NC编程的基本步骤和技术要点
浙江大学单岩
1 前言
随着数控加工技术的普及，技术市场上对NC编程人员的需求量也呈现出快速增长的势头。从技术特点上看，NC编程比三维造型更程式化，即它的实现过程相对来说更模式化一些。
然而，要想成为一个优秀的NC编程人员也并非一件易事。高水平的NC程序员应当具备以下的条件：（1）掌握一定的基础知识，包括数控机床基本结构、NC加工基本原理、机械加工工艺及必要的CAD基础等；（2）全面地理解和掌握NC编程的基本过程和关键技术；（3）熟练运用一种CAD/CAM软件；（4）有丰富的实际加工经验。有时，还需要掌握一些相关学科的知识和经验（如模具等）。
在前两期的文章中，我们介绍了数控编程中的两个单独的技术，即进退刀的设置方式和残余高度的控制。从本期讲座开始，我们将比较系统全面地介绍NC编程实用技术及其相关基础知识。
数控编程种类较多，如数控铣、车、钻等。由于其中以三坐标数控铣最为常用，因此将予以重点介绍。在以后的文章中，如无特别说明则NC编程均指对三坐标数控铣加工的编程。
应当指出的是，NC编程是一门经验性很强的技术，仅靠书面的学习是远远不够的，更重要的是在实践中不断总结和提高。
本文主要介绍NC编程的一般技术要求、操作过程和技术要点，使读者对NC编程有个初步的整体印象和把握，便于以后对技术细节的学习。
2 NC程序的质量标准
我们认为，判别一个NC程序员水平的依据主要有以下几条：
（1）NC程序的质量；
（2）NC编程的工作效率；
（3）NC编程的可靠性和规范化程度（包括工艺规划、数据文件管理、保存和交接的规范化程度等）。
其中，NC程序的质量是衡量NC程序员水平的关键指标，其判定标准又可归纳为：
（1）完备性：即不存在加工残留区域。
（2）误差控制：包括插补误差控制、残余高度（表面粗糙度）控制等。
（3）加工效率：即在保证加工精度的前提下加工程序的执行时间。
（4）安全性：指程序对可能出现的让刀、漏刀、撞刀及过切等不良现象的防范措施和效果。
（5）工艺性：包括进退刀设置、刀具选择、加工工艺规划（如加工流程及余量分配等）、切削方式（刀轨形式选择）、接刀痕迹控制以及其它
各种工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削方向、切削深度等）的
设置等。
（6）其它：如对机床及刀具的损耗程度、程序的规范化程度等。
3 NC编程的基本流程
不管采用什么CAD/CAM软件，NC编程的基本过程及内容大同小异。可由图1表示：
图1
CAD造型是NC编程的前提和基础，NC编程人员也往往需要掌握一定的三维造型技术，如在模具加工中构造分型面等。
加工工艺分析和规划包括：（1）加工工序安排，即从粗加工到精加工的流程及加工余量分配；（2）加工分区规划，即对同一产品分区域进行加工的工艺规划；（3）对加工方式的规划，如刀具选择、切削方式（刀轨形式）选择等。工艺分析在原则上决定了NC程序的质量。
参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CAD/CAM 软件进行NC编程的主要操作内容，直接影响NC程序的生成质量。参数设置的内容较多，其中加工对象设置是指用户通过交互手段指定被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。刀具设置是针对每一个加工工序设置相应的刀具参数。加工工艺参数设置包括对进退刀位置及方式、切深（切削深度）、行间距、加工余量、安全高度、进给速度及主轴转速等。切削方式设置用于指定刀轨的类型及相关参数（包括切削方向）。
在完成参数设置后，即可将设置结果提交CAD/CAM系统进行刀轨的计算。
为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行仿真校验。校验的方式可采用对刀轨轨迹进行逐行（层）观察，或进行仿真加工直接在计算机屏幕上观察加工效果。
后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的刀轨（刀位运动轨迹）以规定的标准格式转化为NC代码并输出保存。
4 NC编程的技术要点
在NC编程的过程中，难度较大且对加工质量有重要影响的技术要点有：（1）残余高度的控制。由于现有的CAD/CAM软件对残余高度缺乏自动控制手段，需要程序员根据加工对象的具体情况进行控制（见上期《曲面数控加工编程中的残余高度控制》）。
（2）进给速度、切深、主轴转速等参数的设置与加工材料特性、机床特性、刀具特性等诸多因素相关，对程序员的加工经验要求较高。
（3）切削方式及进退刀方式对加工效果有较大影响，且设置灵活多样，是需要重点掌握的另一技术要点。
为保证程序的质量和可靠性，在编程工作中应注意以下几点：
（1）要保持严谨细致的工作作风，对每个设置参数都应反复确认，刀轨计算完成后必须进行仿真校验；
（2）NC编程操作应规范化模式化。即根据企业的特定条件制定出NC编程的技术规程，将各操作环节中具有共性的部分（如加工工艺、刀具等）模式化规范化，可有效提高工作效率和可靠性。
（3）对重要的加工程序应进行试切检验。
CAM编程的基本实现过程 数控（简称NC）编程技术包含了数控加工与编程、金属加工工艺、CAD/CAM软件操作等多方面的知识与经验，其主要任务是计算加工走刀中的刀位点（简称CL点）。根据数控加工的类型，数控编程可分为数控铣加工编程、数控车加工编程、数控电加工编程等，而数控铣加工编程又可分为2.5轴铣加工编程、3轴铣加工编程和多轴（如4轴、5轴）铣加工编程等。3轴铣加工是最常用的一种加工类型，而3轴铣加工编程是目前应用最广泛的数控编程技术。 提示：本书中所提及的数控加工和编程，如无特别注明，均指2.5轴铣数控加工和编程或3轴铣数控加工和编程。 数控编程经历了手工编程、APT语言编程和交互式图形编程三个阶段。交互式图形编程就是通常所说的CAM软件编程。由于CAM软件自动编程具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等优点，已成为目前国内外数控加工普遍采用的数控编程方法。