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武汉理工自考本科复习资料计算机辅助船舶制造

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第一章：序言（CAM概述）
CAD——Computer Aided Design System    以计算机为辅助手段完成整个产品的设计过程 CAM——Computer Aided Manufacturing System     经过计算机与生产设备直接或间接的联系，进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。CAD/CAM系统集成方案 
经过专用数据接口实现集成 
利用标准格式接口文件实现集成
基于统一的产品模型和数据库的集成
基于产品数据管理（PDM）的系统集成 

第一代CAM系统编程的目标对象为直接计算刀路的轨迹；第二代CAM系统以CAD模型为编程的目标对象；新一代CAM系统是面向模型、面向工艺特征的系统。
新一代CAM系统的界面形式将大多采用Windows界面 
高速加工需采用小切削深度、 小切削量 、高进给速度  。
 提高CAM/CAD系统化程度主要取决于其数据库水平 
狭义CAM：是指从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计算的制订等。 
广义CAM：除了指产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，包括CAPP、NC编程，工时定额的计算，生产计划的制定，资源需求计划的制定外，还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工，装配，检验，存储，输送）的监视，控制和管理 。
CAM系统由硬件平台、网络环境、和软件系统三方面构成。
第二章：虚拟现实技术
虚拟现实技术进行船舶设计的优势？ 在舰船设计领域，虚拟设计可涵盖建筑、维护、设备使用、客户需求等传统设计方法无法实现的领域，真正做到产品的全寿期服务。舰船虚拟设计以虚拟现实技术为设计对象的操作媒体，大的方面，能够实现整个船舶的贯穿设计，虚拟船厂模拟；小的方面，能够完成构件有效性能的有效性测试，实体间的干涉检查，船舶空间的人流路径设计。 另外，由于舰船虚拟设计始终以制造为目标，因此在舰船虚拟设计系统中能够单独讨论（设备）的可制造性；而且由于舰船虚拟设计以船舶生命周期为最后目标，在舰船虚拟设计系统中也能够讨论船舶构件（设备）的可维护性。 因此，经过对面向船舶整个生命周期的虚拟船舶设计系统的开发，可提高船舶设计的质量，减少船舶建造费用，缩短建造周期。
 虚拟现实技术三个主要特点：实时性，沉浸性，交互性 。
VM(Virtual Manufacturing )   虚拟制造是制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的实际、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检查，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。

虚拟制造分类：按照与生产各个阶段的关系，分为以设计为核心的虚拟制造 以生产为核心的虚拟制造 以控制为核心的虚拟制造 
虚拟企业的理论基础：分形几何和协同学是虚拟企业产生和运作过程的理论基础。 
虚拟船厂的特征：
快速响应客户需求进行虚拟船厂的构建
设计过程中的平行设计开发
经过虚拟环境更改设计
设计与建造的完美结合 
船舶虚拟设计应面向船舶的生命周期 
虚拟设计中的材质设计主要是确定材质的 颜色  纹理和明暗模式等。
虚拟船厂应具有系统性、动态性、非线性和自组织性 
船舶虚拟设计系统的主要构成有 客户端服务系统 、电子商务系统、 产品数据管理系统  。
第三章 计算机辅助工艺规程设计（CAPP）
计算机辅助工艺规程设计CAPP (computer aided process planning  )
 现代制造工业所面临生产环境为日益集成化，生产周期短，结构复杂，品种多和批量小
CAPP的发展阶段：①变异式CAPP系统②创成式CAPP系统③专家系统 
专家系统的基本特点：启发性、透明性 、灵活性 。
CAPP的效益： ①工艺的合理化②提高了工艺编程人员的工作效率③缩短了工作周期④较好的清晰度⑤与其它应程序的结合 
CAPP专家系统组成：①零件信息输入模块②知识库③推理机三部分，其中知识库和推理机时互相独立的。而一般的CAPP主要有俩部分：零件信息输入模块和工艺规程生成模块。 
工艺规程就是决定生产一种零件或产品所需要的加工操作的次序。（这种加工次序是用工艺卡片的形式表示的，卡片上列有零件加工或装配过程及有关的机床。） 
