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三.Pro/E及SolidEdge简介……………………………………………………7
3.1Pro/E的基本功能和特点………………………………………………………8
3.2SolidEdge的基本功能及特点…………………………………………………9
四.矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想………………………………9
4.1矩形法积分的基本思想…………………………………………………………9
4.2梯形积分法的基本思想…………………………………………………………9
4.3辛普森积分的基本思想………………………………………………………10
五.二分法方程求根的程序流程图………………………………………………10
六.写出三维空间平移、旋转(绕X轴)、镜像(以原点)比例变换矩阵,并证明其变换功能……………………………………………………………………11
6.1平移……………………………………………………………………………11
6.2旋转(绕X轴)………………………………………………………………12
6.3镜像(以原点)比例变换……………………………………………………13
七.说明如何实现CAD/CAPP/CAM的集成…………………………………………13
7.1CIMS集成型网络结构…………………………………………………………13
7.2CAD/CAPP/CAM集成体系结构…………………………………………………14
7.3数据交换………………………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………………………………16
一.CAD的发展历程、发展现状和发展趋势
一.1CAD的发展历程
CAD技术起步于50年代后期。
60年代随着土星显示技术和计算机技术的发展,使其在计算机上绘图成为可能。
60年代随着计算机进入了以集成电路(IC)为基本原件的第三代计算机时期,出现了许多商品化的CAD设备。
如IBM公司推出了商品化计算机绘图设备;
通用汽车该年公司的多路分时图形控制台等,使CAD技术进入了应用时期。
70年代到70年代末。
这一阶段的CAD主要研究三维造型技术,特别是曲面造型技术。
其标志是Braid在1978年开发出的第一代实体造型软件Romulusa,但是限于计算机硬件设备的昂贵,整个70年代CAD仍缺乏广泛的应用。
80年代可称为CAD应用突飞猛进的时期。
80年代。
真正意义上的CAD开始阶段,由于计算机技术的重大发展,生产成本的降低,使得具有高性能的微机和工作站的价格能为广大的企业和用户所接受,从而促进了CAD的深入发展和广泛应用。
到80年代中期,出现了像ICAD的基于知识的CAD系统。
这些系统基于AI技术,有效地将专家的设计制造知识用于实际设计过程,在相似产品设计方面,显示了较强的优势。
美国70年代末CAD工作站安装数在12000套,80年代猛增至63000套。
特别是32位工作站和微型计算机的出现对CAD技术的发展起了极大的推动作用。
32位工作站具有较高的响应速度,特别适合CAD系统,而且32位工作站之间可联网以达到共享系统内的资源和发挥各台计算机的特点。
80年代至90年代,从发展的观点来看,具有历史意义的是以微型计算机为主机的高档台式CAD系统问世了。
从80年代初,微机Apple进入实用到现在,短短十几年,微机从最初的8位机到现在的32位机,时钟频率最高已达500兆以上,发展之快令人惊叹,可以预见,微机很快还将进一步发展。
90年代初期。
随着网络技术和分布式技术的发展,这些技术也应用到CAD的领域,因此CAD在这个时期的特点是开放的、集成化、分布式。
CAD软件通过产品数据管理(PDM)、统一的产品信息模型和数据交换规模STEP(StandardfortheExchangeofProductModelData)支持分布式工作环境下的协同设计。
它的实现方法是基于数据库的网路集成,支持人机交互和机机交互。
1.2CAD的现状
随着计算机网络技术,特别是WWW的迅猛发展,人们对传统的CAD技术提出了新的要求。
用户希望能够通过应用现有的网路技术和协同架构来支持用户操作环境由单机用户到分布式网络结构的转变,实现用户对同步或异步协同设计的需求以及异构系统的无缝集成。
这时CAD越来越要求强调人机交互和人人交互,转向于协同CAD的开发。
如今,微型机的发展已经到达一个相当高的水平,应用软件的开发已经十分成熟。
当前市面上已有许多十分优秀的制图软件,如AutoCAD、ProE等。
这些软件也已经被广大制图、设计者所接受。
特别是AutoCAD,近十年来一直占据主导地位。
而且AutoCAD软件绘图已经被应用在机械、广告、服装等各个领域。
而且AutoCAD支持使用者利用VB、VC等开发语言或者AutoCAD自带的VBA对AutoCAD进行开发,从而使重复性较大的计算绘图工作量减小和更加规范准确。
1.3CAD的发展趋势
目前CAD系统的发展,其趋势可能有以下几个方面:
1.3.1采用面向对象的数据库技术和数据库管理系统,使工程数据库与CAD结合。
