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CAD/CAM应用（重点内容）

第一章：
CAD概念：计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD）是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算机为工具，辅助人类完成产品的设计、分析、绘图等工作，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。

CAPP概念：计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning, CAPP）是指在人和计算机组成的系统中，根据产品设计阶段给出的信息，人及交互地自动地完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。

CAM概念：计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）有广义和狭义两种定义。广义CAM一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。（如无特殊说明，都为狭义CAM）。

CAD/CAM系统的组成：CAD/CAM系统应有人、硬件、软件三大部分组成。

基于产品数据管理（PDM）的系统集成：PDM技术是以产品数据的管理为核心。

第二章：
CAD/CAM系统的组成及基本功能：CAD/CAM系统由一系列的硬件和软件组成。

软件一般包括：系统软件、支撑软件、专业性应用软件。

CAD/CAM系统的核心：产品建模功能（软件功能）。

计算机系统硬件的核心：是主机，它是由中央处理器（CPU）、内存储器及其联接主板组成，是计算机系统硬件的核心。

计算机系统软件的核心：操作系统是系统软件的核心。

CAD/CAM系统的核心：CAD/CAM系统的支撑软件是CAD/CAM系统的核心。

CAD/CAM专业性应用软件分类：检索型、自动型、交互型、智能型。

网络的拓扑结构概念：各网卡之间连接的物理布局结构模式称为网络拓扑结构。

第三章：
计算机辅助概念设计的核心技术：建模设计是计算机辅助概念设计的核心技术。

产品创新设计的基础：知识处理是进行产品创新设计的基础。

知识处理包括：知识表达、知识获取、推理机制。

第四节：参数化与模块化设计（重点、难点）
模块化设计方法的分类：1、根据设计类型划分【（1）新产品的模块化设计、（2）变型产品的模块化设计、（3）现有产品的模块化改造设计】2、按模块化设计的产品在产品系列中所覆盖的形式和程度划分【（1）横系列模块化、（2）纵系列模块化、（3）跨系列模块化、（4）全系列模块化】

第五节：产品设计的可视化技术（重点、非常重要的计算题、看书！）

核心 核心
几何建模算法————→拼合算法————→集合运算

第四章：
产品建模方法：几何建模、特征建模、全生命周期建模。

几何建模的定义：就机械产品的CAD/CAM系统而言，最终产品的描述信息应包括形状信息、物理信息、功能信息、及工艺信息等，其中形状信息是最基本的。

边界表示法（Boundary Representation, BR, BRep）模型中的数据结构为网状关系。
边界表示法的核心信息是平面。边界表示法特点：边在计算机内部都是两次存储。

构造立体几何法（Constructive Solid Geometry,CSG）二叉树结构进行表示，大部分是树状结构。

二者区别：两者不仅应用的布尔运算不同，而且采用的基本体素也不同，CSG法强调的是记录各体素进入拼合时的原始状态，而Brep法则强调记录拼合后的结果。对于同一形体，CSG法数据量只有Brep法的1/10，所以CSG法可方便的表示机械零件或部件，但是对于形状比较复杂的物体，特别市曲线形状较多的物体，这种方法的应用有一定局限性。

特征面的模式定义中包括：特征面的组成、面的邻接关系以及面的作用和属性等。

特征之间的关联：（1）继承联系、（2）邻接联系、（3）从属联系、（4）参照联系。

集成产品数据模型内容包括：（1）设计模型、（2）技术信息模型、（3）规划模型。

集成产品数据模型层：产品层、部件层、零件层、毛坯层、特征层、几何拓扑层。

产品数据交换接口的目的：实现共享。 图4-33 点与点连接、星形连接。（考点）。

STEP体系结构：应用层、逻辑层、物理层。

数据交换实现方法：①文件交换、②应用编程接口（API）、③数据库。

STEP采用面向对象的信息建模方法，它所描述的产品信息分成：基本模型和应用模型两部分。

第五章：
工程分析概念：依据科学理论，建立反映这些参数和因素间的相互影响和相互作用的关系式并进行分析。

计算机辅助分析：就是采用计算机技术进行工程分析，计算机系统提供了进行辅助分析计算的支撑环境和工具。

最主要的分析技术：有限元分析和优化设计。

有限元方法：有限元方法（Finite Element FEM）是一种根据变分原理进行求解的离散化数值分析方法。

有限元方法求解力学问题的基本思想是：将一个连续的求解域离散化，即分割成彼此用节点（离散点）互相联系的有限个单元，一个连续弹性体被看作是有限个单元体的组合，根据一定精度要求，用有限个参数来描述各单元体的力学特性，而整个连续体的力学特性就是构成它的全部单元体的力学特性的总和。

