计算机辅助设计在材料生产中的应用

计算机辅助设计在材料生产中的应用（精选8篇）

计算机辅助设计在材料生产中的应用 篇1

计算机辅助设计在材料生产中的应用

学 专 姓

院

材料科学与工程 称

防腐131班

名

蓝 文 程

计算机辅助设计在材料生产中的应用

摘要

计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,简称CAD。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。

随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在材料生产中的应用等方面阐述了其在材料计中的显著优势，并对目前国内企业产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。

关键词：计算机辅助设计 三维CAD 应用 绪 论

开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。CAD技术从二维CAD向三维CAD的过渡

2.1 CAD简介

计算机辅助设计是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于材料、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Computer Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一体。

产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。

以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。

CAD技术正从二维CAD向三维CAD过渡。三维设计软件具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形，工程数据库的管理，生成设计文件等功能。三维CAD技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率得以迅速提高。我国CAD技术的研究、开发和推广已取得较大进展，产品设计已全面完成二维CAD技术的普及，结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度、提高经济效益起到了明显的作用。有相当一部分CAD应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。随着市场经济的逐步深入，市场竞争日趋激烈，加强自身的设计能力是提高企业对市场变化和小批量、多品种

要求的迅速响应能力的关键。2.2 三维CAD的优势

首先CAD技术以实用的零件实体建模优势和简便的产品造型修改和实体装配图的生成被用在机械设计的多个方面设计软件为三维建模提供了多种工具，包括最基本的几何造型如球体、圆柱等，对简单的零件，可通过对其结构进行分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。对于较复杂的图形，软件提供了草图工具，设计人员可以通过它先勾勒出截面，再拉伸出较复杂的几何形体。为了满足人们不断提高的审美要求，目前主要流行的几款三维设计软件基本上都提供面片模块，该模块为设计人员提供了非常方便的曲面设计工具。对于具有大块曲面的零件，设计师可以方便地对单个面或片体进行变形处理，以达到需要的曲面。

企业生产的产品往往是按系列区分，各系列中每一代产品与上一代产品之间的区别较小，也许只是增加了一个功能部件或是产品造型尺寸上有所改动。三维CAD可以方便地修改一些参数就能达到设计师更改造型的目的。三维CAD在建模中一般使用参数化建模，整个建模的步骤和产品的外型尺寸被参数化，这些参数是与产品的造型直接关联的。若要对尺寸或造型进行局部的更改，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。

实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。

另外随着技术发展，为了减轻人工劳动强度，提高产品的精度，制造行业装备从普通机床逐步到数控机床和加工中心，模具激光快速成型技术（RPM）等，几乎应用到整个制造行业。这些数控加工装备基本都具有与各三维设计软件的接口。当产品模型在三维CAD软件中完成后，再由CAD软件模拟出加工刀具路径，随后生成数控语言，通过接口输入数控设备中，再由数控设备按照模拟出的加工路径加工产品。

2.3 CAE简介

CAE是三维CAD软件的重要模块，CAE功能包括工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学、运动学仿真等。CAD技术在建模模块完成产品造型后，才能由CAE模块针对设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性进行分析。CAE技术在我国也得到了广泛应用，以汽车制造业为例，国内多家主车厂和汽车设计公司在使用三维CAD软件完成新车型的设计后，进行CAE分析，如干涉检查、钣金成型分析、塑料件拔模角分析、车身强度刚度的测试，在车窗、车门、雨刮器等运动部件上广泛采用CAE模块中的运动仿真功能，计算出零件的运动轨迹，以及零部件在运动中的状态，为设计人员提供直观的参考。这些分析工作大大提高了新车型的可靠度，缩短了新车型的开发周期，减少了返工，节约了研发成本。采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能通过快速重构，得到一种全新的机械产品，大大提高了工作效率。

3计算机辅助设计在材料加工中的应用

材料加工CAD技术是传统材料加工技术与计算机技术、控制技术、信息处理技术等相结合的产物，是材料加工和技术进步和标志。材料加工CAD又可分为铸造成形CAD、塑性成形CAD、焊接成形CAD、注射成型CAD以及模具CAD等几个方面：

3.1 铸造成形CAD

包括铸造工艺CAD以及铸造工装（模具/模板）CAD。前者的主要功能有铸造浇注系统设计，冒口补缩系统设计，冷铁的设计，砂芯的设计，铸造分型面的确定，加工余量的确定，起模斜度的确定，开放浇注系统库、冒口库、冷铁库、芯头库的建立，工艺图的标注与打印等，可以实现铸造工艺的快速准确设计。另外，基于有限分析的优化技术在CAD系统配套使用，例如充型过程模拟、凝固过程模拟、应力应变分析、微观组织模拟等，为制定合理的铸造工艺起到了有力的指导作用。

铸件弃型流动与凝固过程数值模拟在短短十余年的发展过程中，由二维到三维，由简单到复杂，由工作站到微机，由实用化到商品化，为铸造生产提供越来越重要的指导作用。华中科技大学推出的商品化三维模拟软件华铸CAD。这些铸造模CAD软件在铸造生产中取得了显著的效益。已覆盖了铸钢、球墨铸铁、灰铸铁、铸铝和铸铜等各类铸件，大到一二百吨，小到几千克，无论是解决缩孔和缩松，还是优化浇冒口结构，提高生产效率，改进浮渣等方面，都发挥了明显的作用。

3.2 塑性成形CAD

包括冷冲模、冲裁模、弯曲模、拉伸模以及锻造模设计CAD。随着工业技术的发展，产品对模具的需求愈来愈多。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此，国外先进工业国家对模具CAD/CAM技术的开发非常重视。早在20世纪60代的初期，国外一些飞机和汽车制造公司就开始了CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用于模具的设计与制造。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。日本丰田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。20世纪80年代初期开始用覆盖件冲模CAD/CAM系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADET软件和加工凸、凹模的TINCA软件。利用坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送入计算机。将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕

上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。美国的Diecomp公司开发的计算机辅助级进模设计系统PDDC，可以完成冷冲模设计的全过程，包括从输入产品和技术条件开始设计出最佳样图，确定操作顺序、步距、空位、总工位数，绘制带料排样图，输入模具装配图和零件图等，比传统设计提高功效8倍以上。在优化设计方面，利用有限元技术的应力应变分析在塑性成形CAD中已获得较为普遍应用。

我国模具CAD/CAM的研究与开发始于20世纪70年代末，发展也很迅速。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普遍冲裁模、级进模、汽车覆盖模、辊锻模、锤锻模和注塑模等CAD/CAM系统。但直到现在有些系统仍处于试用阶段，尚未在生产中推广应用。为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应继续加速模具CAD/CAM的研究开发和推广应用工作。

3.3焊接成形CAD 目前，在焊接结构生产的各个环节中计算机得到广泛应用。90年代初，国际焊接学会将这类应用概括为“计算机辅助焊接技术”（CAW）。现在CAW已不限于焊接结构和接头的计算机辅助设计、焊接工装计算机辅助设计、焊接工艺计算机辅助计划、焊接工艺过程计算机辅助管理等以计算机软件为主的许多方面，而且还涵盖了焊接过程模拟、焊接工艺过程控制、传感器以及生产过程自动化等与计算机应用有关的方面。

