《機械CAD CAM技術(shù)》課件-第1章

第1章緒論1.1概述1.2CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

1.1概述

1.1.1CAD/CAM的基本概念計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，CAD)和計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)是計算機技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中應(yīng)用的兩個主要方面，是指在產(chǎn)品的設(shè)計和制造過程中利用計算機作為主要手段，代替人的手工勞動和部分腦力勞動，使產(chǎn)品的設(shè)計和制造實現(xiàn)自動化。

計算機輔助設(shè)計(CAD)主要是指：使用計算機來輔助一項設(shè)計的建立、修改、分析和優(yōu)化，即整個設(shè)計工作先由設(shè)計人員構(gòu)思，再利用計算機對有關(guān)產(chǎn)品的大量資料進行檢索，根據(jù)性能要求及有關(guān)數(shù)據(jù)、公式進行計算、分析和優(yōu)化設(shè)計之后，將產(chǎn)品設(shè)計圖形顯示出來。設(shè)計人員可以對設(shè)計方案或圖形做必要的修改，直到獲得滿意的設(shè)計結(jié)果。

在沒有采用CAD技術(shù)之前，設(shè)計工作由設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計對象的要求(用戶的要求或產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)想)，參考各種有關(guān)資料(各種參數(shù)、數(shù)據(jù)及制造標準等)、計算公式，考慮所采用的加工方法及生產(chǎn)設(shè)備條件，類比相似產(chǎn)品的設(shè)計及自己的設(shè)計經(jīng)驗，構(gòu)思并擬訂產(chǎn)品的初步方案或結(jié)構(gòu)草圖，進行多次反復(fù)的計算分析、綜合比較，選定在經(jīng)濟性、工藝性和可靠性等方面較為合理完善的方案。根據(jù)這個初步設(shè)計繪制設(shè)計圖紙并編制有關(guān)文件資料(穿插著必要的設(shè)計修改、驗算等)。

這種設(shè)計方式不可避免地存在著以下不足之處：

(1)人工完成的產(chǎn)品設(shè)計難以做到最佳(優(yōu)化)設(shè)計，僅憑個人經(jīng)驗設(shè)計，故只能停留在靠類比和估算來代替設(shè)計計算的階段上。

(2)設(shè)計人員花費大量的時間和精力，用于煩瑣、重復(fù)的手工計算、繪圖和編制表格，耗工費時，拖長了設(shè)計周期。

(3)設(shè)計的精確性和可靠性受到了很大限制，影響了設(shè)計質(zhì)量。

(4)難以進行精確的計算，設(shè)計中安全系數(shù)值較大，增大了材料的消耗。

由于市場對產(chǎn)品不斷提出各種各樣的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常迅速，生產(chǎn)向著多品種、中小批量方向發(fā)展。只有適應(yīng)這種日新月異的變化，努力追求T、C、Q、S、D，即以最短的交貨期(Time)、最小的成本(Cost)，向市場推出質(zhì)量(Quality)最好的產(chǎn)品，同時為用戶提供最好的服務(wù)(Service)并不斷進行新產(chǎn)品的研發(fā)(Developing)，企業(yè)才能在國內(nèi)外市場的激烈競爭中求得生存和發(fā)展。計算機輔助設(shè)計的應(yīng)用，是實現(xiàn)這一目標必不可少的條件。一般來說，能解決某類問題的CAD系統(tǒng)應(yīng)具備以下3個條件：

(1)有較完備的數(shù)據(jù)庫。凡解決該類問題所需的各種數(shù)據(jù)、標準、經(jīng)驗曲線、表格等，都按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系存入計算機存儲器中，以便于檢索調(diào)用或增刪修改。

(2)有較完備的程序庫，即將解決該類問題所必需的各種計算、設(shè)計、分析方法，包括通用方法和專用方法，都編制出相應(yīng)的計算機程序，并匯集備用。

(3)具備人機會話功能的交互式圖形系統(tǒng)，即能利用實時輸入/輸出裝置，如鍵盤、鼠標、圖形顯示器、自動繪圖儀器，實時輸入設(shè)計人員的有關(guān)指令和數(shù)據(jù)，實時輸出設(shè)計圖樣及數(shù)據(jù)。

一個較完善的CAD系統(tǒng)由數(shù)值計算與處理、交互繪圖與圖形輸入/輸出、存儲和管理設(shè)計制造信息的工程數(shù)據(jù)庫等三大模塊組成。近十年來，國際上推出的商用CAD系統(tǒng)種類繁多，功能近似或有一定差異。