工艺路线制定的原则：一般都以划分加工阶段为依据，如基准加工，粗加工，细加工，精加工，表面处理，超精加工，检验等。并遵循先基准后其它，先粗后细后精的原则。 
计算机辅助工艺编制最大的特点是具有一致性，逻辑性和最优化 
大多数CAPP专家系统的零件信息均直接来源于CAD系统
CAPP系统的优势在于 工艺合理化 工作效率高 工作周期短  文件清晰度高 便于同其它系统链接 。
第四章：成组技术
成组技术的定义：成组技术简称GT，揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组十五能够采用同一方法进行处理，一边提高效益的技术，称为成组技术。 
成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造和装配等生产、经营方面所导出的相似性称为二次相似性或派生相似性。 
成组技术分类编码系统的结构形式:树式结构，链式结构，混合结构 
零件分组方法：视检法、生产流程分组法、特征编码分组法、特征指标综合比较法。 
成组技术中零件分数编码系统的结构形式分为 树式结构 链式结构 和混合式结构 
柔性编码系统面向零件形状特征，其结构具有多段式，多层次和柔性化 
第五章：船体数学放样
船体数学放样的主要组成部分：第一步，船体数学三向光顺，第二步，船体板缝线的生成和外板展开，第三步船体结构零件的生成与展开。
 曲线函数表示式的构造方法：①插值法②曲线拟合 
会计算数学差值，一次插值，二次插值事后估计（一次）  课件 
光顺判别准则的数学方法数学放样： 
（1）型线的插值或拟合函数应满足函数及其一阶、二阶导数连续的条件；
（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，应使各型值点的型值偏离达到最小 
船体型线光顺的方法有：最小二乘法、回弹法、园率序列法、松弛法及线性规划法等。 
区别粗光顺与精光顺：在单根性质的光顺计算中，把去掉曲线中的多余拐点（即曲线中有小波浪形状），也就是在一组有次序的型值中相邻圆率没有接连变号的，作为“粗光顺”。 
圆率一次差符号有（-，+，-，+，-）的接连变化，实际上反映出曲线在该处的弯势变化不均匀，正常的曲线弯势由小到大或再由大到小，均匀变化的，因此圆率一次差不会产生（-，+，-，+，-）的接连变号。因此把消除圆率一次差有连续变号的过程称为“精光顺”。 
外板展开计算目的：是模拟手工进行的，用数学计算方法描述外板接缝线生成，零件展开计算，数控绘图切割等过程。 
主要任务：①生成外板纵接缝 ②计算展开外板零件 ③实现合理的加工补偿和修正计算，将工艺融贯于外板展开计算中④提供外板零件加工所需的各种数据图表、数控切割纸袋 ⑤为造船工程管理提供数据和信息。
手工展开外板的主要方法：测地线法 。
船体三向光顺计算的主要任务：修正不光顺的设计型值，使经过光顺计算后的各条船型曲线型值数据，既符合设计要求又能保证使整个船体外表光滑美观，没有臌瘪现象。 
船体结构数学放样包含主要内容：结构线生成、零件生成、套料 
圆率序列法认定，在一组有序排列点中，每三个点能够决定一个圆 
一条成组流水线所加工的是一组零件
船体型线数学光顺的常见方法有 最小二乘法  回弹法 数字松弛法 圆率序列法
一条光顺的曲线必须没有 多余据点，而且弯曲变化均匀 
第六章：数控技术在船舶CAD中的应用
传统NC机床的零件加工信息存储于 数控纸带 
在数控加工程序中，描述工艺规程的各种操作和运动特征的指令是GM指令 
微机Synenrgic控制技术有时亦称 一元化 控制或单旋钮控制 
第七章：柔性自动化制造技术
FMS（flexible  manufacturing system）柔性制造系统是能够加工各种零件的自动化生产系统。  美国国家标准局定义为：由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置吧工件放在其它联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确，迅速和自动化。 
发展经历的五个阶段：刚性自动化、数控加工、柔性制造、算机集成制造系统CIMS、智能制造系统IMS 。
典型的FMS主要有三个子系统组成： 加工系统   运储系统   计算机控制系统。 
FMS的组成部分：加工设备，工件流支持系统，道具流支持系统，信息流支持系统 。
建立两个及以上虚拟物体之间接触，碰撞关系的设计技术称为碰撞检测法 
无轨输送车是柔性制造系统的基本功能模块 
在右手直角坐标系中，右手的拇指，食指和中指分别代表 分别代表X,Y,Z三轴 需相互垂直 指向各自代表的坐标轴的正向  
模拟题
中国计算机辅助船舶制造技术处于起步阶段（发展阶段） 