20世纪80年代提出了计算机集成制造系统的概念。可以认为，CIMS是从订货到加工、直至发货的全部过程的各个步骤都可以从计算机中及时得到必需的信息集成系统。焊接CIMSA系统，自20世纪90年以来在造船、桥梁、建筑、汽车等行业中得到了一些应用。以船舶生产为例，设计人员首先要根据设计标准和用户要求进行初步设计，然后在对结构强度、刚度分析的基础上，还要考虑制造能力，再进行分段的详细设计。这些工作可运用CAD、CAE等软件来实现。焊接生产的计划管理与装配焊接过程设计，则通过计算机的CAPM和CAPP系统来实现。

3.4 注射成型CAD 包括产品图模具型腔图的尺寸转换、标准模架与典型结构的生成、模具零件图和总培育图的生成、模具刚度与强度校核、设计进程管理、模具成本分析与计算等。注射模工艺分析已成熟的商品化软件，可以预测注射成型流动和保压阶段的压力场、温度场、应

力应变场和凝固层的生成，从而有效地指导实际生产。

在西方先进工业国家，注射模CAD/CAE/CAM技术的应用已非常普遍。公司之间模具订货所需的塑料制品资料已广泛使用电子文档，能否具有接受电子文档的模具CAD/CAM系统已成为模具企业生存的必要条件。当前代表国际先进汪洋的注射模CAD/CAE/CAM的工程应用具体表现在如下方面：

（1）基于网络的模具CAD/CAE/CAM集成化系统开始使用。英国Delcam公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用于注射模CAD/CAM的集成化系统。该系统覆盖了几何建模、注射模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。系统的每一个功能既可独立运行，又可通过数据接口作集成分析。

（2）微机软件在模具行业中发挥着越来越重要的作用。在90年代初，能用于注射制品几何造型和数控加工的模具CAD/CAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用，如在模具行业中应用较广的美国Pro/E、UGII、CADDS5，法国CATIA、EUCLID和英国的DUCT5等。随着微机技术的飞速进步，在90年代后期，基于Windows操作系统的新一代微机软件，如Solid Works、Solid Edge、MDT等崭露头角。这些软件不仅在采用NURSB曲面三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CAD/CAM软件的优点，并且在Window风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点，深得使用者的好评。

（3）模具CAD/CAE/CAM系统的智能化程度正逐步提高。当前，面向制造、基于知识的智能化功能现已成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。许多软件都在智能化方面做了大量的工作。如以色列Cimatron公司的注射模专家系统，能根据脱模方向优化成分模面，其设计过程实现了加工参数的优化等，这些具有智能化的功能可显著提高注射模的生产率和质量。

（4）三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势。在注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，即先将三维的制品几何模型投影为若干二维视图后，再按二视图进行模具结构设计。这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产的集成化技术的要求，在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计。与此相适应，在注射过程模拟软件方面，也开始由基于中性层面的二维分析方工式向基于实体模型的三维分析方式过渡，使三维设计与三维分析的集成得以实现。

参考文献

[1]王先逵．计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008 [2]蔡汉明，陈清奎．机械CAD/CAM技术[M].北京：工业出版社，2005 [3]姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002 [4]唐承统, 阎艳.计算机辅助设计与制造[M].北京：北京理工大出版社，2008 [5]刘德平，刘武发.计算机辅助设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2007 [6]李超.CAD/CAM实训—CAXA软件应用[M].北京：高等教育出版社，2003 [7] Zeid，Ibrahim.CAD/CAM theory and practice[M]: McGraw-Hill College,1991 [8]Brahim Rekiek,Alian Delchambre.Assembly Line Design[M].Springer,2006

计算机辅助设计在材料生产中的应用 篇2

中国是最大的发展中国家, 经济的持续快速增长带动了建筑业的迅猛发展。目前, 计算机技术已经渗透到各个领域, 建筑业作为我国的支柱产业之一, 其迅猛发展也得益于计算机技术的迅速发展。本文仅就计算机技术在新型材料设计和建材质量检测中的应用情况进行探讨。

1 利用计算机技术进行新型材料设计是发展新型建筑材料的重要手段

建筑材料在长期使用中经受风吹、日晒、雨淋、磨损、腐蚀等作用, 其性能会逐渐变化, 合理选用建筑材料至关重要。由于建筑材料的用量很大, 其费用通常占到工程总造价的50 %以上, 直接影响到工程成本, 因此, 在选用建筑材料时, 既要考虑安全、经久耐用等技术性能, 同时又必须兼顾经济性。开发经济实用、性能高的新型建筑材料, 具有十分重要的现实意义。

新型建筑材料是区别于传统的砖瓦、灰砂石等的建筑材料新品种, 具有轻质、高强、保温、节能、节土、装饰等优良特性。采用新型建材不但可以使房屋的功能大为改善, 还可以使建筑物内外更具现代气息, 满足人们的审美要求;有的新型建材可以显著减轻建筑物的自重, 为推广轻型建筑结构创造了条件, 推动了建筑施工技术的现代化, 大大加快了施工速度。

材料设计通常分为3个层次。一是微观层次, 即运用统计力学与量子力学的原理来研究原子与分子的集体行为;二是显微层次, 其大小在微米以上, 研究的对象是许多原子或分子在一定范围内的平均性质如形变、磁性等, 一般用连续统计方程来描述;三是宏观层次, 如宏观性能、生产流程与使用性能之间的关系、材料的断裂以及微观结构的形成等。

计算机技术可以将3个层次的因素都考虑在内, 通过建立模型和计算机模拟, 得出符合预期性能的新材料的最佳成分、最佳结构和最合理的工艺流程。将计算机的高速计算能力、巨大的存储能力和逻辑判断能力与人的创造能力相结合, 可以对材料设计提出创造性的构思方案;可从存储的大量资料中进行检索和方案比较;可在总体设计和局部设计中进行大量的、非常复杂的数学和力学计算;可对设计方案进行综合分析和优化设计, 确定设计图样, 提供组织生产的管理信息等。这种设计方案大大提高了设计质量, 缩短了设计周期, 为开发新型建筑材料和发展新工艺创造了条件。

2 计算机技术在建材质量检测中的应用对建筑工程质量的提高起到了显著作用

早在20世纪50年代, 我国建材行业就开始了自动化的研究、开发与应用, 当时主要是建材参数检测和单回路调节, 从20世纪70年代开始进行模拟和数字计算机的应用研究。20世纪80年代以来, 随着计算机技术的应用, 建材工业自动化的发展速度较快, 分析检测仪器和装备也得到了较大的发展, 检测机构的业务量不断增加, 竞争也日趋激烈。伴随着计算机网络和软件的普及, 多数检测机构已经着手信息化建设, 在不同程度上组建了局域网, 并开发或购买了检测信息管理软件系统, 改变了建材行业信息化管理落后的局面。