分析十幾種通用的CAD系統(tǒng)，可歸納其主要功能如下：

(1)造型功能。

(2)二維與三維圖形的相互轉(zhuǎn)換。

(3)參數(shù)化設(shè)計。

(4)三維幾何模型的顯示處理。

(5)三維運動機構(gòu)的分析和仿真。

(6)物體質(zhì)量特征計算。

(7)有限元分析。

(8)優(yōu)化。

(9)極強的圖形處理功能。

(10)先進的二次開發(fā)工具。

(11)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交換。

實用的CAM系統(tǒng)大致分為以下兩類：

(1)?CAM的直接應(yīng)用：計算機與制造過程直接連接，對制造過程和生產(chǎn)設(shè)備進行監(jiān)視與控制。計算機監(jiān)視是指將計算機與制造過程連在一起，對制造過程和設(shè)備進行觀察以及在加工過程中收集數(shù)據(jù)，計算機并不直接控制操作。而計算機控制則是對制造過程和設(shè)備進行直接的控制。

(2)?CAM的間接應(yīng)用：計算機與制造過程不直接連接，而是以“脫機”(指設(shè)備不在計算機直接控制之下)工作方式提供生產(chǎn)計劃、進行技術(shù)準備以及發(fā)出有關(guān)指令和信息等，通過這些可以對生產(chǎn)過程和設(shè)備進行更有效的管理。在此過程中，用戶向計算機輸入數(shù)據(jù)和程序，再按計算機的輸出結(jié)果去指導(dǎo)生產(chǎn)。

CAPP是指在人和計算機組成的系統(tǒng)中，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計階段給出的信息，人機交互地或自動地確定產(chǎn)品加工方法和工藝過程。一般認為CAPP的功能包括毛坯設(shè)計、加工方法選擇、工藝路線制訂、工序設(shè)計和刀具夾具設(shè)計。

工序設(shè)計又包含機床和刀夾量具等的選擇、切削用量選擇、加工余量分配以及工時定額計算等。通過應(yīng)用CAPP，計算機系統(tǒng)既可以全部或部分地進行工藝設(shè)計，又能以迅速和一致的方式向用戶提供優(yōu)化的方案。

值得注意的是，不應(yīng)該把CAD與計算機輔助繪圖、計算機圖形學(xué)混淆起來。計算機輔助繪圖是指使用圖形軟件和硬件進行繪圖及有關(guān)標注的一種技術(shù)；計算機圖形學(xué)是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專用設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的科學(xué)。計算機輔助繪圖主要解決機械制圖問題，是CAD的一個組成部分，其內(nèi)涵比CAD小得多；計算機圖形學(xué)是一門獨立的學(xué)科，但它的有關(guān)圖形處理的理論與方法是構(gòu)成CAD技術(shù)的重要基礎(chǔ)。

把計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造集成在一起，稱為CAD/CAM系統(tǒng)；把計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工程和計算機輔助制造集成在一起，稱為CAD/CAE/CAM系統(tǒng)?，F(xiàn)在很多CAD系統(tǒng)逐漸添加了CAM和CAE(ComputerAidedEngineering，計算機輔助工程分析)功能，所以工程界習(xí)慣上把CAD/CAE/CAM稱為CAD系統(tǒng)或CAD/CAM系統(tǒng)。一個產(chǎn)品的設(shè)計制造過程往往包括產(chǎn)品任務(wù)規(guī)劃、方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品試制、產(chǎn)品試用、產(chǎn)品生產(chǎn)等階段，而計算機只是按用戶給定的算法完成產(chǎn)品設(shè)計制造全過程中某些階段或某個階段中的部分工作，如圖1.1.1所示。

圖1.1.1產(chǎn)品開發(fā)過程及CAD、CAE、CAM的范圍

1.1.2CAD/CAM集成的概念

近40年來，CAD、CAPP、CAM技術(shù)得到了飛速發(fā)展，尤其是自20世紀70年代中期以來，計算機的應(yīng)用日益廣泛，幾乎深入到與生產(chǎn)過程有關(guān)的所有領(lǐng)域，形成了許多計算機輔助的分散系統(tǒng)。如不考慮企業(yè)行政管理方面的因素，這些分散系統(tǒng)包括PPS、CAD、CAE、CAPP、CAM、CAQ(ComputerAidedQuality，計算機輔助質(zhì)量管理)、CAFD(ComputerAidedFixtureDesign，計算機輔助夾具設(shè)計)。

