计算机辅助工程.pdf

一.结合产品周期，论述了计算机协助工程的概念及其包含的主要内容，并论

述了集制造系统的组。

一般产品的生产周期包括⑴产品设计阶段⑵产品制造阶段⑶市场

销售阶段，三个环节。不仅好的产品会受到市场的认可，同样市场的需求

对产品有反作用，它催生着新的产品。产品的一般生产过程下所示：

CAD+CAE

了解到产品的周期后我们再来了解一下什么是计算机协助工程。计算

机协助工程(CAE)技术是计算机技术和工程分析技术相结合形的新兴技

术。CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工

程管理学及计算机技术相结合，而形一种综合性、学问密集型信息产品。

CAE的核心技术是有限元理论和数字计算方法。经过几十年的发展,CAE软

件分析的对象渐渐由线性系统发展到非线性系统，由单一的物理场发展到

多场耦合系统，并在航空、航天、机械、建筑、土木工程、爆破等领域获

得了胜利的应用。并随着计算机技术、CAD技术、CAPP技术、CAM技术、

PDM技术和ERP技术的发展，CAE技术渐渐及它们相互渗透，向多种信息技

术的集方向发展。计算机协助工程CAE(ComputerAidedEngineering)

是一个很广的概念，从字面上讲它可以包括工程和制造业信息化的全部方

而，但是传统的CAE主要是指用计算机对工程和产品的运行性能及平安牢

靠性分析，对其将来的状态和运行状态进行模拟、及早地发觉设计计算中

的缺陷，并证明将来工程、产品功能和性能的可用性和牢靠性。精确地

说,CAE是指工程设计中的分析计算及分析仿真,详细包括工程数值分析、

结构及过程优化设计、强度及寿命评估、运动/动力学仿真。工程数值分

析用来分析确定产品的性能;结构及过程优化设计用来保证产品功能、工

艺过程的基础上,使产品、工艺过程的性能最优;结构强度及寿命评估用来

评估产品的精度设计是否可行，牢靠性如何以及运用寿命为多少;运动/动

力学仿真用来对CAD建模完的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。

从过程化、好用化技术发展的角度看,CAE的核心技术为有限元技术及虚拟

样机的运动/动力学仿真技术。它在现代生产领域，特殊是生产制造业中

的应用，主要包括计算机协助设计、计算机协助制造和计算机集成制造系

统方面发挥着很重要的作用。

计算机集成制造系统简称CIMS,又称计算机综合制造系统，在这个系

统中，集成化的全局效应更为明显。在产品生命周期中，各项作业都已有

了其相应的计算机协助系统，如计算机协助设计(CAD)、计算机协助制造

(CAM)计算机协助工艺规划(CAPP)、计算机协助测试(CAT)、计算机协助质

量限制(CAQ)。计算机集成制造系统将上述计算机的功能集合于一体实

现从设计到制造的一体化协助制造过程。

二.论述了现有几何建模方法的优缺点、局限性及其发展趋势。

建模技术是将现实世界中的物体机器属性转化为计算机内部数字化

的表示，分析、限制和输出的几何形体的方法。建模技术是产品信息化的

源头，是定义产品在计算机内部表示的数字模型，数字信息及图形信息的

工具，它为产品设计分析、加工仿真、生产过程管理供应有关产品的信

息描述及表达方法，是实现计算机协助设计及制造的前提条件，也是实现

CAD/CAM一体化的核心内容。建模方法包括：

(1)线框建模：线框建模是计算机图形学和CAD领域中最早用来表示

形体的建模方法。描述物体的边和点，在计算机的内部存储了物体边和点

的信息。优点是表达方法简洁、占内存较小；缺点是内部结构不清、没法

表示边和边的关系、不能表示实体、一些场合不太适用。如数控加工、曲

面表达方面就不适用于线框建模。

(2)曲面建模利用离散的点来构建光滑的曲面，主要用于空间曲面的

设计。目前流行的几种曲面造型方法都源于生产实际的启示和须要。例如

费格森(FergusonJC)曲面产生于波音飞机公司，用于飞机机体的外形,

并形成了FMILL曲面加工程序。贝齐埃(B