在工程项目的质量监督与控制中, 应用计算机技术是促进建筑业技术进步的重要手段。在建筑材料质量检测中推广应用计算机技术, 对提高建筑产品的质量、经济效益和环境效益起到了重要作用。目前, 混凝土材料质量检测中的计算机应用技术已经有了比较大的发展, 出现了一批用于试验管理和报表打印的计算机软件。这些系统包括了建筑企业一级试验室所应承担的所有检测项目, 具有材料质量检测、配合比设计数据的录入、检验结论和试验报告的生成、查询、统计和用户权限管理等功能, 并可以在网络上实现信息资源共享。

计算机管理为建筑材料检测试验信息的利用提供了方便快捷的统计查询手段, 不仅可以协助试验室管理人员安排试验计划, 提供试验量统计, 而且能为工程管理者提供必要的质量控制统计信息, 对通用水泥等建筑材料的质量进行分析评定, 为建筑主管部门进行工程质量监督与控制提供参考。

采用计算机进行混凝土配合比辅助设计, 以设计出强度合格又比较经济的混凝土配合比是试验室的重要任务, 也是近年来施工领域研究的重要课题。试验室根据采集仪所采集的建筑材料的原始试验数据, 自动计算生成试验报告。目前已开发的计算机系统包括业务委托书管理、试验数据接收、试验报告生成、报告数据管理、系统维护、系统查询、试验项目标准的初始设置、设计工具等模块, 实现了混凝土试块、砂浆试块、小砌块 (体) 、烧结普通砖、水泥土、烧结多孔砖、水泥安定性、水泥强度、钢筋原材、焊接钢材、钢筋复试、混凝土芯样、混凝土抗渗、混凝土抗折、混凝土回弹、混凝土配合比、砂浆配合比、防水材料、油漆、涂料、铝合金门窗、PVC 管材 (件) 、开关、插座、电线 (缆) 、粉煤灰、砂检测、石检测、砂浆灌入法测强、植筋拉拔、绝缘阻燃电工套管、原位轴压法测定砖砌体强度、室内环境检测、脚手架用钢管壁厚检测、脚手架用扣件力学性能检测、脚手架用钢管力学性能检测、沥青、承载比 (CBR) 试验、路基土压实度 (环刀法、灌砂法) 、沥青路面渗水、沥青路面抗滑性能、沥青混凝土路面钻芯密度测定、沥青混合料中最佳沥青用量试验、沥青软化点试验、烧失量试验、粗集料筛分试验、细集料筛分试验、砂筛分试验、集料压碎值试验、集料含泥量试验、粗集料磨耗试验、细集料当量试验等100多种常用建材性能检测项目数据的网上委托、网上银行支付费用、试验数据自动采集、数据处理、报告复核、报告审核、报告打印、报告汇总、不合格月报及混凝土、砂浆试块强度等级的评定等全过程的自动化控制管理, 试验中不需要人工干预, 提高了工作效率和管理水平。

3 结语

计算机辅助设计在生产中的应用 篇3

【摘 要】计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。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。随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在机械生产中的应用等方面阐述了其在机械设计中的显著优势，并对目前国内企业机械产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。从产品开发的实际需求和产品特点与软件功能出发，对企业应用三维CAD过程提出了改进方案，最后介绍了三维CAD技术发展的趋势。

【关键词】计算机辅助设计；三维CAD；应用

1.概论

开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。那么，CAD技术究竟有怎样的优势，它又是如何在生产中起到积极作用的，而它的发展趋势又是怎样的呢，本文稍后将对以上问题进行浅谈。

计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。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；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；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。

计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）应用领域：机械、汽车、航空航天、电子、建筑工程、轻工、纺织、服装、家电、体育、文艺等。

1.1 CAD/CAM在制造业中的应用

变量设计和参数设计。

设计人员可以利用这些功能，方便地完成几何相似，尺寸不同的产品设计工作，形成系列产品。在概念设计的草图打样阶段，设计人员可以利用CAD系统的几何元素定义和编辑功能勾划草图。在设计构思过程中，它将帮助设计人员思考，使之逐步深化、细化。草图构成之后，再逐步添加几何约束条件，尺寸约束条件，最终完成设计工作。

装配。

在装配件——组合件、部件和整台产品的设计中，计算机辅助设计系统的优势更为明显。在装配件设计中，还可以发挥CAD系统的图形功能，对装配件进行空间协调工作。利用干涉检查功能，及时发现干涉部位和干涉量大小，纠正设计中的错误，不必等到原准样机组装时再进行纠正。

逆向工程。

逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。

通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用CAD技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。

数控加工。

从几何建模中获取几何信息，输入加工工艺信息，生成数控加工指令，传输给数控加工装置控制加工过程。

有限元分析。

对机电产品的动静特性进行分析，并进行机电产品性能计算机仿真，寻求出机电产品结构上的薄弱环节。

模具设计。

模具设计模块支持典型的塑料模具设计的全过程，即从读取产品模型开始，到如何确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、模芯、型腔、滑块、顶块、模架及其标准零部件、浇注系统、冷却系统、模具零部件清单等。

1.2 CAD/CAM建模路线

随着CAD/CAM技术的发展，在建模技术方面共经历了以下几个阶段：

线框建模-曲面建模-实体建模-参数化特征建模。

1.2.1线框建模

线框建模是指在计算机内部以边、点来描述和表达产品，表示的是产品的棱边。其主要是利用基本线素来定义设计目标的棱线部分从而构成的立体框架图。

1.2.2曲面建模

曲面建模又叫表面建模（Surface Modeling），是对产品的各个表面或曲面进行描述，从而构造成产品模型的一种建模方法。

1.2.3实体建模

实体建模（Solid Modeling），是通过利用基本体素（如长方体、圆柱体、锥体、球体等）和扫掠体（拉伸体、旋转体、沿导线扫掠体、软管等）及其布尔运算构造几何实体的建模方法，其特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成，并且可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能。

1.2.4参数化特征建模

特征是指零件上具有某种特定的功能并能被基本的加工方式加工成形的几何实体，它是工程环境中能运用几何和功能信息进行产品零件造型的关键要素，是集成环境中高层语义信息的载体和基本传输。

1.3常用的CAD/CAM软件

机械类：UG、Pro/E、Inventor、MDT、Solidworks、SolidEdge、AutoCAD

建筑类：Revit、ADT、ABD、天正、中望、园方、AutoCAD

1.3.1 UG（unit graphic）

起源于美国麦道（MD）公司，是一个集CAD、CAE和CAM于一体的机械工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换，它具有很强的数控加工能力，可以进行3轴～5轴联动的复杂曲面加工和镗铣， 逐步成为当今CAD/CAM软件领域最有影响力、最有发展前景的软件公司之一。

1.3.2 Pro/Engineer（Pro/E）

美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation简称PTC）的软件。Pro/E软件以其先进的参数化设计、基于特征的实体造型深受广大用户的喜爱，该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、结构分析、以及模具设计等，用户界面简洁、概念清晰、逻辑性强，比较符合工程技术人员的设计思想与习惯，是目前国内企业和技术人员使用最广泛的CAD软件之一。