有限元方法可分为两种基本方法：
位移法：以节点位移为基本未知量，在选择适当的位移函数的基础上，进行单元的力学特征分析，在节点处建立平衡方程即单元的刚度方程，合并组成整体刚度方程，求解出节点位移，可再由节点位移求解应力，这种方法称为位移法。
力法：另一种是以节点力为基本未知量，在节点上建立位移连续方程，解出节点力后，再计算节点位移和应力，这种方法称为力法。

单元特性分析：采用力学的变分原理，获得单元平衡方程组，建立单元刚度矩阵。
单元分析：利用虚功原理，建立刚度方程。

有限元分析：进行单元分析、整体分析、求解位移、应力值等。

有限元分析数据前处理概念：需要输入大量的数据，包括各个节点和单元编号、坐标、载荷、材料、和边界条件数据等，这些工作称为有限元前处理。

有限元分析数据后处理概念：对有限元分析后产生的大量结果数据，需要筛选出或进一步转换为设计人员所需要的数据。

优化设计的三要素：设计变量、约束条件、目标函数。

设计变量分类：设计变量可分为连续设计变量和离散设计变量。

共轭方向法包括：共轭梯度法、鲍威尔法等。

遗传算法的基本操作：（1）选择、（2）交叉、（3）变异。

仿真概念：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区研究真实系统的工作行为。

第六章：
（1）传统的方法已远不能适应当前机械制造行业发展的需要，具体表现为：
答：①传统的工艺设计由人工编制，劳动强度大，效率低，且因人而异。
②工艺设计及工装设计与制造周期长，不能适应市场瞬息多变的需求。
③设计质量在很大程度上依赖于工艺设计人员的水平。
④人工工艺设计很难做到最优化、标准化。
⑤工艺设计人员主要进行重复性繁琐的工作，缺少对创新工艺工作的研究。（2）用计算机辅助工艺准备代替传统的工艺准备方法具有重要意义，主要表现：
答：①可将工艺人员从繁琐和重复性的劳动中解放，转而从事新工艺开发工作。
②可以大大缩短工艺准备周期，提高产品对市场的响应能力。
③有助于对工艺人员的宝贵经验进行总结和继承。
④有利于工艺准备工作的最优化和标准化。
⑤为实现面向21世纪的先进的生产模式创造条件。

CAPP的概念：从狭义的观点来看，CAPP是完成工艺过程设计，输出工艺规程。
广义：即CAPP一头向生产规划最佳化及作业计划调度最佳化发展，另一头扩展能够与物流系统相联，生成NC加工控制指令，以控制物流或加工过程。

CAPP系统的组成：用户层、作用层、应用层、核心层、支撑层。

CAPP的基本内容：产品可制造性评价层、工序设计层、工艺路线设计层。

变异型CAPP系统又可称为：派生型、修订型。

JLBM-1系统组成：零件类别码、形状及加工码、辅助码。（JLBM-1优缺点考过）

二级形状码的基本结构：框架、槽、侧面、值。（分支不能>2个）
计算机自动柔性编码系统对零件目标框架的搜索为：深度优先搜索。

工序设计的原理：工序设计的内容就是确定每次安装中的各加工表面的加工顺序和内容以及确定工步的顺序和内容。系统用产生式规则描述这些知识和原则，在进行推理时，所有被触发的规则都作为启用规则执行，并进行多次的顺序搜索，直到一个搜索循环结束没有新的加工位置变动为止。