因此，在无特别说明的情况下，数控编程一般是指交互式图形编程。交互式图形编程的实现是以CAD技术为前提的。数控编程的核心是刀位点计算，对于复杂的产品，其数控加工刀位点的人工计算十分困难，而CAD技术的发展为解决这一问题提供了有力的工具。利用CAD技术生成的产品三维造型包含了数控编程所需要的完整的产品表面几何信息，而计算机软件可针对这些几何信息进行数控加工刀位的自动计算。因此，绝大多数的数控编程软件同时具备CAD 的功能，因此称为CAD/CAM一体化软件。 由于现有的CAD/CAM软件功能已相当成熟，因此使得数控编程的工作大大简化，对编程人员的技术背景、创造力的要求也大大降低，为该项技术的普及创造了有利的条件。事实上，在许多企业从事数控编程的工程师往往仅有中专甚至高中的学历。 目前市场上流行的CAD/CAM软件均具备了较好的交互式图形编程功能，其操作过程大同小异，编程能力差别不大。不管采用哪一种CAD/CAM软件，NC编程的基本过程及内容可由图1-1表示。 .1 获得CAD模型 CAD模型是NC编程的前提和基础，任何CAM的程序编制必须有CAD模型为加工对象进行编程。获得CAD模型的方法通常有以下3种： （1）打开CAD文件。如果某一文件是已经使用MasterCAM进行造型完毕的，或是已经做过编程的文件，那么重新打开该文件，即可获得所需的CAD模型。 （2）直接造型。MasterCAM软件本身就是一个CAD/CAM软件，具有很强的造型功能，可以进行曲面和实体的造型。对于一些不是很复杂的工件，可以在编程前直接造型。 （3）数据转换。当模型文件是使用其他的CAD软件进行造型时，首先要将其转换成MasterCAM专用的文件格式（MC9文件）。通过MasterCAM的数据转换功能，MasterCAM可以读取其他CAD软件所做的造型。MasterCAM提供了常用CAD软件的数据接
第1章程序设计入门 第1节程序设计简介（2课时） 【教材内容】1计算机程序并不神秘 1.1什么是程序 1.2体验计算机程序 2程序设计语言 2.1程序设计语言分类 2.2解释与编译 3程序设计的过程 4程序与软件 【教学目标】 1．知识与技能 （1）了解程序设计的基本概念和用变成方法解决问题的一般过程 （2）了解计算机软件与程序设计的密切关系 （3）了解程序设计语言的三种类型 （4）掌握环境下编写程序的一般步骤 2.过程与方法 （1）通过实例让学生体会程序设计的基本过程与方法，理解算法思想，会用自然语言或流程图表达一些具体问题的算法。 （2）通过对现实问题的分析与解决，让学生认识到生活中到处是程序，而程序解决的往往就是生活中的现实问题，培养学生利用计算机解决实际问题的能力。 3.情感态度与价值观
（1）体验程序设计的内涵及魅力，产生对程序设计的求知欲，形成积极主动地学习态度。 （2）通过问题的分析与解决，帮助学生克服程序设计的畏难情绪，培养他们严谨、缜密、科学的程序设计作风。 【教学重难点】 程序设计的基本概念与学习程序设计的意义。 【教学方法】启发式、任务驱动、演示、实例、实践操作 【教学过程】 程序设计简介第一课时 一、问题导入，揭示教学内容 大家有没有玩过电脑游戏？有没有同学想过自己设计和编写游戏？ 游戏就是程序，要想设计、制作游戏，就应该学习“设计程序”。今天我们一起来认识和了解程序，它并不神秘，相反它会给我们带来很多乐趣。 二、趣味问题，了解什么是程序 问题1：猎人带着一只狼、一头羊和一些白菜过河，但渡船太小，一次只能带一样。因为……（课件展示问题） 学生：读题、小组讨论、得出解题思路、方法讲解（自然语言描述、符号描述……） 问题2：赵本山、宋丹丹小品，如何把大象关进冰箱 学生：方法讲解（自然语言描述、……） 总结：概括来说程序是有逻辑，有顺序的步骤的组合。开电脑，走路，吃饭，上课都是一系列步骤的有序有逻辑组合。 通过这些有序的指令（自然语言、符号语言等）完成了一项具体的工作，这些指令的集合就是程序。 问题3：体验计算机程序 利用语言编写的“三角形面积”程序（课件展示问题及具体的语句）
《程序设计艺术与方法》课程实验报告实验名称实验二搜索算法的实现 姓名系院专业计算机与 信息学院 班级学号 实验日期指导教师成绩 一、实验目的和要求 1．掌握宽度优先搜索算法 2．掌握深度优先搜索算法 二、实验预习内容 1．将书上的走迷宫代码上机运行并检验结果，体会搜索的思想 2．预习n皇后问题 3．预习骑士游历问题 三、实验项目摘要 1．n皇后问题： 在一个国际象棋棋盘上放n个皇后，使得任何两个皇后之间不相互攻击，求出所有的布棋方法。上机运行并检验结果 2．骑士游历问题： 在国际棋盘上使一个骑士遍历所有的格子一遍且仅一遍，对于任意给定的顶点，输出一条符合上述要求的路径 3．倒水问题： 给定2 个没有刻度容器，对于任意给定的容积，求出如何只用两个瓶装出L 升的水，如果可以，输出步骤，如果不可以，请输出No Solution 。 四、实验结果与分析（源程序及相关说明） N皇后问题代码 #include
while(pos!=0){ int p=pos&-pos;pos-=p; compare(row+p,(ld+p)<<1,(rd+p)>>1); }} else{sum++;}} int main(){int n; cout<<"请输入皇后的个数:"; cin>>n; upperlimit = (upperlimit< 第一课程序设计的步骤和方法 一、教学分析 本课选择浙江省教育出版社宁波市版教材九年级上第一课，程序设计是一项严谨的工作，需要将生活实例转化成计算机能执行的程序，中间有若干环节。本课意图在于让学生了解程序设计的一般步骤，理解程序设计的方法，养成良好的编程习惯。 二、教学目标 知识与技能目标： 1．了解程序设计的一般步骤。 2．理解程序设计的方法。 3．能用自然语言叙述两变量值交换过程。 4、掌握两个变量值交换方法。 5、掌握从生活实例到构建数学模型的一般方法。 过程与方法：在小组合作以及学生亲身实验体验的过程中，不断发现问题和解决问题来掌握构建数学模型和算法的方法。 