1.3.3 CATIA软件

CATIA软件是法国达索公司（Dassault）开发的产品。CATIA独特的装配草图生成工具，支持欠约束的装配草图绘制以及装配图中各零部件之间的连接定义，可以快速进行概念设计。该软件具有强大的曲面设计、有限元分析等功能，深受众多飞机、汽车行业企业的欢迎。

2.CAXA数控车曲线生成

曲线生成：（1）点的生成（2）直线的生成（3）圆弧与圆的生成（4）椭圆的生成（5）样条曲线的生成（6）正多边形的生成（7）公式曲线生成（8）二次曲线的生成。

3.结束语

经过长时间的忙碌和不懈努力，我翻阅了大量有关计算机辅助设计方面和机械专业的书籍，通过对这些书籍了阅读，不但完成了所做的毕业设计，还使自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对自己今后的工作有了许多的帮助。在做毕业设计期间，经常会出现一些自己从没遇到过的问题，使毕业设计的制作走到了死胡同。如果没有杨汉嵩老师和李鹏的督促和指导，以及同学们的帮助，凭我一个人的力量，想要完成这次毕业设计是很难的。所以我很感谢杨汉嵩老师和李鹏老师对我的指导和帮助。

【参考文献】

[1]王先逵.计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]蔡汉明，陈清奎.机械CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]王隆太.机械CAD/CAM技术（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5]唐承统，阎艳.计算机辅助设计与制造[M].北京：北京理工大出版社，2008.

[6]刘德平，刘武发.计算机辅助设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2007.

计算机辅助设计在材料生产中的应用 篇4

计算机（Computer）是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。随着计算机的性能的完善以及各种科学研究软件的丰富，计算机在材料科学中的作用变得越来越显著了，如新材料的设计，计算机模拟，工艺过程的优化及自动控制，数据和图像处理，信息检索等等，这些都体现了计算机在材料科学中的广泛应用，其发展前景极为可观。

下面我就几种计算机在材料科学中的应用来说明计算机与材料科学研究的关系。

温度场的计算，各种材料的加工、成型过程中与加热、冷却等传热过程有着密切的联系，所以利用计算机解决传热问题是极为有力的。

材料科学与行为工艺的计算机模拟，材料行为工艺是通过调整材料在加工过程中的组织性能来改善其使用性能，利用计算机模拟材料可以部分代替传统的真实试验，提高了效率、节省费用。

相图是描述相平衡系统的重要几何图形，通过相图可以获得某些热力学资料；反之通过热力学数据可以建立一定的模型，从而计算和绘制相图。相图计算CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)更是在前人收集、总结热力学数据的基础上发展形成的一门新的介于热力学、相平衡和计算机科学之间的交叉学科。

材料的组成和结构与计算机模拟，材料的组成和结构采用各种大型分析设备进行，如扫描电镜、透射电镜、分析电镜、扫描探针显微镜，各种谱仪和各种衍射仪，这些均是在计算机控制下完成各自的分析工作，而且设备随之提供了各种功能强大的分析模拟软件及其数据库，从而更加有效地提高了分析时的数据处理能力。

金属材料加工与计算机模拟，用计算机模拟实现试生产、减少实验次数、动态显示材料加工和制备工艺的各个物理量的演变历程和空间分布、预测缺陷和优化工艺流程，极大地缩短了试制周期、减少劳动力成本、提高生产率。

塑料加工中的计算机模拟，利用各种加工技术和计算机辅助工程CAE，实现对塑料制品造型、大量数据调用、人机对话，屏幕显示模拟实际的成型过程、预测塑料制件设计、模具设计和成型条件对产品质量的影响，从而能够方便、快捷地修改，寻求最佳的成型过程，使新的成型制品在较短的周期内顺利投产。

材料数据库将数据的进行集合及其管理、利用，从而对工程数据建立数据库系统，用于存储、管理和使用面向工程设计所需要的工程数据和数据模型，这是将工程方法与数据库技术结合起来，并将人工智能及专家系统与数据库相结合，建成智能化的CAD/CAM集成系统。数据库管理系统极大地方便了用户对数据的使用与管理，减轻用户的工作量和复杂性，提高了数据库的安全性，数据库系统可以提供数据共享即多用户同时使用全部或部分数据，数据库的具有数据的独立性即每个用户所使用的数据有其自身的逻辑机构，数据库的使用减少数据冗余，使数据的结构化，使数据的相互关联和记录类型的相互关联，统一的数据保护功能，并发控制的问题，加强了对数据的保护

数据库经历了第一代的层次数据库系统和网状数据库系统，第二代的关系型数据库系统，直到现在的第三代的面向对象数据库系统，从而满足了现在要在数据库中存放和管理的诸如多媒体数据、空间数据、实时数据、复杂对象、图像对象、知识和超文本等工程数据的需求，也就有了面向对象的工程数据库系统。

工程数据库系统可以适合于CAD、CAM、CIM等工程应用领域。要建立工程数据库系统首先需要选择合适的DBMS作为其开发平台，再将工程数据映射成DBMS支持的数据模型，利用DBMS提供的数据定义语言和数据操纵语言，设计数据库的结构，提供操纵数据库数据的用户界面。

对于材料数据而言，其数据量十分庞大，目前世界上已有的工程材料数据库有数十万种，各种化合物大几百万种。材料的成分、结构、性能及使用等构成了庞大的信息体系，它们依然在不断更新和扩大。

材料中成分的组合若进行实验的话，将耗时、耗力，如果利用材料数据库和其他信息处理技术则可以极大地减少研制工作量、缩短研究周期、降低成本和提高效率。

计算机材料性能数据库储存信息量大且存取速度快，查询方便，由材料查性能，也可以由性能查材料，通过比较不同材料的性能数据，进行选材或材料代用。，使用灵活，即使对材料的数据进行补充、更新和修改，功能强大，实现单位的自动转换、图形化表示数据、进行数据的派生。其应用广泛，配合CAD、CAM实现计算机辅助选材，还可以设计材料性能预测或材料设计的专家系统。

现有的材料数据库主要是欧美等发达国家开发研制的，而国内的相关单位也进行了不断的探索，取得了一定成绩，如清华大学材料研究所等单位于1990年联合建成的新材料数据库，它采用Oracle数据库，含有新型金属和合金、精细陶瓷、新型高分子材料、先进复合材料和非晶态材料五个子库，今后的材料数据库是向网络版方向发展。

专家系统(Expert System)源于人类专家的知识，应用人工智能技术，工具一个或多个人类专家提供的特殊领域的只是、经验进行推理和判断，模拟人类专家作出决断的过程，解决那些原来只有工业专家自己才能解决的各种各样的复杂问题，专家系统实际上是一种计算机程序，在某一特定领域内，能够利用知识和推理来解决人类专家才能解决的问题。

完整的专家系统由六个部分组成：

1.知识库：用于存放领域专家提供的专门知识，它有知识的数量和质量之分，要选择合适的知识表达方式和数据结构、把专家的知识形式化并存入知识库中.工作数据库：包含问题的有关初始数据和求解过程的中间信息组成。

