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计算机辅助工程(CAE)计算机辅助工程(CAE)是指借助计算机及相关技术，对工程设计、生产制造等领域中的问题进行模拟、分析、优化和验证的一种综合性技术。
CAE具有高效、精确和节省成本等优点，在如今信息技术高速发展的时代，已经成为各个行业中不可或缺的重要工具。
一、CAE的基本概念计算机辅助工程(CAE)指的是利用计算机软件和硬件技术，对工程设计、仿真分析、工艺规划、生产制造等过程中的问题进行模拟、分析、优化和验证的一种复杂的系统集成技术。
CAE涉及到数学、物理、材料、工艺等众多学科，并融合了计算机科学、信息技术、几何造型学、控制工程等多个交叉领域的知识，是一种典型的多学科、跨学科的综合性技术。
CAE技术的功能主要有以下几个方面：1. 模拟仿真分析通过对相关工程问题的建模和仿真，可以实现对工作原理、性能特点和发生的问题等各种情况的分析和研究。
例如，对汽车发动机的燃烧室进行模拟，可以优化燃烧室的形状和尺寸，提高燃烧效率，减少污染物的排放。
2. 工厂数字化设备在生产制造和工艺规划中，利用CAE技术可以对工厂和设备进行全面的数字建模和仿真，以提高生产效率和质量水平，对生产设备进行评估和选择，提高生产效率和工艺流程的优化。
3. 产品设计与开发利用CAE技术可以对产品进行数字化建模和仿真，以提高产品质量和工艺流程的优化，在产品开发过程中，CAE技术可以对产品进行全面分析和优化，从而提高产品的性能指标和市场竞争力。
二、CAE技术在工程设计中的应用在工程设计中，CAE技术的应用可以实现工作流程的数字化，提高数据精度和准确性，进而提高效率降低成本。
1. 数字化建模：CAE技术可以对各类工程设计问题进行数字化建模，使工程的各项指标可以进行全面的模拟和分析。
2. 动力学分析：CAE技术可以对各种机械和结构的动力学性能进行全面分析和优化，使其在设计之初满足指定应力、刚度和容许变形等要求。
3. 流体力学分析：CAE技术可以对工程中涉及的流体力学问题进行分析和优化，如空气动力学，流量分析等，以使设计出的工作流程具有更好的流体性能。
计算机辅助工程计算机辅助工程是指利用计算机技术和数学方法来进行工程设计、生产、运作和维护的一种技术手段。
它将人工设计制图、设计计算、试验分析等传统手段与计算机技术相结合，从而能够实现对复杂工程问题的高效处理和优化决策。
本文将从计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工艺规划、计算机辅助维护以及计算机辅助管理等方面进行阐述和探讨。
一、计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD) 是指利用计算机技术进行工程设计的过程。
它所发挥出的作用可以分为两个方面：一是通过计算机辅助图形创建工程设计模型，快速、准确地生成设计草图和三维实体模型，方便进行设计方案的研究和评价，从而提高了设计精度和质量；二是以计算机辅助为基础的数字化设计所带来的灵活性和高效性，加速了产品设计的制作及更新周期，节省了研发成本。
二、计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM) 是指利用计算机技术将设计雏形转化为工程实体的过程。
它的主要功能在于为生产提供精确的数值控制(NC)程序，支持工具路径的自动编程和优化，从而实现高精度、高质量、高效率的生产制造。
同时，CAM技术也可以保证生产过程的稳定性和一致性，减少生产中的误差和损失，降低生产成本。
三、计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划(CAPP) 是指通过计算机辅助技术进行生产工艺规划的过程。
它的主要功能在于将设计数据和NC程序与生产规范相结合，建立起一套生产系统的模型，通过对生产过程的优化、规划、安排和协调，实现对生产过程的全面管理和控制，提高产品质量和制造效率。
四、计算机辅助维护计算机辅助维护(CAM) 是指利用计算机技术进行设备维护的过程。
它的主要功能在于实现对设备的全面监测、分析、诊断和预测，通过数据收集和处理，实现故障预警和维护决策的自动化，从而提高设备的可靠性、运行效率和使用寿命。