情感态度与价值观目标：通过小组合作，培养学生协作能力；通过生活实例构建合理的数学模型，培养学生严谨类推的逻辑思维能力。 三、重难点及分析 重点：掌握程序设计的一般步骤。 难点：理解并掌握两变量交换的算法；能够将实例转换为具体算法。 分析： 程序设计具有严密的逻辑性，程序最终为解决实际生活中的问题，在现实问题和程序设计之间需要将日常生活复杂问题简化，构建合理的数学模型，这是程序设计的前提。程序的“按部就班”和现实生活中的问题解决方式存在一定的差异，因此学生理解程序设计的一般过程，这是本课的重点。 交换两个变量值是理解程序设计方法的经典算法。通过实物模拟交换过程，有利于学生初步建立程序设计变量交换的思维雏形。然后再用生活实例比较身高排序，将两变量具体进行应用表现，让学生掌握分析实例的能力，然后将其转换为具体的程序算法，所以将掌握两变量交换的算法作为本节课教学难点。 四、学情分析 本班学生是丹城二中206学生，跟他们的任课教师接触之后，了解这是一帮活泼同时又好动的学生，控制的好能够将课堂气氛调动的很好，所以我改变以往的严肃的教态，本节课以鼓励为主，让学生树立信心，用学生对自己鼓掌的方法，拉近与学生的距离，因为这是九年级的第一课，学生也没有具体的程序基础，所以这节课讲解的程序是最容易最经典的，让学生浅显易懂，以及尽量用幽默的语句，增加教师的亲和力，使课堂气氛活跃。 五、教学过程 环节一“小组讨论，引入课题” 教师：今天我们来学习《程序设计的步骤和方法》，在这之前，我们来当一回专家，讨论下问题！首先大家给自己鼓励把掌声献给自己，等会踊跃发言。 学生：一片掌声 教师：我们来讨论“蛋炒饭的制作过程、洗衣服的制作过程，两个杯中球的位置互换”（PPT中逐一展示） 学生：对于问题非常感兴趣，发言的学生很多，踊跃发表的自己的高论“如何制作蛋炒饭、洗衣服的步骤” 教师：接下来，我们讨论两个杯中的球，如何互换位置，大家前后桌为一组相互讨论下，用语言表述调换的过程。组长安排组员发言，时间为3分钟。 教学意图：教师通过掌声和赞美来活跃课堂气氛，因为初次接触学生彼此之间存在距离感，这个措施拉近了师生关系，同时也很好把握了课堂的气氛，学生回答问题的同时，教师需要进行适当的引导让学生知道做事情需要严谨的步骤和方法，同时引出实验对象，进行小组合作讨论（5-6为一组，事先确定好小组长） 环节二实验操作，讲解两变量值的交换 教学意图：突出本节课的教学重点，理解程序设计的一般步骤，程序设计的六个步骤贯穿于环节二中，上完之后由学生再来总结程序设计的六个步骤。 教师：请学生上台演示操作（讲解、操作都是由学生自主上台完成，体 现学生上课的主体地位，教师要作为适当的引导） 任务一：通过实验操作，口述操作过程 高一信息技术课程教案 课题：第六章第一节程序设计的基本方法 计划课时：1课时本课课时：1课时 教学目的： 1、理解算法的概念； 2、知道两种算法的描述方法—语言描述法和流程图的区别； 3、能初步掌握用流程图描述算法。 4、培养学生的理论联系实际能力和动手能力。 5、提高学生的信息技术素养和创新意识。 教学重点、难点 算法的描述、流程图 教具 教师机、投影仪、视频展示台、多媒体CAI课件 教学方法 以任务为主线、教师为主导、学生为主体的任务驱动式教学 教材分析 本节所讲算法主要是指计算机解决问题的方法和步骤。美国著名计算机科学家克努特教授提出了”计算机科学就是研究算法的科学”的著名论断，说明了算法在设计程序中的重要性，解决任何问题都必须设计算法，所以本节内容起到统领全章的作用。 但是，对于初学者而言，本节内容属于理论知识，具有一定的抽象性。建构主义理论认为学习是新旧知识的联系，是学习者主动建构内在心理结构的过程。而在初学者原有的认知结构中没有关于算法的认知。如果直接讲算法，学生很难实现新旧知识的联系，无法做到意义建构和有意义的学习，对于算法的含义就难以做到真正理解。按照从感性到理性、从已知到未知的认知规律，我从学生的感性认知入手，从学生的兴趣出发，先创设情境，引入三个用VB编写的小程序，把学生的兴趣调动起来，通过对具体问题的讨论，使学生明白解决任何问题都需要有清晰的解决思路和解题步骤，计算机解决问题和人解决问题一样都需要有明确的解题步骤，而计算机的解题步骤就称为算法，这样就很自然地引入了算法的概念。易于学生接受和理解。 对于本节内容的重难点，即算法的描述，主要是通过对实际问题的解决来突破的。本节所讲算法 编写程序的步骤教学设计 【研究的问题】 在中小学信息技术教学中，程序设计一直是师生倍感头疼的内容。程序设计难教难学，源于计算机语言本身高度的抽象性和严密的逻辑性。虽然，Visual Basic语言较之其它语言要易学好懂一点，但它仍需要必要的抽象思维能力和数学知识作为支撑。如何“蹲下身来让大部分学生能够得着“ ，让学生学得轻松、有效，是我们在本学期一直应关注的问题。 【设计依据】 教材简析： 《编写程序的步骤》位于省编教材的选修部分第一单元《走进程序设计》的第二节。在初中信息技术教学中，程序设计部分始终是教师觉得难教，学生觉得难学的部分，而这一节中的“算法与算法描述“更是这一单元的重中之重。学好这一节，能为整个VB的学习奠定一个良好的基础。 本课是程序设计的第一课时（第1节《程序设计与计算机软件》，我们让学生自学了解，没有占用课时。），起始课的好坏将直接影响整个单元的后继教学。例如一部优秀的电影一般都有一个精彩的开头，一开始就抓住观众的心，使他们有动机、有兴趣往下观赏。 学情分析： 初二的学生虽具备了一定的计算机使用经验，但大多数是与软件的使用和网络应用有关，程序设计对他们是崭新的、具有挑战性的知识。而且这个时期的学生正处于感性思维向理性思维过渡的时期，很多时候仍需要感性思维的支撑。因此在教学中应强调程序设计与生活的关系，注重启蒙和兴趣的培养，并以趣味性的练习、富有引导性的教学语言、明白流畅的教学思路调动学生的情感，在晦涩的程序设计和学生之间架起一座桥梁。 【教学目标】 知识与技能 1、了解利用计算机解决问题的基本过程，认识算法的地位和作用。 