2.推理机：它要解决如何选择和使用知识库中的知识，并运用适当的控制策略进行推理来实现问题的求解。

3.知识获取机制：实现专家系统的自我学习，在系统使用过程中能自动获取知识，不断完善扩大现有系统功能。

4.解释机制：专家系统在通用户的交互过程中，回答用户提出的各种问题，包括与系统运行有关的求解过程和与运行无关的关于系统自身的一些问题。

5.人机接口：实现系统与用户之间的双向信息转换，即系统将用户的输入信息翻译成系统可以接受的内部形式，或把系统向用户输出的信息转换成人类所熟悉的信息表达方式。

解释专家系统：通过对已知信息和数据的分析与解释，确定它们的含义，如图像分析、化学结构分析和信号解释等。

下边是几种专家系统还有它们各自的应用

1.预测专家系统：通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况，如天气预报、人口预测、经济预测、军事预测。

2.诊断专家系统：根据观察到的情况来推断某个对象机能失常（即故障）的原因，如医疗诊断、软件故障诊断、材料失效诊断等。

3.设计专家系统：工具设计要求，秋初满足设计问题约束的目标配置，如电路设计、土木建筑工程设计、计算机结构设计、机械产品设计和生产工艺设计等。

4.规划专家系统：找出能够达到给定目标的动作序列或步骤，如机器人规划、交通运输调度、工程项目论证、通信与军事指挥以及农作物施肥方案等。

5.监视专家系统：对系统、对象或过程的行为进行进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以便发现异常情况，发出警报，如核电站的安全监视等。

6.控制专家系统：自适应地管理一个受控对象的全面行为，使之满足预期的要求，如空中交通管制、商业管理、作战管理、自主机器人控制、生产过程控制等。

材料加工过程的计算机控制，微机和可编程控制器在材料加工过程中的应用可以减轻劳动强度，显著改善产品质量和精度，从而提高产量。计算机在材料加工中的应用有物化性能测试数据的采集和处理，加工过程自动控制（主要探讨的内容），计算机辅助模具设计和制造，材料加工过程的全面质量管理

在材料加工控制领域中，运用较多的是微机和可编程控制器（Programmable Controller，简称PC），材料加工过程中的基本单元控制一般由可编程控制器或微机控制系统完成，而复杂的生产线可由可编程控制器和微机控制系统共同完成。

计算机工业控制系统基本功能：模拟量参数的采集、转换及屏幕显示，模拟量参数的越线报警（声、光的形式），被控参数的闭环自动控制，各种流量的累计计算，用于统计计算，各种开关量输入信号的检测与各种开关量输出信号的控制，用于设备的启停与各种连锁保护，生产工艺流程图及各种被控参数的动态趋势曲线的屏幕显示、便于操作人员及时掌握设备运行状态，实现对生产过程的操纵和控制，工艺参数的记录及打印，以便保存生产技术资料做经济指标考核，完成与上位机的通信，将下位机的各检测参数和各流量累计值通过数据线传输到上位机，从而接收到上位机的监督控制

计算机在材料检测中也有非常广泛的应用，材料的性能主要决定于它的化学成分和组织结构，化学成分不同的材料具有不同的性能，而相同成分的材料经过不同的加工处理而具有不同的组织结构时，也将具有不同的性能。所以通过对材料的化学成分、组织结构、力学性能及物理性的检测，能更加清晰地揭示材料的深奥秘密。如材料成分的检测即通过改变材料的成分可以调整材料的性能，这是利用材料的合成和制备完成的，所以对材料的成分进行细致的检测是必要的。

目前有许多大型分析设备（扫描探针显微镜（SPM），扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射仪，电子衍射仪，红外光谱仪，原子吸收谱仪，激光光谱仪）用于材料成分的检测

材料组织结构的检测直接影响材料性能的材料组织，评价材料缺陷，进行计算机仿真。材料缺陷的计算机评定，材料缺陷检测、分级评定和材料缺陷对性能的影响研究也是材料组织检测的一项，它们也是保证产品质量的主要环节之一。

选择可以利用计算机图像处理与模式识别技术来进行材料缺陷特征参数的研究，可以实现材料缺陷图像获取、材料缺陷检出、材料缺陷识别、材料缺陷尺寸测量和分级评定等功能，基本上是自动化的。

对材料研究中的数据作进一步处理，如计算、绘图、拟合分析等，这些功能现在均可利用软件来完成。

计算机科学与材料科学研究相结合，改进了研究工具和研究方法，促进了学科的发展。过去，人们主要通过实验和理论两种途径进行科学技术研究。现在，计算和模拟已成为研究工作的第三条途径。计算机与有关的实验观测仪器相结合，可对实验数据进行现场记录、整理、加工、分析和绘制图表，显著地提高实验工作的质量和效率。计算机辅助设计已成为工程设计优质化、自动化的重要手段。在理论研究方面，计算机是人类大脑的延伸，可代替人脑的若干功能并加以强化。古老的数学靠纸和笔运算，现在计算机成了新的工具，数学定理证明之类的繁重脑力劳动，已可能由计算机来完成或部分完成。计算和模拟更是一种新的研究手段。计算机在材料科学中的广泛应用，常常产生显著的经济效益和社会效益，从而引起产业结构、产品结构等方面的重大变革。

计算机辅助设计在材料生产中的应用 篇5

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回收再利用材料在景观设计中的应用

回收再利用材料在景观设计中的应用

[摘要] 在园林设计中，只要你用艺术的眼光和思维去审视发掘，并得体的处理，任何的材料都能成为景观设计的材料。建筑材料是人类生产量使用量最大的一类材料，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%。因此从生态，可持续，及人文历史意义上来讲，充分的利用旧建筑材料无疑是景观材料的一种绝好选择。废材废料有两种方式可以使这些材料循环利用。一种是就地取材，第二种是对废料二次加工后再利用，无论是那种形式的建材，如果按大小、色彩、质感、明暗、反光率等特征分类，运用对比、交错、穿插、重复等手法，灵活布置，与植被、地形等巧妙配合，都可以形成非常丰富精巧的景观空间。

[关键字]回收再利用，生态，建筑废物一次利用，二次利用

中图分类号：S891+.5 文献标识码：A 文章编号：

前言

景观材料的意义与范围

在园林设计中，材料是表达设计的物质载体，然而不同的材料拥有不同的色彩和质感，并对人产生不同的心理效应和生理效应。例如使用坚固耐久的材料固然能创造永恒的景观，选用一些临时性的材料则能将时间引入景观的塑造过程，使以往永恒的景观成为一种动态的景观。善用材料的特点并将其合理搭配，把材料的特性加以提炼升华为某种审美意向，材质之美就可形成强烈的表现力。然而在很多情况下，并不一定要使用现代的或未用过的新材料才能焕发新意。有远见的设计师除了要关注空间的塑造，还要摒弃以往园林中常规用材的做法，用一种更加广阔的方式来应用材料，为传统园林设计增添更多的选择。所以因地制宜，与环境有机融合，取之有理，任何材料都可产生出动人的效果。透析不同材料的特色以及使用方法，加以科学合理的应用，就能为我们打开一扇通往创建富于新意的景观之门。只要你用艺术的眼光和思维去审视发掘它，并处理得体，任何的材料都能

