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第一章 绪论

第一章 绪论. 学习目标：. 1. 掌握 CAD/CAM 的基本概念 2. 了解 CAD/CAM 的发展过程和发展趋势 3. 了解 CAD/CAM 的应用情况，尤其是在机械制造工业化种的应用情况 4. 了解 CAD/CAM 与传统生产过程的区别. 一、 CAD/CAM 的基本概念. CAD （ Computer Aided Design ） CAM （ Computer Aided Manufacturing ） CAPP (Computer Aided Process Planning) 统称为 CAX (Computer Aided X)

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第一章 绪论

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  1. 第一章 绪论

  2. 学习目标： • 1.掌握CAD/CAM的基本概念 • 2.了解CAD/CAM的发展过程和发展趋势 • 3.了解CAD/CAM的应用情况，尤其是在机械制造工业化种的应用情况 • 4.了解CAD/CAM与传统生产过程的区别

  3. 一、 CAD/CAM的基本概念 • CAD（Computer Aided Design） • CAM （Computer Aided Manufacturing） • CAPP (Computer Aided Process Planning) • 统称为CAX (Computer Aided X) • CAD/CAM技术不能代替人的设计和制造行为，只是实现这些行为的先进手段。是CIMS系统的重要组成部分之一。

  4. 二、CAD/CAM的发展概况 • 1.CAD/CAM技术的兴起： • 1946年，第一台电子计算机在美国出现 • 50年代，计算机用于处理科学计算 • 1952年，MIT研究成功第一台三坐标数控铣床 • 1959年美国Calcomp公司研制出第一台滚筒绘图机 • 60年代美国MIT开创了计算机图形系统，尤其是指的《人机对话图形通信系统》发表后，为CAD/CAM提供了理论基础。

  5. 二、CAD/CAM的发展概况 • 2.CAD/CAM技术的发展： • 60年代一些大公司开始研制CAD/CAM技术，如IBM，美国通用、洛克希德公司等。并且逐步应用到制造业领域。这一时期主要是大型通用机系统，规模庞大价格昂贵。 • 60到70年代中期硬件设备的研制及CAD/CAM技术趋于成熟阶段， CAD/CAM进入了早期实用阶段。 • 80年代以来人们开始致力于计算机集成制造系统的（CAX）研究应用，CAD/CAM进入迅速发展时期。 • 90年代以来， CAD/CAM向着标准化、集成化、智能化的方向发展。 CAD/CAM在制造业中日益推广应用。

  6. 二、CAD/CAM的国内外发展概况 国外CAD/CAM市场商品化软件比较多，功能日新月异，如美国SDRC公司的IDEAS，美国Mc Donell公司的UG等 • 国内： • 国内开始应用阶段，但是多为进口的CAD/CAM软件，最早研制的注塑盘CAD/CAM系统成功应用于51cm彩电的前盖注塑模设计与制造，达到上世纪80年代国际水平，但是差距仍然很大。 • 差距： • 形成的产品少，更难以形成产业。 • CAM跟不上CAD的发展，搞CAD多于CAM，集成的更少 • 引进的过多过宽，而且引进基本上不提供源代码，成功率极低。

  7. 三、CAD/CAM技术的发展趋势： • CAD/CAM系统的集成化 • 集成化的内容：1）提高CAD系统的集成度；2）CAD和CAM的集成，即要求设计信息能够自动的转换成CAM系统的信息；3）逐步形成一个以工厂生产自动化为目标的CIMS • CAD/CAM集成系统模式图（P4图1－1） • CAD/CAM系统的智能化： • 专家系统：是一个智能的程序系统；系统内具有大量的专家水平的知识和经验；能使用人类专家可用的只是解决问题的方法来解决问题。包含的模块有：知识库；数据库；推理机；解释系统和知识获取部分。（P61－2） • 机械CAD专家系统 决策的三种类型：概念决策、技术决策和目标决策 决策过程中需要的支撑性资源有：规划资源、创新资源、分析资源、评价资源、数据资源和图形资源等。决策过程和求解策略参见课本P6图1－3，1－4