同时，通过计算机辅助技术，维护工程师可以远程诊断设备故障，并智能指导现场操作，实现设备的远程支持和管理。
五、计算机辅助管理计算机辅助管理(CAM) 是指利用计算机技术进行企业管理的过程。
一、概述计算机辅助工程是一门针对工程领域的专业课程。
通过学习这门课程，学生可以掌握计算机辅助设计、分析、优化等工程技术知识和技能，为日后的工程实践打下坚实的基础。
设计一门高质量的《计算机辅助工程》课程对于学生的成长和发展至关重要。
二、课程目标本课程的目标是使学生能够：1. 掌握计算机辅助工程的基本概念和原理；2. 熟练运用计算机辅助设计软件进行工程设计；3. 能够通过计算机模拟、分析和优化工程问题；4. 培养学生的团队合作能力和工程实践能力。
三、课程内容本课程主要内容包括但不限于以下几个方面：1. 计算机辅助设计基础：介绍计算机辅助设计的基本概念、发展历程、相关软件及其应用；2. 工程图学基础：包括工程图学的基本知识、图形学原理和图形学软件的使用；3. 工程仿真与分析：介绍工程仿真的基本概念和方法，以及常用的工程仿真软件；4. 工程优化：介绍工程优化的基本理论、算法及应用，使学生能够通过计算机辅助工具对工程问题进行优化。
四、教学方法为了达到课程目标，本课程将采用多种教学方法：1. 理论讲授：通过老师的讲解，学生将学习计算机辅助工程的基本理论和知识；2. 实例分析：通过实际工程案例的分析，学生将学会如何运用计算机辅助工具解决实际工程问题；3. 课堂互动：学生将有机会参与课堂讨论、小组讨论等互动环节，培养团队合作能力；4. 实践操作：学生将通过实际操作，掌握计算机辅助设计软件的使用技巧。
五、教学评估为了评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方法：1. 平时成绩：包括课堂参与、作业完成情况等；2. 期中考试：对学生的基本知识掌握情况进行考核；3. 实验报告：要求学生完成一定数量的实验，并撰写实验报告；4. 期末项目：学生需完成一个工程项目，包括设计、仿真、分析与优化。
通过以上评估方法，可以全面、多角度地评估学生的学习成果，确保教学目标的达成。
六、教学资源本课程所需的教学资源主要包括：1. 计算机辅助设计软件：如AutoCAD、Solidworks等；2. 工程仿真软件：如Ansys、Comsol等；3. 实践教学场地：包括计算机实验室等；4. 教学资料：包括教材、案例、实验指导书等。
教学大纲—计算机辅助工程分析计算机辅助工程分析是计算机科学与工程学科下的一门重要课程，主要培养学生对工程项目进行分析和评估的能力。
本课程旨在通过理论学习和实践操作，培养学生运用计算机辅助工程分析方法进行工程项目分析的能力，为工程设计和决策提供科学依据。
一、课程目标本课程的主要目标是让学生掌握计算机辅助工程分析的基本原理和方法，具备独立运用计算机辅助工程分析软件进行工程项目分析的能力，能够在工程设计和决策中运用所学知识提供科学依据。
二、教学内容和安排1.引言1.1计算机辅助工程分析的概述1.2计算机辅助工程分析的发展历程1.3计算机辅助工程分析软件的应用领域和特点2.工程分析的基本原理2.1工程分析的概念和分类2.2工程分析的基本原理和方法2.3工程分析的数据源和准备3.计算机辅助工程分析软件介绍3.1常用计算机辅助工程分析软件的功能和特点3.2计算机辅助工程分析软件的选择和使用原则3.3计算机辅助工程分析软件的使用技巧4.工程分析的具体应用4.1结构分析4.2流体力学分析4.3电磁场分析4.4热传导分析4.5优化设计分析5.工程分析案例分析与实践操作5.1基于计算机辅助工程分析软件的案例分析5.2基于计算机辅助工程分析软件的实践操作5.3实践操作的数据分析和结果展示三、教学方法本课程采用理论讲授与实践操作相结合的教学方法。
理论讲授部分通过教师授课、课堂讨论和案例分析等方式进行。
实践操作部分利用计算机辅助工程分析软件进行案例模拟操作，学生将在实验室完成相应实验，并对实验数据进行分析和结果展示。
四、考核方式本课程的考核主要根据学生的平时表现、课堂参与、实验报告和期末考试等方式进行综合评定。
具体考核比例为平时表现占20%，实验报告占30%，期末考试占50%。
五、参考教材1.《计算机辅助工程分析原理与实践》葛亭亭，李晓明，机械工业出版社，2024年2.《计算方法在工程分析中的应用》吴浩，电子工业出版社，2024年六、教学评价与优化本门课程应及时收集学生的意见和建议，及时进行课程评价和改进。