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成为景观设计的材料。

荷兰设计师伊兰德在处理建造斯海尔河口验堤遗留下来的建筑垃圾时，选用附近渔业废置的贝壳，将其分为黑白两色，平铺于经过平整的高地上。不但可以让乘客经过此地的人领略其强烈的设计风采，也引来了黑白两色水鸟在此筑巢栖息。５年后，这些贝壳由于海浪的作用逐渐消失，这里最终成为人们嬉戏的沙滩。设计者从生态角度选择了当地唾手可得的贝壳，使最初鲜明的几何图案和沙滩在同一地块交替出现，从而营造出一处别有生趣的动态景观。

在全球经济掠夺式开发的环境下，人们对资源的消耗是如此的巨大，生态环保技术的引入对于我国的发展来说是实现可持续发展的重要途径，人们深刻的认识到生态环保对于人们未来生活规划的意义，然而我国对于生态环境的创建意识与能力还是比较落后的。目前国外的一些发达国家对于景观设计遵循着4R原则，即Reduce，Reuse、Recycle和Renewable。“Reduce”,减少对各种资源尤其是不可再生资源的使用；“Reuse”，在符合工程要求的情况下对基地原有的景观构件进行再利用；“Recycle”，建立回收系统，利用回收材料和资源；“Renewable”，利用可再生资源、可回收材料。以此可见回收再利用材料扮演着非常重要的角色。

建筑材料的现状及在景观材料中扮演的角色

建筑材料是人类生产量最大，使用量最大的一类材料，建材的发展和应用，给人类带来了物质文明并推动着人类文明的进步，然而传统材料的研究开发与生产片面地追求良好的使用性能，而忽视了材料在生产，使用和废弃过程中所消耗的大量能源和资源及其对环境造成的严重污染，在传统建材的生产-使用-废弃过程中，大量资源被提取出来又将大量废弃物排回到自然环境当中，人类在创造社会文明的同时，也在不断地破坏人类赖以生存的环境空间。传统建材的开发与生产过程中消耗大量的资源和能源，而且给生态环境带来污染的负面影响。

近年来，我国城市建设高速发展，不断的拆旧建新，带来了大量

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建筑垃圾。据了解，不仅老建筑、道路和桥梁的拆迁改造产生建筑垃圾，在房屋新建过程中，地下室基坑支护及建筑桩基工程，同样也产生许多建筑垃圾，包括沥青、混凝土块、渣土、废砖瓦类、废铜铁(如铜筋、废铁、金属„)及其它装潢建材(如木材类、塑料类„)等。欧美日等先进国家对建筑废弃物的回收再利用已推广多年。在美国混凝土块主要回收作为建筑骨材再利用。而日本则作为建筑级配骨材、工程填方、土质改良及填海造地等。

我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%。各大城市的建筑垃圾每年都有数百万立方米，其中废弃混凝土约占1/3。这些废弃混凝土，长期以来都是被填埋处理，即破坏生态又占用大量土地。进行建筑垃圾的回收再利用可以实现建筑垃圾减量化、资源化，同时又节约天然资源，保护生态环境，有较大的经济价值和社会综合效益。

从以上数据所显示的内容可以看出，建筑材料涵盖的材料种类与数量是极其庞大的，从我国现阶段的社会和经济的发展需求来看，建筑的拆迁量在一定的时间内会持续增长，旧建筑材料的回收再利用占人类资源相当大的一部分比重。充分的利用旧建筑材料无疑是景观材料的一种绝好选择。

建筑废弃材料的分类与再利用

材料的再利用体现了生态原则。工业废弃地上的废材废料，在某种意义上来说是一种资源，有两种方式可以使这些材料循环利用。一种是就地取材，使工业废料成为独特的景观设计材料。第二种是对废料二次加工后再利用，利用后看不到原来废料的原形。例如钢板熔化后铸造其他设施，砖或石头磨碎后当作混凝土骨料，建筑拆后的瓦砾当作场地的填充材料等。无论是哪种形式的建材，如果按大小、色彩、质感、明暗、反光率等特征分类，运用对比、交错、穿插、重复等手法，灵活布置，与植被、地形等巧妙配合，都可以形成非常丰富精巧的景观空间。

关于就地取材：我国的很多旧建筑特别木材使用率较多，材料的环保性高。因此，拆迁下来的材料可用性很大。苏州有很多具有地方特色的居民建筑，这些老建筑拥有的组画墙砖，老式弧形雕青石瓦，最新【精品】范文 参考文献

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每一样都小巧玲珑，不论样式上还是图案上都有一定的讲究，这样的拆迁材料适合可以在景观设计中作为景墙上的装饰来进行利用。这样的材料运用可以祈祷文化氛围的烘托，是艺术表现的新视点，材料本身的古朴?简洁的特性上给人以别样感受。

废料二次加工：如利用搅拌机剩余的混凝土制作假山石，循环再生陶瓷材料：股匪资源化陶瓷材料属于循环再生材料。利用各种工业废渣如矿山尾沙，粉煤灰，高炉渣和化工废渣等研制，生产建筑卫生陶瓷的技术可生产出废渣量打，烧成温度低和性能优良的建筑卫生陶瓷。这种生态卫生陶瓷材料由于广泛采用廉价低劣原料而大大降低成本，提高市场竞争力。从长远的角度来看：许多建筑材料和景观材料可重复使用：砖混结构，木材，五金，门，水暖设备，金属制品，植物等。However, use of salvaged materials typically requires finding them early, and planning from the start of conceptual design and through construction.From both environmental and heritage perspectives, materials salvaged from buildings already existing on the site are preferable;less transportation is required, and historic continuity is preserved.材料的回收再利用是对资源的一种拯救，保存了历史的连续性。

二十一世纪是一个生态文明的世纪，在当前科技日新月异的大环境下，除了要开发新的环保能源外，更要保护好现有的资源，减少能源的消耗，加长其使用周期，并从人文的角度来保留历史，福荫子孙后代。对于利用过的材料用艺术的眼光和思维去审视其景观价值，甚至通过一些手段加以处理再利用，去发现“废物”的利用价值。然而从中国现在的发展情况来看，回收再利用的技术只是刚刚起步的阶段，所以景观设计师在体现其设计理念与意志的过程中就应该承担这样一个重要的历史责任，在景观实际中，通过自己的努力，将生态文明落实。

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计算机辅助设计在材料生产中的应用 篇6

现代化的社会需要现代化的人才，现代化的人才需要现代化的教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网），而电化教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）是实现教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）现代化的重要途径，是深化教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）改革，提高教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）质量的重要手段。

学生课业负责重的实质，反映的是教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）思想、教学艺术、教学规律和育人观念的问题，是区分“应试教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）”与素质教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）的重要标志。随着“减负”工作的不断深入，为摆脱“应试教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）”忽视能力和心理素质的培养，学生课业负责过重，挫伤学习的主动性、积极性和创造性的局面。我校从本校实际出发，以《电化教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）减轻学生过重课业负责》课题的研究作为改革的从突破口，全面实施贯彻于各科教学之中，如何在美术学科中充分运用电化教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）手段，开发CAI软件进行教学，切实“减负”，促进学生全面素质的提高，实现教学效果最优化，笔者做了如下尝试，收到了良好的效果。具体操作如下：