這些獨立的分散系統(tǒng)，分別在產(chǎn)品設(shè)計自動化、工藝過程設(shè)計自動化和數(shù)控編程自動化等方面起到了重要作用。但是采用這些各自獨立的分散系統(tǒng)，不能實現(xiàn)系統(tǒng)之間信息的自動傳遞和交換，信息資源還不能共享。

利用數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)CAD與CAPP、CAM集成的基本工作步驟如下：

(1)?CAD設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，繪制產(chǎn)品圖樣，為CAPP、CAM過程準備數(shù)據(jù)。

(2)經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成中性文件(如IGES、STEP文件)。

(3)?CAPP系統(tǒng)讀入中性文件，并將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需格式后生成零件工藝過程。

(4)?CAD、CAPP系統(tǒng)生成數(shù)控編程所需數(shù)據(jù)，并按一定標準轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的中性文件。

(5)?CAM系統(tǒng)讀入中性文件，并將其轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所需格式后生成數(shù)控程序。

CAD、CAPP與CAM之間密切的關(guān)系，也即CAD/CAM系統(tǒng)所具有的三大功能之間的關(guān)系可用圖1.1.2所示的框圖來表示。

圖1.1.2CAD、CAPP與CAM之間的關(guān)系

1.1.3產(chǎn)品生產(chǎn)過程與CAD/CAM過程

產(chǎn)品是市場競爭的核心。對于產(chǎn)品有不同的定義和理解。首先從生產(chǎn)的觀點來看，產(chǎn)品是從需求分析開始，經(jīng)過設(shè)計過程、制造過程后變成可供用戶使用的成品，這一總過程也稱為產(chǎn)品生產(chǎn)過程。產(chǎn)品生產(chǎn)過程具體包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工和裝配過程。每一過程又劃分為若干個階段。

在上述各過程、階段內(nèi)，計算機獲得不同程度的應(yīng)用，并形成了相應(yīng)CAD/CAPP/CAM過程鏈，如圖1.1.3所示。按順序的生產(chǎn)觀點，這是一個串行的過程鏈，但按并行工程的觀點考慮到信息反饋，這也是一個交叉、并行的過程。

圖1.1.3產(chǎn)品生產(chǎn)過程與CAD/CAM過程

從計算機科學(xué)的角度看，設(shè)計與制造過程是一個信息處理、交換、流通和管理的過程，因此，CAD/CAM系統(tǒng)是用計算機對設(shè)計和制造過程中信息的產(chǎn)生、存儲、轉(zhuǎn)換、流通和管理進行分析與控制，CAD/CAM系統(tǒng)實質(zhì)上是一個有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計和制造的信息處理系統(tǒng)。這種信息處理系統(tǒng)是通過計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行信息交換，既可以使設(shè)計和制造信息有機地結(jié)合，可以相互利用這兩個領(lǐng)域的必要知識進行設(shè)計和制造，也由于信息管理一體化，可以減少設(shè)計差錯、制造失誤和信息傳輸錯誤，從而縮短準備時間和簡化修正程序，還便于技術(shù)和生產(chǎn)狀況的管理、記錄和質(zhì)量水平的提高。

1.2CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

1.2.1CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用目前，CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)滲透到工程技術(shù)和人類生活的幾乎所有領(lǐng)域，成為一個令人矚目的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，尤其是在機械、電子、航空、航天、兵器、汽車、船舶、電力、化工、建筑和服裝等行業(yè)應(yīng)用已較為普遍。

目前，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用水平已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。我國近年來CAD/CAM技術(shù)的研究與應(yīng)用雖然已取得了可喜成績，但與工業(yè)發(fā)達國家相比差距依然很大。許多企業(yè)盡管引進了CAD/CAM系統(tǒng)，但其功能卻沒能得以充分發(fā)揮。因此，我們應(yīng)抓緊時機，結(jié)合國情，積極開展CAD/CAM技術(shù)的研究與推廣工作，提高企業(yè)競爭能力，加快企業(yè)現(xiàn)代化進程的步伐。

1.2.2CAD/CAM技術(shù)的歷史沿革

機械產(chǎn)品的生產(chǎn)可以分為產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造兩個階段。