保证数据的一致性、统一性,无需数据转换,相关数据能自动更新,提高处理复杂工程数据信息的频率,同时提供设计、分析、制造的共享信息,为CAD/CAM系统集成奠定基础;
1.3.2开放性。
CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口95/98/NT和UNIX平台上,在JavaLINUX平台上也有CAD产品,此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境,甚至这类环境可开发其内核源码,使用户可定制自已的CAD系统。
1.3.3新实用造型系统的开发。
提供参数模型设计,实施与产品设计制造密切相关的特征实体造型新技术,应用尺寸驱动编辑功能,为产品设计与制造提供更为方便的工具;
1.3.4集成化CAD技术的集成化体现在三个层次上:
其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案,推动企业信息化进程。
目前创新设计能力(CAD)与现代企业管理能力(ERP、PDM)的集成,已成为企业信息化的重点;
其二,是将CAD技术能采用的算法,甚至功能模块或系统,做成专用芯片,以提高CAD系统的效率;
其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。
应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。
1.3.5实现工程计算机网络化。
通讯技术提高将改善人与机器之间的信息更换。
使工程设计人员在不同地方同时工作,既相对独立,又可随时交换信息。
充分实现资源共享,提高效率;
1.3.6向智能化发展。
智能化是CAD的方向。
利用人工智能技术辅助设计,可提高知识利用率,用专家知识来解决专门问题。
专家系统的研究开发将大大提高设计质量,提高产品的市场竞争力;
1.3.7提供结构分析、有限元前后处理、工程分析、系统仿真、CAPP、数控编程等实用软件;
1.3.8标准化。
为实现信息共享,产品零件的描述标准是至关重要的。
国际组织制定的产品数据交换标准STEP的实施有利于零件在设计、制造整个过程的数据传递、交换;
除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外,面向应用的标准构件(零部件库)、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容,且向着合理化工程设计的应用方向发展。
二.数据库应用实例
2.1数据库在运网物流管理系统中的应用
2.1.1系统结构设计
2.1.2系统需求描述
运网物流管理系统数据流图:
系统流程图
数据表设计:
E-R模型
2.2数据库在图书馆管理系统中的应用
2.2.1数据结构设计
2.2.2数据库概念模型设计(E-R图)
三.Pro/E及SolidEdge简介
3.1Pro/E的基本功能和特点
ProE是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。
ProE是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation,简称PTC)的重要产品。
是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今最成功的CAD/CAM软件之一。
经过20多年不断的创新和完善,ProE现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一,它具有如下特点和优势:
3.1.1参数化设计和特征功能:
ProE是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
3.1.2单一数据库:
ProE是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。
换言之,在整个设计过程的任何 一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
3.1.3全相关性:
ProE的所有模块都是全相关的。
这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时自动更新所有的工程文档,包括装配体、设计图纸,以及制造数据。
3.1.4基于特征的参数化造型:
ProE使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。
这些特征是一些普通的机械对象,并且可以按预先设置很容易的进行修改。
。
3.1.5数据管理:
加速投放市场,需要在较短的时间内开发更多的产品。
为了实现这种效率,必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。
3.1.6装配管理:
ProE的基本结构能够使您利用一些直观的命令,例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来,同时保持设计意图。
