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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)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(jī)輔助設(shè)計的含義？,2,、計算機(jī)繪圖是否等同于計算機(jī)輔助設(shè)計？,問題（討論）1、計算機(jī)輔助設(shè)計的含義？,1,考核方式,考試成績,=,平時成績,10%+,期末成績,70%+,上機(jī)成績,20%,平時成績（作業(yè)、課堂測驗(yàn)及出勤情況）,考核方式考試成績=平時成績10%+期末成績70%+,2,教學(xué)內(nèi)容,第一章,.,計算機(jī)輔助設(shè)計概述,第二章,.CAD,系統(tǒng),第三章,.,工程數(shù)據(jù)的處理技術(shù),第四章,.,機(jī)械,CAD,中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第五章,.,圖形變換,第六章,.,二三維幾何建模,第七章,.

2、,三維產(chǎn)品建模技術(shù),教學(xué)內(nèi)容第一章.計算機(jī)輔助設(shè)計概述,3,教學(xué)要求,1,、了解計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展概況及計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)成；,2,、掌握在計算機(jī)輔助設(shè)計過程中所需設(shè)計資料的處理方法；,3,、掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識及數(shù)據(jù)庫在計算機(jī)輔助設(shè)計中的應(yīng)用；,4,、掌握圖形顯示及圖形變換方法；,5,、掌握應(yīng)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(jìn)行二次開發(fā)的方法。,教學(xué)要求1、了解計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展概況及計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng),4,第一章計算機(jī)輔助設(shè)計概述,1.1 CAD,的發(fā)展歷程,1.2 CAD,基本概念和特點(diǎn),1.3,現(xiàn)代,C

3、AD,系統(tǒng)提供的輔助功能,1.4 CAD,的推廣和應(yīng)用,1.5 CAD,未來的發(fā)展方向,第一章計算機(jī)輔助設(shè)計概述1.1 CAD的發(fā)展歷程,5,1.1 CAD,的發(fā)展歷程,CAD,技術(shù)產(chǎn)生至今大致經(jīng)歷了,5,個發(fā)展時期：,1,）準(zhǔn)備和醞釀時期（,20,世紀(jì),50,年代）,2,）學(xué)科建立和進(jìn)入應(yīng)用時期（,20,世紀(jì),60,年代）,3,）廣泛使用時期（,20,世紀(jì),70,年代）,4,）飛速發(fā)展時期（,20,世紀(jì),80,年代）,5,）標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展時期（,20,世紀(jì),90,年代）,1.1 CAD的發(fā)展歷程CAD技術(shù)產(chǎn)生至今大致經(jīng)歷了5個發(fā)展,6,1,）準(zhǔn)備和醞釀時期（,20,世紀(jì),

4、50,年代）,主要標(biāo)志：,（,1,）,1950,年，麻省理工學(xué)院（,MIT,）研制出“旋風(fēng),號”（,WhirlWind),圖形顯示設(shè)備,（,2,）,1952,年，,MIT,的伺服實(shí)驗(yàn)室研制成功世界上第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床,（,3,）1958年，,Calcomp,公司研制出了滾筒式繪圖機(jī)；,Gerber,公司研制出了平板繪圖儀,（,4,）,1959,年（,MIT）,將,CAD,正式列為研究項(xiàng)目進(jìn)行研究等等。,這時期硬件的特點(diǎn)是開始具有一定的圖形輸出能力。從整體上說，計算機(jī)硬件水平較低，處在電子管水平；計算機(jī)主要用于科學(xué)計算，開發(fā)人員主要用機(jī)器語言編程，圖形的處理只能輸出不能輸入。,1）準(zhǔn)備和醞釀時

5、期（20世紀(jì)50年代）,7,這臺被命名為“旋風(fēng)1號”（,Whirlwind）,的電腦投入運(yùn)行，由5000個電子管組成全新的結(jié)構(gòu)，使它成為當(dāng)時速度最快的計算機(jī)。,這臺被命名為“旋風(fēng)1號”（Whirlwind）的電腦投入,8,2,）學(xué)科建立和進(jìn)入應(yīng)用時期（,20,世紀(jì),60,年代）,（,1,）在20世紀(jì)60年代，晶體管取代了真空電子管。20世紀(jì)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。,（,2,）,1963,年春，在美國計算機(jī)聯(lián)合會的年會上，,MIT,的研究小組發(fā)表了有關(guān),CAD,項(xiàng)目的五篇論文，給工程界以很大的震動。,（,3,）當(dāng)時，,MIT,研究小組的報告對,CAD,

6、作了這樣的設(shè)想：設(shè)計者坐在,CRT,控制臺前，通過光筆操作，進(jìn)行人機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計到生產(chǎn)設(shè)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(xué)和計算機(jī)輔助繪圖技術(shù)打下了理論基礎(chǔ)。這在當(dāng)時看來，帶有一些神奇色彩，但它大大地震動了追求實(shí)效的工程界。,2）學(xué)科建立和進(jìn)入應(yīng)用時期（20世紀(jì)60年代）,9,（,4,）美國通用汽車公司和,IBM,公司率先開發(fā)了,DAC-1(Design Augmented by Computer),系統(tǒng)，用來設(shè)計汽車外形與結(jié)構(gòu)。,（,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(jī)