2、初步掌握使用自然语言或流程图对算法进行描述。 过程与方法 1、通过实例让学生体会程序设计的基本过程与方法，理解算法思想，会用自然语言或流程图表达一些具体问题的算法。 2、通过对现实问题的分析与解决，让学生认识到生活中到处是程序，而程序解决的往往就是 1．绿色设计的定义 绿色设计(Green Design, GD) ,通常包括生态设计(Ecological Design, ED)、环境设计(Design for Environment)和生命周期设计(Life Cycle Design)或环境意识设计(Environmental Conscious Design, ECD)等，是指在产品的整个生命周期内，着重考虑其环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。 1．虚拟现实 虚拟现实(Virtual Reality, VR)是一种先进的计算机用户接口技术，它将人和外部世界隔离开来，通过给用户同时提供诸如视觉、听觉和触觉等各种直观、自然的实时感知交互手段，使用户具有身临其境的感觉，从而使人们能够更逼真地观察所研究的对象，更自然、更真实地与对象进行交互操作。 总结起未，虚拟现实系统具有以下几个基本特点: A．沉浸感(Immersion) B．交互性(Interaction) C．自主性(Autonomy) D．想象力(Imagination) E．多感知性(Multi perceives) 逆向工程技术(Reverse Engineering, RE)，也称反求工程、反向工程等，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。 一般来说，逆向工程的工作内容主要包括产品造型数据反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业设计领域的实际应用中，主要包括以下几个方面: (1)数字化模型的检测(2)新型外观的设计，主要用于加快产品的改型或仿型设计(3)损坏或磨损外观造型的还原，如艺术品、文物的修复等。 通用设计(Universal Design) 又称全民设计、共用性设计，是无障碍设计的扩展，指产品或建筑等人造物品无须改良或特别设计就能为所有人使用。通用设计的产品在设计时基于身体有障碍人士的使用特点，使得其产品同时也能被所有人更容易的使用。 总体上说，将产品开发的流程分为寻找设计突破口、确定设计方案、实现设计创意和实现商业价值四个阶段。 1，寻找设计突破口2.确定设计方案3.实现设计创意4.实现商业价值 不同产品的设计程序也不尽相同，不存在唯一确定的设计程序，不过大多数设计工作在程序上却趋干一致，本讲义将此程序分为三个阶段，即需求问题化、问题方案化与方案视觉化。 1.需求问题化 2.问题方案化 3.方案视觉化 技术导向型产品的主要特征是，其核心、的获利能力基于它的技术性能或实现特定技术性能的能力。虽然这种产品也需要具有美学性和人机交互性，但顾客在购买这种产品时主要还是基于它的技术性能。对于技术驱动型产品的开发工作来说，工程或技术的要求是主要的，并主导着产品的开发工作。这样，工业设计的角色就限于对核心技术的包装，即设计产品外观和保证产品能向顾客传达它的技术功能和人机交互模式。 顾客导向型产品核心的获利能力来自于它的用户界面的质量和外观的美学性。这种产品与用户有很强的交互关系。对于开发人员来说.工业设计方面的考虑就比技术要求更重要。虽然工程设计对于决定这类产品的技术特征仍是很重要的，但 ?程序设计方法与风格 ?经历两个阶段： ?结构化程序设计 ?面向对象的程序设计 ?良好设计风格： “清晰第一，效率第二” 例如：加注释、提示输入、加输入结束标志、标识符命名有实际意义等。 ?原则 ?自顶向下 ?逐步求精 ?模块化 ?限制使用goto语句 基本结构 ?顺序结构 ?选择结构 ?循环结构 优点 ?程序易于理解、使用、维护 ?提高编程效率，降低开发成本 设计原则和方法的应用 ?三种结构表示程序的控制逻辑； ?每种结构只有一个入口和一个出口； ?语言中没有的控制结构，应该用前后一致的方法模拟； ?严格控制使用goto语句 本质：以对象为核心。 ?对象是数据和操作的封装体，与客观实体有直接的对应关系，对象之间通过传递消息互相联系。 面向对象程序设计方法的优点 ?（1）与人类的思维方法一致，符合人们对客观世界的认识规律。 ?（2）稳定性好； ?（3）可重用性好； ?（4）易于开发大型软件产品； 面向对象的基本概念 ?对象：在现实世界中，每个实体都是对象，如，大学生、汽车、电视机、空调等都是现实世界中的对象。 ?（1）属性：对象所包含的信息，它在设计对象时确定，一般只能通过执行对象的操作来改变。 ?（2）操作：描述了对象执行的功能。其过程对外是封闭的，即用户只能看到这一操作实施后的结果（封装性）。 类：类是一组具有相同属性和相同操作的对象的集合。是对象的抽象，描述了属于该对象类型的所有对象的性质，而一个对象则是其对应类的一个实例。 注意：“实例”这个术语指一个具体的对象；“对象”术语既可以指一个具体的对象，也可以泛指一般对象。 消息：一个实例与另一个实例之间传递的信息，包括3部分：接收消息的对象名称；消息名；零个或多个参数。 例：MyCircle.Show(GREEN); 面向对象的基本概念 ? 继承：使用已有的类定义作为基础建立新类的定义技术。已有的类可当做基类引用， 则新类相应地可当做派生类来引用。 （基类：用来生成新类的类。 派生类：由已存在的类派生出来的新类，也叫子类。）继承具有传递性。 ? 多态性：对象根据所接受的消息而做出动作，同样的消息被不同的对象接受时可导 致完全不同的行为，该现象称为多态性。 图2-1 一般与特殊的关系 图2-2 多重继承 3.1.1软件定义与软件特点 1.软件定义：软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，是包括程序、数据及其相关文档组成的完整集合。 软件=程序+数据+文档 程序：程序是按事先设计好的功能和性能要求执行的指令序列。 