一、PowerPoint辅助教学增强美术教学的情境感

没有好学的情感，就不会有学习的动力，“凡世中事业，无不源于情”。而列宁说:“没有人的情感，就从来没有，也不可能有对真理的追求。”大量事实表明，情感积极时，人的精神振奋，情绪高涨，注意率高，思维活跃。而情感消极时，注意率低，思维受阻，记忆力低，对学习感到腻烦压倦。

好学的情感可以来自需要，也可由一次一次高涨的情绪强化发展而来。传统的绘画教学，“语言+静止图片+演示+练习”，课堂教学情感成分少，课堂气氛沉闷。学生总是在消极被动的情绪下，目睹枯燥无味的简单重复，而采用了PowerPoint辅助教学，为学生酿造了良好的学习氛围，将声音、图像、文字集于一体，使视、听一体化的现代化教育（www.xfhttp.com－雪风网络xfhttp教育网）手段，以其生动、活泼的`形象及悦目动听的声音吸引学生的注意，激发了学生积极的学习情绪，使学生的各种感觉器官都参与感知活动，变被动接受信息为主动接受信息。如在教学《大轮船》(沿海版第四册)一课时，由于学生直接见到大轮船的机会不多，对大轮船形象模糊。于是笔者运用了PowerPoint辅助教学。插入音乐，揭示课题：立体紫红色的课题从屏幕中心由小到大，随着优美、深远、动听的萨克斯独奏曲推出”大轮船“三个字的课题。此设计效果给学生耳目一新的感觉，同时催人振奋。接着画面在蓝色海洋的背景下，迅速展示出各种不同外形的大轮船。那如楼房一般的客轮，架起各种不同起重机的货轮，以及色彩艳丽的彩旗，还有那生动的解说词，深深地吸引学生的注意力，学生随即产生了一种强烈的表现欲望。在此亢奋情绪的反应下，学生愉快地拿起画笔，主动地参与到“大轮船”的绘画中。

乌申斯基说“儿童是形式声音，色彩和感觉来思维的”。学生一边观察、一边听录音，能使学生在学习过程中更能入情入景，有助于思维的培养。形式的新颖，

[1] [2] [3]

计算机辅助设计在材料生产中的应用 篇7

我国是一个拥有13亿人口的农业大国, 农业在国民经济结构中具有举足轻重的地位。我国农业种植的历史可以追溯到两千多年前。中华人民共和国成立后, 我国逐渐从传统农业走向农业现代化。但我国的农业现代化水平依然不高, 诸多因素制约着农业的发展。[1]

首先, 农业的科技化水平不高, 受气候影响较大。[1,2]

其次, 农业没有形成规模化, 农业成本高产值低。在广大农村地区, 农业种植主要以家庭为单位, 没有形成规模, 抗风险能力较差。一旦出现自然灾害, 对家庭收入影响很大。这也直接推动了农村的广大青壮年劳动力进入城市打工, 以获得更高的个人价值回报。

如何推动农业的发展, 一直是国家经济工作中的头等大事。为了推动农业的科技化水平, 本文研究了计算机技术在农业生产销售中的应用。

1 基于无线传感器的监控系统在农业生产企业中的应用

随着人民生活水平的提高, 反季节蔬菜、绿色蔬菜、有机蔬菜的需求越来越多。我们深入平顶山市几家较大的果蔬生产企业调研发现, 果蔬生产企业对生产蔬菜的温室的生产环境控制要求越来越高, 从以前的简单的对温度、土壤湿度进行监控, 到现在还需要对作物生长环境的土壤湿度、土壤PH值、空气中的CO2浓度以及光照度等众多环境因素进行监控。以前蔬菜生产企业对数据的监控简单地采用人工数据监控方式。工人要间隔一段时间, 采集数据, 根据生产要求, 通过不同的开关, 调整控制生产环境。而随着企业规模的不断扩大, 温室的数量多, 需要监控的数据量越来越大。如此大量的的监控数据仅仅使用传统的人工数据监控方式已经无法满足企业生产的需要。另外, 蔬菜生产企业的蔬菜生生长一般都要求是温度较高、潮湿的环境, 一般应避免工人长时间在这样恶劣的环境下工作。因而, 改变数据监控方式已经成为这些蔬菜生产企业的迫在眉睫的大事。

为了解决企业的这一问题, 我们在试点企业平顶山市建西果蔬公司引入了基于无线传感器的监控系统。

基于无线传感器的监控系统包含无线传感器、动作器、微处理器和无线传输模块组成。其中, 无线传感器用于对包括温度、湿度、CO2浓度、光照度等温室内欲监控的数据的采集。动作器是指温度控制开关、灌溉设备开关、通风设备开关以及继电器等执行特定动作的设备。当需要调整某一个或某些监控数据时, 通过控制系统控制相应开关。微处理器用于处理传感器采集的数据并按照事先设定的逻辑对动作器进行控制。无线传输模块用于传输无线传感器采集的数据到微处理器或用户。无线传输模块可以采用Zig Bee协议[3]。Zig Bee是一种无线网络协定, 主要由Zig Bee Alliance制定, 底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层[4]。Zig Bee的主要特色有低速、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

该系统实现了数据监控的自动化, 把工人从繁重的数据监控中解放出来。人工监控只能在监控时间点进行监控, 而两次监控时间点之间则是监控盲区。该系统可以实现实时地数据监控, 这比人工监控要更加精确。

2 农业视频监控系统在农业生产企业中的应用

在我们走访调研的过程中, 企业管理人员都提到了在农业生产过程中, 生产设施、肥料和农产品被盗和生产工人操作不规范等现象时有发生, 另外, 病虫害也是企业生产过程中不可避免的一个棘手问题。很多时候, 由于未能及时发现蔬菜生产过程中的病虫害, 最后导致企业的产品无法满足客户的要求, 损失惨重。另外, 为了食品的安全考虑, 实施视频监控系统事在必行。

针对企业的以上问题, 我们在试点企业平顶山市建西果蔬公司引入了农业视频监控系统。

农业视频监控系统主要是由前端部分、传输部分、显示和记录部分组成[5]。

2.1 前端部分

前端部分是农业视频监控系统的视频信息采集部分。它布置在温室的某一位置上, 使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。如果被监视场所面积较大, 为了节省摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统, 在摄像机上加装适当的镜头, 使摄像机所能观察的场景更清楚。摄像部分一般安装在监视现场, 它一般包括摄像机、镜头、防护罩和支架等。它对监视区域进行摄像并将其转换成电信号。摄像机分为彩色和黑白两种, 一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高, 比较适合用于光线不足的地方。该视频监控系统实施的目的是监视事物的位置和异常情况, 可采用黑白摄像机。常用的镜头种类包括:定焦镜头和变焦镜头两种。定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。广角镜头监视的角度较宽, 距离较近。标准镜头监视的角度和距离适中。根据该系统的应用范围, 我们选择了标准镜头。前端部分把监视的内容变为图像信号, 传送给控制中心的监视器上。

