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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,問題（討論）,1,、計算機輔助設計的含義？,2,、計算機繪圖是否等同于計算機輔助設計？,考核方式,考試成績,=,平時成績,10%+,期末成績,70%+,上機成績,20%,平時成績（作業(yè)、課堂測驗及出勤情況）,教學內容,第一章,.,計算機輔助設計概述,第二章,.CAD,系統(tǒng),第三章,.,工程數(shù)據(jù)的處理技術,第四章,.,機械,CAD,中常用的數(shù)據(jù)結構,第五章,.,圖形變換,第六章,.,二三維幾何建模,第七章,.,三維產品建模技術,教學要求,1,、了解計算機輔助設計的發(fā)展概況及計算機輔助設計系統(tǒng)的構成；,2,、

2、掌握在計算機輔助設計過程中所需設計資料的處理方法；,3,、掌握數(shù)據(jù)結構知識及數(shù)據(jù)庫在計算機輔助設計中的應用；,4,、掌握圖形顯示及圖形變換方法；,5,、掌握應用繪圖軟件編制自動繪圖程序的方法；,6,、掌握交互式圖形處理軟件,AutoCAD,的使用及利用,AutoCAD,進行二次開發(fā)的方法。,第一章計算機輔助設計概述,1.1 CAD,的發(fā)展歷程,1.2 CAD,基本概念和特點,1.3,現(xiàn)代,CAD,系統(tǒng)提供的輔助功能,1.4 CAD,的推廣和應用,1.5 CAD,未來的發(fā)展方向,1.1 CAD,的發(fā)展歷程,CAD,技術產生至今大致經歷了,5,個發(fā)展時期：,1,）準備和醞釀時期（,20,世紀,50

3、,年代）,2,）學科建立和進入應用時期（,20,世紀,60,年代）,3,）廣泛使用時期（,20,世紀,70,年代）,4,）飛速發(fā)展時期（,20,世紀,80,年代）,5,）標準化、集成化、智能化和網絡化發(fā)展時期（,20,世紀,90,年代）,1,）準備和醞釀時期（,20,世紀,50,年代）,主要標志：,（,1,）,1950,年，麻省理工學院（,MIT,）研制出,“,旋風,號,”,（,WhirlWind),圖形顯示設備,（,2,）,1952,年，,MIT,的伺服實驗室研制成功世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床,（,3,）1958年，,Calcomp,公司研制出了滾筒式繪圖機；,Gerber,公司研制出了平板

4、繪圖儀,（,4,）,1959,年（,MIT）,將,CAD,正式列為研究項目進行研究等等。,這時期硬件的特點是開始具有一定的圖形輸出能力。從整體上說，計算機硬件水平較低，處在電子管水平；計算機主要用于科學計算，開發(fā)人員主要用機器語言編程，圖形的處理只能輸出不能輸入。,這臺被命名為,“,旋風1號,”,（,Whirlwind）,的電腦投入運行，由5000個電子管組成全新的結構，使它成為當時速度最快的計算機。,2,）學科建立和進入應用時期（,20,世紀,60,年代）,（,1,）在20世紀60年代，晶體管取代了真空電子管。20世紀60年代后期，出現(xiàn)了直接存取存儲器，研制成功了陰極射線管顯示器等等。,（,

5、2,）,1963,年春，在美國計算機聯(lián)合會的年會上，,MIT,的研究小組發(fā)表了有關,CAD,項目的五篇論文，給工程界以很大的震動。,（,3,）當時，,MIT,研究小組的報告對,CAD,作了這樣的設想：設計者坐在,CRT,控制臺前，通過光筆操作，進行人機對話，實現(xiàn)從概念設計到生產設計以至制造的全過程。它還提出了用不同的層來表示某一工程圖的輪廓、剖面線和尺寸。這個系統(tǒng)為交互式圖形學和計算機輔助繪圖技術打下了理論基礎。這在當時看來，帶有一些神奇色彩，但它大大地震動了追求實效的工程界。,（,4,）美國通用汽車公司和,IBM,公司率先開發(fā)了,DAC-1(Design Augmented by Compu

6、ter),系統(tǒng)，用來設計汽車外形與結構。,（,5,）美國洛克希德（,Lockheed）,公司和,IBM,公司聯(lián)合開發(fā)了基于大型計算機的圖形增強設計與制造軟件包,CADAM,用于設計與繪圖，并具有三維結構設計能力。,隨后計算機輔助繪圖、設計、制造、分析技術在英、日、意等國的汽車公司也都獲得了廣泛的應用，并逐漸擴展到其它部門。,3,）廣泛使用時期（,20,世紀,70,年代）,（,1,）計算機硬件從集成電路發(fā)展到大規(guī)模集成電路，相繼出現(xiàn)了32位小型計算機和微型計算機。,（,2,）基于小型機的,CAD,成套系統(tǒng)（,Turnkey System）,研制成功，它包括圖形輸入及輸出設備和相應的應用軟件，軟硬