数据：数据是指程序能正常处理信息的数据和数据结构。 文档：文档是与程序运行和维护有关的图文资料。 2.软件的特点： （1） 软件具有抽象特征。 （2） 软件具有无明显制造过程特征。 （3） 软件无设备的特征。 （4） 手工制作特征。 （5） 成本昂贵特征。 1. 软件危机：泛指在软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。 总之，可以将软件危机归结为成本、质量、生产率等问题。 软件工程：应用于计算机软件的定义、开发和维护的一整套方法、工具、文档、实践标准和工序。 主要思想：强调在软件开发过程中需要应用工程化原则。 软件工程三要素：方法、工具、过程。 方法：完成软件工程项目的技术手段； 工具：支持软件的开发、管理、文档生成； 过程：支持软件开发的各个环节的控制、管理。 ? 软件工程过程：把输入转化为输出的一组彼此相关的资源和活动。（通常把用户的 要求转变为软件产品的过程也叫做软件开发过程). 程序设计的基本方法 一、题： 二、教学目标： ⑴理解算法的概念，了解描述算法的两种方法——自然语言和流程图，知道各自的优缺点。 ⑵初步掌握用流程图描述算法。 三、教学的重点和难点： ⑴算法的概念。 ⑵用流程图描述算法。 四、教学过程： 新导入 我们在日常生活中经常要处理一些事情，就拿邮寄一封信来说吧，大致可以将寄信的过程分为这样的几个步骤：写信、写信封、贴邮票、投入信箱等四个步骤。将信地投入到信箱后，我们就说寄信过程结束了。 那么在计算机中，它是如何来处理问题的呢？是否和我们日常处理事情的过程很类似呢？ 回答是肯定的，例如要设计一个程序让计算机求1+1=？，那么我们就要先编写程序。在编写程序前需要先确定解决问题的思路和方法，并要正确地写出求解步骤，这就是算法。 新授 一、算法的概念 为了更好地理解算法，举几个例子说明： 例1 交换两个变量中的数据。 先请学生考虑解决这个问题的方法，然后请一个学生说一说自己想到的解决方法。如学生回答不出来，作适当提示：如果要将醋瓶中的醋和酒瓶中的酒互换应怎么做？学生会很容易地想到要借助于一只空瓶子。 分析题意：已知变量x和中分别存放了数据，现在要交换其中的数据。为了达到交换的目的，需要引进一个类似于空瓶子的中间变量。交换两变量中数据的具体算法如下： ①将x中的数据送给变量，即x→； ②将中的数据送给变量x，即→x； ③将中的数据送给变量，即→。 总结：在程序设计中，交换变量中的数据常用在排序算法中。例2 输入三个不相同的数，求出其中的最小数。 同样，先请学生思考，然后请学生说出他所想到的解决该问题的方法。 教师分析：先设置一个变量in，用于存放最小数。当输入a、b、三个不相同的数后，先将a与b进行比较，把小者送给变量in，再把与in进行比较，若<in，则将的数值送给 一、单项选择题 1. 编写C++程序一般需经过的几个步骤依次是（） A. 编辑、调试、编译、连接 B. 编辑、编译、连接、运行 C. 编译、调试、编辑、连接 D. 编译、编辑、连接、运行 答案：B 2. 设有定义int i;double j＝5;，则10+i+j值的数据类型是（） A. int B. double C. float D. 不确定 答案：B 3. 有关C++编译指令，以下叙述正确的是（） A. C++每行可以写多条编译指令 B. #include指令中的文件名可含有路径信息 C. C++的编译指令可以以#或//开始 D. C++中不管＃if后的常量表达式是否为真，该部分都需要编译答案：B 4. 在下列成对的表达式中，运算结果类型相同的一对是（） A. 7.0／2.0和7.0／2 B. 5／2.0和5／2 C. 7.0／2和7／2 D. 8／2和6.0／2.0 答案：A 5. 在C++中不返回任何类型的函数应该说明为（） A. int B. char C. void D. double 答案：C 6. 决定C++语言中函数的返回值类型的是（） A. return语句中的表达式类型 B. 调用该函数时系统随机产生的类型 C. 调用该函数时的主调用函数类型 D. 在定义该函数时所指定的数据类型 答案：D 7. 在C++中，函数原型不能标识（） A. 函数的返回类型 B. 函数参数的个数 C. 函数参数类型 D. 函数的功能 答案：D 8. 在int a=3,int *p=&a；中，*p的值是（） A. 变量a的地址值 B. 无意义 C. 变量p的地址值 D. 3 答案：D 9. 一个函数功能不太复杂，但要求被频繁调用，则应把它定义为（） A. 内联函数 B. 重载函数 C. 递归函数 D. 嵌套函数 答案：A 10. 适宜采用inline定义函数情况是（） A. 函数体含有循环语句 第1讲C++语言入门 学习目标 1、了解计算机语言发展的3个阶段。 2、理解程序设计的一般步骤。 3、掌握什么是算法。 4、掌握对给定的问题进行算法描述。 5、学会编写简单的程序。 随着科技的发展和社会的进步，计算机已经走入寻常百姓家。人们可以使用同一台计算机做不同的事，我们可以看到其他机器或设备做不到这点。计算机之所以能执行不同的工作任务，是基于其硬件和软件协同工作的工作机制。 要使计算机按人们指定的步骤有效地工作，必须事先编制好一组让计算机执行的指令，这就是程序。随着计算机软件技术的发展，人们可以使用不同的计算机语言来编写程序。 一、计算机语言发展 要使计算机按照人的规定完成一系列的工作，首先要解决一个“语言”沟通问题：在人和计算机之间找到一种两者都能识别的特定的语言，使计算机具备理解并执行人们给出的各种指令的能力。这种特定的语言称为计算机语言，也叫程序设计语言，它是人和计算机沟通的桥梁。 随着计算机技术的迅速发展，程序设计语言经历了由低级向高级发展的多个阶段，程序设计方法也得到不断的发展和提高。 计算机语言按其发展程度可以划分为：机器语言、汇编语言和高级语言。 1、机器语言 计算机并不能理解和执行人们使用的自然语言。计算机能够直接识别的指令时由一连串的0和1组合起来的二进制编码，称为机器指令。