CAPP专家系统的组成：工业知识库、工艺规则库、系统的推理机。

需求分析内容一般包括：调查研究、确定需求、描述需求、需求分析复审四个环节。

通常CAPP系统开发有两种模式：（1）作坊模式、（2）开发模式。

适用于工艺设计方面的知识表示方式：框架、产生式规则、过程、事实模型、模糊模型和数据库等。

工装设计包括：夹具设计、专用刀具设计、专用量具设计。它是工艺设计的重要组成部分。

复杂刀具CAD系统的组成：数据流控制模块、设计程序库、系统控制模块、操作系统、计算机硬件。

复杂刀具数据库组成：（1）设计常用数据库、（2）复杂刀具设计专用数据库、（3）复杂刀具资料库、（4）动态数据库。

复杂刀具设计过程模块组成：（1）原始数据输入模块、（2）设计、检索模块、（3）校核和修改模块（4）设计结果显示并存入数据库。

第七章：
语言自动编程的过程可分为：源程序编制和目标程序编制两个阶段。
（179页图7-1中虚线的左侧为：源程序编制，右侧为：目标程序编制。）

编制源程序阶段：零件加工源程序不能直接控制机床。

图形交互自动编辑的五大基本步骤：①零件图样及加工工艺分析、②几何造型、③刀位轨迹计算及生成、④后置处理、⑤程序输出。

刀具轨迹计算方法：①参数线法、②截平面法、③投影法。

刀具轨迹验证功能包括：①刀具轨迹的快速图形显示、②截面法验证、③动态图形显示验证（高级功能）。

基点的概念：通常把各个几何元素间的连接点称为基点。

节点的概念：根据曲线方程的特点以及允许的逼近误差，用许多小直线段或小圆弧段来逼近其轮廓。这种人为的分割线段，其相邻两线段的交点则称为节点。

数学处理的主要内容：是基点和节点的计算。除此之外，对于不同的数控系统，还会有刀位点轨迹的计算、增量计算、辅助程序段的数值计算等。

常用的线性拟合计算方法有：等间距法、等弧长法、等误差法、等几种。
（其中等误差法的精度最高、最好，但是计算过程也最为复杂化。）

刀位轨迹仿真一般在前置处理之后进行。

刀位轨迹仿真显示方法：一般采用动画显示的方法。

加工过程动态仿真是在后置处理之后进行。

加工过程仿真总体机构包括三个部分：①实体建模模块、②加工过程仿真器（加工过程仿真的核心）、③仿真报告输出及三维动画显示。

加工过程仿真需要两类信息：①一类是详细实体模型、②另一类是来自集成框架的待加工件的NC加工程序。

DNC系统的一般组成：DNC系统由硬件和软件组成。

DNC系统的控制结构大致可分为三种形式：（1）纸带机旁路式、（2）一般控制结构、（3）多级控制结构。

DNC通信接口功能主要有三种：①下传NC程序、②上传NC程序、③系统状态采集和远程控制。

串行通信的结构：是一种点对点式的星形拓扑结构。

串行通信协议一般分为三层：①物理层、②链路层、③应用层。

MAP网络访问方式：MAP网采用总线结构和适用于工业环境的令牌通行。

通信方式：数据的交换一般有一对一和客户/服务器，这两种通信方式。

DNC系统的通信分为三个层次：最上层是DNC主机与上层控制计算机、第二层为DNC主机与DNC接口机的通信、最底层为DNC接口机与数控机床的通信。

信息交换可分为三个方面：①自上而下、②由下而上、③信息反馈。

第八章：
装配的概念：装配是整个制造过程的后期工作，各种零部件都需经过正确的装配，才能形成最终产品。
装配CAPP的概念：计算机辅助装配工艺设计（Computer Aided Assembly Process Planning,CAAPP），也称为装配CAPP，从本质上说就是应用计算机模拟人编制装配工艺过程，自动生成装配工艺文件的方法。

CAAPP三个有代表性的发展阶段：1、基于人工智能技术的计算机辅助装配工艺设计系统的研究阶段（系统制造的核心是推理机），2、面向敏捷制造模式的CAAPP研究阶段，3、面向网络化制造的CAAPP系统的研究阶段。

CAPP技术的两种主要的实现方式：①检索式（相当于变异型）、②创成式。

固定组件及部件之间的相互装配关系：连接关系、连接位置、连接方向、连接的技术要求等。

知识的描述方式：采用语义网路、产生式规则、框架和面向对象等多种表示方法。

装配决策的过程主要有以下几个阶段：装配关系建模阶段、装配顺序生成阶段、装配顺序评价及选择阶段、装配工艺规程管理阶段。（其中装配关系建模、装配顺序生成及装配顺序评价是三个主要的功能模块）