7、件配套使用。在此期間，為,CAD,開發(fā)了大量的圖形軟件包和以有限元為基礎的各種強度的運算軟件包。專業(yè)的,CAD,系統(tǒng)公司和專門開發(fā),CAD,軟件的軟件公司相繼出現(xiàn)，并有一系列的,CAD,產品投入市場。,4,）飛速發(fā)展時期（,20,世紀,80,年代）,5,）標準化、集成化、智能化和網絡化發(fā)展時期（,20,世紀,90,年代）,1.2 CAD,的基本概念及特點,開始,市場需求分析,可行性研究與分析,概念設計,初步設計,詳細設計,結構分析計算機仿真模擬,Y,工藝設計、加工制造,性能試驗,滿意嗎,設計定型,滿意嗎,N,Y,N,產品開發(fā)過程,設計一般經歷以下階段：,（,1,）,概念設計,：需求分析、確定功

8、,能、構思方案，獲得一組原理方案,（,2,）,初步設計,：從可行方案中優(yōu)選出一個功能滿足要求、工作原理可靠、結構設計可行、成本低廉的方案。,（,3,）,詳細設計,：確定詳細結構，完,成總布置圖、零部件圖，編寫技術文件,（,4,）,制造加工及試驗,設計是,“,設計,-,評價,-,再設計,”,過程,圖,1-1,產品開發(fā)過程,2,、,CAD,的基本概念,（,1,）定義：,計算機輔助設計,（,computer aided design,CAD,）指應用計算機系統(tǒng)，協(xié)助工程技術人員對產品或工程進行設計的方法與技術，包括設計、繪圖、工程分析、文檔制作等設計活動，是一種新的設計方法，也是多學科綜合的一門新技

9、術。,CAD,采用計算機工具完成設計的全過程，能將產品的物理模型轉化為數(shù)字化模型。,CAD,技術所涉及到的技術：,圖形處理、工程分析、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換、文檔處理、界面開發(fā)、基于,WEB,的網絡應用與開發(fā)技術。,（,2,）,CAD,與計算機繪圖、計算機圖形學的區(qū)別,計算機繪圖,：擺脫繁重的手工繪圖,計算機圖形學,（,Computer Graphics,，簡稱,CG,）：通過計算機將數(shù)據(jù)轉換為圖形，并在專用設備上顯示的原理、方法和技術的科學。,1,）計算機繪圖是,CG,的一個分支,2,）計算機繪圖不是,CAD,的全部內涵，但是它是,CAD,技術基礎之一,3,）,CG,是一門獨立的學科，與,CAD

10、,有明顯區(qū)別,（,3,）,CAD,過程與設計過程,3.CAD,的特點,下表是日本一個金屬模具制造廠在進行某項產品生產時，引入,CAD,前后所花時間對比。,項目,引入,CAD,前（小時）,引入,CAD,后（小時）,兩者之比,資料調查,34,17,2:1,設計,29,9.7,3:1,繪圖,107,5.3,20:1,制作加工數(shù)控紙帶,42,3,14:1,合計,212,35,6:1,CAD,有以下優(yōu)點,提高設計效率，縮短設計周期。,提高設計質量。,降低生產成本。,各部門信息交流迅速、可靠。,提高企業(yè)管理水平。,1.3,現(xiàn)代,CAD,系統(tǒng)提供的輔助功能,1,、參數(shù)化和變量設計,在設計過程中，許多零部件的

11、形狀往往是相同的，只是尺寸大小發(fā)生改變，即零部件的拓撲關系不變，而大小發(fā)生改變。,2.,零件造型,零件造型是指在計算機中建立零件的三維實體模型。設計人員可以根據(jù)自己的設想將零件從計算機中逐步,“,制作,”,出來。,3.,曲面造型,曲面造型提供了在計算機中生成、編輯自由曲線和曲面方法。比采用石膏造型更快速、更精確、效果更好。,4.,虛擬裝配,虛擬裝配能夠模仿實際的裝配過程，生成產品的裝配。通過虛擬裝配可以發(fā)現(xiàn)由于設計不當在實際裝配中可能出現(xiàn)的如間隙過小或過大、零件之間的干涉等問題。,5.,工程繪圖功能,大型,CAD,系統(tǒng)均提供了很強的生成工程圖的能力，其目的是生成符合標準的工程圖紙。同樣是生成工