  8. 三、CAD/CAM技术的发展趋势： • CAD/CAM软件的标准化：主要是指图形软件的标准化 • 图形核心系统：GKS1979年德国标准化组织提出草案，1985年被国际标准化组织采用。 提供了应用程序和一组图形输入、输出设备之间的功能性接口，包含了各种图形设备上的交互非交互二维图形所需的全部功能。为二维图形软件标准。GKS-3D为三维图形核心国际标准。 • 初始图形交换规范ANSI于1980年发布的美国标准，建立了用于产品定义的数据表示方法与通信信息结构，可以在不同的CAD/CAM系统之间交换产品定义数据。 • 产品模型数据交换标准 1992年由ISO制定并发布的国际标准。STEP标准为CAD/CAM集成、CIMS提供产品数据共享的基础。

  9. 三、CAD/CAM技术的发展趋势： • CAD/CAM系统的网络化 • 共享网络资源 • 平衡负载 • 提高系统性价比 • 提供远距离的数据通信介质

  10. 四、CAD/CAM技术的应用： • 机械制造中的应用 • 航空航天 • 造船工业 • 机床制造 • 工模具行业 • 电子工业中的应用 • 其它方面的应用 • 建筑工程行业 • 轻纺和服装工业

  11. 五、产品的CAD/CAM过程 • 传统生产过程： • 方案论证 • 总体设计 • 技术设计 • 详细设计 • 试生产 • 性能试验和修改定型 • 产品CAD/CAM过程（p13）

  12. 胡玉景 • 联系方式：yujing5257@yahoo.com.cn • 13031715542

  13. 第二章 CAD/CAM系统组成及软硬件

  14. 学习目标： • 熟悉CAD/CAM系统的组成 • 熟悉CAD/CAM系统的种类及选型原则 • 了解CAD/CAM系统硬件的选择、配置方法 • 掌握CAD/CAM系统软件的组成及作用 • 了解常用的CAD/CAM软件

  15. 2.1 CAD/CAM系统的组成和分类 • 系统组成： • 硬件主要包括计算机及各种配套设备，广义上来说硬件包括数控加工的各种机械设备等。 • 软件包括系统软件、支撑软件和应用软件等。 • 工作人员 • 系统分类： • 软硬件之间的依赖关系：配套系统和软硬件柔性系统 • 采用的计算机：大型机系统、小型机系统、工作站系统及PC机系统； • 系统功能：通用系统和专用系统

  16. 2.2 CAD/CAM系统选型原则与策略 • 选型的指导思想和方法： • 围绕企业CAD规划，软件配置和硬件选型三个相互联系环节，做到少投入多产出。 • 选型应该防止：未做好企业的CAD规划，以软、硬件功能好坏为标准，硬件软件的投资比例不合适或者功能不匹配，重系统、轻开发，人才匹配不合适等 • 选型原则 • 硬件：性价比要高实用性好、可扩展性和网络性能 • 软件：先进性、集成性、开放性和性价比及制造商的信誉

  17. 我国目前CAD/CAM系统的建议1.明确重点2.集中发展推广应用数控技术，奠定发展CAD/CAM的基础3.确定以微机为基础的CAD/CAM系统为发展的导向，注意实用低成本4.重视复合型人才的培养我国目前CAD/CAM系统的建议1.明确重点2.集中发展推广应用数控技术，奠定发展CAD/CAM的基础3.确定以微机为基础的CAD/CAM系统为发展的导向，注意实用低成本4.重视复合型人才的培养

  18. 2.3 CAD/CAM系统中的硬件配置 • CAD/CAM系统中的计算机配置 • 主机： • 主存储设器和高速的中央处理器 • 外存储器 • 外围设备，输入输出设备 • 显示器 • 图形输入输出设备

  19. 2.4 CAD/CAM系统的软件 • 计算机软件 • software=program+file+management. • CAD/CAM系统软件 • 硬件为系统工作提供了物质基础，而系统功能的实现是通过系统中软件运行来完成的，根据执行任务和编写对象的不同， CAD/CAM软件系统分为系统软件、支撑软件和专业性应用软件三类，系统的层次关系如下图所示。