计算机辅助工程题目(考试用)1.【单选】某建设工程项目按施工总进度计划、各单位工程进度计划及相应分部工程进度计划组成了计划系统，该计划系统是由多个相互关联的不同()的进度计划组成。
A.深度B.项目参与方C.功能D.周期【答案】A【解析】由不同深度的计划构成进度计划系统，包括：(1)总进度规划(计划);(2)项目子系统进度规划(计划);(3)项目子系统中的单项工程进度计划等。
2.【单选】对建设工程项目整个实施阶段的进度进行控制是()的任务。
A.投资方B.DB总承包方C.施工总承包管理方D.项目使用方【答案】A【解析】业主方进度控制的任务是控制整个项目实施阶段的进度，投资方即业主方。
3.【多选】计算机辅助工程网络计划编制的意义包括()。
A.解决当工程网络计划计算量大，而手工计算难以承担的困难;B.确保工程网络计划计算的准确性C.有利于工程网络计划及时调整D.有利于编制资源需求计划E.有利于自主选择施工方案【答案】ABCD【解析】计算机辅助工程网络计划编制的意义如下：(1)解决当工程网络计划计算量大，而手工计算难以承担的困难;(2)确保工程网络计划计算的准确性;(3)有利于工程网络计划及时调整;(4)有利于编制资源需求计划等。
2022年一级建造师《法律法规》每日一练(11.18)1.【多选】下列投标行为中，属于弄虚作假骗取中标的有()。
A.使用伪造、变造的许可证件B.提供虚假的财务状况或者业绩C.提供虚假的信用状况D.提供虚假的项目负责人或者主要技术人员简历、劳动关系证明E.不同投标人的投标文件相互混装【答案】ABCD【解析】《招标投标法》规定，投标人“不得以他人名义投标或者以其他方式弄虚作假，骗取中标”。
投标人有下列情形之一的，属于《招标投标法》第33条规定的以其他方式弄虚作假的行为：(1)使用伪造、变造的许可证件;(2)提供虚假的财务状况或者业绩;(3)提供虚假的项目负责人或者主要技术人员简历、劳动关系证明;(4)提供虚假的信用状况;(5)其他弄虚作假的行为。
一．结合产品周期，论述了计算机辅助工程的概念及其包含的主要内容，并论述了集成制造系统的组成。
一般产品的生产周期包括(1)产品设计阶段(2)产品制造阶段(3)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：了解到产品的周期后我们再来了解一下什么是计算机辅助工程。
计算机辅助工程(CAE)技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。
CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合,而形成一种综合性、知识密集型信息产品。
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软件分析的对象逐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、爆破等领域获得了成功的应用。
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技术逐渐与它们相互渗透,向多种信息技术的集成方向发展。
计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)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所有方面,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与安全可靠性分析,对其未来的状态和运行状态进行模拟、及早地发现设计计算中的缺陷,并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。
准确地说,CAE是指工程设计中的分析计算与分析仿真,具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真。
工程数值分析用来分析确定产品的性能;结构与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;结构强度与寿命评估用来评估产品的精度设计是否可行,可靠性如何以及使用寿命为多少;运动/动力学仿真用来对CAD建模完成的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。