每一条指令规定计算机要完成的某个操作。机器语言是计算机能够直接识别的指令的集合，它是最早出现的计算机语言。例如，下图所示的是某一种型号计算机的一组二进制编码机器指令，用来完成一个简单加法操作。 10110000 00001001 00000100 00001000 11110100 显然，用机器语言编写的程序“难学、难记、难写、难检查、难调试”，给使用者带来很大的不便。机器语言编写的程序另一个缺点是完全依赖于机器硬件，不同型号的机器语言指令不相同，程序的可移植性差。其优点是计算机能直接识别、执行效率高。 2 、汇编语言 20世纪50年代初,为了克服机器语言的缺点，人们对机器语言进行了改进，用一些容易记忆和辨别的有意义的符号代替机器指令。用这样一些符号代替机器指令所是产生的语言就称为汇编语言，也称为符号语言。用汇编语言来实现9+8运算的由关指令如下图：MOV AL,9 ADD AL,8 工业机器人零基础PLC编程的基本步骤 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 科学的PLC编程步骤其实很简单，但往往大多数工程师就是认为简单而忽略很多细节。细节的忽略，必然会在以后出现问题。想避免日后的问题，只有好好的遵守规则，没有规矩不成方圆，plc编程一样有其自身的规矩。 第一步：阅读产品说明书 第一步看起来再简单不过了，但很多工程师都做不到。 仔细阅读说明书是编程的第一步，首先要阅读安全守则，知道哪些执行机构可能会对人身造成伤害，哪些机构间最容易发生撞击，当发生危险时如何解决，这些最致命的问题都在安全守则中，阅读产品说明书是必不可少的一项。 此外，关于设备每个元件的特性，使用方法，调试方法也在说明书中，不去阅读，即使程序正确，如果元件没有调试好，设备一样不能工作。再有，所有的电路图、气动液压回路图、装配图也在说明书中，需要阅读它才能知道每种元件可以做何种改造呢。 第二步：根据说明书，检查I/O 检查I/O，俗称“打点”。检查I/O的方法很多，但是一定要根据说明书提供的地址依次进行检查，在绝对安全的情况下来检查。 在检查输入点时，一般输入信号无非是各种传感器，如电容、电感、光电、压阻、超声波、磁感式和行程开关等传感器。检查这些元件比较简单，根据元件说明将工件放在工位上，或是移动执行机构检查传感器是否有信号即可。当然，不同的设备检测的方式可能不同，这要看具体情况而定了。 但是在检查输出信号时就要格外小心了。如果是电驱动产品，必须在安全情况下，尤其是保证设备不会发生撞击前提下，让执行机构的驱动器得电，检查执行机构是否能够运动。如果是液压或气动执行机构，同样在安全情况下手动使换向阀得电，从而控制执行机构。在检查输出信号时，不论执行机构的驱动方式是什么，一定要根据元件说明书，首先要保证设备和人身安全，要注意并不是所有设备的执行机构都可以通电测试的，所以有时个别的输出信号可能无法手动测试。 无论是输入还是输出装置，当传感器有信号或执行机构的驱动装置得电后，必须同时检查PLC上的I/O模块指示灯是否也点亮。很多设备中，输入输出信号是通过接线端子与PLC连接，有时接线端子的指示灯有信号，但不能保证由于连接导线内部断路，而PLC上相应的地址没有信号接通。这一点要特别注意。 程序设计的内容包括：编写程序、编译程序、模拟运行及 调试程序等。 程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编写用户程序。 程序设计有多种方法：如果控制系统是改造原有成熟的继电接触控制系统，则可由电气控制电路图很容易地转化为梯形图，生成控制程序。 本节主要介绍功能流程图法。 功能流程图，简称功能图，又叫状态流程图或状态转移图。它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言，能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。 （1）步 步是控制系统中的一个相对不变的性质，它对应于一个稳定的状态。在功能流程图中步通常表示某个执行元件的状态变化。步用矩形框表示，框中的数字是该步的编号，编号可以是该步对应的工步序号，也可以是与该步相对应的编程元件（如PLC内部的通用辅助继电器、步标志继电器等）。步的图形符号如图7.1（a）所示。 初始步 初始步对应于控制系统的初始状态，是系统运行的起点。一个控制系统至少有一个初始步，初始步用双线框表示，如图7.1（b）所示 （3）动作说明 一个步表示控制过程中的稳定状态，它可以对应一个或多个动作。可以在步右边加一个矩形框，在框中用简明的文字说明该步对应的动作，如下图7.3所示。 图中（a ）表示一个步对应一个动作；图（b ）和（c ）表示一个步对应多个动作，两种方法任选一种。 2. 使用规则 （1）步与步不能直接相连，必须用转移分开； （2）转移与转移不能直接相连，必须用步分开； （3）步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头。 （4）一个功能图至少应有一个初始步。 3. 结构形式 （1）顺序结构 （2）分支结构——选择性分支与并发性分支 （3）循环结构 （4）复合结构 （1）顺序结构 （2）分支结构 顺序结构 选择性分支 并发性分支并发性分支 （3）循环结构 循环结构用于一个顺序过程的多次或往复执 行。功能图画 法如图7.7所示，这种结构可看作是选择性分支结构的一种特 《计算机解决问题的一般过程》教学设计一、案例背景信息 1．模块：高中信息技术课程选修教程《算法与程序设计》 2．年级：高中二年级 3．所用教材版本：教育科学出版社 4．学时数：1学时 本教学案例参与人员基本信息 二、教学设计 [课程标准] 结合实例，经历分析问题、确定算法、编程求解等用计算机解决问题的基本过程，认识算法和程序设计在其中的地位和作用。 [教学目标] 1、知识目标： ①了解人类解决问题的一般过程 ②知道并能运用分析问题、设计算法、编写程序、调试程序、问题解决这一用计算机解决问题的一般过程。