  20. 应用软件 CAD/CAM支撑软件 操作系统（Windows，UNIX） 计算机硬件 CAD/CAM系统软件层次关系

  21. 2.4.1 CAD/CAM系统软件 • 主要负责管理硬件资源及各种软件资源，它面向所有的用户，是计算机的公共底层管理软件，即系统开发平台，包括操作系统，程序设计语言处理系统、数据库管理系统及图形用户接口与标准。 • 主要完成人机通信，系统功能的调度与协调控制和安排。一般都是由计算机制造商或者软件公司开发的商品化软件，目前常用的操作系统主要由WINDOWS、UNIX、DOS操作系统

  22. 2.4.2 CAD/CAM系统软件－应用软件 • 指直接支撑用户进行CAD/CAM工作的通用性功能软件，CAD/CAM系统主要是通过其支撑系统来实现。 • 组成 • CAD • CAM • CAE • 数据库或文件的管理系统功能 • 二次开发工具及接口。

  23. 2.4.2 CAD/CAM软件系统－应用软件 • 分类 • 集成型：集成型支撑软件提供设计、分析、造型、数控编码及加工控制等多种模块，功能比较完备； • 单一型：单一型支撑软件只提供用实现典型过程的功能。 • 应用软件一般是商品化的软件，由专门的公司进行开发。用户组建CAD/CAM系统时，只需要根据使用要求来选购配套的支撑软件，形成相应的应用开发环境实现既定的CAD/CAM系统的功能即可。

  24. 2.4.2 CAD/CAM软件系统－应用软件 • 特点 • 图形支撑软件：最基本的支撑软件包 • 三维造型软件：一般包括几何建模、特征建模、物性计算（如质量、重心的计算）、真实感图形显示、干涉检查、二维图及二维剖面图生成等功能。 • 分析软件及优化设计软件：分析软件目前常用的是有限元分析软件、机械运动分析软件、动力学分析软件和优化设计软件等。

  25. 2.4.3 CAD/CAM软件系统－产品设计软件 • 是针对用户的具体要求在支撑软件的基础上进行开发的软件。实际应用中，由于用户的设计要求及生产条件的多种多样，所选购的支撑软件难以适应，必须进行二次开发，即根据用户的具体需求开发的用户化的应用程序即为专业应用软件。 • 目前常用的程序语言是各种高级语言VC VB PB Java等

  26. 2.4.4 常用的CAD/CAM软件 • I-DEAS软件 • CATIA软件 • UG软件 • Pro/E软件 • MasterCam与Cimatron软件

  27. 思考题: • 1.CAD/CAM系统的组成、分类及工作原理 • 2. CAD/CAM系统的软、硬件选型原则 • 3. CAD/CAM系统软件分类及各部分的定义 • 4.常用CAD/CAM系统软件有哪些？

  28. 第三章 CAD/CAM软件基础 胡玉景

  29. 学习目标 • 了解数据库的原理和数据结构类型 • 掌握数据库的建立与使用方法 • 熟悉FoxPro关系型数据库系统 • 掌握软件开发的方法和步骤

  30. 3.1 数据的有关概念 • 数据：描述客观事物的数字、字符及所有能输入到计算机中并能够被计算机接受和处理的各种符号的集合。 • 数据元素：数据的基本单位，数据集合中的一个个体。 • 数据的逻辑结构（仅仅考虑数据之间的逻辑关系，独立于数据的存储介质）物理结构（又称存储结构，是数据逻辑结构在计算机中的映象，包括数据元素的映象和关系映象。系统通过特定的软件把数据写如存储介质，构成数据的物理结构） • 数据类型：是指的在程序设计语言确定变量所具有的种类