1.CAD/CAM集成技術(shù)的產(chǎn)生

CAD/CAM是一門基于計算機技術(shù)而發(fā)展起來的、與機械設(shè)計和制造技術(shù)相互滲透結(jié)合的、多學(xué)科綜合性的技術(shù)。它隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展、數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用及CAD/CAM軟件的日益完善，在電子、機械、航空、航天、輕工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

CAD/CAM技術(shù)為什么能在短短的40余年間發(fā)展如此迅速呢？歸根到底是因為它幾乎推動了整個領(lǐng)域的設(shè)計革命，大大提高了產(chǎn)品開發(fā)速度，縮短了產(chǎn)品從開發(fā)到上市的周期；同時，由于市場競爭的日益激烈，用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量、價格、生產(chǎn)周期、服務(wù)、個性化等要求越來越高。對于產(chǎn)品開發(fā)商來說，為了立足市場，必須使用先進設(shè)計制造技術(shù)，以縮短產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，最終提升產(chǎn)品的市場競爭力，CAD/CAM技術(shù)便是首選之一。

2.?CAD/CAM發(fā)展歷程

1)?CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展歷程

從CAD/CAM技術(shù)誕生至今，它的發(fā)展始終與計算機技術(shù)、軟硬件水平及相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)(如計算機圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等)的發(fā)展緊密相連。因此，我們在了解CAD技術(shù)發(fā)展歷程的同時，也需要了解當(dāng)時與CAD技術(shù)相關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展情況。在CAD技術(shù)和CAM技術(shù)誕生初期，它們是獨立發(fā)展的，而CAM技術(shù)的發(fā)展促使了CAD技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。

20世紀40年代末期，美國有一位叫約翰·帕森斯的工程師構(gòu)思并向美國空軍展示了一種加工方法：在一張硬紙卡上打孔來表示需要加工的零件的幾何形狀，利用這張硬紙卡來控制機床進行零件的加工。當(dāng)時美國空軍正在尋找一種先進的加工方法以解決飛機外形樣板加工的問題，因此美國空軍對該構(gòu)思十分感興趣并大力贊助，同時委托麻省理工學(xué)院進行研究開發(fā)。

1952年，麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室和帕森斯公司合作研制出了世界上第一臺數(shù)控機床，該機床在用于飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗樣板的加工中取得圓滿成功。它是用含有某種指令的特定程序控制其運動并實現(xiàn)工件加工的：首先由人工編好程序并輸入數(shù)控機床，然后執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)零件的自動加工。用這種方法在編制復(fù)雜零件的加工程序時存在編程比較麻煩、周期長且容易出錯等缺點。因為程序編制較難，所以限制了它的有效應(yīng)用。

1969年，美國UnitedComputing公司成功地開發(fā)出了APT軟件并取名為UNIAPT。APT軟件經(jīng)過軟件開發(fā)商的發(fā)展，先后推出了APT-Ⅱ、APT-Ⅲ、APT-Ⅳ、APT-SS等版本，其功能不斷擴充，APT-Ⅲ具有立體切削功能，APT-Ⅳ實現(xiàn)了曲面加工，APT-SS可雕刻表面。APT軟件以語句為結(jié)構(gòu)對加工零件的幾何形狀進行描述和定義，以應(yīng)用軟件對語句進行信息處理，最終生成零件的數(shù)控加工程序的工作原理，就是CAM技術(shù)的開端。因此，早期的CAM主要用于解決程序編制問題，APT也成為自動編程的一種形式——以計算機語言為基礎(chǔ)的自動編程。

雖然以計算機語言為基礎(chǔ)的自動編程方法解決了不少編程問題，但它仍存在許多明顯不足，如缺少對零件形狀和刀位軌跡進行模擬驗證的功能使得加工容易出錯；程序編制時因為沒有圖形而不直觀，不能處理復(fù)雜零件尤其是有曲面的零件等。

CAD技術(shù)從出現(xiàn)至今大致經(jīng)歷了以下5個階段：

(1)孕育形成階段(20世紀50年代)。

(2)快速發(fā)展階段(20世紀60年代)。

(3)成熟推廣階段(20世紀70年代)。

(4)廣泛應(yīng)用階段(20世紀80年代)。

(5)標準化、智能化、集成化階段(20世紀80年代后)。

將人工智能(ArtificialIntelligence，AI)引入CAD系統(tǒng)是CAD技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，這種結(jié)合大大提高了設(shè)計的自動化程度。專家系統(tǒng)(ExpertSystem，ES)是人工智能在產(chǎn)品和工程設(shè)計中最早獲得成功應(yīng)用的一個領(lǐng)域，它在產(chǎn)品設(shè)計初始階段，特別是在概念設(shè)計和構(gòu)思評價階段起到了積極的作用。

