北京邮电大学《机械设计基础》课后题解模块12.docVIP

模块十二 1.计算机辅助设计（computer aided design，CAD），它是计算机科学技术发展和应用中的一门重要技术。CAD技术是指利用计算机快速的数值计算和强大的图文处理功能来辅助工程师、设计师、建筑师等工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术，如制作模型、计算、绘图等。一般认为CAD的功能可归纳为四大类，即建立几何模型、工程分析、动态模拟、自动绘图等。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。 AutoCAD、Photoshop、CorelDraw、Pro/Engineer、SolidWorks、CAXA电子图版、PICAD、高华CAD、清华XTMCAD、开目CAD。 2.机械设计的全过程一般可分为： 1）分析优化设计问题，建立合用的数学模型 首先分析设计对象的具体情况和要求，确定设计内容、设计准则、已知条件、设计变量、约束条件、优化目标、计算精度等；然后抽象转化为数学表达式；再经仔细加工，得出合适的数学模型。 数学模型是优化设计的基础。它能否全面而准确地反映优化设计问题的实质，是优化设计成败的关键。有了正确的数学模型，才能按照数学模型的特点，有针对性地选择优化设计方法和计算程序，利用计算机求解，找出最佳的设计方案。 优化设计的数学模型包括三个组成要素: 设计变量、目标函数和约束条件。 2）选择优化方法进行编程解算 针对数学模型的特点(目标函数的维数、非线性程度、约束情况、求解难度等)，选择合用的优化方法。其方法力求求解成功率高、计算工作量小、求解速度快、数值稳定性好、计算精度高。 3）方案评价与决策 检查与评价优化方案是否合理，得出的优化参数是否须做必要的调整或圆整，是否适合现实的生产条件, 方案是否为全局最优解(有时工程实际中允许采用局部最优解或次优解)等。这是优化设计中极为重要的环节。 机电一体化技术的主要应用领域为数控机床、计算机集成制造系统、柔性制造系统、工业机器人。 数控机床 1）总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。 2）开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。 3）智能化设计。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4）能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 5）以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 计算机集成制造系统 计算机集成制造系统打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 柔性制造系统 柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 工业机器人 目前，被广泛应用的为第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。