高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理,这些装配体中零件的数量不受限制。
3.1.7易于使用:
菜单以直观的方式联级出现,提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项,同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助,这种形式使得容易学习和使用。
3.2SolidEdge的基本功能及特点
基本功能:
SolidEdge的主要功能有,零件设计、装配设计、钣金设计、焊接设计、复杂曲面设计、线束设计、管道设计、电极设计等。
特点:
(1)针对专业应用的设计模块;
(2)内置有限元分析软件;
(3)快速、灵活的产品建模;
(4)动画和动态文档;
(5)支持供应链协同;
(6)切实帮助企业进阶三维;
(7)强大的大装配管理;
(8)内置产品数据管理;
(9)经过检验的二维制图功能。
四.矩形法、梯形法及辛普森数值积分的基本思想
4.1矩形法积分的基本思想
设定积分y=
其几何意义是f(x)在区间[a,b]下所包围的面积。
由于该面积直接求取很困难,数值积分采用如下近似计算方法。
(1)将[a,b]区间均分为n等分。
均分结果将f(x)下包围的[a,b]区间的面积S*分为n个小面积Si*。
(2)对每个小区间,计算某种近似小图形面积Si来近似Si*。
(3)将n个Si求和得定积分S*的近似值S。
上述方法的精度取决于两点:
(1)对每个小面积,若|Si—Si*|越小则精度越高;
(2)若n越大精度越高,且当n→∞时,近似积分值S收敛于S*。
4.2梯形积分法的基本思想
设积分y=
,将区间[a,b]分为n等分,则每一等分点成为等分结点,等分区间隔
成为步长。
对第i结点,有:
对小区间
,根据梯形面积公式计算其面积有:
将所有小面积求和,得梯形积分公式:
4.3辛普森积分的基本思想
对定积分y=
,将区间[a,b]分为2n等分(偶数等分)。
过两个区间的三点
构造抛物线
,则抛物线方程为:
注意到:
;
,有:
它所包围的两个小区间
上的面积为:
将n个上述小面积相加并整理,便得到辛普森公式:
上式称为定步长辛普森积分。
利用该式采用和梯形积分相似的流程,便可以编制出辛普森积分程序。
五.二分法方程求根的程序流程图
六.写出三维空间平移、旋转(绕X轴)、镜像(以原点)比例变换矩阵,并证明其变换功能
6.1平移
若空间平移量为(tx,ty,tz),则平移变换为
6.2旋转(绕X轴)
三维空间中的旋转变换比二维空间中的旋转变换复杂。
除了需要指定旋转角外,还需指定旋转轴。
若以坐标系的三个坐标轴x,y,z分别作为旋转轴,则点实际上只在垂直坐标轴的平面上作二维旋转。
此时用二维旋转公式就可以直接推出三维旋转变换矩阵。
规定在右手坐标系中,物体旋转的正方向是右手螺旋方向,即从该轴正半轴向原点看是逆时针方向。
绕X轴旋转:
6.3镜像(以原点)比例变换
一个点P=(x,y,z)相对于坐标原点的比例变换的矩阵可表示
z
y
x
为:
其中Sx、Sy、Sz为正值。
七.说明如何实现CAD/CAPP/CAM的集成
7.1CIMS集成型网络结构
CAD/CAPP/CAM的集成是在CIMS网络的沟通下进行的,此外可以将MAS、QCS、MIS以及专家系统数据库集成在一起。
如图1所示:
7.2CAD/CAPP/CAM集成体系结构
现代制造系统要求设计、工艺、制造等部门之间,实现适时的动态数据传输,在一个环境中协调运作,这就要求CAD/CAPP/CAM按并行模式集成。
网络技术、数据库、专家系统的发展提供了可能,图2是CAD/CAPP/CAM集成系统的流程。
网络环境下集成的系统结构如图2所示。
·
总体工艺模块:
该模块能根据本企业产品类型特点,提取总体工艺信息,形成粗略的工艺方案。
同时,对设计部门的CAD实施工艺服务。
协调模块:
该模块连接CAPP和CAM。
产品信息通过工艺分析,生成虚拟的工艺卡或CAM直接接受的指令,同时通过网络协调CAM中各独立单元的工作。
图2CAD/CAPP/CAM集成体系结构
7.3数据交换
CAD/CAPP/CAM集成是CIMS的核心,其中CAPP是连接的桥梁,其关系如图3所示。
CAD和CAPP进行数据交换,并转换成CAM接受的信息,生产出产品。
目前,产品模型的数据交换采用STEP标准(产品模型数据交换标准),它有五个部分构成:
标准描述方法、集成资源、应用协议、实现形式、一次性测试。
其特点是:
表达方式除一般的算数、逻辑和符号表达外,还有实体表达。
图3CAD/CAPP/CAM集成中信息传递
四.参考文献
[1]迟毅林.计算机辅助设计基础重庆大学出版社2000.8,P2-3,P43-44,P70-71
[2]陈艳.CAD技术发展概述科学论坛1009-914x(2010)36·
0351-01
[3]张继明.CIMS系统中CAD/CAPP/CAM集成研究现代机械20043
[4]
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