装配模型表示方法一般有三种：装配图模型、CAD模型以及符号表示模型。

零件之间的装配关系主要包括：接触关系、紧固关系、配合关系以及传动关系等。

针对以上指标，利用运筹学、图论或者数学规划等，能够很好地解决上述决策问题。（以上指标指的是：装配顺序的评价标准包括的内容。）

√★非常重要的论述题（考试必会）

一般而言，装配工序图的自动生成有如下三种方案：
1）、采用一定方式获取装配图，生成装配工序图，可按一定规则截取装配图的某一有限部分，然后进行必要的修改。
2）、建立所有零件的图形库，生成装配工序图时，可根据相应规律将有关零件按一定关系“组合”到一起。
3）、基于典型的装配副关系生成典型副装配工序图建立图库，其参数为变量。（在此方案中，主要研究工作包括：典型零部件特征和典型装配副装配工序简图库的建立；各典型零部件特征和典型装配副装配工序简图之间的组合关系）。
上述方案各有优缺点，方案1在未采用CAD设计装配图的情况下，计算机难于获取装配图；同时在生成装配工序图时，需要做大量的修改工作，计算工作量及实现难度较大。方案2方法先进，但开发工作量及实现难度均较大，且需针对特定企业及产品建立零件库，应用范围受限制。方案3在范围不大的场合，针对有限目标具有实现的可能。（各方案的优缺点比较）
通过上述的分析比较，目前装配CAPP系统工序图的自动化生成一般采用基于典型的装配副关系生成典型副装配工序图的实现方法，同时部分吸收了方案2的思想。（总结）

装配过程仿真系统一般包括以下几个模块：分析计算机模块、驱动显示模块、关键点干涉模块、用户交互修改模块。

装配序列和路径是分析计算机模块的输入信息；装配体实体模型是驱动显示模块的反馈信息。（231页图8-15装配仿真模块信息流程图）

虚拟装配系统的主要功能组成：装配建模初始化、装配工艺文件查看和获取、虚拟装配过程设计、装配设计输出、虚拟装配动画重现。（232页图8-17）

虚拟装配系统的体系结构：一种显示模型和仿真模型相分离的结构。（233页8-18）

资源层模块：CAAPP服务器、数据库。（书234页图8-19功能框图）

234页图8-20是可视化装配的主界面，由三部分组成，即VRML显示区域以及两个Java Applet。左下方的Applet用以提供系统运行中的提示信息。右方的Applet是系统的控制中心。

目前实现装配CAD/CAPP信息集成的方法有：1专用集成方法、2通用集成方法。

第九章：
质量的定义：反映实体满足明确或隐含需要能力的特性的总和。

实体的概念：能够单独考虑加以审查的一件事物，可是有形的，也可以是无形的。

质量的特性：质量包含性能、特性、美学性、符合性、可靠性、耐久性、可服务性和可感觉的质量等八个方面的特性。

质量可分为狭义质量和广义质量。狭义质量：指产品质量。广义质量不仅包括最终的产品质量，还包括产品形成和实现过程的质量。

质量管理定义：确定质量方针、目标和职责并在质量体系中通过质量计划、质量控制、质量保证和质量改进等实施的管理职能的所有活动。

质量保证的定义：为了提供足够的信任表明实体能够满足质量要求，而在质量体系中实施并根据需要进行证实的全部有计划、有系统的活动。
质量保证分为内部质量保证和外部质量保证。 内部质量保证是为使企业的领导者确信企业提供的产品满足质量要求所进行的活动。 外部质量保证是为了使需求方确信供应方提供的产品质量满足质量要求所进行的活动。
质量控制概念：指为达到质量要求所采取的作业技术和活动。

质量体系概念：指为实施质量管理所需的组织结构、程序、过程和资源。

集成质量管理系统在生产前阶段的功能：市场调研、质量决策过程、质量规划和标准、原材料和外购件的检测。

零件的描述方法：编码描述、语言描述、几何型面描述、特征描述、拓扑描述等。

统计质量控制的方法和工具：控制图、排列图、因果图、分散图等。

知识点：书252页图9-10中的区域和中心线、上下限值。

计算机辅助零件制造质量控制机加工子系统功能结构，五个子系统：数据输入、数据统计、质量报表与质量控制、数据查询、系统维护。

计算机辅助统计质量控制的决策方法：数学决策方法、逻辑决策方法、智能决策方法。

知识点（选择）：书257至258页表9-1和表9-2内的方法，打√的记住。

第十章：
PDM的逻辑体系结构：（五层）界面层、功能层、工具层、对象层、支撑层。

基于PDM实现CAD/CAM集成的主要方法分为三种：应用封装、接口交换、紧密集成。

第十一章：
支撑环境：分布式数据库、计算机网络、指导集成运行的系统技术。（CIMS）

表示CIMS的构成：SME轮式结构。

考试题型：
单选15个
多选10个
简答6个
论述2个
计算1个
10