CAD技術(shù)與CAM、CAE等技術(shù)的集成形成了廣義的CAD/CAM系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)的構(gòu)建實現(xiàn)了信息集成和功能集成，CIMS則是更高層次的集成，它包括產(chǎn)品幾何、加工、管理等全方位的信息。

2)?CAE技術(shù)的發(fā)展歷程

CAE是指以現(xiàn)代計算力學(xué)為基礎(chǔ)、以計算機仿真為手段，對產(chǎn)品進行工程分析并實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)。這里所指的工程分析包括有限元分析、運動機構(gòu)分析、應(yīng)力計算、結(jié)構(gòu)分析、電磁場分析等。在產(chǎn)品設(shè)計中，CAD技術(shù)完成了產(chǎn)品的幾何模型的建立，但是對于設(shè)計是否合理、產(chǎn)品能否滿足工程應(yīng)用要求，則需對模型進行工程分析、設(shè)計優(yōu)化，并根據(jù)需要對幾何模型進行必要的修改，使產(chǎn)品最終滿足有關(guān)要求。

CAE技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。

(1)技術(shù)探索階段(20世紀60—70年代)。

(2)蓬勃發(fā)展階段(20世紀70—80年代)。

(3)成熟推廣階段(20世紀90年代)。

1.2.3CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢

CAD/CAM技術(shù)還在不斷的發(fā)展之中，發(fā)展的主要趨勢是集成化、智能化、并行化、網(wǎng)絡(luò)化和標準化，先進設(shè)計技術(shù)和制造方法得到不斷應(yīng)用與推廣。具體來說主要體現(xiàn)在以下幾個方向上。

1.?CIMS

CIMS是CAD/CAM集成技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

CIMS的核心是實現(xiàn)企業(yè)信息集成，使企業(yè)實現(xiàn)動態(tài)總體優(yōu)化，產(chǎn)品達到上市快、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)好的標準，從而提高企業(yè)的競爭能力與生存能力。

CIMS又稱計算機綜合制造系統(tǒng)，它是在網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫支持下，由以計算機輔助設(shè)計為核心的工程信息處理系統(tǒng)，以計算機輔助制造為中心的加工、裝配、檢測、儲運、監(jiān)控自動化工藝系統(tǒng)和經(jīng)營管理信息系統(tǒng)所組成的綜合體。

2.智能化CAD/CAM系統(tǒng)

隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，除了集成化之外，人們還將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)應(yīng)用于CAD/CAM系統(tǒng)中，形成智能化的CAD/CAM系統(tǒng)，使其具有人類專家的知識與經(jīng)驗，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷功能及智能化的視覺、聽覺和語言能力，從而解決那些以前必須由人類才能解決的復(fù)雜問題。因此，基于知識的智能化的專家系統(tǒng)也是CAD/CAM的重要發(fā)展趨勢之一。

所謂專家系統(tǒng)，就是一個存儲有大量知識和經(jīng)驗的知識庫的計算機軟件系統(tǒng)。知識庫中的知識與經(jīng)驗來源于很多有關(guān)的人類專家的知識與經(jīng)驗的總結(jié)。專家系統(tǒng)應(yīng)用人工智能技術(shù)，使計算機能夠在一定程度上代替人進行推理、判斷和模擬人設(shè)計的思維過程，從而解決那些以前必須由人才能解決的復(fù)雜問題。一個成功的專家系統(tǒng)解決問題的能力可以達到甚至于超過單個人類專家的水平。

3.并行工程

并行工程(ConcurrentEngineering)是隨著CAD/CAM、CIMS技術(shù)發(fā)展提出的一種新的系統(tǒng)工程方法。這種方法的思路，就是并行的、集成的設(shè)計產(chǎn)品及其開發(fā)的過程。它要求開發(fā)人員在設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品整個生命周期的所有要求，包括質(zhì)量、成本、進度、用戶要求等，以便最大限度地提高產(chǎn)品開發(fā)效率及一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計方法代替串行設(shè)計方法(順序法)，圖1.2.1為兩種設(shè)計方法示意圖。由圖1.2.1可見，在串行法中信息流向是單向的，而在并行法中信息流向是雙向的。