7、的圖形增強(qiáng)設(shè)計與制造軟件包,CADAM,用于設(shè)計與繪圖，并具有三維結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。,隨后計算機(jī)輔助繪圖、設(shè)計、制造、分析技術(shù)在英、日、意等國的汽車公司也都獲得了廣泛的應(yīng)用，并逐漸擴(kuò)展到其它部門。,（4）美國通用汽車公司和IBM公司率先開發(fā)了DAC-1(De,10,3,）廣泛使用時期（,20,世紀(jì),70,年代）,（,1,）計算機(jī)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(jī)和微型計算機(jī)。,（,2,）基于小型機(jī)的,CAD,成套系統(tǒng)（,Turnkey System）,研制成功，它包括圖形輸入及輸出設(shè)備和相應(yīng)的應(yīng)用軟件，軟硬件配套使用。在此期間，為,CAD,開發(fā)了大量的圖形軟件包和以有限

8、元為基礎(chǔ)的各種強(qiáng)度的運(yùn)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(chǎn)品投入市場。,3）廣泛使用時期（20世紀(jì)70年代）,11,4,）飛速發(fā)展時期（,20,世紀(jì),80,年代）,4）飛速發(fā)展時期（20世紀(jì)80年代）,12,5,）標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展時期（,20,世紀(jì),90,年代）,5）標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展時期（20世紀(jì)90年代,13,1.2 CAD,的基本概念及特點(diǎn),開始,市場需求分析,可行性研究與分析,概念設(shè)計,初步設(shè)計,詳細(xì)設(shè)計,結(jié)構(gòu)分析計算機(jī)仿真模擬,Y,工藝設(shè)計、加工制造,性能試驗(yàn),滿意嗎,設(shè)計定型,滿意嗎

9、,N,Y,N,產(chǎn)品開發(fā)過程,設(shè)計一般經(jīng)歷以下階段：,（,1,）,概念設(shè)計,：需求分析、確定功,能、構(gòu)思方案，獲得一組原理方案,（,2,）,初步設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計可行、成本低廉的方案。,（,3,）,詳細(xì)設(shè)計,：確定詳細(xì)結(jié)構(gòu)，完,成總布置圖、零部件圖，編寫技術(shù)文件,（,4,）,制造加工及試驗(yàn),設(shè)計是“設(shè)計,-,評價,-,再設(shè)計”過程,圖,1-1,產(chǎn)品開發(fā)過程,1.2 CAD的基本概念及特點(diǎn)開始市場需求分析可行性研究與,14,2,、,CAD,的基本概念,（,1,）定義：,計算機(jī)輔助設(shè)計,（,computer aided design,CAD,）指應(yīng)用計

10、算機(jī)系統(tǒng)，協(xié)助工程技術(shù)人員對產(chǎn)品或工程進(jìn)行設(shè)計的方法與技術(shù)，包括設(shè)計、繪圖、工程分析、文檔制作等設(shè)計活動，是一種新的設(shè)計方法，也是多學(xué)科綜合的一門新技術(shù)。,CAD,采用計算機(jī)工具完成設(shè)計的全過程，能將產(chǎn)品的物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型。,CAD,技術(shù)所涉及到的技術(shù)：,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(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與開發(fā)技術(shù)。,2、CAD的基本概念,15,（,2,）,CAD,與計算機(jī)繪圖、計算機(jī)圖形學(xué)的區(qū)別,計算機(jī)繪圖,：擺脫繁重的手工繪圖,計算機(jī)圖形學(xué),（,Computer Graphics,，簡稱,CG,）：通過計算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專用設(shè)備上顯示的原

11、理、方法和技術(shù)的科學(xué)。,1,）計算機(jī)繪圖是,CG,的一個分支,2,）計算機(jī)繪圖不是,CAD,的全部內(nèi)涵，但是它是,CAD,技術(shù)基礎(chǔ)之一,3,）,CG,是一門獨(dú)立的學(xué)科，與,CAD,有明顯區(qū)別,（2）CAD與計算機(jī)繪圖、計算機(jī)圖形學(xué)的區(qū)別,16,（,3,）,CAD,過程與設(shè)計過程,（3）CAD過程與設(shè)計過程,17,第1章計算機(jī)輔助設(shè)計概述課件,18,第1章計算機(jī)輔助設(shè)計概述課件,19,3.CAD,的特點(diǎn),下表是日本一個金屬模具制造廠在進(jìn)行某項(xiàng)產(chǎn)品生產(chǎn)時，引入,CAD,前后所花時間對比。,項(xiàng)目,引入,CAD,前（小時）,引入,CAD,后（小時）,兩者之比,資料調(diào)查,34,17,2:1,設(shè)計,29,