2.2 传输部分

传输部分就是系统图像信号的传输通道。该视频监控系统采用视频基带 (同轴电缆) 传输方式。对图像信号的传输重点要求在图像信号经过传输系统后, 不产生明显的噪声、失真, 保证原始图像信号的清晰度和灰度等级没有明显下降等。该视频系统应用于温室的监控, 各个前端摄像机距离监控中心比较近, 故采用同轴电缆传输, 既经济又可以保证图像质量。

2.3 显示和记录部分

此方案设计采用硬盘录像机和显示器来完成所有摄像机信号的显示, 并通过硬盘进行录像, 根据对录像资料保存时间的需求配备相应容量的硬盘。

另外为了保证监控系统正常稳定工作, 该视频监控系统采用UPS集中供电。

3 结束语

随着科学技术的不断进步, 越来越多的计算机技术将会应用到农业生产, 推进农业现代化。本文通过基于无线传感器的监控系统和视频监控系统在农业生产中的应用研究, 可以看到计算机技术在农业发展中的广阔应用, 计算机技术必将为推动农业的发展做出不可忽视的作用。

参考文献

[1]张升堂, 刘音, 郭传金.中国农业生产现状及发展节水农业必需性分析[J].西北水力发电, 2002, 18 (4) :50-52.

[2]李志强.农业生产现状与发展对策[J].河南农业, 2008, 12:59.

[3]乔晓军, 张馨, 王成, 任东, 何秀红.无线传感器网络在农业中的应用[J].农业工程学报, 2005, 21:232-234.

[4]韩安太, 何勇, 李剑锋, 陈志强, 孙延伟.基于无线传感器网络的粮虫声信号采集系统设计[J].农业工程学报, 2010, 26 (6) :181-185.

计算机在材料科学中的应用浅析 篇8

【关键词】计算机 材料科学 应用

材料科学是多个专业结合下新产生的学科，我国目前对于材料科学的研究还处于发展阶段，没有成熟。但在实际之中，我们对于材料的性能、质量有了更高的要求，这在一定程度上提升了材料科学理论研究的动力，但也给研究带来了很大的压力。计算机在材料科学中的应用是材料科学发展的必经之路，也是材料科学进一步发展的台阶。这是实际中对材料要求更严格的体现，计算机的快速、便捷、高精度能够给材料科学的研究带去很大的便利，材料科学的发展也离不开计算机技术的引进。

一.计算机在材料科学中的应用方向

1.利用计算机进行新材料设计

随着社会经济的发展，人们对于材料的质量、功能都有了更高的要求，同时，人们也不再满足原有的材料类别，而是希望能够研究并设计出新的材料用于生产、生活。新材料的设计需要将大量的理论和实验对比数据、图像进行分析，从而提出设计新材料的方法。其中涉及到的大量的数据和图像，如果根据以往的采取人工分析的方法，需要投入大量的人力、物力，并且人工进行数据的分析，因为人力的精力有限，无法达到计算机的精确程度，在数据分析过程中极容易出现错误。而新材料的设计是一个需要极高的精准度的工作，其中即便是一点小失误，也会引起新材料的特性的变化，所以新材料的设计必然是离不开计算机的加入的，只有计算机才能保证设计过程中的错误少发生甚至是不发生。

2.利用计算机进行数据和图像处理

计算机在材料科学中的应用主要体现的就是数据和图像的分析能力，其准确性和高强度的分析能力是人工所不能比拟的。一般而言，对于数据的分析最便捷、最直观的是利用图表进行分析，而计算机拥有良好的存储系统，将数据录入计算机并保存，即可在计算机上通过简易的方式绘出图表进行分析，除此之外，计算机储存系统还拥有很强的查询功能，面对如此庞大的研究数据，也只有计算机的查询功能能够在分析中便捷的找出研究人员所需要的数据。

3.利用计算机对系统进行模拟

众所周知，材料科学的研究过程中，需要根据理论做出许多的模拟实验，再从实验中总结需要的数据，并对数据进行分析，从而再进行试验。任何一门科学在进行新材料的设计或是新理论的提出时，都需要这一个“研究—实验—分析”的循环的过程。计算机强大的数据分析能力和对比能力在材料科学是模拟试验中就可以派上用场。计算机模拟的主要操作过程就是将模拟得出的分析数据和实际体系的实验数据进行比较，发现其中的缺陷，即是检验其准确程度。一般而言，一次对比是远远不够的，需要不断的分析、实验、对比，这一循环过程涉及到的庞大的工作量就需要计算机来完成。

二.计算机在材料科学中的作用分析

1.方便查阅资料和人员之间的交流

研究人员要在某一领域进行研究，必须要能够掌握该领域科研的最新消息，即要能够知道该领域的其他研究人员都在做什么，该领域未来的发展前景如何，以及研究出成果之后发表途径是什么等。计算机网络对于科研人员查阅资料以及各科研人员之间研究成果的交流是有很大便利的，研究人员可以在网络平台上找出自己需要的资料，计算机很多的数据库，总会找到满意的资料。除此之外，研究人员科研通过阅读别的研究人员的科研论文，以此来了解别人的研究成果，而当自己的研究有了成果时，也可以通过网络平台发表出来，供他们学习参考。材料科学作为新兴的学科，需要各研究人员相互沟通共同努力，唯有这样才能更进一步推动材料科学的发展。

2.计算机是材料科学的开发设计中的重要工具

材料科学还处于发展阶段，其研究还不成熟，这就需要材料科学的学者不能停下脚步，需要不停的进行学习和研究。但是研究人员的精力是有限的，这就需要计算机的加入，研究人员利用计算机进行研究，其效果会好很多，效率也会更高，这就更有利于材料科学的发展。在新材料的开发中，需要利用计算机进行材料的组成、性能的分析，因此，計算机在新材料的研究、设计中有着重要的作用。而另一方面，材料科学的研究中，必须要经历实验、模拟这一过程，计算机凭借其强大的运行能力，可以被研究人员用来进行模拟操作，从而检验材料的各种属性。

3.计算机图像分析功能

材料科学的研究过程中，研究人员面对的最大的困难应该是大量的数据的分析，首先，数据的分析不能出错，其次，数据过于庞大，人力难以完成。所以这就需要借助计算机对于数据的分析能力。将数据录入计算机并保存，计算机同时又拥有查询功能，可以即时查询数据。计算机在数据、图像的分析上也有着极强的能力，并且也拥有很强的准确度，这也正是计算机可利用之处。

三.总结

现代技术的发展已经到达一定程度，计算机也已经融入到了各个领域。而对于材料科学这样的新兴的学科，研究中必然会涉及到许多的数据、图像，所以对于计算机的应用也就显得极为重要，一般来说，要促进材料科学的发展，计算机成了必要的工具。材料科学的研究还不成熟，在计算机的应用之后，还需要研究人员坚持不懈的努力，为材料科学的发展贡献力量。

【参考文献】

[1]黄少鹤.计算机在材料科学中的应用分析[J].信息科技，2013.