圖1.2.1兩種設(shè)計方法示意圖

4.分布式網(wǎng)絡(luò)化

自20世紀90年代以來，計算機網(wǎng)絡(luò)已成為計算機發(fā)展進入新時代的標志。所謂計算機網(wǎng)絡(luò)，就是用通信線路和通信設(shè)備將分散在不同地點的多臺計算機，按一定網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)連接起來。這些功能使獨立的計算機按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行通信，實現(xiàn)資源共享。CAD/CAM技術(shù)日趨成熟，可應(yīng)用于越來越大的項目。

5.先進設(shè)計技術(shù)和制造方法得到應(yīng)用及推廣

1)面向X的設(shè)計

DFX使設(shè)計者在早期就能考慮設(shè)計決策對后續(xù)的影響。目前較為成熟的DFX技術(shù)有：

(1)面向制造的設(shè)計(DFM)。

(2)面向質(zhì)量的設(shè)計(DFQ)。

(3)面向成本的設(shè)計(DFC)。

(4)面向維修的設(shè)計(DFS)。

(5)面向環(huán)境的設(shè)計(DFE)。

2)綠色設(shè)計與制造

綠色設(shè)計又稱生態(tài)設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、生命周期設(shè)計或環(huán)境意識設(shè)計等，是由綠色產(chǎn)品而引申出的一種設(shè)計方法。產(chǎn)品能否達到綠色標準要求，其決定因素是該產(chǎn)品在設(shè)計時是否采用了綠色設(shè)計。

綠色設(shè)計所關(guān)心的目標除傳統(tǒng)設(shè)計的基本目標外，還有兩個：一是防止影響環(huán)境的廢棄物產(chǎn)生；二是良好的材料管理。也就是說，避免廢棄物產(chǎn)生，用再造加工技術(shù)或廢棄物管理方法協(xié)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計，使零件或材料在產(chǎn)品達到壽命周期時，以最高的附加值回收并重復(fù)利用。

綠色設(shè)計通常有以下3個主要階段：

(1)跟蹤材料流，確定材料輸入與輸出之間的平衡。

(2)對特殊產(chǎn)品或產(chǎn)品種類分配環(huán)境費用，并確定相應(yīng)的產(chǎn)品價值。

(3)對設(shè)計過程進行系統(tǒng)性研究，而不是將注意力集中在產(chǎn)品本身。

綠色設(shè)計是基于綠色設(shè)計數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，綠色設(shè)計數(shù)據(jù)庫是一個龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫，對綠色產(chǎn)品的設(shè)計過程起著舉足輕重的作用。它包括產(chǎn)品壽命周期中與環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟等有關(guān)的一切數(shù)據(jù)，如材料成分、各種材料對環(huán)境的影響值、材料自然降解周期、人工降解周期、費用，制造、裝配、銷售、使用過程中所產(chǎn)生的附加物數(shù)量及對環(huán)境的影響值，環(huán)境評估準則所需的各種判斷標準等。

綠色設(shè)計的原則包括資源最佳利用原則、能量消耗最小原則、零污染原則和零損害原則。

綠色設(shè)計的目的是實現(xiàn)綠色制造，綠色制造就是使用綠色資源，運用綠色生產(chǎn)技術(shù)來獲得綠色產(chǎn)品的過程。聯(lián)合國環(huán)境保護署提出了綠色制造技術(shù)的3項原則：

(1)“不斷運用”原則：綠色制造技術(shù)持續(xù)不斷運用到社會生產(chǎn)的全部領(lǐng)域和社會持續(xù)發(fā)展的整個過程。

(2)預(yù)防性原則：對環(huán)境影響因素從末端治理追溯到源頭，采取一切措施最大限度地減少污染物的產(chǎn)生。

(3)一體化原則：將空氣、水、土地等環(huán)境因素作為一個整體考慮，避免污染物在不同介質(zhì)之間轉(zhuǎn)移。

3)模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計源于樸素的“搭積木”的思想。

模塊是指一組具有同一功能和接合要素(指連接方式和連接部位的形狀、尺寸，連接件間的配合或嚙合等)，但性能、規(guī)格或結(jié)構(gòu)不同卻能互換的單元。

模塊具有兩個特征，一是與其他模塊連接的通用接口，二是模塊各自的特定單元。前一個特征使模塊之間能自由連接，后一個特征使得模塊的連接帶來不同功能