12、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,212,35,6:1,3.CAD的特點(diǎn)項(xiàng)目引入CAD前（小時）引入CAD后（小時,20,CAD,有以下優(yōu)點(diǎn),提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。,提高設(shè)計質(zhì)量。,降低生產(chǎn)成本。,各部門信息交流迅速、可靠。,提高企業(yè)管理水平。,CAD有以下優(yōu)點(diǎn),21,1.3,現(xiàn)代,CAD,系統(tǒng)提供的輔助功能,1,、參數(shù)化和變量設(shè)計,在設(shè)計過程中，許多零部件的形狀往往是相同的，只是尺寸大小發(fā)生改變，即零部件的拓?fù)潢P(guān)系不變，而大小發(fā)生改變。,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(shè)計在設(shè),22,2.,零件造型,零件造型

13、是指在計算機(jī)中建立零件的三維實(shí)體模型。設(shè)計人員可以根據(jù)自己的設(shè)想將零件從計算機(jī)中逐步“制作”出來。,2.零件造型,23,3.,曲面造型,曲面造型提供了在計算機(jī)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(shí)際的裝配過程，生成產(chǎn)品的裝配。通過虛擬裝配可以發(fā)現(xiàn)由于設(shè)計不當(dāng)在實(shí)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(qiáng)的生成工程圖的能力，其目的是生成符合標(biāo)準(zhǔn)的工程圖紙。同樣是生成工程圖紙，計算機(jī)輔助設(shè)計的工程圖生成方法與計算機(jī)輔助繪圖有很大的差異。,3.曲面造型,24,虛擬

14、裝配的模型及裝配過程,虛擬裝配的模型及裝配過程,25,6.,數(shù)據(jù)交換功能,數(shù)據(jù)交換功能提供與其他設(shè)計自動化系統(tǒng)之間的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換。其主要交換標(biāo)準(zhǔn)有,IGES,SET,STEP,DXF,等。交換內(nèi)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(chǎn)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(jī)械產(chǎn)品的用途多種多樣，任何強(qiáng)大的,CAD,系統(tǒng)都不可能向用戶提供各種具體產(chǎn)品的完善的解決方案。提供二次開發(fā)工具的目的是讓用戶將自己或者第三方編寫的程序集成

15、到,CAD,系統(tǒng)中。,6.數(shù)據(jù)交換功能,26,8.,有限元分析,有限元法是對復(fù)雜工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的一種重要分析手段。正是有了計算機(jī)高速的數(shù)值計算能力，有限元分析的計算方法才得以實(shí)現(xiàn)。最終通過計算可視化技術(shù)可以將零件上的應(yīng)力、應(yīng)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(shí)體模型上直觀、清楚地表達(dá)出來。,8.有限元分析,27,9.,數(shù)控加工及仿真,數(shù)控加工用于產(chǎn)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(shè)計模型與加工工序規(guī)劃連接起來，當(dāng)設(shè)計模型發(fā)生修改時系統(tǒng)會將已做過的生產(chǎn)上的程序和加工過程自動更新。,9.數(shù)控加工及仿真,28,

16、1.,4 CAD,的推廣和應(yīng)用,CAD,技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，在一定程度上反映出一個國家的綜合實(shí)力。企業(yè)中引入,CAD,技術(shù)是提高產(chǎn)品和工程設(shè)計技術(shù)水平的一項(xiàng)重大措施，而,CAD,技術(shù)的應(yīng)用可以滿足企業(yè)降低生產(chǎn)成本，縮短設(shè)計周期的要求，可以推動企業(yè)快速發(fā)展。,我國,CAD,技術(shù)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(jī)械、電子、建筑、汽車、服裝等行業(yè)逐步進(jìn)入了使用階段，在許多其他領(lǐng)域也進(jìn)入了試用時期。,1.4 CAD的推廣和應(yīng)用,29,在我國，通過“七五”和“八五”期間堅(jiān)持不懈地科技攻關(guān)，特別是機(jī)械行業(yè)從2019年以來，相繼開展的“,CAD,應(yīng)用1215工程”和“,CAD,應(yīng)用1550工程”，使我國,CAD,技術(shù)在理論與算法研究、硬件設(shè)備生產(chǎn)、支撐軟件的開發(fā)與商品化，專業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的研制與應(yīng)用，以及在人才培養(yǎng)與技術(shù)普及等方面均取得了豐碩的成果。,我國各企業(yè),CAD,技術(shù)應(yīng)用水平參差不齊，對于中、小企業(yè),CAD,技術(shù)應(yīng)用水平是建立以“甩掉圖板”為目標(biāo)的計算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計系統(tǒng)，應(yīng)用國外或國內(nèi)開發(fā)的一些計算機(jī)繪圖軟件，用計算機(jī)繪