  31. 3.2 数据结构 • 3.2.1 线性表 • 1.逻辑结构:线性表最为常用、最简单的数据结构，是n个数据元素的有限序列。线性表元素为数、符号、线性表或者更复杂的数据结构。同一表中数据结构的类型必须是相同的。 • 2.顺序存储结构：线性表的存储形式，按照数据元素的逻辑顺序依次存放，即用一组连续的存储单元依次存放各个数据元素。 特点：1）均匀性 每个数据元素所占的存储空间的长度相同 2）有序性 存储顺序与逻辑顺序一致 线性表的删除和插入运算：运算后的数据元素都应前移或者后移 删除运算 插入运算 应用：访问、查询方便，删除、插入运算复杂，容量不能随意扩充。

  32. 3.2 数据结构 • 3.链式存储结构 • 1）特点：存储单元不连续， 存储单元的信息（结点）： 包含存储元素本身的信息（数据域） 其前趋和后继元素的存储位置信息（指针域） 2）单向链表 只含有一个指针域，结构示意图（p32 图3-2） 主要运算过程： 建立单向链表 删除链表中的一个数据元素 向链表中插入一个数据元素

  33. 3.2 数据结构 • 3.双向链表：单向链表的基础上每个结点均增加一个指针域。通过指针域直接找到直接前趋和直接后继的地址，构成双向链表。结构入图p33 图3-2 • 双向链表的运算过程 • 建立双向链表 • 删除数据元素 • 插入数据元素

  34. 3.2 数据结构 • 4.循环链表 • 特点：首尾相接，运算过程中查找方便 • 链表与线性表相比较的特点： • 1）插入或删除时数据元素不需要移动 • 2）无需预先分配存储空间，避免空间资源浪费 • 3）表的存储容量可以动态申请和释放，存储空间利用率高

  35. 3.2.2 树和二叉树 • 1. 树：有一个或多个结点组成的有限集合。根结点 • 特点：1）有且至少有一个结点；2）各个子树是相互独立、互补相交的集合。 • 树型结构属于非线性结构，多数是采用多重链表作为树的存储结构。 • 存储过程中每个结点包含数据域和指针链域。 • 指针链域的多少决定于该结点的度，各个结点的度一般不同，因此导致建立结点和构造树型结构时，存储分配和运算比较困难。

  36. 3.2.2 树和二叉树 • 2.二叉树：每个结点至多有2个子树，且有左右之分，次序不能颠倒。 • 区别：1）一般的树至少有一个结点，但是二叉树的结点可以是空的。2）每个结点的子树数最多为两个。3）子树的有左右之分，次序不能颠倒。 • 3.二叉树的遍历 • 树的遍历： • 1）前序遍历（DLR） • 遍历的过程：根结点－根结点的左子树－根结点的右子树。

  37. 3.2.2 树和二叉树 • 2）中序遍历（LDR） • 遍历的过程：左子树－根结点－右子树（以中序遍历的方式） • 3）后序遍历（LRD） • 遍历的过程：（以后序遍历的方式）左子树－右子树－根结点 • 4.二叉排序树 • 是特殊的二叉树，且左结点的值<根结点的值；右结点的值>＝根结点的值；且每个子树同时满足上述要求。 • 应用于排序、检索，检索的效率很高 • 建立通常是采用逐步插入结点的方法来构造二叉排序树

  38. 3.3 工程数据库 • 3.3.1 工程数据库与数据库管理系统 • 1.工程数据库的特点与管理 • 内容广泛：产品设计数据、模型数据、绘图数据、材料数据、测量数据和各种手册、标准等； • 表现形式多样：数字文字信息、几何图形信息 • 数据量大、种类多、结构复杂、动态并支持整个生产过程 • 管理方法：程序直接管理、文件系统管理、数据库系统管理

  39. 3.3 工程数据库 • 文件系统管理方法：实现方便，效率高、简洁方便 • 共享差，不能支持多用户，难以保证数据的完整性。 • 数据库管理系统：在文件系统管理方法的基础上发展起来的，解决了数据的冗余现象和数据的独立完整性问题，实现了数据共享。 • 2.数据库系统原理 • 1）数据库：存储和关联数据的集合 • 2）数据库管理系统：应用程序和数据库的接口，是数据库的核心 • 3）体系结构分类：外模式，概念模式，内模式