工艺规程是决定生产某一产品的加工操作次序 
第二代CAM系统以CAD模型为编程的目标对象
现代CNC机床是计算机集成系统的基础设备
工艺规程设计必须优化 
成组技术的核心是成组工艺设计 
CAPP专家系统具有启发性，透明性和灵活性 
零件分组的主要依据是零件的相似性 
制造企业完整的CAD/CAM系统必须包括全面质量保证系统 
船舶虚拟设计能够涵盖传统设计无法实现的船舶生命周期 
虚拟制造应包括产品的可制造性，可生产性和可交叉性 
OPTIZ码的组成位数是9
多媒体，因特网和虚拟现实三种技术的交叉点是虚拟现实建模语言VRML 
在焊接设备中应用微机控制技术，是为了实现数控化，自动化和智能化 
由单台计算机以数控方式使两台或者更多机组进行工作的控制方式称为直接控制 
传统CAM防过切处理方式包括半自动防御和人工干预
计算机模拟技术近年来发展迅速，其主要优势为价格便宜，精度高，通用性强，重复性好 
在柔性制造系统中，物流系统的主要功能包括完成物料的存储，输送，装卸和管理 
CAPP专家系统的组成部分包括零件信息输入模块，知识库和推理机 
零件基本相似性是指几何形状相似，尺寸相似，材料相似，功能要素相似，精度相似 
数控加工不需要人直接操作，但机床必须执行人的意图 
计算机模拟中材料的颜色一般分为背景色，漫反射色和高光色 
48.模拟：是指根据被研究的真实系统的模型，利用计算机进行实验研究的一种方法。 
49.船体数学放样：是使用电子计算机来代替手工放样中的脑力劳动和体力劳动，并为船体建造自动化提供切实可行的技术基础，是造船生产及管理实现现代化的首要环节。 
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51. 柔性制造系统：它是由若干CNC设备，物料运储装置和计算机控制系统组成的并能根椐制造任务和生产品种的变化而迅速进行调整的自动化制造系统 
52. 生产流程法：是以零件编码系统为基础，经过分析车间中零件的工艺流程（工艺规程）来确定零件族的一种零件分类成组的方法。 
53. 船舶虚拟环境构建应包括的主要过:1.建立三维模型2.模型的材质和纹理编辑3.虚拟环境的生成    
54. 柔性制造系统的基本组成部分：1.加工系统2.物料运送及管理系统3.计算机控制系统 
55. 与普通机床相比，数控机床具有的突出优势：1.能加工复杂型面2.具有高度柔性3.加工精度高、质量稳定4.生产率高5.一机多用、在制品少 
56.工艺知识库的定义及其主要构成部分：工艺知识在专家系统中属于过程性知识，它包括选择决策逻辑，排序决策逻辑及加工方法知识。主要构成部分：1.加工方法的选择2.工艺路线的确定3.毛坯的选择4.装夹方式的选择 
57.虚拟制造的定义虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质表现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机群组上协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。 
58.虚拟制造应包括：产品的可制造性、可生产性和可合作性。 
59.虚拟船厂应具备的特征：1.快速响应客户的需求进行虚拟船厂的构建2.设计过程中的平行设计开发3.经过虚拟环境更改设计4.设计与建造的完美结合 
60.虚拟船厂：就是综合了高度发达的计算机技术、通讯技术、先进的模块技术为一体的，快速响应船东的需求，设计、生产出满足船东个人偏好和实践功能的船舶的全过程，以及为完成这项过程而将若干具有专门核心的设计、制造、供应、监督企业经过信息高速公路联系在一起的组织形式。 
61.工艺规程：就是决定生产一种零件或产品所需要的加工操作的次序，这种加工次序最常见的是用工艺卡片的形式表示的，卡片上列有零件加工或装配的过程及有关的机床。 
62.CAPP系统工艺规程编制具有人工不可比的优势：1.工艺的合理化 2.提高了工艺编制人员的工作效率 3.缩短了工作周期 4.较好的清晰度 5.与其它应用程序的结合  
63.船体结构数学放样是用电子计算机生成船体结构零件，给也零件图、零件套料图、数控切割机用的纸带，以及有关的加工用和生产管理用的数据。船体结构数学放样至少包括：结构线生成，零件生成，套料。 
64.手工编程的一般步骤：
1.确定工艺规程及工艺路线
2.计算刀具轨迹的坐标值
3.编写加工程序
4.程序输入数控系统
5.程序检验 在数控加工过程中，用各种G,M指令来描述工艺规程（G）的各种操作和运动特征(M) 
65.柔性制造系统（FMS）是能够加工各种零件的自动化生产系统，采用的自动化技术称为柔性制造自动化技术。四个自动化系统是1.自动化的加工设备2.自动化的刀具系统3.自动化的物流系统4.自动化控制与管理系统。 