认识到算法和程序设计在计算机解决问题中的作用。 ③能够比较分析出人和计算机解决问题的异同 2、过程与方法 经历实例分析、问题探究、问题解决的过程理解计算机解决问题的过程，并通过实例动手实践完整的计算机解决问题的过程，从而知道算法和程序设计在计算机解决问题中的重要性。 3、情感态度价值观 通过结合学习和生活的实际例子，使学生树立利用计算机解决学习和生活中问题的兴趣和信心。并通过一些实例，激发学生民族自豪感。 （二）内容分析 1、本节课是教育科学出版社教材《算法与程序设计》第一章第一节的内容—“计算机解决问题的过程”，是入门篇。学好这节课是使学生学好“算法与程序设计”模块的关键，本内容计划用一课时完成。 2、教材中第一节计算机解决问题的过程所涉及到的实例是一个时钟程序，对于完全没有接触过算法与程序设计的同学难度比较大。个人感觉第一节课应把重点放在激发学生兴趣，增强学生的成就感，使学生喜欢上程序设计上。因此，本节课在设计时对教材进行了二次开发，从比较贴近学生学习的数学问题入手，，注重让学生在人工解题中提炼、归纳、分析问题、设计算法等步骤，并把它融会贯通应用到用计算机解决问题中去从而分析出计算机解决问题的一般过程。本节课的教学目标是让学生理解分析问题、设计算法、编写程序和调试程序等用计算机解决问题的基本过程，认识其在算法与程序设计中的地位和作用，也是后续课程如模块化程序设计、各种算法设计等课程的基础。所有的教学内容都将由学生对各种问题探究分析解决。使学生能真正消化知识，并转化到学习和生活中去，使之成为自己的信息技术处理能力。 （三）学生分析 本节课的教学对象是高二年级学生。教学对象已具备了一定的逻辑思维和分析能力，表达能力等。因此完全可以放心设计问题让他们探究，自行归 第三部分程序设计基础 3.1 程序、程序设计、程序设计语言的定义 ⑴程序：计算机程序，是指为了得到某种结果而可以由计算机等具有信息处理能力的装置执行的代码化指令序列，或者可以被自动转换成代码化指令序列的符号化指令序列或者符号化语句序列。 ⑵程序设计：程序设计是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。程序设计往往以某种程序设计语言为工具，给出这种语言下的程序。程序设计过程应当包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。 ⑶程序设计语言：程序设计语言用于书写计算机程序的语言。语言的基础是一组记号和一组规则。根据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。在程序设计语言中，这些记号串就是程序。程序设计语言有3个方面的因素，即语法、语义和语用。 3.2 高级语言和低级语言的概念及区别 ⑴高级语言：高级语言（High-level programming language）是高度封装了的编程语言，与低级语言相对。 它是以人类的日常语言为基础的一种编程语言，使用一般人易于接受的文字来表示（例如汉字、不规则英文或其他外语），从而使程序编写员编写更容易，亦有较高的可读性，以方便对电脑认知较浅的人亦可以大概明白其内容。 ⑵低级语言：低级语言分机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），这两种语言都是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关。机器语言用指令代码编写程序，而符号语言用指令助记符来编写程序。 ⑶区别： 高级语言：实现效率高，执行效率低，对硬件的可控性弱，目标代码大，可维护性好，可移植性好低级语言：实现效率低，执行效率高，对硬件的可控性强，目标代码小，可维护性差，可移植性差 了解知识：CPU运行的是二进制指令，所有的语言编写的程序最终都要翻译成二进制代码。越低级的语言，形式上越接近机器指令，汇编语言就是与机器指令一一对应的。而越高级的语言，一条语句对应的指令数越多，其中原因就是高级语言对底层操作进行了抽象和封装， 程序设计艺术与方法课 程实验报告 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT 《程序设计艺术与方法》课程实验报告 一 二 实验名 称 搜索算法的实验 姓名系院专业信息工 程系 班级 物联网 一班 学号 实验日期指导教 师 成绩 一、实验目的和要求 1．掌握宽度优先搜索算法。 2．掌握深度优先搜索算法。 二、实验预习内容 1宽度优先搜索算法：又称广度优搜索。是最简单的图的算法的原形。其属于一 种盲搜寻法，目的是系统地展开并检查图中的所有节点，以寻找结果。换句话说，它并不考虑结果的可能位址，彻底地搜索整张图，直到找到结果为止。 2深度优先搜索算法：它的目的是要达到被搜索结构的叶结点。在一个HTML文件中，当一个超链被选择后，被连接的HTML文件将执行深度优先搜索，即在搜索其余的超链走到不能再深入为止，然后返回到某一个HTML文件，再继续选择该HTML文件中的其他超链。当不再有其他超链可选择时，说明搜索已经结束。 三、实验项目摘要 1.将书上的走迷宫代码上机运行并检验结果，并注意体会搜索的思想。 2 .八皇后问题： 在一个国际象棋棋盘上放八个皇后，使得任何两个皇后之间不相互攻击，求出所有的布棋方法。上机运行并检验结果。 思考：将此题推广到N 皇后的情况，检验在N 比较大的情况下，比方说N=16 的时候，你的程序能否快速的求出结果，如果不能，思考有什么方法能够优化算法。3骑士游历问题： 在国际棋盘上使一个骑士遍历所有的格子一遍且仅一遍，对于任意给定的顶点，输出一条符合上述要求的路径。 4 倒水问题： 给定2 个没有刻度容器，对于任意给定的容积，求出如何只用两个瓶装出L 升 的水，如果可以，输出步骤，如果不可以，请输出No Solution。 Turbo C程序设计的基本步骤及如何编译、调试和运行源程序 本节主要介绍Turbo C程序设计的基本步骤及如何编译、调试和运行源程序。并给出Turbo C的常用编辑命令。