12、程圖紙，計算機輔助設計的工程圖生成方法與計算機輔助繪圖有很大的差異。,虛擬裝配的模型及裝配過程,6.,數(shù)據(jù)交換功能,數(shù)據(jù)交換功能提供與其他設計自動化系統(tǒng)之間的各種標準數(shù)據(jù)交換。其主要交換標準有,IGES,SET,STEP,DXF,等。交換內容包括二維圖形、三維模型、三維線框模型、三維曲面模型、任意形狀曲面、光柵圖像、特征、表面和公差信息等。數(shù)據(jù)交換使得利用不同,CAD,系統(tǒng)的優(yōu)勢共同協(xié)作完成同一產品的開發(fā)成為可能。,7.,二次開發(fā),二次開發(fā)是,CAD,系統(tǒng)向用戶提供的開發(fā)工具。由于機械產品的用途多種多樣，任何強大的,CAD,系統(tǒng)都不可能向用戶提供各種具體產品的完善的解決方案。提供二次開發(fā)工具的

13、目的是讓用戶將自己或者第三方編寫的程序集成到,CAD,系統(tǒng)中。,8.,有限元分析,有限元法是對復雜工程進行結構分析的一種重要分析手段。正是有了計算機高速的數(shù)值計算能力，有限元分析的計算方法才得以實現(xiàn)。最終通過計算可視化技術可以將零件上的應力、應變、位移等參數(shù)的分布情況用不同色彩的云圖、箭頭、等值線以靜態(tài)或動態(tài)的方式在實體模型上直觀、清楚地表達出來。,9.,數(shù)控加工及仿真,數(shù)控加工用于產生零件加工工序規(guī)劃、刀路軌跡等，并能根據(jù)加工工序做出時間及成本估計。數(shù)控加工能將設計模型與加工工序規(guī)劃連接起來，當設計模型發(fā)生修改時系統(tǒng)會將已做過的生產上的程序和加工過程自動更新。,1.,4 CAD,的推廣和應用

14、,CAD,技術的發(fā)展和應用水平已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，在一定程度上反映出一個國家的綜合實力。企業(yè)中引入,CAD,技術是提高產品和工程設計技術水平的一項重大措施，而,CAD,技術的應用可以滿足企業(yè)降低生產成本，縮短設計周期的要求，可以推動企業(yè)快速發(fā)展。,我國,CAD,技術的引入大約是在60年代，起步較晚，但最近幾年的發(fā)展較為迅速，在機械、電子、建筑、汽車、服裝等行業(yè)逐步進入了使用階段，在許多其他領域也進入了試用時期。,在我國，通過,“,七五,”,和,“,八五,”,期間堅持不懈地科技攻關，特別是機械行業(yè)從1995年以來，相繼開展的,“,CAD,應用1215工程,”,和,“,CAD,

15、應用1550工程,”,，使我國,CAD,技術在理論與算法研究、硬件設備生產、支撐軟件的開發(fā)與商品化，專業(yè)應用軟件系統(tǒng)的研制與應用，以及在人才培養(yǎng)與技術普及等方面均取得了豐碩的成果。,我國各企業(yè),CAD,技術應用水平參差不齊，對于中、小企業(yè),CAD,技術應用水平是建立以,“,甩掉圖板,”,為目標的計算機輔助繪圖與設計系統(tǒng)，應用國外或國內開發(fā)的一些計算機繪圖軟件，用計算機繪圖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工繪圖，這是低層次的,CAD,技術應用。一些大型企業(yè)具有相當實力，,CAD,技術應用水平一般較高，引進了先進的計算機輔助設計、分析、模擬仿真、加工集成系統(tǒng)。建立全局產品模型，實現(xiàn)無紙化設計、加工。,1.,5 CAD

16、,未來的發(fā)展方向,從總體上講，,CAD,技術的發(fā)展趨勢是參數(shù)化、智能化、三維化、集成化、網絡化和標準化。,1,、參數(shù)化,參數(shù)化能夠極大地提高機械設計效率。通過尺寸驅動既能為用戶提供設計對象的直觀、準確的反饋，又能隨時對設計對象加以更改，同時減少設計中的疏忽。在先進的,CAD,軟件中，設計過程中所涉及到的所有參數(shù)都可以當作變量，可以建立相互間的約束和關系式，增加程序邏輯。這些變量間的關系可以跨越,CAD,軟件的不同模塊，從而實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)的全相關。參數(shù)化是實現(xiàn)機械設計自動化的前提和基礎，參數(shù)化設計的前途不可限量。,2,、智能化,現(xiàn)有的計算機輔助設計系統(tǒng)智能化程度越來越高，原來繁瑣的操作逐漸由計算機智能化地進行處理。在圖形的繪制方面，很多系統(tǒng)增加了智能導引的機制。系統(tǒng)始終猜測用戶的設計意圖，并根據(jù)當時的設計環(huán)境提供不同的人機交互工具，使用戶感覺非常順手。,人工智能是計算機幾大功能之一，將人工智能引入,CAD,系統(tǒng)，使其具有專家的經驗和知識，具有學習、推理、聯(lián)想和判斷的能力，以及智能化的視覺、聽覺、語言的處理能力，從而達到設計自動化的目的。,3,、三維化,從設計的觀點來看，人們頭腦中所構思的設