从过程化、实用化技术发展的角度看,CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动/动力学仿真技术。
它在现代生产领域，特别是生产制造业中的应用，主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机集成制造系统等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辅助系统，如计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助质量控制(CAQ)等。
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辅助制造过程。
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、控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、生产过程管理等提供有关产品的信息描述与表达方法，是实现计算机辅助设计与制造的前提条件，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。
优点是表达方法简单、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、曲面表达等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需要。
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（Bezier)原在法国雷诺汽车公司从事刀具设计和生产线组装，50岁后开始研究工程化的曲面构造方法，提出了Bezier曲线和曲面构造方法，并成功开发了UNISURF 和SurfAPT曲面加工系统，以及剑桥大学开发的DUCT系统。
优点是三维实体信息描述较线框建模严密、完整，能够构造出复杂的曲面可以计算面积，利用建模中的数据进行有限元划分。
缺点是曲面建模理论较复杂、使用起来比较麻烦并需要一定的数学理论和应用方面的知识，不能进行剖切、不能计算一些物体的物理属性、缺乏物体内部信息。
(3)实体建模采用基本体素组合，通过集合运算和基本变形操作建立三维立体的过程。
它的特点是完整准确的表达物体实体建模的原理、体素的拼合运算实体、计算机内部表示与线框建模、表面建模不同，三维实体建模在计算机内部存贮的信息不是简单的边线或顶点的信息，而是比较完整地记录了生成物体的各个方面的数据。
计算机内部表示三维实体模型的方法有很多，并且正向着多重模式发展，如边界表示法、构造立体几何法、混合表示法（即边界表示法与构造立体几何法混合模式）、空间单元表示法等。
优点与表面建模不同，计算机内部存储的三维实体模型信息不是简单的边线或顶点的信息，而是准确、完整、统一地记录生成物体各方面的数据。
(4)特征建模是建立在实体建模基础上，利用特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法。
曲面或实体建模系统存在的问题，系统只存储了形体的几何形状信息，缺乏对产品零件信息的完整描述，未能提供产品在CAD/CAPP/CAM生命周期所需的全部信息，不能构成符合数据交换规范的产品模型，导致CAD/CAPP/CAM集成的困难。
特征可以定义为零件的一部分表面，它包含以下含义：(1) 特征不是体素，是某个或某几个加工表面。
(2) 特征不是完整的零件。
(3) 特征的分类与该表面加工工艺规程密切相关。
(4) 描述特征的信息中，除表达形状的诸如直径、长度、宽度等几何信息及约束关系信息外，还需包含材料、精度等制造信息。
(5) 通过定义简单的特征，还可以生成组合特征。
计算机技术的发展为几何建模技术的的发展提供了有利的条件,使其向着集成化、智能化和标准化的方向发展。
（1）集成化是指为企业提供一体化的解决方案,最大限度的实现企业信息的共享。
从广义层次上,集成化是将CAD技术的计算方法以及其功能模块做成芯片,从而有效的提高CAD系统运行的效率；（2）智能化一直是人们追求的目标,让机器把人类从繁重的体力和脑力劳动中解放出来。