最后介绍Turbo C编译、连接和运行时的常见错误。 一、Turbo C程序设计基本步骤 程序设计方法包括三个基本步骤: 第一步: 分析问题。 第二步: 画出程序的基本轮廓。 第三步: 实现该程序。 3a. 编写程序 3b. 测试和调试程序 3c. 提供数据打印结果 下面, 我们来说明每一步的具体细节。 第一步: 分析问题 在这一步, 你必须: a. 作为解决问题的一种方法, 确定要产生的数据(输出)。作为这一子步的一部分, 你应定义表示输出的变量。 b. 确定需产生输出的数据(称为输入), 作为这一子步的一部分, 你应定义表示输入的变量。 c. 研制一种算法, 从有限步的输入中获取输出。这种算法定义为结构化的顺序操作, 以便在有限步内解决问题。就数字问题而言, 这种算法包括获取输出的计算, 但对非数字问题来说, 这种算法包括许多文本和图象处理操作。 第二步: 画出程序的基本轮廓 在这一步, 你要用一些句子(伪代码)来画出程序的基本轮廓。每个句子对应一个简单的程序操作。对一个简单的程序来说, 通过列出程序顺序执行的动作, 便可直接产生伪代码。然而, 对复杂一些的程序来说, 则需要将大致过程有条理地进行组织。对此, 应使用自上而下的设计方法。 当使用自上而下的设计方法时, 你要把程序分割成几段来完成。列出每段要实现的任务, 程序的轮廓也就有了, 这称之为主模块。当一项任务列在主模块时, 仅用其名加以标识, 并未指出该任务将如何完成。这方面的内容留给程序设计的下一阶段来讨论。将程序分为几项任务只是对程序的初步设计。整个程序设计归结为下图所示的流程图1.。 ┏━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃主模块┃ ┏━━━━━━━┓┃输入数据┃ ┃主模块┃┃计算购房所需的金额┃ ┃┃┃计算装修所需的金额┃ ┃任务1 ┃┃计算总金额┃ ┃任务2 ┃┃输出计算结果┃ 程序设计艺术与方法 实验一STL 的熟悉与使用 1．实验目的（1）掌握C++中STL 的容器类的使用。（2）掌握C++中STL 的算法类的使用。 2．试验设备硬件环境：PC 计算机软件环境：操作系统：Windows 2000 / Windows XP / Linux 语言环境：Dev cpp / gnu c++ 3．试验内容(1) 练习vector 和list 的使用。定义一个空的vector，元素类型为int，生成10 个随机数插入到vector 中，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。在vector 头部插入一个随机数，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。用泛型算法find 查找某个随机数，如果找到便输出，否则将此数插入vector 尾部。用泛型算法sort 将vector 排序，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。删除vector 尾部的元素，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。将vector 清空。定义一个list，并重复上述实验，并注意观察结果。(2) 练习泛型算法的使用。 - 149 定义一个vector，元素类型为int，插入10 个随机数，使用sort 按升序排序，输出每个元素的值，再按降叙排序，输出每个元素的值。练习用find 查找元素。用min 和max 找出容器中的小元素个大元素，并输出。 源代码： #include 程序设计的流程图 程序设计的流程图 程序设计的方法 面向过程 面向过程的结构化程序设计分三种基本结构：顺序结构、选择结构、循环结构 原则： 1,自顶向下：指从问题的全局下手，把一个复杂的任务分解成许多易于控制和处理的子任务，子任务还可能做进一步分解，如此重复，直到每个子任务都容易解决为止。 2，逐步求精 3，模块化：指解决一个复杂问题是自顶向下逐层把软件系统划分成一个个较小的、相对独立但又相互关联的模块的过程。 注意事项 1，使用顺序、选择、循环等有限的基本结构表示程序逻辑。 2，选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口 3，程序语句组成容易识别的块，每块只有一个入口和一个出口。 4，复杂结构应该用基本控制结构进行组合或嵌套来实现。 5，程序设计语言中没有的控制结构，可用一段等价的程序段模拟，但要求改程序段在整个系统中应前后一致。 6，严格控制GOTO语句。 面向对象的程序设计 面向对象的基本概念 1，对象 2，类 3，封装 4，继承 5，消息 6，多态性 优点 1，符合人们认识事物的规律 2，改善了程序的可读性 3，使人机交互更加贴近自然语言 面向切面程序设计 Aspect Oriented Programming(AOP)，面向切面编程，是一个比较热门的话题。AOP主要实现的目的是针对业务处理过程中的切面进行提取，它所面对的是处理过程中的某个步骤或阶段，以获得逻辑过程中各部分之间低耦合性的隔离效果。比如我们最常见的就是日志记录了，举个例子，我们现在提供一个查询学生信息的服务，但是我们希望记录有谁进行了这个查询。如果按照传统的OOP的实现的话，那我们实现了一个查询学生信息的服务接口(StudentInfoService)和其实现类(StudentInfoServiceImpl.java)，同时为了要进行记录的话，那我们在实现类(StudentInfoServiceImpl.java)中要添加其实现记录的过程。这样的话，假如我们要实现的服 务有多个呢?那就要在每个实现的类都添加这些记录过程。这样做的话就会有点繁琐，而且每个实现类都与记录服务日志的行为紧耦合，违反了面向对象的规则。那么怎样才能把记录服务教学设计程序设计的步骤和方法
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