tǒng)的柔性較差，對于復雜零件和相似性較差的零件，不適宜采用。3.創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)——是一個能綜合零件加工信息，自動為一個新零件創(chuàng)造工藝規(guī)程的系統(tǒng)，它能夠根據(jù)工藝數(shù)據(jù)庫的信息和零件模型，在沒有人干預的條件下，系統(tǒng)自動產生零件所需要的各個工序和加工順序，自動提取制造知識，自動完成機床、刀具的選擇和加工過程的優(yōu)化，通過應用決策邏輯，模擬工藝設計人員的決策過程，自動創(chuàng)成新的零件加工工藝規(guī)程。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)便于實現(xiàn)計算機輔助設計和計算機輔助制造系統(tǒng)的集成，具有較高的柔性適應范圍廣，但由于系統(tǒng)自動化要求高，應用范圍廣，系統(tǒng)實現(xiàn)較為困難，目前系統(tǒng)的應用還處于探索發(fā)展階段。4.綜合式CAPP系統(tǒng)——也稱半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)，它綜合派生式CAPP系統(tǒng)與創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的方法和原理，采用派生與自動決策相結合的方法生成工藝規(guī)程，如需對一個新零件進行工藝設計時，先通過計算機檢索它所屬零件族的標準工藝，然后根據(jù)零件的具體情況，對標準工藝進行自動修改，工序設計則采用自動決策產生。綜合式CAPP系統(tǒng)兼顧了派生式CAPP系統(tǒng)和創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)兩者的優(yōu)點，克服各自的不足，既具有系統(tǒng)的簡潔性，又具有系統(tǒng)的快捷和靈活性，有很強的實際應用性。三、CAPP系統(tǒng)的類型及應用第四節(jié)CAPP系統(tǒng)概述5.CAPP專家系統(tǒng)——CAPP專家系統(tǒng)是一種基于人工智能技術的CAPP系統(tǒng)，也稱智能型