  40. 3.3 工程数据库 • 3.数据库的数据模型： • 数据的组织方式，常用的有层次型（一对多）、网络型（多对多）和关系型。参见课本P39图3－7，3－8，表3－1

  41. 3.3.2 FoxPro关系型数据库系统 • 1. FoxPro的基本特征 • 2. FoxPro系统介绍 • 1）数据类型函数 • 2）表处理类命令和函数 • 3）输入输出类命令和函数 • 4）编程类命令和函数 • 5）FoxPro环境和多用户类命令和函数 • 3. FoxPro的文件、数据类型与运算的表达式 • 1）FoxPro的文件

  42. 3.3.2 FoxPro关系型数据库系统 • 2）FoxPro的数据类型 • 3） FoxPro的运算类型：算术运算、字符串运算、比较运算和逻辑运算 • 4.基本的操作指令 • 1） FoxPro的启动和退出 • 2）数据库文件的建立：数据库文件的基本结构的建立，数据的输入，数据的增、删、改，数据库的显示，数据库的打开与关闭，建立索引文件，多个相关数据库的操作，程序设计等 • 5.与高级语言的接口

  43. 3.4软件工程方法和开发过程 • 软件的具体要求 • 软件开发的关键 • 3.4.1 软件开发与软件工程 • 1.应用软件的开发 • 2.软件工程概念：60年代末首次提出“软件工程”的概念，侧重点、目的、研究内容。

  44. 3.4.2 软件开发的步骤 • 分三个阶段： • 1.软件分析阶段－做什么？ • 用户提出需求－计算机帮助求解－软件的完整定义。 • 1）系统定义 • 2）软件需求分析 • 2.软件设计阶段－怎么做？ • 确定软件结构，划分各个模块之间的联系－各模块的实现细节即软件的过程安排 • 软件设计说明

  45. 3.4.2 软件开发的步骤 • 3.软件的实现阶段 • 包括软件编码和软件测试。 • 软件测试包括单元测试－组合测试－软件系统测试 • 4.软件的维护阶段 • 分为改错、适应和完善 • 改错型维护可作为软件测试的继续 • 适应型和完善型的维护类似于软件开发期的工作，需要确定新的软件需求，变更的需求重新设计、重新编码及测试

  46. 3.4.3 软件开发方法 • 1.组织与实施 • 组织时考虑：技术结构和各类人员的配套是否合理 • 软件开发的模式：传统生命周期模式即瀑布模式和原型模式 • 2.分析与设计 • 3.编码与测试

  47. 思考题 • 1.线性表的存储结构是如何实现的？ • 2.二叉树的遍历和排序如何进行？ • 3.数据库系统的原理是什么？ • 4.FoxPro的基本特征和基本类型有哪些？ • 5.软件开发的步骤和方法有哪些？

  48. 第四章 CAD系统开发技术

  49. 学习目标： • CAD系统开发技术： • 用户利用计算机及其提供的各种系统软件和支撑软件编制的解决工程实际问题的各种应用软件开发技术。 • 目前机械CAD中一般是将计算机绘图图样作为CAD的设计结果输出，因此本章的主要内容就是AutoCAD绘图系统的二次开发。 • 掌握菜单文件的结构与设计 • AutoLISP语言与程序设计 • 了解对话框的组成、控制与程序设计 • 了解CAD系统的开发方法

  50. 4.1 菜单的开发 • 4.1.1 AutoCAD菜单的类型 • AutoCAD由美国AUTODESK公司在1982年推出的，功能强大，支撑的平台很多并且具有开放式的体系结构，允许修改和扩充。目前已经发展到2005版，并且出现了行业版。 • 在AutoCAD平台上开发已经成为CAD开发的趋势 • 菜单：对软件进行统一管理、协调软件各功能模块运行 • 主要有一下六种类型的菜单： • 屏幕菜单（Screen Menus） • 下拉菜单（ Pull－down Menus ） • 光标菜单（Cursor Menus ）

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