66.典型的柔性制造系统由以下4部分组成：1加工设备2.工件流支持系统3.刀具流支持系统4.信息流支持系统 
67.广义CAM：除了指产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，包括CAPP、NC编程，工时定额的计算，生产计划的制定，资源需求计划的制定外，还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工，装配，检验，存储，输送）的监视，控制和管理 
68.推理机：是专家系统的控制机构，它规定了如何从知识库中选用适当的规则来进行工艺规程设计，只有在一定的控制策略下，规程才能被启用 
69.零件分类编码系统：是用字符（数字或者符号，字母）对零件各有关特征进行描述和标识的一套特定的规程和依据 
70.信息载体：为使数控加工的自动循环符合人的意图，必须在人机之间建立联系，这种联系的媒介称为信息载体 
71.自动化仓库：是一种集中存储方式，它存储生产过程中流动的各种物科，根据计算机管理系统的信息，经过输送系统适时供给或存取各工位所需的物科 
72.CAM/CAD软件技术涉及到的计算机软件技术领域：涉及到系统框架设计，数据模式定义及其交换规范，各种算法设计工程数据库设计，动态仿真等很多领域，还涉及到许多科学领域，如计算机科学与工程，计算机图形学，机械设计，人机工程，电子技术及其它很多工程技术 
73.虚拟现实技术进行船舶设计的主要优势：船舶虚拟设计始终以制造为目标，在船舶虚拟设计系统中能够单独讨论构件（设备）的可制造性，而且由于舰船设计以船舶生命周期为最终目标，在舰船虚拟设计系统中也能够讨论船舶构件（设备）的可维护性 
74.船体放样数学的主要工作内容：船体外板展开计算是在船体三项光顺，差值生成肋骨型值，排定船体结构后进行的，主要任务是（1）生成外板纵接缝（2）计算展开外板零件（3）实现合理的加工补偿和修正计算，将工艺融贯于外板展开计算中（4）提供外板零件按加工所需要的各种数据图表，数控切割纸带（5）为造船工程管理提供数据和信息 
75.CAPP的主要优点：（1）能够广泛的应用专家的知识和经验，从而降低对工艺设计人员的技能要求（2）显著减少工艺设计的时间，缩短工艺准备周期（3）保证工艺规程的标准化（4）能够编织出更精确地工艺规程 
76.柔性制造系统的输入方式的分类有：直线型输入方式，环型输入方式，网型输入方式和以机器人为中心的的单元 
77.船舶虚拟现实技术存在的问题及发展方向：虚拟现实技术当前存在的一些障碍，为VR制造的大部分专业设备不但造价高，使用起来很不方便，效果有限，而且局限性很大，还不能达到人们要求，更不能达到VR所定义的那种环境。从软件上讲，由于硬件的诸多局限性，使得软件开发费用十分惊人，软件所实现的效果受到时间和空间的很大影响，算法和许多相关理论也很不完善，另外，人们对大脑和人类行为的认识还需进一步提高。方向：更快的获得高质量的图型，更便宜的设计出更完善的头盔式显示器和其它输入输出设备，更快的计算机处理能力。 
78.CAPP系统在结构上由零件信息输入模块和工艺规程模块组成。其中工艺规程模块是核心，它有工艺设计知识和决策方法。 
79.成组技术简称GT，它的核心是成组工艺，它把结构材料工艺相近似的零件组成一个零件组，按零件组制定工艺进行加工，从而扩大了批量，减少了品种，便于采用高效方法，提高劳动生产率。 
80.零件的相似性是广义的，在几何形状，尺寸，功能要素，精度，材料等方面的相似相称为基本相似性，以基本相似性为基础在制造和装配等生产，经营管理方面所导出的相似相，称为二次相似性或派生相似性。 
81.GT码：按照分类编码系统的规则用字符描述和标识零件特征的过程就是对零件进行编码，这种码叫GT码。
82.码的结构形式有树形结构，链式结构和混合式结构。 
83.编码所要考虑的因素：零件类型；代码所表示的详细程度，码的结构；代码使用的数控；代码的构成方式；代码必须是非二义的和完整的，即每个零件有它自己唯一的代码；代码应该是简明的 
84.光顺方法：最小二乘法；回弹法；圆率序列法；松弛法；线性规划法 
85.粗光顺：在单根型值的光顺计算中，把去点曲线中的多余拐点，在一组有序排列的型值中相邻圆率没有连接变号的叫粗光顺 
86.精光顺：把消除圆率一次差有连续变号的过程。 
87.脉冲焊synergic准则：保证在脉冲MIG焊接时的焊丝融化速度，送丝速度相等以维持恒定弧长；保证产生射滴过程，即一个脉冲至少过度一个熔滴 
88.synergic法被称为一元化控制或单旋钮控制，但该理论的synergic法当初是特指脉冲MIG焊的一元控制方法 
89.柔性制造系统对加工设备的要求：加工工序集中；控制方便；兼顾柔性和生产率 
90.互替机床：纳入系统的机床是相互能够代替的。互补机床：纳入系统中的机床是相互补充的。