人们追求的智能CAD不仅仅是将智能技术与CAD技术的简单结合,而是用信息技术来表达和模拟人类的思维模型,为人类提供一种全新的设计理论和设计方法。
目前市场上CAD软件多种多样,其软件间的兼容性和一致性是该技术发展首要要解决的问题,只有依靠标准化技术才能完全解决不同系统间相互兼容的问题。
目前,CAD技术的标准化已经基本完成,且建立了面向应用的标准零件库,并且正向着理化工程设计的方向发展；（3）该软件的开放性主要是指其在用户接口、信息交换和开发环境方面的开放性。
目前市场上应用的软件都为用户预留了二次开发的相关接口,从而方便用户定制更适合自己产品的CAD系统， CAD的开放性还要求供应商向用户提供面向不同行业和企业的专用软件和相关数据库。
三．论述了计算机辅助工艺设计的主要任务和难点，以及人工智能在技术在计算机辅助工艺规划领域的应用的必要性和应用现状。
计算机辅助工艺设计（Computer Aided Process Planning, CAPP)是利用计算机技术辅助工艺师完成零件从毛坯到成品的设计和制造过程，是将产品的设计信息转换为制造信息的一种技术。
是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容的过程。
CAPP系统的主要任务是通过计算机辅助工艺过程设计完成产品设计信息向制造信息的传递、是连接CAD与CAM的桥梁，也是CIMS系统中的重要组成部分。
对产品质量和制造成本具有极为重要的影响。
应用CAPP技术，可以使工艺人员从繁琐重复的事务中解放出来，迅速编制出完整而详尽的工艺文件，缩短生产准备周期，提高产品制造质量，进而缩短整个产品的生命周期。
工艺设计的主要任务为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。
工艺规程设计的主要内容有选择加工方法和采用的机床、刀具、夹具及其它工装设备；安排合理的加工顺序；选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差；选用合理的切削用量；计算时间定额和切削用量；编制包含上述所有资料的工艺文件。
其核心内容是选择加工方法和安排合理的加工顺序。
CAPP的难点有零件图上的各种信息要完全准确的描述还很困难；工艺知识是一种经验性知识，如何建立完善的工艺决策模型，使计算机能够识别和处理还有待进一步解决；工艺过程的优化理论还不完善，没有严格的理论和数学模型；CAPP技术落后于CAD和CAM完全创成式CAPP仍处于不断发展和完善阶段；受零件建模技术的影响，零件图样上的各种信息要完全难确地描述还有在困难，特别是对复杂零件的三维模型的建立也还没有完全解决；工艺知识是一种经验型知识，如何建立完善的工艺决策模型，使计算机能够识别、处理还有待进一步解决；工艺过程的优化理论还不完善，没有严格的理论和数学模型。
工艺设计中很多问题求解复杂，常常没有算法可循，因此人们就用人工的方法和技术来模拟人类求解复杂问题的思维方式和过程，从而解决人类专家才能处理的工艺问题，这样就导致了人工智能技术的产生并在CAPP中达到广泛应用。
人工智能是相对于人类智能而言的，它用人工方法来模拟、延伸和扩展人类智能的一门学科。
从智能信息的处理角度看，人工智能分两类：符号智能和计算智能。
符号智能是以知识为基础，研究知识的获取、表达和推理，例如专家系统。
计算智能是以数据为基础，采用数学计算法研究和处理智能问题，包括神经计算、模糊计算和进化计算。
智能CAPP是人工智能应用于工艺规划CAPP专家系统与一般的CAPP系统的工作原理不同，结构上也有很大差别。
CAPP专家系统由零件信息输入模块、知识库、推理机三部分组成。
其中知识库和推理机是互相独立的。
根据输入的零件信息频繁地去访问知识库，并通过推理机中控制策略，从知识库中搜索能够处理零件当前状态的规则，然后执行这条规则，并把每次执行规则得到的结论部分按照先后顺序记录下来，直到零件加工达到终结状态，这个记录就是零件加工所要求的工艺规程。
能处理多义性和不确定的知识，可以在一定程度上达到模拟人脑进行工艺设计，使工艺设计中很多模糊问题得以解决。
专家系统善于解决不确定性的、非结构化的、没有算法的困难问题。
同时现在也出现了网络化CAPP系统的基本构成，依靠网络为CAPP提供强大的数据库。
